1.3液-液界面的表面張力和液體親水性的判斷

如前所述，雖然物質(zhì)極性的強弱可以用以判斷其親水性的強弱，但是在實(shí)際中，會(huì )遇到一些極性很強而親水性不是那么明顯的物質(zhì)，或者是一些反應產(chǎn)生的新物質(zhì)（例如生產(chǎn)版材所需的一些聚合物），那么究竟如何來(lái)判斷這類(lèi)物質(zhì)或者（這里的物質(zhì)都是液體）的親水性？生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常用的一種方法，就是直接實(shí)驗，拿印刷版材的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，就是直接用材料制作版材，然后進(jìn)行制版實(shí)驗來(lái)判斷親水性的好壞。毋庸置疑，這樣做確實(shí)直接的測試了版材這個(gè)體系的親水性，可以說(shuō)是簡(jiǎn)單而有效?？墒菍τ谏a(chǎn)基礎材料的研究者來(lái)說(shuō)，這樣的測試對研究材料的親水性幫助不大，對制作材料的原材料的親水性的研究也沒(méi)有幫助。下面本文通過(guò)研究液-液界面的表面張力，嘗試提出來(lái)判斷液體的親水性的方法。

液液界面，顧名思義就是液體之間形成的界面，只要是兩種液體不互溶或者說(shuō)互溶性不好，兩者相互接觸，就可以而形成的液液界面。根據研究，兩種液體，要形成液液界面，通常通過(guò)以下三種方式：黏附方式、鋪展方式和分散方式。

第一種方式，黏附方式。兩種不同的液體，液體A和液體B，互相相接觸后，兩者和氣體形成的表面同時(shí)消失，形成液體A和液體B之間的界面，也就是液液界面（AB）的過(guò)程，這就是黏附過(guò)程。該過(guò)程如圖2所示。

圖2黏附過(guò)程

如果液體A和液體B為同一種液體，那么這個(gè)黏附過(guò)程就稱(chēng)為內聚過(guò)程。在內聚的過(guò)程中，液體A和液體B液體的表面消失，內聚功（即該過(guò)程的黏附功）WAA=γA+γA+γAA，其中γAA為0，WAA=2γA，明顯WAA＞0，即內聚可以自發(fā)進(jìn)行。

由此可知，當液液界面是黏附方式形成的，那么判斷黏附過(guò)程自發(fā)進(jìn)行的依據就是黏附功WAB，當WAB＞0時(shí)黏附過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行，也就是說(shuō)兩種液體之間的吸引強度較大。如果兩種液體之一（例如A）為水，那么黏附功的大小就可以判斷另一種液體（B）親水性的大小。

此外黏附功的計算式中γAB為A和B的液液界面張力，關(guān)于這個(gè)界面張力的計算，有多重理論，最簡(jiǎn)單的一種是Antonoff規則，該規則認為γAB=γA飽和—γB飽和，式子中γA飽和、γB飽和指的是指的是液體A和液體B相互飽和后的表面張力，而不是其各自的表面張力。

第二種方式，鋪展方式。在上述的液-固界面的潤濕作用，液體在固體表面的鋪展也可以引用到液液界面，不過(guò)此時(shí)的鋪展過(guò)程復雜一些。比如在清潔的水面上，滴加不溶性“油”滴，此時(shí)的“油”在水面上，可能表現出三種不同的狀態(tài)：

第一種狀態(tài)，“油”在水面上，形成一層雙重膜，也就是形成了液體水與膜的界面，和膜與空氣的界面，如此一來(lái)，“油”在水面上鋪展形成了兩個(gè)獨立界面。

第二種狀態(tài)，“油”在水面上不鋪展，而是呈“透鏡”狀態(tài)。

第三種狀態(tài)，“油”在水面上，先鋪展成單分子膜；多余的“油”，則會(huì )呈現“透鏡”狀態(tài)，并且單分子膜與“透鏡”保持平衡。

這三種狀態(tài)如圖3所示。

圖3鋪展過(guò)程

其中，WAB代表“油”與水的黏附功；而WBB則是油的內聚功。由此可知，當“油”與水的黏附功比這種“油”的內聚力還強時(shí)，“油”就會(huì )在水的表面上鋪展。參照水在固體表面的鋪展，此時(shí)可以說(shuō)此種“油”類(lèi)的親水性較好。

第三種方式，分散。分散是指液體A分散到另外一種與之互不相容的液體B中，形成A、B混合物的過(guò)程，過(guò)程如圖4所示。

圖4分散過(guò)程

由此可知，當液液界面是分散方式形成的，那么判斷分散過(guò)程自發(fā)進(jìn)行的依據就是分散系數F，當F＞0時(shí)，分散過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行，那么在其他條件相同，可以判斷分散過(guò)程能夠自發(fā)進(jìn)行的物質(zhì)親水性好于不能自發(fā)進(jìn)行的物質(zhì)。

結論

為了能夠更加準確地衡量物質(zhì)（或材料）的的親水性，本文研究了液-固界面和液-液界面的一些性質(zhì)，探討了使用表面張力為主要工具來(lái)衡量物質(zhì)（或材料）的親水性。相比于簡(jiǎn)單的使用極性來(lái)判斷物質(zhì)（或材料）的親水性，使用表面張力這一工具能夠比較好的標示物質(zhì)（或材料）的親水性。表面張力法（標示親水性）具體應用為：

1、液-固界面，鋪展系數S=γg-l（COSθ-1），式子中γg-l，θ都可以測量出來(lái)，那么S就可以計算出來(lái)。如果若S≥0，說(shuō)明液體可以在固體表面自動(dòng)鋪展。說(shuō)明該固體親水性較好。

2、液-液界面。第一種情況，黏附過(guò)程形成的界面，黏附功，γA代表液體A的表面張力；γB分別代表液體B的表面張力；γAB為代表液體A和液體B的液液界面張力，WAB則代表為黏附功，黏附功反映的是不同液體間的相互吸引強度。當WAB＞0時(shí)，黏附過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行。此時(shí)該液體的親水性較好。第二種情況，鋪展過(guò)程形成的界面，則，S為鋪展系數，若S＞0，則體系的鋪展過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行。此時(shí)該液體的親水性較好。第三種情況，分散過(guò)程形成的液液界面，F=-ΔG=—γAB，F為分散系數，當F＞0時(shí)，分散過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行，那么在其他條件相同，可以判斷分散過(guò)程能夠自發(fā)進(jìn)行的物質(zhì)親水性好于不能自發(fā)進(jìn)行的物質(zhì)。

值得注意的是，與通過(guò)極性判斷親水性不同，本文討論的方法即表面張力法完全是通過(guò)實(shí)驗測定表面張力（和接觸角）來(lái)判定親水性，所以本方法依賴(lài)于實(shí)驗多過(guò)理論，而且親水性的強弱可以由數據直觀(guān)地反應出來(lái)，可以說(shuō)是比較可靠的方法。

基于表面張力方法判斷物質(zhì)（或材料）的親水性（一）

基于表面張力方法判斷物質(zhì)（或材料）的親水性（二）