我們生活中經(jīng)常會跟表面張力打交道，卻清楚認(rèn)知它。它在清潔洗滌中扮演者象汽車、化妝品中的潤滑劑那樣的角色。水甲蟲之所以不被淹死只不過是因為表面張力在作怪。
液體中分子之間的吸引力是產(chǎn)生表面張力的原因。如果我們觀察某種介質(zhì)的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的時候，會發(fā)現(xiàn)分子間的吸引力是相同的。因此，分子所受到的各個方向的力是相同的，合力為零。
另一方面，如果分子處于液體表面，液體內(nèi)部的吸引力作用在一邊，另外一邊卻沒有分子作用力的存在。因此，合力的方向是指向液體內(nèi)部的。從宏觀來看，液體表面積會趨向最小華，液滴將因此趨向變圓。
拉環(huán)法：利用一個初始浸在液體的環(huán)從液體中拉出一個液體膜，測量環(huán)脫離液面時需要施加的力來計算出表面張力。
吊片法：又稱Wilhelmy法、吊板法。采用蓋玻片、云母片、濾紙或鉑箔平板插入液體，使其底邊與液面接觸，測定吊片脫離液體所需與表面張力相抗衡的最大拉力F，也可將液面緩慢地上升至剛好與吊片接觸。吊片法直觀可靠，不需要校正因子，這與其他脫離法不同，還可以測量液-液界面張力。
棒法：與吊片法差不多，以Wilhelmy 板法為基礎(chǔ)，用圓柱棒代替吊板，測量表面張力。
滴體積法：液體在毛細(xì)管口成滴下落前的瞬間，落滴所受的重力與管口半徑及液體的表面張力有關(guān)。
懸滴法：英文名為Pendant Drop method，通過測量一懸滴的輪廓來獲得液體的表面張力。
氣泡壓力法：通過液體分子間的吸引力，液體里面的空氣氣泡同樣會受到這些吸引力的作用，譬如氣泡在液體中形成會受到表面張力的擠壓。氣泡的半徑越小，它所有的壓力就越大。通過與外部氣泡相比，增加的壓力可用于測量表面張力。空氣經(jīng)由毛細(xì)管進入液體，隨著氣泡形成外凸，氣泡的半徑也隨之連續(xù)不斷的減小。
這個過程壓力會上升到最大值，氣泡半徑最小。此時氣泡的半徑等于毛細(xì)管半徑，氣泡成半球狀。此后，氣泡破裂并脫離毛細(xì)管，新氣泡繼續(xù)形成。把過程中的氣泡壓力特征曲線描繪出來，我們就可以用它來計算出表面張力。
研究表面張力主要是為了確定：1.液體的自身性質(zhì)；2.環(huán)境對表面張力的影響；3.具有特殊功能的活性劑的濃度。目前，無論是科研還是工業(yè)應(yīng)用，對加入特殊功能活性劑的研究和應(yīng)用，表面張力已成為主要的參考項目之一，如日化行業(yè)的增泡劑、增粘劑等，噴墨和油墨行業(yè)的潤濕劑、流平劑等，化工的樹脂、乳液等，清洗行業(yè)的清潔劑、除污劑等等。
目前市場上已經(jīng)有多種測量液體表面張力的儀器，有的測的是靜態(tài)的、有的測的是動態(tài)的，那么動態(tài)表面張力和靜態(tài)表面張力有什么區(qū)別呢？讓我們一起往下看了解。
靜態(tài)表面張力如拉環(huán)法，是利用一個初始浸在液體的環(huán)從液體中拉出一個液體膜，測量環(huán)脫離液面時需要施加的力來計算出表面張力。而當(dāng)表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度CMC值時，表面活性劑不會在氣液界面上增加排布，而會在液體內(nèi)部形成膠束或游離等狀態(tài)，因此拉環(huán)法方法不能測出濃度增大時表面張力的區(qū)別。
測試表面張力的方法，包括：最大氣泡發(fā)，拉板拉環(huán)法，毛細(xì)管上升法，界面夾角法，旋滴法等等。而測動態(tài)的只有最大氣泡法，它的優(yōu)勢是，在幾十毫秒到幾十秒之間，可以產(chǎn)生一系列的氣泡，每個氣泡代表一個新界面，每個新界面都有相應(yīng)的一個表面張力讀數(shù)，此過程可得到一系列動態(tài)的表面張力值。而靜態(tài)測試方法是一個界面上的變化，最終所取的是一個較佳值，較佳值通常都在十幾秒或以后產(chǎn)生的，此過程是測出一個值，而這個值是可以在鼓泡法中的曲線中尋找出來的。
對于有特殊功能活性劑的研究，往往是需要在很短時間內(nèi)達(dá)到相應(yīng)的效果，例如，噴墨和印刷行業(yè)大部分需要在70ms-150ms之間要求墨水的表面張力達(dá)到35mN/m左右。日化行業(yè)龍頭企業(yè)要求增泡劑在300ms內(nèi)達(dá)到32mN/m。
測動態(tài)表面張力，除了可以達(dá)到某些特殊效果外，還可以通過測試得出動態(tài)CMC值（包括較佳CMC和應(yīng)用CMC），研究溶液和活性劑的特性。
| 指標(biāo) | 傳統(tǒng)表面張力儀 | SITA動態(tài)表面張力儀 |
| 原理 | 鉑金環(huán)法、鉑金板法 | 氣泡法 |
| 測量值 | 只能測得靜態(tài)表面張力； 傳統(tǒng)的表面張力測試儀采用鉑金環(huán)法/鉑金板法原理，而這種方式不能反映表面活性劑的遷移到界面過程，因此也就不能測出動態(tài)表面張力。 | 可兼顧測得動態(tài)表面張力與靜態(tài)表面張力數(shù)據(jù)； SITA析塔公司生產(chǎn)的表面張力儀通過智能控制氣泡年齡（bubble lifetime），可以測出液體中表面活性劑分子遷移到界面過程中表面張力的變化過程，即連續(xù)的一系列的的動態(tài)表面張力值以及靜態(tài)表面張力值。 |
| 表面活性劑濃度測量 | 僅適合低于CMC值的表面活性劑濃度的測量： 用傳統(tǒng)表面張力儀只能在低于CMC值時反映表面活性劑隨濃度的變化（建立表面活性劑濃度與表面張力的關(guān)系圖） | 適合低于CMC值以及更高濃度表面活性劑濃度的測量： 在有關(guān)CMC值的研發(fā)時，當(dāng)表面活性劑的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臨界膠束濃度時，改變表面活性劑的濃度不改變平衡態(tài)的表面張力（靜態(tài)表面張力），而通過動態(tài)表面張力測量時即使?jié)舛冗_(dá)到四倍的臨界膠束濃度也能看出它的顯著作用。 因此，在高于CMC值時，通過氣泡法原理的表面張力儀也可以反映表面活性劑隨濃度的變化（建立表面活性劑濃度與表面張力的關(guān)系圖） |
| 操作過程 | 人工或自動 | 自動 |
| 讀數(shù) | 人工或自動 | 自動，并可通過軟件傳輸?shù)诫娔X，生成各樣品曲線對比圖。 |
| 抗污染性 | 弱； 因為污染物及環(huán)變形的影響可能會對測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。 | 強；每測一個樣品只需清洗PEEK材質(zhì)毛細(xì)管即可，易清洗 |
| 測量對象要求 | 鉑金板測量陽離子表面活性劑會有誤差，因為陽離子表面活性劑吸附在板上，影響其他樣品的測試。 鉑金環(huán)不適合測量中高粘度液體樣品表面張力。 | 適用于1000cps以下粘度液體樣品的表面張力測量 |
| 實驗重現(xiàn)性 | 弱； 綜上所述，當(dāng)讀數(shù)有偏離預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)時，操作人員很難判斷是由于儀器本身的問題，還是由于液體樣品的問題而導(dǎo)致讀數(shù)不合格！ 會浪費大量時間與成本重現(xiàn)實驗。 | 強； 析塔表面張力儀可通過動態(tài)表面張力數(shù)據(jù)放大不同樣品之間的差異（靜態(tài)表面張力值差異不大的情況下）。有了更寬的容差后，可以覆蓋因為溫度波動、儀器波動歷等因素造成的干擾， 使制程中監(jiān)控更準(zhǔn)確，更安全，更可靠。 |
| 耗材 | 鉑金板/鉑金環(huán)易變形，需不定期更換，價格大概2000RMB。 | 不需耗材，每次測完樣品只需清洗毛細(xì)管即可 |
| 校準(zhǔn) | 用過蒸餾水和純乙醇為標(biāo)準(zhǔn)物進行校準(zhǔn) | 用純水為標(biāo)準(zhǔn)物進行校準(zhǔn) |
舉例說明
噴墨打印機的打印頭噴墨到紙張上只需要十幾毫秒（或更短時間），汽車漆噴涂到工件上乳膠漆滾涂到墻面上或需要幾十到幾千毫秒，不同的表面活性劑遷移到新的界面需要的時間不同，所以對產(chǎn)品的潤濕，流平性能的影響也有所不同。如下圖所示，圖1是析塔SITA表面張力儀的毛細(xì)管剛形成新的氣泡（即新的界面）時，表面活性劑只有少量聚集到新的界面上。隨界面形成的時間越久（即氣泡壽命越長），表面活劑劑聚集到界面上就越多。析塔SITA表面張力儀可以測出從15毫秒到15秒的動態(tài)表面張力。
德國析塔SITA是液體動態(tài)表面張力測試方法的引領(lǐng)者，1993年創(chuàng)立了新一代表面張力計的理論基礎(chǔ)。
德國析塔SITA表面張力主要有以下幾個型號：
| 指標(biāo)/型號 | SITA Dynotester+動態(tài)表面張力儀 | SITA Pro Line t15全自動動態(tài)及靜態(tài)表面張力儀 | SITA Science Line t100實驗室表面張力儀 | SITA Clean Line ST在線表面張力儀 |
| 簡介 | 手持式/便攜式，快速簡便的測量 | 生產(chǎn)過程中的連續(xù)測量 | 研發(fā)型/實驗室型 | 集成式，與生產(chǎn)控制系統(tǒng)相連，使之自動添加表面活性劑。 |
| 表面張力范圍 | 10-100 mN/m | 10-100 mN/m | 10-100 mN/m | 10-100 mN/m |
| 氣泡壽命范圍(ms) | 15-20000 | 15-100000 | 15-100000 | 15-15000 |
| 測試模式 | 單次模式 | 單次/連續(xù)測量/自動測量模式 | 單次/連續(xù)測量/自動測量模式 | 單次/連續(xù)測量/自動測量模式 |
| 測量液體溫度 | (0-100)℃ | (-20-125)℃ | (0-100)℃ | (0-80)℃ |
翁開爾是德國析塔SITA中國代理，近40年行業(yè)經(jīng)驗，能根據(jù)你的需求為您提供專業(yè)的解決方案，歡迎致電【13202947058】咨詢。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
