Оцінка поверхневої енергії дисперсного оксиду алюмінію в рамках теорії Оуенса-Вендта
DOI:
https://doi.org/10.15587/2312-8372.2020.200756Ключові слова:
оксид алюмінію, модель Оуенса-Вендта, метод Уошбурна, поверхнева енергія, поверхневий натяг.Анотація
Знання значення поверхневої енергії порошкових матеріалів дозволяє спрогнозувати взаємодію твердої фази з рідинами, формування стійких дисперсій, довговічних і стійких до агресивних факторів композитів. Розглядається застосування моделі Оуенса-Вендта для визначення зміни поверхневої енергії оксиду алюмінію, модифікованого різними гідрофобізаторами. Також, для визначення кута змочування поверхні модифікованого матеріалу використовується метод Уошбурна, який полягає у визначенні швидкості капілярного підняття випробуваної рідини. Даний метод був обраний через низькі вимоги в точності вимірювального обладнання і в той же час проявляє високу ступінь точності результатів.
Об’єктом дослідження є методика визначення поверхневої енергії порошкових матеріалів, на прикладі оксиду алюмінію модифікованого поліметілгідрідсілоксаном. Модифікація поверхні порошку оксиду алюмінію проводилася в суспензії ксилолу.
В роботі визначення поверхневої енергії було проведено відповідно до теорії Оуенса-Вендта графічним методом відповідно до отриманих значень кута змочування матеріалу за методом Уошбурна. Було встановлено форму частинок оксиду алюмінію та їх середній розмір, а також розрахована питома поверхня матеріалу. Знайдено модифікатор – поліметілгідрідсілоксан, з використанням якого вдалося отримати стабільний супергідрофобний стан, і оптимальну концентрацію шляхом визначення кутів змочування тестовими рідинами порошкового матеріалу за методикою, запропонованою Уошбурном.
Для збільшення точності визначення поверхневої енергії матеріалу за методом Уошбурна була застосована суміш води з етанолом, а також розраховані компоненти поверхневого натягу. Показано, що значення кута змочування поверхні дисперсного матеріалу, отримані з використанням в якості тестової рідини суміш, можуть бути використані для розрахунку значень компонентів поверхневої енергії оксиду алюмінію. При цьому спостерігається відсутність похибки у вигляді стану Кассі, яке спостерігається для гідрофобних дисперсних матеріалів при використанні води в якості тестової рідини.
Посилання
- Chibowski, E., Holysz, L., Szczes, A. (2017). Wettability of Powders. Adhesion in Pharmaceutical, Biomedical and Dental Fields, 23–49. doi: http://doi.org/10.1002/9781119323716.ch2
- Zisman, W. A. (1964). Relation of the Equilibrium Contact Angle to Liquid and Solid Constitution. Contact Angle, Wettability, and Adhesion, 1–51. doi: http://doi.org/10.1021/ba-1964-0043.ch001
- Good, R. J., van Oss, C. J. (1992). The Modern Theory of Contact Angles and the Hydrogen Bond Components of Surface Energies. Modern Approaches to Wettability, 1–27. doi: http://doi.org/10.1007/978-1-4899-1176-6_1
- Chibowski, E., Holysz, L. (1992). Use of the Washburn equation for surface free energy determination. Langmuir, 8 (2), 710–716. doi: http://doi.org/10.1021/la00038a066
- Trong, D. V., Hupka, J. (2005). Characterization of porous materials by capillary rise method. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 39, 47–65.
- Zhang, D., Luo, R. (2017). Development of a method to determine surface energy components of mineral fillers. Construction and Building Materials, 146, 370–380. doi: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.071
- Zhang, D., Luo, R. (2019). A novel method for measuring surface free energy of highly wettable mineral powders. Construction and Building Materials, 229, 116915. doi: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116915
- Zhang, D., Luo, R. (2020). An alternative method to evaluate the surface free energy of mineral fillers based on the generalized Washburn equation. Construction and Building Materials, 231, 117164. doi: http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117164
- Annamalai, M., Gopinadhan, K., Han, S. A., Saha, S., Park, H. J., Cho, E. B. et. al. (2016). Surface energy and wettability of van der Waals structures. Nanoscale, 8 (10), 5764–5770. doi: http://doi.org/10.1039/c5nr06705g
- Myronyuk, O., Prydatko, A., Sivolapov, P., Svidersky, V. (2017). Aspects of polymer surfaces wetting. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (67), 23–26. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.20797
- Zhang, Z., Wang, W., Korpacz, A. N., Dufour, C. R., Weiland, Z. J., Lambert, C. R., Timko, M. T. (2019). Binary Liquid Mixture Contact-Angle Measurements for Precise Estimation of Surface Free Energy. Langmuir, 35 (38), 12317–12325. doi: http://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b01252
- Prado, L. A. S. A., Sriyai, M., Ghislandi, M., Barros-Timmons, A., Schulte, K. (2010). Surface modification of alumina nanoparticles with silane coupling agents. Journal of the Brazilian Chemical Society, 21 (12), 2238–2245. doi: http://doi.org/10.1590/s0103-50532010001200010
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Oleksiy Myronyuk, Denys Baklan, Lyudmyla Nudchenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
