vinkelperle

Hva er forskjellen mellom fri overflateenergi og overflateenergi?Til syvende og sist er dette et rent semantisk spørsmål.Overflatefri energi er den frie energien i et spesifikt rom (materialoverflate).I termodynamikkens reneste forstand refererer fri energi til energien som kan brukes til å virke, forårsake effekter og få noe til å skje.Den frie overflateenergien er relatert til energien som kan gjøres på overflaten av materialet.
For produsenter og alle som er involvert i vedheft, rengjøring, liming, belegg, blekk og malingsformuleringer, forsegling eller andre prosesser som involverer interaksjon av overflater med andre overflater eller deres miljø, er den frie overflateenergien vanligvis forkortet til bare overflateenergi.
Overflater er kritiske for alle prosessene oppført ovenfor, og selv om de har en direkte innvirkning på ytelsen til produktprodusenter i alle bransjer, blir de ofte ikke målt og derfor ikke kontrollert.
Kontroll av overflaten i produksjon refererer til å kontrollere overflateenergien til materialene som brukes.
Overflaten er sammensatt av molekyler som kjemisk interagerer med hverandre og molekylene som utgjør overflaten til andre materialer som de kommer i kontakt med.For å endre overflateenergien, må det forstås at disse molekylene kan fjernes ved rengjøring og behandling, erstattes eller på annen måte manipuleres for å produsere forskjellige nivåer av overflateenergi og oppnå de ønskede resultatene.For å kontrollere overflateenergien må den måles gjennom hele prosessen med å endre overflatekjemien for å bestemme når og hvor mye.På denne måten kan den nøyaktige mengden nødvendig overflateenergi oppnås til riktig tid under vedhefts- eller rengjøringsprosessen.
For å forstå hvordan molekyler gjør jobben med å bygge sterke bindinger og kjemisk rense overflater, må vi forstå tiltrekningen som trekker molekylene sammen og utgjør den totale frie energien til den tilgjengelige overflaten.
Når vi snakker om overflatens energi, snakker vi om overflatens evne til å utføre arbeid.Bokstavelig talt er dette overflatens evne til å bevege molekyler - denne bevegelsen krever energi.Det er viktig å huske at en overflate og molekylene som utgjør overflaten er de samme.Uten molekyler er det ingen overflate.Hvis det ikke er energi, kan ikke disse molekylene fullføre arbeidet med å adsorbere på limet, så det er ingen binding.
Derfor er arbeid direkte proporsjonalt med energi.Mer arbeid krever mer energi.Dessuten, hvis du har mer energi, vil arbeidet ditt øke.Et molekyls evne til å fungere kommer fra dets tiltrekning til andre molekyler.Disse attraktive kreftene kommer fra flere forskjellige måter som molekyler samhandler på.
I utgangspunktet samhandler molekyler fordi de har positivt og negativt ladede molekyler, og de tiltrekker seg motsatte ladninger mellom molekylene.En sky av elektroner flyter rundt molekylet.På grunn av disse konstant bevegelige elektronene, har molekylet en variabel ladning i et molekyl i et gitt område.Hvis alle molekyler har en jevn ladning rundt seg, vil ingen molekyler tiltrekke seg hverandre.Se for deg to kulelager, hvert kulelager har en jevn fordeling av elektroner på overflaten.Ingen av dem vil tiltrekke hverandre fordi de begge har en negativ ladning og ingen positiv ladning kan tiltrekkes.
Heldigvis, i den virkelige verden, er disse elektroniske skyene i konstant bevegelse, og det er områder med positive eller negative ladninger når som helst.Hvis du har to molekyler med tilfeldig ladede elektroner rundt seg når som helst, vil de ha en liten tiltrekning mellom seg.Kraften som genereres av tilfeldig omfordeling av positive og negative ladninger i elektronskyen rundt molekylet kalles spredningskraften.
Disse kreftene er svært svake.Uavhengig av strukturen eller sammensetningen av molekylet, er det en dispersjonskraft mellom alle molekyler, som er direkte motsatt av den polare kraften som genereres av strukturen til molekylet.
For eksempel er dispersjonskraften den eneste kraften som eksisterer mellom nitrogenmolekyler.Ved romtemperatur er nitrogen en slags gass, fordi spredningskraften er for svak, den kan ikke motstå termisk vibrasjon selv ved den mest moderate temperaturen, og den kan ikke holde nitrogenmolekylene sammen.Først når vi fjerner nesten all varmeenergien ved å avkjøle den til under -195°C, blir nitrogenet flytende.Når den termiske energien er tilstrekkelig redusert, kan den svakere spredningskraften overvinne den termiske vibrasjonen og trekke nitrogenmolekylene sammen for å danne en væske.
Hvis vi ser på vann, er dets molekylstørrelse og masse lik nitrogen, men strukturen og sammensetningen av vannmolekyler er forskjellig fra nitrogen.Siden vann er et veldig polart molekyl, vil molekylene tiltrekke hverandre veldig sterkt, og vannet vil forbli flytende til temperaturen på vannet stiger over 100°C.Ved denne temperaturen overvinner varmeenergien molekylet Med de polare kreftene holdt sammen blir vannet en gass.
Nøkkelpunktet å forstå er forskjellen i styrke mellom dispersjonskraften og den polare kraften som tiltrekker molekyler til hverandre.Når vi snakker om overflateenergien som produseres av disse attraktive kreftene, vær så snill å ha dette i bakhodet.
Dispergert overflateenergi er en del av overflateenergien, som genereres ved spredning av elektronskyer i molekyler på overflaten av materialet.Den totale overflateenergien er et attraktivt uttrykk for tiltrekningen av molekyler til hverandre.Dispergerte overflateenergier er en del av den totale energien, selv om de er svake og fluktuerende komponenter.
For forskjellige materialer er den spredte overflateenergien forskjellig.Svært aromatiske polymerer (som polystyren) har mange benzenringer og relativt store overflateenergidispergerende komponenter.På samme måte, fordi de inneholder et stort antall heteroatomer (som klor), har PVC også en relativt stor spredt overflateenergikomponent i deres totale overflateenergi.
Derfor avhenger rollen til spredningsenergi i produksjonsprosessen av materialene som brukes.Men siden dispersjonskraften nesten ikke avhenger av den spesifikke molekylstrukturen, er måten å kontrollere dem på svært begrenset.
Samspillet mellom spredt elektronavbøyning basert på disse svingningene er ikke den eneste måten for molekyler å samhandle med hverandre.På grunn av visse strukturelle trekk som skaper andre attraktive krefter mellom molekyler, kan molekyler samhandle med andre molekyler.Det er mange måter å klassifisere disse andre kreftene på, for eksempel syre-base-interaksjoner, der molekyler samhandler gjennom deres evne til å akseptere eller donere elektroner.
Noen molekyler har strukturelle egenskaper som produserer permanente dipoler, noe som betyr at i tillegg til tilfeldig spredning av elektroner rundt molekylet, er noen deler av molekylet alltid mer positive eller negative enn andre.Disse permanente dipolene er mer attraktive enn dispersive interaksjoner.
På grunn av sin struktur har noen molekyler permanent ladede områder som enten er positivt eller negativt ladede.Polar overflateenergi er en komponent av overflateenergi, som er forårsaket av tiltrekningen av disse ladningene mellom molekyler.
Vi kan enkelt konsentrere alle ikke-dispersive interaksjoner under beskyttelse av polare interaksjoner.
Dispersjonsegenskapene til et molekyl er en funksjon av størrelsen på molekylet, spesielt hvor mange elektroner og protoner som er tilstede.Vi har ikke mye kontroll over antall elektroner og protoner, noe som begrenser vår evne til å kontrollere spredningskomponenten av overflateenergi.
Imidlertid avhenger den polare komponenten av posisjonen til protoner og elektroner - formen på molekylet.Vi kan endre fordelingen av elektroner og protoner gjennom behandlingsmetoder som koronabehandling og plasmabehandling.Dette ligner på hvordan vi kan endre formen på blokkleire, men det vil alltid holde samme kvalitet.
Polare krefter er svært viktige fordi de er en del av overflateenergien som vi kontrollerer når vi utfører overflatebehandlinger.Dipol-dipol-attraksjon er årsaken til sterk vedheft mellom de fleste lim, maling og blekk og overflater.Gjennom rengjøring, flammebehandling, koronabehandling, plasmabehandling eller annen form for overflatebehandling kan vi fundamentalt øke den polare komponenten av overflateenergi, og dermed forbedre vedheft.
Ved å bruke samme side av IPA-serviet to ganger på samme overflate, kan kun lavenergistoffer introduseres på overflaten for å utilsiktet redusere den polare komponenten av overflateenergien.I tillegg kan overflaten være overbehandlet, noe som fordamper og reduserer overflateenergien.Når overflaten ikke produseres i det hele tatt, vil også den polare komponenten av overflateenergien endres.En ren lagringsflate tiltrekker seg molekyler i miljøet, inkludert emballasjematerialer.Dette endrer overflatens molekylære landskap og kan redusere overflateenergien.
Vi kan knapt kontrollere størrelsen på spredningen.Disse kreftene er i utgangspunktet faste, og det er liten verdi å forsøke å endre spredningskraften som et middel for å kontrollere overflatekvaliteten for å oppnå pålitelig adhesjon under produksjonsprosessen.
Når vi designer eller modifiserer overflaten, designer vi egenskapene til den polare komponenten av overflateenergien.Derfor, hvis vi ønsker å utvikle en overflatebehandlingsprosess for å kontrollere overflaten av materialet, så ønsker vi å kontrollere den polare sammensetningen av overflaten.
Overflatefri energi er summen av alle individuelle krefter som virker mellom molekyler.Det er noen formler for overflatefri energi.Hvis vi bestemmer oss for å behandle alle ikke-dispersive krefter som polare krefter, er beregningen av fri overflateenergi enkel.Formelen er:
Ved fremstilling av pålitelige produkter, overflatebehandling, rengjøring og klargjøring, er den frie overflateenergien den samme som overflateenergien.
På grunn av produksjonskravene som er involvert i ulike prosesser, for eksempel vedheftsytelsen til skjøten, riktig adhesjon av blekket på plasten eller beleggsytelsen til det "selvrensende" belegget på smarttelefonskjermen, avhenger alt av kontrollen av overflateegenskapene.Derfor er det svært viktig å forstå overflateenergien som en konsekvens av produksjonskonseptet.
Overflateenergi kommer fra de forskjellige måtene molekyler tiltrekker hverandre på.De polare interaksjonene mellom molekyler er de viktigste for adhesjons- og renseprosessen, fordi disse interaksjonene på molekylært nivå er de molekylære interaksjonene som vi kan kontrollere mest gjennom overflatebehandling, sliping, sliping, rengjøring, tørking eller andre overflatebehandlingsmetoder.
Kunnskap om polaritet og dispersjonssammensetning og overflatespenning er svært viktig for utvikling av lim, blekk og belegg.Men for produkter produsert ved bruk av lim, blekk, maling og belegg, trenger vi vanligvis bare å ta hensyn til den polare komponenten av overflateenergien, fordi det er en som påvirkes av produksjonsprosessen.
Måling av total overflateenergi er en relativt kompleks og feilutsatt prosess.Imidlertid er kontaktvinkelen til en enkelt væske som vann nesten helt bestemt av den polare komponenten av overflateenergien.Derfor, ved å måle vinkelen produsert av høyden til en vanndråpe på overflaten, kan vi vite med utrolig nøyaktighet hvordan den polare komponenten av overflateenergien endres.Generelt, jo høyere overflateenergien er, desto mindre vinkel forårsakes av at vanndråpene blir så tiltrukket og sprer seg eller blir fuktet.Lav overflateenergi vil føre til at vann perler og krymper til små bobler på overflaten, og danner en større kontaktvinkel.Konsistensen til denne kontaktvinkelmålingen er relatert til overflateenergi og derfor til adhesjonsytelse, noe som gir produsenter en pålitelig og repeterbar måte å sikre styrken til produktene deres.
For å lære mer om å kontrollere produksjonsprosessen for å oppnå mer forutsigbare resultater, last ned vår gratis e-bok: Bekreft forutsigbar adhesjon i produksjonen gjennom prosessen.Denne e-boken er din guide til prosessovervåking ved hjelp av prediktiv analyse, en prosess som eliminerer all gjetting om å opprettholde overflatekvaliteten gjennom hele bindingsprosessen.