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原材料与配方 张小红·制备树脂基 RF/RDX 含能材料的溶剂选择研究

铺展前以小液滴存在的表面积与其铺展后的面积相比 对大块固体样品常采用液滴法和气泡法来测定接
可以忽略不计时，在一定的温度和压力下，单位面积 触角，但对粉体样品因颗粒细、表面不光滑，只能间
上铺展过程的吉布斯函数变化定义为 ΔG s =γ LS +γ L -γ S ； 接测定其接触角。对本文中具有纳米粉体材料表面特
若铺展过程自发进行，需满足 ΔG s <0，令 S=-ΔG s 称 征的凝胶制品，常采用的方法是 Washburn 的毛细管
为铺展系数。可见液体在固体表面上铺展的必要条件 渗透法测量前进接触角。
为 S ≥ 0。 S 越大，铺展性能越好。若 S<0，则不能铺展。 毛细渗透法测定接触角的原理是将堆积的粉体材
原则上，只要知道 γ S ，γ LS ，γ L 的具体数值，即可 料孔隙形成的通道看作毛细管，当液体与粉体接触时，
计算某一润湿过程的吉布斯函数变化，并以此判断该 发生毛细上升现象 [23~25] 。将材料压紧装入带有刻度的
过程能否进行以及润湿的程度。但实际上，到目前为 玻璃管，玻璃管下端用微孔板封闭，该管垂直放入液
止并无测量固体表面张力和液 - 固界面张力的绝对可 体中，记录不同时间 t（s) 是液体润湿粉体的高度 h
靠方法。不过可以将杨氏方程与三个润湿过程的定义 （cm)，再按下式 ：
相结合，得到判断润湿过程的几个公式 ： C γ cosθ
2
h = r L × t
2η
式中 ： γ L — 表面张力 ； η— 黏度 ； θ— 接触角 ； r—
粉体在毛细管束的平均等效半径 ； C— 毛细管因子。
2
以 h 对 t 作图。由于 r 值无法直接测定，通常采
用一已知表面张力、黏度，且 θ 为 0° 的液体，先测其
2
t~h 的关系，以求出该粉体的 C r 值，称做仪器常数。
2
图 2 液滴在固体表面的平衡状态和接触角示意 接着在测定其他液体通过相同粉体的 t~h 关系，应用
沾湿公式 ： 所用液体的有关常数和已测出的仪器常数计算这些液
W = γ + γ − γ SL = γ L (cosθ + ) 1 体在粉体上的接触角 θ。
S
a
L
浸湿公式 ： 这种方法对粉体的装填有严格要求，另外选择 θ
W = γ − γ SL = γ L cosθ 为 0° 的标准液体相当困难，因此这种方法一般只具有
i
S
铺展公式 ： 相对意义。接触角的测定是固体表面能测算的基础。
S = γ − γ − γ SL = γ L (cosθ − ) 1 选用 JF99A 粉体接触角测量仪测定选定的溶剂与
L
S
RF 凝胶的接触角。将实验样品装入仪器中，连接计算
式中 ： W a — 黏附功 ； W i — 浸润功 ； S— 铺展系数。
机。打开仪器电源，启动计算机。调出 ft.exe 程序界
由上三式可知，θ 越小（cosθ 越大 )，相应的 W a 、
面。在 option 中单击 connect，使电脑与接触角测量
W i 、S 越大，即润湿性越好。如果某一润湿过程可以
仪连接，如果屏幕上显示 “connect ok ！ ”，说明计算
进行，必有此过程的 ΔG<0，即上述三个系数大于 0，
机与仪器已连通。将结晶皿置入石英管，液位传感器
因为液体表面张力 γ L >0，则对于三个过程接触角必须
和注水口下方，按 “ 注水 ” 键，当水面上涨接近套管
满足以下条件 ：
时，按 “ 停止 ” 键停止注水，按记录键启动记录，程
沾湿过程 ：
序会自动注水至液位传感器高度，每秒记录差压变化，
θ<180º
水位下降时，程序会自动补水。一般记录 20~40 min
浸湿过程 ：
以后，可以按 “ 停止 ” 键停止记录。先在 File 选项中选
θ<90º
Save As 保存文件，然后可计算接触角 θ 或系统参数 β
铺展 ：
值。当使用标准润湿液体实验时，可以通过计算得到
θ=0º 或不存在
β 值 ；在测定其他液体对粉末的接触角时，可以利用
因此 θ 可以作为润湿性能的度量标准。铺展是润
前面计算出的系统参数 β 来计算 θ 值。
湿的最高标准，只要液体能在固体上铺展，则液体必
得出数据后，测出压力变化随时间的变化，可以
能在固体上浸润，更能在固体上黏附。
得到一条压力差的平方与时间的直线。根据毛细渗透
2.3 毛细渗透法测定接触角
法的原理，由此便可得出接触角。RF 凝胶在不同溶剂
年
2019 第 45 卷 ·25·