在工业领域,如浮选矿物、原油开采、洗涤、防油漆、材料制备加工等,润湿程度是一个非常重要的性能指标。比如,油对矿中的岩石的润湿性对采油率及产能有很大的影响,在油价高昂的今天,能增大采油率和产能显得尤为重要,所以研究油对岩石及勘探钻头的润湿性显得极其重要[2]。文献综述
而在材料制备加工中,例如炼钢时要求钢液和炉渣不润湿,否则彼此分离较难,容易造成钢液损失,并且钢液中夹杂物含量较高。如此可见,钢的润湿性对提高生产率、原料利用率和降低生产成本具有重大意义。
1.2 润湿性的测量方法
在对润湿性的长期研究中,科研人员常用的润湿性的测量方法有接触角法、Amott 法[8]、 USBM 法[9]、浸入法、微滴法和座滴法,还有其他方法如:渗析法、显微镜检测法、浮选法、毛细测量法、核磁共振法[10]等。下面简要介绍几种常用的方法。
1.2.1 浸入法
浸入法就是将要测量的固体物质制成一定的形状(一般为圆盘或者圆柱),浸入相应的液体中,观察记录液体在该固体物质表面的弯曲形状和程度,以此测得界面张力和润湿角,根据基本原理即可推出润湿性。此法的优点是精度比较高,能较好地反映润湿动力学特性;缺点是测量装置比较复杂,实验条件比较苛刻,实际操作有一定的困难[11,12]。
1.2.2 微滴法
在高真空条件下,把利用蒸发和喷溅原理沉积在基底表面上的一层金属薄膜加热使之熔化,并在基底表面形成微滴,然后测量微滴与基底间的接触角,从而得到润湿性的实验方法。此法的优点是测量精度较高,有利于分析界面的反应;缺点是润湿角是动态的,而测量变化着的角度是比较困难的。
1.2.3 接触角法
接触角法,是本课题中用到的方法,所以在此做比较详细的介绍。
接触角法,顾名思义,就是通过各种方法获知接触角大小,从而推知其润湿性。测量接触角不仅对研究与界面性质有关的理论有重大意义,而且在选矿、采油、润滑、油漆、粉末冶金和人工降雨等重要近代工业技术中均具有重要意义[13,14]。来!自~751论-文|网www.751com.cn
在长期的研究进程中,润湿性的接触角测量方法发展得比较丰富,比如倾板法、圆筒法等,这些测量方法能得到比较精确的接触角,但是这些方法要求被测物体有足够大的均匀表面,而这个苛刻的要求在实际应用中很难达到,从经济问题和技术问题来考虑,并不经常使用这些方法。为了满足简便易行、操作技术要求不高的要求,科研人员发明了固滴法,它是将小滴液体滴到固体表面(只需要一个很小的固体表面)进行测量 [15,16],这对于要求不高的实验来说是可行的。
1.2.3.1 固滴法
采用固滴法时,为避免由于固体表面的不均匀性引起的接测角的测量的偏差,一般先测量液滴的高与底面直径,再换算为接触角。
当液滴很小时,可将液滴视为球形,并且可忽略其重力影响,此时接触角θ与液滴的高h和底面直径2r之间可满足简单关系式