動態表面張力的測量

表面活性劑可起到洗滌、乳化、發泡和消泡、濕潤、浸透和分散等多種作用，被廣泛應用于化工產品和生產過程中。其作用原理主要是基于調節（降低）體系的表面/界面張力。

當一新的表面或界面形成時，表面活性劑只有從體相擴散到表/界面時，才能起到其作用，而這一過程需要時間，其長短從幾毫秒到幾秒甚至幾分，取決于體系本身和表面活性劑的特性，如溫度、粘度以及表面活性劑的化學性質和分子量等。在這一過程中，體系的表/界面張力隨著時間下降，最后，當新形成的表/界面被從體系擴散來的表面活性劑飽和時，達到其平衡值。

對于許多應用領域和體系（如油墨），不但最終的表面張力值是一很重要的指標，而且當一新表/界面形成后，其表/界面張力值隨時間變化以至達到最終平衡值的速度也十分關鍵。如在當前普遍采用的高速印刷業中，油墨往往被以很快的速度鋪展到表面上，這就要求鋪展到表面上的油墨能以足夠快的速度達到較低的表面張力值，以能很好地潤濕被印刷的底物表面。若這一速度不夠快，即使最終的平衡表面張力值足夠低，也將無法保證在所采用的速度下能很好地潤濕底物表面。這就要求對此類體系進行動態表面張力值的測量，也即測量表面/界面張力值隨時間的變化情況。

動態表面張力值的測量有幾個重要的指標：

• 可以測量的最早時間：也就是一當一表/界面形成后，最早從什么時候起可以測量到表/界面張力值；

• 測量值的可靠性：往往當表/界面壽命很短時，測量較困難，測量值的可靠性也可能較差;

• 可以測量的最久時間等。

當前，在測量動態表面張力的方法中，使用最普遍的應算最大氣泡壓力法（Maximum Bubble Pressure Method）。它的測量時間范圍通常在0.01到1秒，但受液體的粘度影響很大。對粘度稍大的液體，其可靠的測量時間范圍在0.1秒以上，當液體的粘度超過一定值時，該方法不再適用。而且對測量值必須進行粘度校正，否則數據的誤差，尤其對短壽命的界面，將很大。

我們運用動態懸滴法，在高速自動加液裝置和高速攝像機的輔助下，可以達到的最早動態測量時間約在0.1秒左右，這已可基本上滿足絕大多數的實際應用體系的測量。而且與最大氣泡壓力法相比，動態懸滴法具有以下的優點：

• 操作簡便；

• 對體系的粘度不敏感，適合測量較高粘度的體系（對這類體系，最大氣泡壓力法往往不適用）；

• 測量值可靠；

• 測量時間無上限：可以持續幾分，幾小時，甚至幾天。

下圖給出的是對一洗手液水溶液和純水體系運用動態懸滴法進行的動態表面張力測量結果。 從圖中可以看到，純水的表面張力與表面形成的壽命無關，而洗手液水溶液的表面張力則在開始時快速，然后緩慢下降，約在1分鐘后趨近其平衡值。剛開始時的數據的分散是由于液滴快速形成后的短暫振蕩引起的，可通過進一步提高相機的速度（圖中顯示的數據是在110fps相機速度下獲得）來改善。