Несколько механизмов и теорий адгезии

1) механическая — адгезия за счет затекания в трещины и поры поверхности твердого тела жидкого адгезива и возникновения механического сцепления;

2) молекулярный, адсорбционный — благодаря в-д-в или водородным связям. Приложимо правило сходства веществ по полярности (чем ближе, тем прочнее);

3) электростатическая теория связывает адгезию с образованием ДЭС, отслаивание вызывает ↑ разности потенциалов, чем и обуславливается прочность соединения;

4) диффузионный механизм предусматривает размывание границы раздела фаз за счет взаимного проникновения молекул и атомов в поверхностные слои взаимодействующих фаз.

Чаще всего механизм адгезии бывает смешанным, но в конкретных условиях один и перечисленных вариантов может преобладать.

2.5.1. Смачивание — поверхностное явление, которое возникает при взаимодействии жидкости с твердым или другим жидким телом при одновременном контакте трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом.

При нанесении небольшого количества жидкости на поверхность другой жидкости или твердого тела можно наблюдать 2 процесса (если приводимые в контакт вещества взаимно не растворимы) — в одном случае растекание капли, в другом нет.

Нанесем на твердую поверхность раздела фаз каплю жидкости. Рассмотрим условия равновесия поверхностных сил в случае контакта трех фаз:

σ_ж/г

г

σ_т/г θ ж σ_т/г = σ_т/ж + σ_ж/г cosθ – закон Юнга^(*)

о σ_т/ж

т

Рис.2.40. Условия равновесия капли при контакте трех фаз

Поверхностное натяжение можно рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура, представим поэтому ее через вектор направленный тангенциально к поверхности. . Переместим векторы в точку контакта трех фаз (т.О). Поверхностное натяжение твердого тела стремится растянуть каплю; σ_3/2 — сжать, растеканию препятствуют когезионные силы, которые направлены по касательной.

Угол θ, образованный касательными к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость и имеющий вершину на линии раздела фаз, называется краевым углом смачивания.

Смачивание можно оценить по значению этого угла или по cosθ:

cosθ = (σ_т/г — σ_т/ж) / σ_ж/г (2.119)

Чем меньше угол θ и больше cosθ, тем лучше смачивание. Граница смачивания — 90^о или cosθ =0. При θ<90^о — поверхность смачивается данной жидкостью, при θ>90^о — поверхность не смачивается данной жидкостью. При θ=180^о — полное несмачивание (в природе не существует, т.к. всегда существует взаимодействие между жидкостью и твердым телом).

Смачиваемость водой: кварц θ =0^о

малахит θ =17^о

графит θ =55^о

парафин θ =106^о

из известных материалов хуже всего смачивается тефлон θ =108^о.

Еще один вывод (термодинамический) уравнения Юнга (более строгий — для дневников):

Рассмотрим процесс, когда капля не растекается полностью по поверхности другого тела:

θ ds cosθ

ds

Рис.2.41. Условия равновесия капли при контакте трех фаз

U^s тв.тела стремится к растеканию капли по поверхности,

U^s т/ж стремится к сжатию капли (S ↓), растеканию способствуют силы когезии (σ_ж/г).

=0 (2.120)

отсюда cosθ = (σ_т/г — σ_т/ж) / σ_ж/г (2.121)