De betekenis, achtergrond en testmethoden van grensvlakspanning
In brede zin wordt grensvlakspanning gedefinieerd als de kracht die moet worden uitgeoefend om de omvang van het grensvlak tussen twee aangrenzende fasen die niet volledig gemengd zijn, te vergroten. In engere zin heeft de term betrekking op vloeistof/vloeistof- en vloeistof/vaste fasegrenzen, terwijl we voor vloeistof/gas-grensvlakken verwijzen naar oppervlaktespanning en voor vaste/gas-grensvlakken verwijzen we naar de vrije energie van het vaste oppervlak.
achtergrond
Als maatstaf voor de arbeid per oppervlakte-eenheid of kracht per bevochtigde lengte heeft de grensvlakspanning de eenheden N/m of mN/m en wordt weergegeven door de symbolen σ of .
Bij een fasegrens is de som van de interacties met de moleculen in dezelfde fase groter dan de som van de interacties met de moleculen in de andere fase. Daarom hebben de moleculen op het grensvlak minder aantrekkelijke interactiepartners dan in de bulkfase. Daarom vormen de fasen de kleinst mogelijke interface zonder de werking van externe krachten. Er moet iets worden gedaan om de omvang van de interface te vergroten.
De grensvlakspanning veroorzaakt door de gerichte adsorptie van oppervlakteactieve stoffen op het grensvlak van twee niet-mengbare vloeistoffen is aanzienlijk lager dan de oppervlaktespanning van de twee vloeistoffen. Systemen die grensvlakspanning vertonen, bestaan meestal uit water, olie, oppervlakteactieve stoffen of mengsels van oppervlakteactieve stoffen en zouten. Gewoonlijk wordt de grensvlakspanningswaarde van 10-2~10-1mN/m lage grensvlakspanning genoemd. De grensvlakspanningswaarde lager dan 10-3mN/m wordt ultralage grensvlakspanning genoemd.
Bulkfase en moleculaire omgeving bij interfaces
Net als bij oppervlaktespanning is er een onderscheid tussen statische grensvlakspanning (gemeten bij evenwicht op een mechanisch onveranderd grensvlak) en dynamische grensvlakspanning (gemeten wanneer het grensvlak verandert).
betekenis
Grensvlakspanning speelt een belangrijke rol in veel processen en verschijnselen waarbij verschillende fasen met elkaar in contact komen:
Emulsies en emulgering: Grensvlakspanning beïnvloedt de emulgering en de neiging tot fasescheiding.
Olieverplaatsing (bijv. productie van tertiaire ruwe olie): De organische fase kan na het vervangen van de olie met water worden verdrongen als de grensvlakspanning wordt verlaagd door oppervlakteactieve stoffen.
Kwaliteitstesten van hydrofobe vloeistoffen: De veroudering van hydrofobe vloeistoffen hangt vaak nauw samen met een afname van de grensvlakspanning met water. Het meten van de grensvlakspanning is in dit geval een belangrijke kwaliteitstest, bijvoorbeeld voor transformatoroliën.
In het geval van fasegrenzen tussen vaste stoffen en vloeistoffen beïnvloedt grensvlakspanning de stabiliteit van grensvlakcontacten op lange termijn, bijvoorbeeld tijdens lijm- en coatingprocessen.
Meetmethode
Vloeistof-vloeistofinterface:
Ringmethode volgens Du Noüy: Bij deze methode wordt de kracht gemeten die op een bevochtigde ring inwerkt als gevolg van de spanning van een dun laagje vloeistof dat wordt getrokken wanneer de ring van de ene fase naar de andere wordt verplaatst.
Plaatmethode volgens Wilhelmy: Bij deze methode worden de krachten gemeten die inwerken op een bevochtigbare plaat die verticaal is ondergedompeld in de onderste fase.
Staafmethode: Hetzelfde als de plaatmethode, maar gebruikt een cilindrische staaf met een kleinere bevochtigde lengte om kleinere vloeistofvolumes te meten.
Druppelvolumemethode: meet het volume van een druppel vloeistof wanneer deze zich losmaakt van een andere vloeistof in een verticale capillaire buis.
Spinning drop-methode: Een horizontaal capillair gevuld met bulkfase en druppelfase wordt in rotatie gebracht. De diameter van de druppel, verlengd door middelpuntvliedende kracht, houdt verband met de grensvlakspanning.
Hangende druppelmethode: In een vloeibare bulkfase wordt de vorm van de druppel op de naald bepaald door factoren zoals de grensvlakspanning. De grensvlakspanning kan worden bepaald uit het druppelbeeld met behulp van druppelvormanalyse.
Vloeistof-vaste stof interface:
Contacthoekmeting: Naast de vrije oppervlakte-energie kan de grensvlakspanning van een vaste stof met een bepaalde vloeistof ook worden berekend op basis van de contacthoeken van verschillende vloeistoffen met de vaste stof.
Serie FT-ZL automatische grensvlakspanningstester
Bent u geïnteresseerd, neem dan gerust contact met ons op
