測定接觸角的方法有多種,但可分為二類。一類是直接法、即直接測量接觸角的大??;另一類是間接法、即通過其它物理量的測定以及該物理量與接觸角之間的定量關(guān)系來計算出接觸角的大小.常用測定物理量是長度及質(zhì)量。第—類方法精度由測角器所決定;第二類則不但由測定長度或質(zhì)量的儀器精度.而且還由它們間的定量關(guān)系式的準確度所決定。
1.直接測量法。這是廣泛使用的方法,它是將掖滴直接滴在固體表面上或者在固——液界面上吹入一小氣泡,直接或先拍下照片后再用量角器定接觸角。如果固體是板條則可用斜板法測定:將試樣板浸入液體中,侵慢使板傾斜至板面一邊的液體呈水平,插入液體部分的板面與液面所成的角即為接觸角。用測角器讀取口的方法可得到精度為土1度。
2.長度測量法。直接法測口往往要先確定切線的位置,要做到準確就比較因難。采用長度測量法便能避免之。例如將液滴滴在固體表面上并拍下照片,只要測定液摘與平面接觸面的半徑和其高度。
3.重量測量法。它是利用測定表面張力的平板法來測定。
上述都是測量固體平面值的方法,對于固體粉末,先將固體粉末壓制成一多孔塞,測定將液體圧入〔不潤濕固體粉末)或者壓出(潤濕固體粉末)所需的壓力,就可計算出來。
接觸角在實際測量時應(yīng)該注意兩個問題,平衡時間和體系溫度的恒定,當體系未達平衡時,接觸角會變化,這時的接觸角稱為動態(tài)接觸角。動態(tài)接觸角研究對于一些粘度較大的液體在固體平面上的流動或輔展有重要的意義,因粘度大,平衡時間長。同時對于溫度變化較大的體系,由于表面張力的變化,接觸角也會變化,因此,若一已基平達平衡的體系,接觸角的變化,可能與溫度變化有關(guān),簡單判斷影響因素的方法是:平衡時間的影響一般是單方向的,而溫度的波勸可能造成接觸角的升高或降低。
除平衡時間和溫度外,影響接觸角穩(wěn)定的因素還有接觸角滯后和吸附作用。
1.接觸角滯后
前進接觸角和后退接觸角
前進接觸角,經(jīng)液固界面取代固氣界面后形成的接觸角為前進接觸角,如將固體板插入液體中,后退接觸角則相反,即以固氣界面取代固液界面后開成的接觸角叫后退接觸角。如水滴在斜玻璃板上,流動可形成前進接觸角和后退接觸角。
2.接觸角滯后及原因
指前進接觸角與后退接觸角之差稱為接觸角滯后。造成接觸角滯后的主要原因有:
A.表面不均勻
表面不均勻是造成接觸角滯后的一個重要原因,若固體表面與液體親合力不同的兩部分組成,則對復(fù)合表面的接觸角與對兩種純固體表面成分的接觸角關(guān)系產(chǎn)生變化。
實踐證明,前進一般反映與液體親合力較弱的那部分固體表面的潤濕性。因此,前進接觸角越大,而后退角反映與液體親合力較強的那部分固體表面的性質(zhì),因此,后退接觸角較小。對于一些無機固體,由于表面能較高,因而極易吸附一些低表面能的物質(zhì)而形成的復(fù)合表面。因此,造成液體對這種復(fù)合表面形成的接觸角滯后現(xiàn)象,可見,欲準確測定一種固體的接觸角,必須保證固體表面不受污染。
B.表面不平
表面不平也是造成接觸角滯后的主要因素,若將一塊玻璃粗化后,將一水滴滴在傾斜的玻璃上,則出現(xiàn)接觸角滯后。對可潤濕的金屬表面,表面經(jīng)過打磨粗化后,可使?jié)櫇裥宰兒?,如電鍍時需表面充分潤濕,而對于不潤濕的固體表面。表面粗化將使接觸角變大,潤濕性變差。
固體的潤濕性:
從潤濕議程可以看出,當接觸角小于90度,可潤濕。可見低表面張力的液體容易潤濕高表面能的固體。
表面張力大于100mN/m者稱為高能固體,這些固體易被液體所潤濕,如無機固體,金屬及其氧化物等。
表面張力低于100mN/m稱為低能固體,這類固體不易被液體所潤濕,如有機固體,高聚物固體。
一般的無機物固體,陶瓷金屬的表面能約在500-5000mN/m。其數(shù)值遠遠大于一般液體的表面張力。因此,液體與這類固體接觸后,使固體的表面能顯著降低。