חרוז זווית

מה ההבדל בין אנרגיה חופשית פני השטח לאנרגיה פני השטח?בסופו של דבר, זו שאלה סמנטית גרידא.אנרגיה חופשית משטח היא האנרגיה החופשית בחלל מסוים (משטח חומרי).במובן הטהור של התרמודינמיקה, אנרגיה חופשית מתייחסת לאנרגיה שניתן להשתמש בה כדי לעבוד, לגרום להשפעות ולגרום למשהו לקרות.האנרגיה החופשית של פני השטח קשורה לאנרגיה שניתן לעשות על פני החומר.
עבור יצרנים וכל מי שעוסק בהדבקה, ניקוי, הדבקה, ציפויים, דיו ופורמולציות צבע, איטום או כל תהליך אחר הכרוך באינטראקציה של משטחים עם משטחים אחרים או סביבתם, האנרגיה החופשית של פני השטח מתקצרת בדרך כלל לאנרגיית שטח בלבד.
משטחים הם קריטיים לכל התהליכים המפורטים לעיל, וגם אם יש להם השפעה ישירה על ביצועי יצרני המוצרים בכל הענפים, לרוב הם אינם נמדדים ולכן אינם מבוקרים.
שליטה על פני השטח בייצור מתייחסת לשליטה באנרגיית פני השטח של החומרים המשמשים.
פני השטח מורכבים ממולקולות המקיימות אינטראקציה כימית זו עם זו ומהמולקולות המרכיבות את פני השטח של חומרים אחרים איתם הם באים במגע.על מנת לשנות את אנרגיית פני השטח, יש להבין שניתן להסיר את אותן מולקולות על ידי ניקוי וטיפול, להחליף או לבצע מניפולציה אחרת כדי לייצר רמות שונות של אנרגיית פני השטח ולהשיג את התוצאות הרצויות.על מנת לשלוט באנרגיית פני השטח, יש למדוד אותה לאורך תהליך השינוי של כימיה פני השטח כדי לקבוע מתי ובכמה.בדרך זו, ניתן לקבל את הכמות המדויקת של אנרגיית פני השטח הדרושה בזמן המתאים במהלך תהליך ההדבקה או הניקוי.
כדי להבין כיצד מולקולות עושות את העבודה של בניית קשרים חזקים וניקוי כימי של משטחים, עלינו להבין את המשיכה שמושכת את המולקולות יחדיו ומהווה את האנרגיה החופשית הכוללת של המשטח הזמין.
כאשר אנו מדברים על האנרגיה של המשטח, אנו מדברים על היכולת של אותו משטח לבצע עבודה.פשוטו כמשמעו, זוהי היכולת של פני השטח להזיז מולקולות-תנועה זו דורשת אנרגיה.חשוב לזכור שמשטח והמולקולות המרכיבות את פני השטח זהים.ללא מולקולות, אין משטח.אם אין אנרגיה, מולקולות אלו אינן יכולות להשלים את מלאכת הספיחה על הדבק, ולכן אין התקשרות.
לכן, העבודה עומדת ביחס ישר לאנרגיה.יותר עבודה דורשת יותר אנרגיה.יתר על כן, אם יש לך יותר אנרגיה, העבודה שלך תגדל.היכולת של מולקולה לתפקד נובעת מהמשיכה שלה למולקולות אחרות.כוחות משיכה אלה מגיעים מכמה דרכים שונות שבהן מולקולות מתקשרות.
ביסודו של דבר, מולקולות מקיימות אינטראקציה מכיוון שיש להן מולקולות מטען חיובי ושלילי, והן מושכות מטענים מנוגדים בין המולקולות.ענן של אלקטרונים מרחף סביב המולקולה.בגלל האלקטרונים הנעים כל הזמן, למולקולה יש מטען משתנה במולקולה של אזור נתון.אם לכל המולקולות יש מטען אחיד סביבן, שום מולקולות לא ימשכו זו את זו.תארו לעצמכם שני מיסבים כדוריים, לכל מיסב יש חלוקה אחידה של אלקטרונים על פני השטח שלו.שניהם לא ימשכו זה את זה כי לשניהם יש מטען שלילי ולא ניתן למשוך מטען חיובי.
למרבה המזל, בעולם האמיתי, העננים האלקטרוניים הללו נמצאים בתנועה מתמדת, ויש אזורים עם מטענים חיוביים או שליליים בכל רגע.אם יש לך שתי מולקולות עם אלקטרונים טעונים אקראית מסביבן בכל נקודת זמן, תהיה להן משיכה קטנה ביניהן.הכוח שנוצר מהחלוקה האקראית של מטענים חיוביים ושליליים בענן האלקטרונים סביב המולקולה נקרא כוח הפיזור.
הכוחות הללו חלשים מאוד.ללא קשר למבנה או הרכבה של המולקולה, קיים כוח פיזור בין כל המולקולות, המנוגד ישירות לכוח הקוטבי שנוצר על ידי מבנה המולקולה.
לדוגמה, כוח הפיזור הוא הכוח היחיד שקיים בין מולקולות חנקן.בטמפרטורת החדר, חנקן הוא סוג של גז, מכיוון שכוח הפיזור חלש מדי, הוא אינו יכול לעמוד בפני רטט תרמי אפילו בטמפרטורה המתונה ביותר, ואינו יכול להחזיק את מולקולות החנקן יחד.רק כאשר אנו מסירים כמעט את כל אנרגיית החום על ידי קירורה מתחת ל-195 מעלות צלזיוס, החנקן הופך לנוזל.ברגע שהאנרגיה התרמית מופחתת במידה מספקת, כוח הפיזור החלש יותר יכול להתגבר על הרטט התרמי ולמשוך את מולקולות החנקן יחדיו ליצירת נוזל.
אם נסתכל על מים, הגודל והמסה המולקולרית שלהם דומים לאלו של חנקן, אבל המבנה וההרכב של מולקולות המים שונים מאלה של חנקן.מכיוון שהמים הם מולקולה מאוד קוטבית, המולקולות ימשכו זו את זו חזק מאוד, והמים יישארו נוזליים עד שטמפרטורת המים תעלה מעל 100 מעלות צלזיוס.בטמפרטורה זו, אנרגיית החום מתגברת על המולקולרית כשהכוחות הקוטביים מוחזקים יחד, המים הופכים לגז.
נקודת המפתח שיש להבין היא ההבדל בחוזק בין כוח הפיזור לכוח הקוטבי שמושך מולקולות זו לזו.כאשר אנו מדברים על אנרגיית פני השטח המופקת על ידי כוחות משיכה אלה, אנא זכור זאת.
אנרגיית פני השטח המפוזרת היא חלק מאנרגיית פני השטח, אשר נוצרת על ידי פיזור של ענני אלקטרונים במולקולות על פני החומר.אנרגיית פני השטח הכוללת היא ביטוי אטרקטיבי למשיכה של מולקולות זו לזו.אנרגיות פני השטח המפוזרות הן חלק מכלל האנרגיה, גם אם הן מרכיבים חלשים ומתנודדים.
עבור חומרים שונים, אנרגיית פני השטח המפוזרת שונה.לפולימרים ארומטיים מאוד (כגון פוליסטירן) יש טבעות בנזן רבות ורכיבים גדולים יחסית לפיזור אנרגיית פני השטח.באופן דומה, מכיוון שהם מכילים מספר רב של הטרואטומים (כגון כלור), ל-PVC יש גם רכיב אנרגיית פני שטח גדול יחסית באנרגיית פני השטח הכוללת שלהם.
לכן, תפקידה של אנרגיית הפיזור בתהליך הייצור תלוי בחומרים המשמשים.עם זאת, מכיוון שכוח הפיזור כמעט ולא תלוי במבנה המולקולרי הספציפי, הדרך לשלוט בהם מוגבלת מאוד.
האינטראקציה של סטיית אלקטרונים מפוזרים המבוססת על תנודות אלו אינה הדרך היחידה של מולקולות ליצור אינטראקציה זו עם זו.בשל תכונות מבניות מסוימות היוצרות כוחות משיכה אחרים בין מולקולות, מולקולות יכולות לקיים אינטראקציה עם מולקולות אחרות.ישנן דרכים רבות לסווג את הכוחות האחרים הללו, כגון אינטראקציות חומצה-בסיס, שבהן מולקולות מקיימות אינטראקציה באמצעות יכולתן לקבל או לתרום אלקטרונים.
לחלק מהמולקולות יש תכונות מבניות המייצרות דיפולים קבועים, מה שאומר שבנוסף לפיזור אקראי של אלקטרונים סביב המולקולה, חלקים מסוימים של המולקולה תמיד חיוביים או שליליים יותר מאחרים.דיפולים קבועים אלה אטרקטיביים יותר מאינטראקציות מפוזרות.
בשל המבנה שלהן, לחלק מהמולקולות יש אזורים טעונים באופן קבוע שהם בעלי מטען חיובי או שלילי.אנרגיית פני השטח הקוטבית היא מרכיב של אנרגיית פני השטח, אשר נגרמת על ידי משיכה של מטענים אלה בין מולקולות.
אנחנו יכולים בקלות לרכז את כל האינטראקציות הלא-פיזורות תחת הגנה של אינטראקציות קוטביות.
תכונות הפיזור של מולקולה הן פונקציה של גודל המולקולה, במיוחד כמה אלקטרונים ופרוטונים קיימים.אין לנו שליטה רבה על מספר האלקטרונים והפרוטונים, מה שמגביל את יכולתנו לשלוט במרכיב הפיזור של אנרגיית פני השטח.
עם זאת, הרכיב הקוטבי תלוי במיקום הפרוטונים והאלקטרונים - צורת המולקולה.אנו יכולים לשנות את התפלגות האלקטרונים והפרוטונים באמצעות שיטות טיפול כמו טיפול בקורונה וטיפול בפלזמה.זה דומה לאופן שבו אנחנו יכולים לשנות את הצורה של חימר בלוקים, אבל זה תמיד ישמור על אותה איכות.
כוחות קוטביים חשובים מאוד מכיוון שהם חלק מאנרגיית פני השטח שאנו שולטים בה כאשר אנו מבצעים טיפולי פני שטח.משיכה דיפול-דיפול היא הגורם להידבקות חזקה בין רוב הדבקים, הצבעים והדיו והמשטחים.באמצעות ניקוי, טיפול בלהבות, טיפול קורונה, טיפול בפלזמה או כל צורה אחרת של טיפול פני השטח, נוכל להגדיל באופן מהותי את המרכיב הקוטבי של אנרגיית פני השטח, ובכך לשפר את ההדבקה.
על ידי שימוש באותו צד של מגבון ה-IPA פעמיים על אותו משטח, ניתן להחדיר רק חומרים בעלי אנרגיה נמוכה על פני השטח כדי להפחית באופן לא מכוון את הרכיב הקוטבי של אנרגיית פני השטח.בנוסף, המשטח עשוי לעבור טיפול יתר, מה שמנדף ומפחית את אנרגיית פני השטח.כאשר המשטח אינו מיוצר כלל, ישתנה גם המרכיב הקוטבי של אנרגיית פני השטח.משטח אחסון נקי מושך מולקולות בסביבה, כולל חומרי אריזה.זה משנה את הנוף המולקולרי של פני השטח ועלול להפחית את אנרגיית פני השטח.
אנחנו בקושי יכולים לשלוט בגודל הפיזור.כוחות אלו קבועים בעצם, ואין ערך רב בניסיון לשנות את כוח הפיזור כאמצעי לשליטה באיכות פני השטח כדי להשיג הידבקות אמינה במהלך תהליך הייצור.
כאשר אנו מתכננים או משנים את פני השטח, אנו מתכננים את המאפיינים של הרכיב הקוטבי של אנרגיית פני השטח.לכן, אם אנחנו רוצים לפתח תהליך טיפול פני השטח כדי לשלוט על פני החומר, אז אנחנו רוצים לשלוט בהרכב הקוטבי של המשטח.
אנרגיה חופשית משטח היא סכום כל הכוחות האינדיבידואליים הפועלים בין מולקולות.ישנן כמה נוסחאות לאנרגיה חופשית משטח.אם נחליט להתייחס לכל הכוחות הלא מפזרים כאל כוחות קוטביים, החישוב של אנרגיה חופשית פני השטח הוא פשוט.הנוסחה היא:
בייצור של מוצרים אמינים, טיפול פני השטח, ניקוי והכנה, האנרגיה החופשית של פני השטח זהה לאנרגיית פני השטח.
בשל דרישות הייצור הכרוכות בתהליכים שונים, כגון ביצועי ההדבקה של המפרק, הדבקה תקינה של הדיו על הפלסטיק או ביצועי הציפוי של הציפוי "המנקה את עצמו" במסך הסמארטפון, הכל תלוי בבקרה של תכונות פני השטח.לכן, חשוב מאוד להבין את אנרגיית פני השטח כתוצאה מתפיסת הייצור.
אנרגיית פני השטח מגיעה מהדרכים השונות בהן מולקולות מושכות זו את זו.האינטראקציות הקוטביות בין מולקולות הן החשובות ביותר לתהליך ההדבקה והניקוי, מכיוון שאינטראקציות ברמה מולקולרית אלו הן האינטראקציות המולקולריות שאנו יכולים לשלוט בהן ביותר באמצעות טיפול משטח, שחיקה, שיוף, ניקוי, ניגוב או כל שיטות אחרות להכנת משטח.
ידע בהרכב הקוטביות והפיזור ובמתח פני השטח חשוב מאוד לפיתוח דבקים, דיו וציפויים.עם זאת, עבור מוצרים המיוצרים באמצעות דבקים, דיו, צבעים וציפויים, אנחנו צריכים בדרך כלל לשים לב רק למרכיב הקוטבי של אנרגיית פני השטח, מכיוון שהוא כזה שמושפע מתהליך הייצור.
מדידת אנרגיית פני השטח הכוללת היא תהליך מורכב יחסית ונוטה לשגיאות.עם זאת, זווית המגע של נוזל בודד כמו מים נקבעת כמעט לחלוטין על ידי המרכיב הקוטבי של אנרגיית פני השטח.לכן, על ידי מדידת הזווית המופקת מגובה טיפת מים על פני השטח, אנו יכולים לדעת בדיוק מדהים כיצד המרכיב הקוטבי של אנרגיית פני השטח משתנה.בדרך כלל, ככל שאנרגיית פני השטח גבוהה יותר, כך זווית קטנה יותר הנגרמת על ידי משיכה כזו של טיפות המים ומתפשטות או הרטבה.אנרגיה נמוכה של פני השטח תגרום למים להתכווץ ולהתכווץ לבועות קטנות על פני השטח, ויוצרות זווית מגע גדולה יותר.העקביות של מדידת זווית מגע זו קשורה לאנרגיית פני השטח ולכן לביצועי הידבקות, המספקים ליצרנים דרך אמינה וניתנת לחזרה להבטיח את חוזק המוצרים שלהם.
למידע נוסף על שליטה בתהליך הייצור כדי להשיג תוצאות צפויות יותר, הורד את הספר האלקטרוני החינמי שלנו: אמת הידבקות צפויה בייצור באמצעות התהליך.הספר האלקטרוני הזה הוא המדריך שלך לניטור תהליכים באמצעות ניתוח חיזוי, תהליך שמבטל כל ניחוש לגבי שמירה על איכות פני השטח לאורך תהליך ההדבקה.