ลูกปัดมุม

อะไรคือความแตกต่างระหว่างพลังงานอิสระที่พื้นผิวและพลังงานพื้นผิว?ในการวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย นี่เป็นคำถามเชิงความหมายล้วนๆพลังงานไร้พื้นผิวคือพลังงานอิสระในพื้นที่เฉพาะ (พื้นผิววัสดุ)ในความหมายที่แท้จริงของอุณหพลศาสตร์ พลังงานอิสระหมายถึงพลังงานที่สามารถนำมาใช้ในการทำงาน ก่อให้เกิดผลกระทบ และทำให้บางสิ่งบางอย่างเกิดขึ้นได้พลังงานอิสระที่พื้นผิวเกี่ยวข้องกับพลังงานที่สามารถทำได้บนพื้นผิวของวัสดุ
สำหรับผู้ผลิตและใครก็ตามที่เกี่ยวข้องกับการยึดเกาะ การทำความสะอาด การยึดติด การเคลือบ สูตรหมึกและสี การปิดผนึก หรือกระบวนการอื่นใดที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ของพื้นผิวกับพื้นผิวอื่นหรือสภาพแวดล้อมของพวกมัน พลังงานอิสระของพื้นผิวมักจะถูกย่อให้เหลือเพียงแค่พลังงานพื้นผิวเท่านั้น
พื้นผิวมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการทั้งหมดที่ระบุไว้ข้างต้น และแม้ว่าจะมีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพของผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ในทุกอุตสาหกรรม แต่ก็มักจะไม่ได้รับการวัดผลและดังนั้นจึงไม่ได้รับการควบคุม
การควบคุมพื้นผิวในการผลิตหมายถึงการควบคุมพลังงานพื้นผิวของวัสดุที่ใช้
พื้นผิวประกอบด้วยโมเลกุลที่มีปฏิกิริยาเคมีต่อกันและโมเลกุลที่ประกอบเป็นพื้นผิวของวัสดุอื่นที่พวกมันสัมผัสกันในการเปลี่ยนแปลงพลังงานพื้นผิว จะต้องเข้าใจว่าโมเลกุลเหล่านั้นสามารถกำจัดออกได้โดยการทำความสะอาดและการบำบัด แทนที่หรือจัดการด้วยวิธีอื่นเพื่อสร้างพลังงานพื้นผิวในระดับต่างๆ และบรรลุผลตามที่ต้องการในการควบคุมพลังงานพื้นผิวนั้นจะต้องวัดตลอดกระบวนการเปลี่ยนเคมีของพื้นผิวเพื่อกำหนดเวลาและเท่าใดด้วยวิธีนี้ จึงสามารถได้รับพลังงานพื้นผิวที่จำเป็นในปริมาณที่แม่นยำในเวลาที่เหมาะสมระหว่างกระบวนการยึดเกาะหรือการทำความสะอาด
เพื่อทำความเข้าใจว่าโมเลกุลทำงานอย่างไรในการสร้างพันธะที่แข็งแกร่งและการทำความสะอาดพื้นผิวด้วยสารเคมี เราต้องเข้าใจแรงดึงดูดที่ดึงโมเลกุลเข้าด้วยกันและประกอบขึ้นเป็นพลังงานอิสระทั้งหมดของพื้นผิวที่มีอยู่
เมื่อเราพูดถึงพลังงานของพื้นผิว เรากำลังพูดถึงความสามารถของพื้นผิวนั้นในการทำงานแท้จริงแล้ว นี่คือความสามารถของพื้นผิวในการเคลื่อนย้ายโมเลกุล การเคลื่อนไหวนี้ต้องใช้พลังงานสิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าพื้นผิวและโมเลกุลที่ประกอบเป็นพื้นผิวนั้นเหมือนกันหากไม่มีโมเลกุลก็ไม่มีพื้นผิวหากไม่มีพลังงาน โมเลกุลเหล่านี้จะไม่สามารถทำหน้าที่ดูดซับบนกาวได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงไม่มีพันธะ
ดังนั้นงานจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานการทำงานมากขึ้นต้องใช้พลังงานมากขึ้นนอกจากนี้ถ้าคุณมีพลังงานมากขึ้น งานของคุณก็จะเพิ่มมากขึ้นความสามารถของโมเลกุลในการทำงานมาจากแรงดึงดูดของมันต่อโมเลกุลอื่นๆแรงดึงดูดเหล่านี้มาจากหลายวิธีที่โมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์กัน
โดยพื้นฐานแล้ว โมเลกุลจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบกันเพราะพวกมันมีโมเลกุลที่มีประจุบวกและลบ และพวกมันดึงดูดประจุที่ตรงกันข้ามระหว่างโมเลกุลกลุ่มเมฆอิเล็กตรอนลอยอยู่รอบๆ โมเลกุลเนื่องจากอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ตลอดเวลาเหล่านี้ โมเลกุลจึงมีประจุแปรผันในโมเลกุลของพื้นที่ที่กำหนดถ้าโมเลกุลทั้งหมดมีประจุสม่ำเสมอรอบๆ จะไม่มีโมเลกุลใดดึงดูดกันลองนึกภาพตลับลูกปืนสองตัว แต่ละตลับลูกปืนมีการกระจายอิเล็กตรอนบนพื้นผิวสม่ำเสมอทั้งสองจะไม่ดึงดูดกันเพราะทั้งคู่มีประจุลบและไม่สามารถดึงดูดประจุบวกได้
โชคดีที่ในโลกแห่งความเป็นจริง คลาวด์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้มีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง และมีพื้นที่ที่มีประจุบวกหรือลบอยู่ตลอดเวลาหากคุณมีโมเลกุลสองตัวที่มีอิเล็กตรอนที่มีประจุสุ่มอยู่รอบๆ พวกมัน ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง พวกมันก็จะมีแรงดึงดูดเล็กน้อยระหว่างพวกมันแรงที่เกิดจากการแจกแจงประจุบวกและลบแบบสุ่มในเมฆอิเล็กตรอนรอบโมเลกุลเรียกว่าแรงกระจาย
กองกำลังเหล่านี้อ่อนแอมากไม่ว่าโครงสร้างหรือองค์ประกอบของโมเลกุลจะเป็นอย่างไร มีแรงกระจายระหว่างโมเลกุลทั้งหมด ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับแรงขั้วโลกที่เกิดจากโครงสร้างของโมเลกุลโดยตรง
ตัวอย่างเช่น แรงกระจายเป็นแรงเดียวที่มีอยู่ระหว่างโมเลกุลไนโตรเจนที่อุณหภูมิห้อง ไนโตรเจนเป็นก๊าซชนิดหนึ่ง เนื่องจากแรงกระจายอ่อนเกินไป จึงไม่สามารถต้านทานการสั่นสะเทือนจากความร้อนได้แม้ในอุณหภูมิปานกลางที่สุด และไม่สามารถยึดโมเลกุลไนโตรเจนไว้ด้วยกันได้เมื่อเรากำจัดพลังงานความร้อนเกือบทั้งหมดโดยการทำให้เย็นลงจนต่ำกว่า -195°C เท่านั้น ไนโตรเจนจึงกลายเป็นของเหลวเมื่อพลังงานความร้อนลดลงเพียงพอ แรงกระจายที่อ่อนลงสามารถเอาชนะการสั่นสะเทือนจากความร้อน และดึงโมเลกุลไนโตรเจนเข้าด้วยกันเพื่อสร้างของเหลว
หากเราดูน้ำ ขนาดและมวลโมเลกุลจะใกล้เคียงกับไนโตรเจน แต่โครงสร้างและองค์ประกอบของโมเลกุลของน้ำแตกต่างจากไนโตรเจนเนื่องจากน้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้วมาก โมเลกุลจึงดึงดูดกันอย่างรุนแรง และน้ำจะยังคงเป็นของเหลวจนกว่าอุณหภูมิของน้ำจะสูงขึ้นเกิน 100°Cที่อุณหภูมินี้ พลังงานความร้อนจะเอาชนะโมเลกุล เมื่อแรงขั้วโลกเกาะติดกัน น้ำจะกลายเป็นก๊าซ
จุดสำคัญที่ต้องทำความเข้าใจคือความแตกต่างในความแข็งแกร่งระหว่างแรงกระจายและแรงขั้วโลกที่ดึงดูดโมเลกุลเข้าหากันเมื่อเราพูดถึงพลังงานพื้นผิวที่เกิดจากแรงดึงดูดเหล่านี้ โปรดคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย
พลังงานพื้นผิวที่กระจัดกระจายเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานพื้นผิว ซึ่งเกิดจากการกระจายตัวของเมฆอิเล็กตรอนในโมเลกุลบนพื้นผิวของวัสดุพลังงานพื้นผิวทั้งหมดเป็นการแสดงออกถึงแรงดึงดูดของโมเลกุลที่มีต่อกันพลังงานพื้นผิวที่กระจัดกระจายเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานทั้งหมด แม้ว่าจะเป็นส่วนประกอบที่อ่อนแอและผันผวนก็ตาม
สำหรับวัสดุที่แตกต่างกัน พลังงานพื้นผิวที่กระจัดกระจายจะแตกต่างกันโพลีเมอร์อะโรมาติกสูง (เช่น โพลีสไตรีน) มีวงแหวนเบนซีนจำนวนมากและมีส่วนประกอบที่กระจายพลังงานพื้นผิวค่อนข้างมากในทำนองเดียวกัน เนื่องจากมีอะตอมเฮเทอโรอะตอมจำนวนมาก (เช่น คลอรีน) พีวีซีจึงมีส่วนประกอบของพลังงานพื้นผิวที่กระจายค่อนข้างมากในพลังงานพื้นผิวทั้งหมด
ดังนั้นบทบาทของพลังงานการกระจายตัวในกระบวนการผลิตจึงขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแรงกระจายแทบไม่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลจำเพาะ วิธีการควบคุมจึงมีจำกัดมาก
ปฏิสัมพันธ์ของการโก่งตัวของอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายตามความผันผวนเหล่านี้ไม่ใช่วิธีเดียวที่โมเลกุลจะมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันเนื่องจากคุณสมบัติทางโครงสร้างบางอย่างที่สร้างแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล โมเลกุลจึงสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลอื่นได้มีหลายวิธีในการจำแนกแรงอื่นๆ เหล่านี้ เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรด-เบส โดยที่โมเลกุลมีปฏิกิริยาต่อกันผ่านความสามารถในการรับหรือบริจาคอิเล็กตรอน
โมเลกุลบางชนิดมีคุณสมบัติทางโครงสร้างที่ทำให้เกิดไดโพลถาวร ซึ่งหมายความว่า นอกเหนือจากการกระจายตัวของอิเล็กตรอนรอบๆ โมเลกุลแบบสุ่มแล้ว บางส่วนของโมเลกุลยังมีค่าเป็นบวกหรือลบมากกว่าส่วนอื่นๆ เสมอไดโพลถาวรเหล่านี้มีความน่าดึงดูดมากกว่าปฏิกิริยาแบบกระจาย
เนื่องจากโครงสร้างของมัน โมเลกุลบางชนิดจึงมีบริเวณที่มีประจุถาวรซึ่งมีประจุบวกหรือลบพลังงานพื้นผิวขั้วโลกเป็นส่วนประกอบของพลังงานพื้นผิว ซึ่งเกิดจากการดึงดูดประจุเหล่านี้ระหว่างโมเลกุล
เราสามารถรวมเอาปฏิสัมพันธ์ที่ไม่กระจายตัวทั้งหมดไว้ภายใต้การคุ้มครองของปฏิสัมพันธ์เชิงขั้วได้อย่างง่ายดาย
คุณสมบัติการกระจายตัวของโมเลกุลขึ้นอยู่กับขนาดของโมเลกุล โดยเฉพาะจำนวนอิเล็กตรอนและโปรตอนที่มีอยู่เราไม่สามารถควบคุมจำนวนอิเล็กตรอนและโปรตอนได้มากนัก ซึ่งจำกัดความสามารถของเราในการควบคุมองค์ประกอบการกระจายตัวของพลังงานพื้นผิว
อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบที่มีขั้วขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโปรตอนและอิเล็กตรอนซึ่งเป็นรูปร่างของโมเลกุลเราสามารถเปลี่ยนการกระจายตัวของอิเล็กตรอนและโปรตอนได้ด้วยวิธีการรักษา เช่น การบำบัดด้วยโคโรนาและการบำบัดด้วยพลาสมาคล้ายกับวิธีที่เราสามารถเปลี่ยนรูปร่างของบล็อกเคลย์ได้ แต่จะคงคุณภาพไว้เหมือนเดิมเสมอ
แรงขั้วโลกมีความสำคัญมากเนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานพื้นผิวที่เราควบคุมเมื่อเราทำการปรับสภาพพื้นผิวแรงดึงดูดระหว่างไดโพล-ไดโพลเป็นสาเหตุของการยึดเกาะอย่างแน่นหนาระหว่างกาว สี หมึก และพื้นผิวส่วนใหญ่ด้วยการทำความสะอาด การบำบัดด้วยเปลวไฟ การบำบัดด้วยโคโรนา การบำบัดด้วยพลาสมา หรือการบำบัดพื้นผิวรูปแบบอื่นใด เราสามารถเพิ่มองค์ประกอบขั้วของพลังงานพื้นผิวโดยพื้นฐานได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการยึดเกาะ
การใช้ IPA เช็ดด้านเดียวกันสองครั้งบนพื้นผิวเดียวกัน มีเพียงสสารพลังงานต่ำเท่านั้นที่สามารถนำลงบนพื้นผิวได้ เพื่อลดองค์ประกอบขั้วของพลังงานพื้นผิวโดยไม่ได้ตั้งใจนอกจากนี้ พื้นผิวอาจได้รับการบำบัดมากเกินไป ซึ่งจะทำให้พลังงานพื้นผิวระเหยและลดพลังงานลงเมื่อพื้นผิวไม่ได้เกิดขึ้นเลย องค์ประกอบเชิงขั้วของพลังงานพื้นผิวก็จะเปลี่ยนไปเช่นกันพื้นผิวการจัดเก็บที่สะอาดดึงดูดโมเลกุลในสิ่งแวดล้อม รวมถึงวัสดุบรรจุภัณฑ์ด้วยสิ่งนี้จะเปลี่ยนภูมิทัศน์โมเลกุลของพื้นผิวและอาจลดพลังงานพื้นผิวลง
เราแทบจะไม่สามารถควบคุมขนาดของการกระจายตัวได้โดยพื้นฐานแล้วแรงเหล่านี้ได้รับการแก้ไข และมีค่าเพียงเล็กน้อยในการพยายามเปลี่ยนแรงกระจายซึ่งเป็นวิธีในการควบคุมคุณภาพพื้นผิวเพื่อให้เกิดการยึดเกาะที่เชื่อถือได้ในระหว่างกระบวนการผลิต
เมื่อเราออกแบบหรือปรับเปลี่ยนพื้นผิว เรากำลังออกแบบคุณสมบัติขององค์ประกอบเชิงขั้วของพลังงานพื้นผิวดังนั้นหากเราต้องการพัฒนากระบวนการปรับสภาพพื้นผิวเพื่อควบคุมพื้นผิวของวัสดุ เราก็จะต้องการควบคุมองค์ประกอบเชิงขั้วของพื้นผิว
พลังงานไร้พื้นผิวคือผลรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำระหว่างโมเลกุลมีสูตรบางอย่างสำหรับพลังงานที่ปราศจากพื้นผิวหากเราตัดสินใจที่จะปฏิบัติต่อแรงที่ไม่กระจายตัวทั้งหมดเหมือนแรงขั้วโลก การคำนวณพลังงานอิสระที่พื้นผิวก็ทำได้ง่ายสูตรคือ:
ในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่เชื่อถือได้ การรักษาพื้นผิว การทำความสะอาด และการเตรียมการ พลังงานที่ปราศจากพื้นผิวจะเหมือนกับพลังงานพื้นผิว
เนื่องจากข้อกำหนดการผลิตที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพการยึดเกาะของข้อต่อ การยึดเกาะที่เหมาะสมของหมึกบนพลาสติก หรือประสิทธิภาพการเคลือบของการเคลือบ “ทำความสะอาดตัวเอง” บนหน้าจอสมาร์ทโฟน ทั้งหมดขึ้นอยู่กับการควบคุม ของคุณสมบัติพื้นผิวดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องเข้าใจพลังงานพื้นผิวอันเป็นผลมาจากแนวคิดการผลิต
พลังงานพื้นผิวมาจากวิธีการต่างๆ ที่โมเลกุลดึงดูดกันปฏิกิริยาเชิงขั้วระหว่างโมเลกุลมีความสำคัญที่สุดสำหรับกระบวนการยึดเกาะและการทำความสะอาด เนื่องจากปฏิกิริยาระดับโมเลกุลเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาของโมเลกุลที่เราสามารถควบคุมได้มากที่สุดผ่านการบำบัดพื้นผิว การเจียร การขัด การทำความสะอาด การเช็ด หรือวิธีการเตรียมพื้นผิวอื่นๆ
ความรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบขั้วและการกระจายตัวและแรงตึงผิวเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการพัฒนากาว หมึก และสารเคลือบอย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยใช้กาว หมึก สี และสารเคลือบ เรามักจะต้องใส่ใจกับองค์ประกอบเชิงขั้วของพลังงานพื้นผิวเท่านั้น เนื่องจากเป็นสิ่งหนึ่งที่ได้รับผลกระทบจากกระบวนการผลิต
การวัดพลังงานพื้นผิวทั้งหมดเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนและเกิดข้อผิดพลาดได้ง่ายอย่างไรก็ตาม มุมสัมผัสของของเหลวชนิดเดียวเช่นน้ำนั้นเกือบทั้งหมดถูกกำหนดโดยองค์ประกอบเชิงขั้วของพลังงานพื้นผิวดังนั้น ด้วยการวัดมุมที่เกิดจากความสูงของหยดน้ำบนพื้นผิว เราจึงสามารถทราบได้อย่างแม่นยำอย่างน่าทึ่งว่าองค์ประกอบเชิงขั้วของพลังงานพื้นผิวเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรโดยทั่วไป ยิ่งพลังงานพื้นผิวสูง มุมที่เกิดจากหยดน้ำก็จะถูกดึงดูดและแพร่กระจายหรือทำให้เปียกก็จะยิ่งน้อยลงพลังงานพื้นผิวต่ำจะทำให้น้ำกลายเป็นเม็ดบีดและหดตัวเป็นฟองเล็กๆ บนพื้นผิว ทำให้เกิดมุมสัมผัสที่ใหญ่ขึ้นความสม่ำเสมอของการวัดมุมสัมผัสนี้สัมพันธ์กับพลังงานพื้นผิวและประสิทธิภาพการยึดเกาะ ซึ่งทำให้ผู้ผลิตมีวิธีที่เชื่อถือได้และทำซ้ำได้เพื่อให้มั่นใจถึงความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์ของตน
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการควบคุมกระบวนการผลิตเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่คาดการณ์ได้มากขึ้น ดาวน์โหลด e-book ฟรีของเรา: ตรวจสอบการยึดเกาะที่คาดการณ์ได้ในการผลิตตลอดทั้งกระบวนการอีบุ๊กเล่มนี้เป็นแนวทางในการตรวจสอบกระบวนการโดยใช้การวิเคราะห์เชิงคาดการณ์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ช่วยขจัดการคาดเดาทั้งหมดเกี่ยวกับการรักษาคุณภาพพื้นผิวตลอดกระบวนการยึดติด