动态表面张力的测量

表面活性剂可起到洗涤、乳化、发泡和消泡、湿润、浸透和分散等多种作用，被广泛应用于化工产品和生产过程中。其作用原理主要是基于调节（降低）体系的表面/界面张力。

当一新的表面或界面形成时，表面活性剂只有从体相扩散到表/界面时，才能起到其作用，而这一过程需要时间，其长短从几毫秒到几秒甚至几分，取决于体系本身和表面活性剂的特性，如温度、粘度以及表面活性剂的化学性质和分子量等。在这一过程中，体系的表/界面张力随着时间下降，最后，当新形成的表/界面被从体系扩散来的表面活性剂饱和时，达到其平衡值。

对于许多应用领域和体系（如油墨），不但最终的表面张力值是一很重要的指标，而且当一新表/界面形成后，其表/界面张力值随时间变化以至达到最终平衡值的速度也十分关键。如在当前普遍采用的高速印刷业中，油墨往往被以很快的速度铺展到表面上，这就要求铺展到表面上的油墨能以足够快的速度达到较低的表面张力值，以能很好地润湿被印刷的底物表面。若这一速度不够快，即使最终的平衡表面张力值足够低，也将无法保证在所采用的速度下能很好地润湿底物表面。这就要求对此类体系进行动态表面张力值的测量，也即测量表面/界面张力值随时间的变化情况。

动态表面张力值的测量有几个重要的指标：

• 可以测量的最早时间：也就是一当一表/界面形成后，最早从什么时候起可以测量到表/界面张力值；

• 测量值的可靠性：往往当表/界面寿命很短时，测量较困难，测量值的可靠性也可能较差;

• 可以测量的最久时间等。

当前，在测量动态表面张力的方法中，使用最普遍的应算最大气泡压力法（Maximum Bubble Pressure Method）。它的测量时间范围通常在0.01到1秒，但受液体的粘度影响很大。对粘度稍大的液体，其可靠的测量时间范围在0.1秒以上，当液体的粘度超过一定值时，该方法不再适用。而且对测量值必须进行粘度校正，否则数据的误差，尤其对短寿命的界面，将很大。

我们运用动态悬滴法，在高速自动加液装置和高速摄像机的辅助下，可以达到的最早动态测量时间约在0.1秒左右，这已可基本上满足绝大多数的实际应用体系的测量。而且与最大气泡压力法相比，动态悬滴法具有以下的优点：

• 操作简便；

• 对体系的粘度不敏感，适合测量较高粘度的体系（对这类体系，最大气泡压力法往往不适用）；

• 测量值可靠；

• 测量时间无上限：可以持续几分，几小时，甚至几天。

下图给出的是对一洗手液水溶液和纯水体系运用动态悬滴法进行的动态表面张力测量结果。 从图中可以看到，纯水的表面张力与表面形成的寿命无关，而洗手液水溶液的表面张力则在开始时快速，然后缓慢下降，约在1分钟后趋近其平衡值。刚开始时的数据的分散是由于液滴快速形成后的短暂振荡引起的，可通过进一步提高相机的速度（图中显示的数据是在110fps相机速度下获得）来改善。