Pobierz opis

Wpływ topografii i genezy powierzchni oraz wilgotności atmosfery
na histerezę kąta zwilżania i swobodną energię powierzchniową .
Konrad Terpiłowski
[email protected]
Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Wydział Chemii, Katedra Chemii Fizycznej Zakład
Zjawisk Międzyfazowych
Zjawisko
zwilżalności
ciał
stałych
przez
ciecze
jest
jednym
z
najbardziej
rozpowszechnionych zjawisk naturalnych i odgrywa bardzo istotna role w życiu człowieka. Od
zwilżalności uzależniony jest między innymi wzrost roślin oraz takie procesy jak pranie, mycie
czy flotacja minerałów. Miarą zwilżalności są kąt zwilżania oraz jego histereza a także swobodna
energia powierzchniowa. Zagadnienie swobodnej energii powierzchniowej badane jest od ponad
dwustu lat, jednakże w dalszym ciągu nie ma metody bezpośredniego wyznaczania tej energii.
Swobodna energia powierzchniowa jest to pewien odmienny stan energetyczny cząstek
znajdujących się na powierzchni wynikający z nie zrównoważenia sił działających na te
cząsteczki od strony przestrzeni międzyfazowej. Swobodna energie powierzchniową ciał stałych
oblicza się z mierzalnych wartości takich jak kąt zwilżania czy izotermy adsorpcji stosując
odpowiednie podejścia teoretyczne.
W rozprawie doktorskiej porównywano podejścia teoretyczne do obliczania swobodnej
energii powierzchniowej w zależności od topografii powierzchni. Ważnym wstępem do badań
było wyznaczanie optymalnych objętości kropelek podczas pomiaru kąta zwilżania oraz metody
pomiaru kątów zwilżania na badanych powierzchniach. Zaproponowano też metody modyfikacji
swobodnej energii powierzchniowej poprzez ponowne zestalanie lub krystalizację różnych ciał
stałych przy nisko lub wysokoenergetycznych matrycach. W celu weryfikacji stosowalności
podejść teoretycznych na powierzchniach superhydrofobowych należało opracować techniki ich
otrzymywania. Dzięki zastosowaniu do pomiaru kątów zwilżania francuskiego aparatu firmy
GBX wyposażonego w komorę o kontrolowanej wilgotności możliwe było zbadanie wpływu
wilgotności atmosfery pomiarowej na swobodną energię powierzchniową. Badania te
prowadzono
w zakresie wilgotności od jednego do stu procent, na
zróżnicowanych pod
względem energetycznym powierzchniach.
Topografię powierzchni charakteryzowano przy użyciu mikroskopii optycznej oraz sił
atomowych
AFM.
Średnice
cząstek
używanych
do
otrzymywania
powierzchni
superhydrofobowych mierzono z zastosowaniem technik dyfrakcji promieni laserowych oraz
wielokrotnego rozproszenia światła. Rozpoczęto też badania powierzchni technikami
spektroskopii ramanowskiej w pracy zamieszczono tylko wybrane wyniki.
Mimo, że prezentowana rozprawa doktorska nie wyczerpuje zagadnień dotyczących
swobodnej energii powierzchniowej i nie podaje ostatecznych rozwiązań zarówno co do pomiaru
kątów zwilżania jak i obliczania swobodnej energii powierzchniowej.
Dzięki zastosowaniu większości stosowanych podejść do wyznaczania swobodnej
energii powierzchniowej na powierzchniach o różnym energetycznym charakterze możliwa jest
optymalizacja
wyników uzyskiwanych w zastosowaniach praktycznych.
Zastosowanie
odpowiednich podejść teoretycznych do konkretnych powierzchni i warunków pomiaru.
Przeprowadzenie szerokich badań w warunkach laboratoryjnych dla powierzchni o skrajnych
charakterach pod względem szorstkości oraz kontrolowanych warunkach wilgotności możliwe
jest zastosowania otrzymanych wyników do szybkiego szacowania wartości energii. Co jest
istotne z względu na zastosowania w przemyśle. Technologia otrzymywania warstewek
o właściwościach superhydrofobowych może być w przyszłości zastosowana do produkcji np.
pokryć dachowych, czy opakowań o takich właściwościach. Zaproponowana technologia obróbki
teflonu w celu nadania mu właściwości superhydrofobowych pozwala na wykonanie instalacji
transportu materiałów ciekłych w których wyeliminowany zastanie opór związany z adhezją
transportowanej cieczy do materiału instalacji. Energetyczna modyfikacje powierzchni
polimerów pozwalająca między innymi na obniżenia swobodnej energii powierzchniowej może
wpłynąć na obniżenie adhezji materiałów ciekłych do opakowań w których są one
konfekcjonowane . Pozwala to na nawet 20% oszczędność takich materiałów.