Полимерная адсорбция
Адсорбция — это процесс, при котором ионы или молекулы прилипают к поверхности другого вещества. Этот процесс может происходить двумя основными способами: физической адсорбцией и хемосорбцией. Адсорбция может происходить на различных типах поверхностей, включая полимерные. Полимеры представляют собой большие молекулы, состоящие из повторяющихся единиц, соединенных ковалентными связями. В разбавленных растворах полимеры могут образовывать глобулярные структуры. Когда полимер адсорбируется на поверхности, с которой он взаимодействует, его глобула сжимается, и полимер принимает блинчатую форму.
Полимерные и неполимерные поверхности
Полимерные поверхности отличаются от неполимерных тем, что их составляющие единицы связаны между собой ковалентными связями. Неполимерные поверхности могут быть связаны ионными связями, металлическими связями или межмолекулярными силами. В двухкомпонентной системе неполимерные поверхности образуются, когда для разрыва самовзаимодействий и образования несамовзаимодействий требуется положительное количество энергии. Это означает, что энергия смешивания положительна. Энергия смешивания, как описано межфазным натяжением, варьируется для различных комбинаций материалов.
В случае полимерных поверхностей, где субъединицы ковалентно связаны, объемная фаза твердой поверхности не позволяет напрямую измерить поверхностное натяжение. Межмолекулярные силы между большими молекулами полимера сложно рассчитать и определить так же легко, как молекулярные взаимодействия на неполимерной поверхности. Ковалентно связанные субъединицы формируют поверхность с уникальными свойствами по сравнению с неполимерными поверхностями. Примеры полимерных поверхностей включают поливинилхлорид (ПВХ), нейлон, полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП). Полимерные поверхности исследуются с использованием различных методов, таких как сканирующая электронная микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия и инфракрасная спектроскопия.
Изотермы адсорбции
Процесс адсорбции можно охарактеризовать, определив количество ионов или молекул, которые адсорбируются на поверхности. Это количество можно определить экспериментально, построив изотерму адсорбции. Изотерма адсорбции представляет собой график, показывающий зависимость количества адсорбированных молекул от парциального давления адсорбата при заданной температуре. По мере увеличения парциального давления адсорбата количество молекул на поверхности также увеличивается.
Угол контакта и поверхностное натяжение
Угол контакта — это угол, под которым капля жидкости встречается с твердой поверхностью. Он является мерой смачивающей способности жидкости на твердой поверхности. Обычно полимерные поверхности имеют низкую поверхностную энергию, что приводит к тому, что жидкости не смачивают их, и угол контакта будет больше 90°. Молекулы жидкости больше притягиваются друг к другу, чем к полимерной поверхности. Поскольку полимерные поверхности являются твердыми, традиционные методы измерения поверхностного натяжения, такие как метод пластины Вильгельми, не применимы. Вместо этого углы контакта можно использовать для косвенной оценки поверхностного натяжения полимерных поверхностей. Это достигается путем измерения углов контакта различных жидкостей на полимерной поверхности.
График Фокса и Зисмана, показывающий зависимость косинуса угла контакта от поверхностного натяжения жидкостей, позволяет экстраполировать
