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Sigma 700/701
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检测方法
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通常采用Sigma 700/701力学张力仪中的粉末润湿方法测量松散粉末和颜料的润湿性和吸附性能。
在这种方法中,根据Washburn理论可以同时得到接触角和表面自由能。粉末润湿性测量在研究和开发过程中的许多领域被广泛应用,也可用于质量控制。典型的应用包括油墨和油漆工业中的颜料开发、医药和材料的开发中的粉末配方等。
粉末润湿法通过记录质量随时间的变化来研究液体对粉末、颜料和其他多孔固体的吸附性能,记录得到的曲线可提供吸附量和动力学信息。粉末和颜料的润湿性能与接触角相关,可通过Washburn理论计算得到。
接触角表示的是固体和液体相互作用时的润湿程度。接触角越低,润湿性越好。接触角小于90°表明液体可自发润湿固体(热力学而非动力学意义)。90°以上的接触角表明液体无法润湿固体。OneAttension软件同时包括了从测得的接触角计算表面自由能的功能。
Sigma 700/701力学张力仪可测量吸附性和粉末、颜料、多孔固体的实际接触角。根据Washburn理论,当一个多孔固体接触液体后,液体进入固体的孔隙将遵从以下关系:
T = [η ⁄ C · ρ^2 · γ · cos θ] · M^2
测量吸附的液体质量随时间变化的实验,时间/质量图为一条直线,其斜率是:
η ⁄ C · ρ^2 · γ · cos θ
如果已知粘度、密度和表面张力,那么这个算式中只有两个未知数即接触角和固体的物质常数C。为了解决这个问题,在实验中使用具有极低表面张力的液体如正己烷,此时的接触角可假定为零。当进行实验时,即可解出固体的物质常数:
slope = η ⁄ C · ρ^2 · γ
然后,可使用任何测试液体进行相同的实验,计算出该体系的接触角。Washburn实验使用可完全润湿的液体假定θ= 0解出C后测试固体。假设C是常数,相同的固体可以与不同的液体一起测试以找到接触角。
这种方法只适用于材料常数C是常量的体系。C是一个反映粉末中孔隙率或颗粒堆积度的术语。由于假设C在Washburn方法中保持不变,任何实际的变化均会产生误差。因此,尽力保持C作为常数,对实验结果的正确性非常关键。
材料常数C反映了固体样品中孔隙的数量和取向。当测量具有一定形状的多孔固体(如纸张、织物等)时,需确保每个样品具有相同的尺寸、形状和取向。
粉末测试中,材料常数取决于单个颗粒的孔隙率和颗粒的堆积密度。如果所有的粉末样品都来自同一来源,孔隙度可以假定为常数。C值的主要变化通常是由于堆积密度的变化引起的。有许多方法可提供一致的堆积效果,绝大多数实验采用的是使用重复的力将已知质量的粉末装入一个具有多孔底部(如烧结玻璃或滤网内衬)的套筒。
也可以通过使用光学张力仪和座滴法测接触角的方法研究粉末润湿性。Attension Theta光学张力仪适用于捕捉吸附动力学研究中接触角的高速变化。在这种方法中,粉末需要以压片的形式存在。如需获得更多信息,请查阅以下标准:
ASTM d7490-08 采用接触角测定固体涂层、基底和颜料表面张力的标准试验方法
ASTM d7334-08 采用前进接触角测量涂层、基材和颜料表面润湿性的标准实施规程。