高分子材料的表面张力
聚甲基丙烯酸甲酯结表面张力
聚甲基丙烯酸甲酯结表面张力一、概述聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是一种常见的有机高分子材料，具有良好的透明度、耐腐蚀性和机械强度等优良性能，在工业生产和科学研究中得到广泛应用。
而表面张力作为表征物质表面性质的重要参数，在PMMA的制备及应用过程中也扮演着重要角色。
本文将从PMMA结构、表面张力的定义及测量方法、PMMA结构对表面张力影响等方面进行探讨。
二、PMMA结构PMMA是由甲基丙烯酸甲酯单体经过自由基聚合反应制得的，其化学式为（C5O2H8）n，其中n为聚合度。
PMMA分子主链由甲基丙烯酸甲酯单体中的丙烯酸部分组成，侧链则是由甲基部分组成。
这种结构使得PMMA具有较高的玻璃转移温度和较低的熔点，同时也使其易于加工和成型。
三、表面张力定义及测量方法1. 定义表面张力是指液体分子间的相互作用力引起的液体表面处产生的张力，其大小决定了液体表面形态和液滴形成等现象。
表面张力与液体种类、温度、压强等因素都有关系。
2. 测量方法常用的测量表面张力的方法有静态法、动态法和悬滴法。
其中静态法是最常用的方法，其原理是在一定条件下测量液体与空气之间形成平衡时所需要施加的最小外力，即为表面张力。
而动态法则是通过测量液体在表面活性剂或固体表面上运动时所受到的阻力来计算表面张力。
四、PMMA结构对表面张力影响PMMA分子结构中含有酯基团，这种化学结构使得PMMA分子在空气中形成一个相对稳定的界面层。
同时，PMMA分子链上还带有甲基基团，这些基团可以与水分子发生一定程度的相互作用。
这些因素共同影响了PMMA材料的表面张力。
实验研究发现，在一定条件下（如温度、湿度等），PMMA材料的表面张力随着甲基丙烯酸甲酯单体聚合度的增加而增大。
这是由于聚合度的增加会使PMMA分子链更加紧密，表面张力也随之增大。
此外，PMMA材料的表面张力还受到环境湿度、温度等因素的影响。
五、结论PMMA作为一种常见的有机高分子材料，在制备和应用过程中都需要考虑其表面张力对物理化学性质和应用效果的影响。
马来酸酐 表面张力
马来酸酐表面张力马来酸酐（Maleic anhydride）是一种有机化合物，化学式为C4H2O3，它具有很高的表面张力。
表面张力是指液体表面上发生的一种特殊现象，即液体分子在表面凝聚形成一层薄膜，使液体表面收缩并呈现出一定的弹性。
本文将探讨马来酸酐的表面张力及其相关性质。
一、马来酸酐的性质特点及应用马来酸酐是一种白色结晶性固体，在常温下为固体状，能在水中缓慢溶解并生成马来酸。
它具有多种化学特性，在聚合反应中常被用作单体，用于合成树脂、聚酰胺和聚乙烯醇等高分子材料。
二、马来酸酐对表面张力的影响马来酸酐具有较高的表面张力，这是由于其分子结构中的极性基团所致。
马来酸酐分子中含有两个酸酐基团，具有双键和极性键，使得分子极性较高。
在液体表面，马来酸酐分子会通过相互作用形成一层聚集的膜，这种现象使得液体的表面形成了一种相对稳定的状态。
三、马来酸酐表面张力的应用领域由于马来酸酐的高表面张力特性，它在许多领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 涂料工业：马来酸酐可以作为溶剂型涂料和水性涂料的重要成分之一。
其高表面张力能够使得涂料涂布均匀，提高涂层的质量和耐久性。
2. 塑料工业：马来酸酐可以作为一种增塑剂，改善塑料的性能。
其高表面张力可以提高塑料的润湿性和粘附性，增强塑料的柔韧性和耐磨性。
3. 纤维工业：马来酸酐可以加工成纤维素薄膜，用于纺织品的涂覆和防水处理。
其高表面张力可以提高纤维的防水性能，增强纤维的耐久性和抗污性。
4. 油墨工业：马来酸酐可以用作油墨的分散剂和润湿剂。
其高表面张力可以使油墨涂布更加均匀，提高印刷品的质量和色彩饱和度。
综上所述，马来酸酐具有较高的表面张力，这为其在涂料、塑料、纤维和油墨等行业的应用提供了广阔的空间。
进一步研究和应用马来酸酐的表面张力特性，有助于改进各个领域的产品性能，促进相关工业的发展。
【字数：404】。
高分子材料的表面性质与应用研究
高分子材料的表面性质与应用研究在当今的材料科学领域，高分子材料凭借其独特的性能和广泛的应用，已经成为了不可或缺的一部分。
高分子材料的表面性质，作为决定其性能和应用的关键因素之一，一直以来都是研究的热点。
高分子材料的表面性质主要包括表面能、表面粗糙度、表面化学组成以及表面的物理形态等方面。
这些性质相互作用，共同影响着高分子材料与外界环境的相互作用和性能表现。
首先，表面能是衡量高分子材料表面活性的重要指标。
表面能较低的高分子材料，如聚四氟乙烯（PTFE），往往具有良好的自润滑性和抗粘性，在不粘锅涂层、管道内衬等领域得到了广泛应用。
而表面能较高的高分子材料，则更容易与其他物质发生相互作用，例如，一些表面能较高的聚合物在胶粘剂和涂层领域表现出色。
表面粗糙度对高分子材料的性能也有着显著的影响。
粗糙的表面可以增加材料的表面积，从而提高其与外界的接触面积和相互作用。
在生物医学领域，具有一定粗糙度的高分子材料表面有助于细胞的附着和生长，有利于组织工程和医疗器械的研发。
例如，人工关节表面的适当粗糙度可以提高其与骨组织的结合强度，延长使用寿命。
表面化学组成则决定了高分子材料的化学稳定性、耐腐蚀性和表面反应活性。
通过对高分子材料表面进行化学修饰，可以引入特定的官能团，从而赋予材料新的性能。
例如，在塑料表面引入羟基或羧基等官能团，可以提高其亲水性和印染性能；对高分子材料进行氟化处理，可以增强其耐腐蚀性和抗污性能。
高分子材料表面的物理形态，如结晶度和取向度，同样会影响其性能。
具有较高结晶度的高分子材料表面通常具有更好的机械强度和耐磨性；而具有特定取向结构的高分子材料表面，则可能表现出各向异性的性能，如光学性能或电学性能。
在实际应用中，高分子材料的表面性质发挥着至关重要的作用。
在包装领域，要求高分子材料具有良好的阻隔性能，以防止气体、水分和溶质的渗透。
这就需要对材料的表面进行处理，降低其表面的渗透性。
通过在高分子材料表面涂覆一层阻隔性能优异的涂层，或者采用多层共挤出技术制备具有特殊结构的高分子复合材料，可以有效地提高包装材料的阻隔性能，延长食品和药品的保质期。
改变聚合物表面张力的方法与案例
作者简介：陶永亮（1956-），男，教授级高级工程师，从事高分子材料先进应用与模塑一体化成型工艺研究。
收稿日期：2023-03-27高分子材料具有其独特的性能，在工业、农业、国防、民用生活等各个领域得到了广泛地应用，为国民经济发展做出了重要贡献。
对于聚合物产品表面性能与其本体的性能同样重要，随着人们对产品表面质量和功能的追求，需对塑料表面要做些镀膜（涂层），油墨印刷、黏接等二次处理提高其表面质量与应用，在与其处理过程中，都与塑料表面张力有着重要的关系。
表面张力是材料界面的最基本性能之一。
表面张力与聚合物表面理化性质对其应用有着重要的影响。
本文就塑料产品二次加工中对塑料表面张力测试与处理等，将作出相应的措施，以大家了解与掌握。
1 聚合物表面张力定义与测试1.1 表面张力定义表面张力（surface tension ）定义：液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
水等液体会产生使表面尽可能缩小的力，这个力称为“表面张力”。
表面张力是一种物理效应，它使得液体的表面总是试图获得最小的、光滑的面积，就好像它是一层弹性的薄膜一样。
其原因是液体的表面总是试图达到能量最低的状态。
广义地所有两种不同物态的物质之间界面上的张力被称为表面张力。
生活中清晨凝聚在叶片上的水滴、水龙头缓缓垂下的水滴，都是在表面张力的作用下形成的。
此外，水黾之所以能站在水面上，也是由于表面张力的作用[2~3]。
聚合物表面张力研究是较复杂的过程，涉及到聚改变聚合物表面张力的方法与案例陶永亮(重庆川仪工程塑料有限公司，重庆 400712)摘要：了解聚合物表面张力（或表面能），对研究聚合物在涂层、印刷、黏接等方面的操作具有重要指导意义[1]。
本文介绍了聚合物表面张力定义和部分聚合物表面张力测试方法，分别对涂层、印刷、黏接过程中聚合物表面张力不适时，做出了改变聚合物表面张力的对应措施，结合案例进行一定的描述。
解释了对涂层、印刷、黏接后样件检测其结果的主要试验方法。
材料表界面 作业答案
πA=RT
表面压较小的情况下成立
pv=RT
忽略了分子间互相作用力，利用理想化模型推导公式 低压、高温条件下成立
总结： 界面化学四大ຫໍສະໝຸດ 律 Laplace 方程 Kelvin 公式
p (1/ r1 1/ r2 )
P 2 V 2 M P0 r r
求出表面张力σ，即：
(2)修正的原因：①把凹凸月面当作球面近似处理。②只有在凹月面的最低点毛细上升的高 度才是h ，凸月面的最高下降才为h ，其余各点均大于h 。
6.试用Kelvin公式解释空气中水蒸汽过饱和的原因。在20℃下水的密度ρ =998.2kg/M3,表面张力为72.8*10（-3）N/m，若水滴半径为10（-6）cm，求水的 过饱和度。 答：（1）由Kelvin公式： P 2 V 2 M RT ln (2-40) P0 r r P0 为平液面的蒸汽压，P 为弯液面的蒸汽压，V 为液体摩尔体积，r 为弯液面的 曲率半径。 由上式可知，液滴的半径越小，其蒸气压越大。下面图示为根据 Kelvin 公式得 出的正常液体（平面）与小液滴的饱和蒸气压曲线。
5. 毛细管法测定液体表面张力的原理是什么？为什么要对毛细管法进行修正？ 答：原理：液体在毛细管中易产生毛细现象。由Laplace方程推广到一般情况:
gh=2 /r (2-20) 其中△ρ 为气液两相密度之差, θ 为液体与管壁之间的接触角
，r为毛细管的半径，由上式，从毛细管上升或下降高度h可以
v a3 a v1/ 3 0.00951/ 3
其表面积为： A=6a =6*0.0095 =
2 2/3
比表面积=
表面积 6*0.00952/3 = （cm 2/g) 质量 0.1
聚丙烯酰胺凝胶的表面张力
聚丙烯酰胺凝胶的表面张力1. 引言1.1 概述聚丙烯酰胺凝胶是一种具有广泛应用前景的材料，在医学、生物技术和环境工程等领域中发挥着重要作用。
其独特的凝胶性质和可调控的物理化学性能使其成为各种应用领域中的理想选择。
表面张力作为液体界面上分子间相互作用力的一种表征，对聚丙烯酰胺凝胶的性能具有重要影响。
1.2 文章结构本文将首先介绍聚丙烯酰胺凝胶的基础知识，包括聚丙烯酰胺的定义与特性以及凝胶的概念与分类。
接下来将介绍表面张力的基本理论和测定方法，包括表面张力的定义与起因、测定方法及原理，以及影响表面张力的因素和调控方法。
然后，本文将详细研究聚丙烯酰胺凝胶的表面张力特性，并介绍实验材料与方法、测试结果与分析讨论以及影响聚丙烯酰胺凝胶表面张力的因素探究。
最后，本文将总结主要发现并展望聚丙烯酰胺凝胶表面张力研究的未来发展方向。
1.3 目的本文旨在深入探究聚丙烯酰胺凝胶的表面张力特性，并揭示影响其表面张力的因素。
通过对表面张力进行测定和分析，可以更好地理解聚丙烯酰胺凝胶在不同应用领域中的性能和潜在应用价值。
同时，本文还将为进一步研究和开发具有优异表面张力特性的聚丙烯酰胺凝胶提供参考和指导。
2. 聚丙烯酰胺凝胶基础知识2.1 聚丙烯酰胺的定义与特性聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称PAM）是一种由丙烯酰胺单体聚合而成的高分子化合物。
它具有线性结构和无色透明的外观。
主要特性包括：具有良好的水解稳定性、可溶于水和多种有机溶剂、不易发生结晶、呈现为无定形固体或可逆软化凝胶状态。
2.2 凝胶的概念与分类凝胶是一种由连续的液态相中网络结构组成的三维空间几何结构。
通常，凝胶被认为是由高分子聚合物在溶液中形成交联网络所产生的。
根据其制备方法和组成成分，凝胶可以分为化学凝胶、物理凝胶和生物凝胶等。
2.3 聚丙烯酰胺凝胶的应用领域聚丙烯酰胺凝胶由于其优异的特性，在众多领域中被广泛应用。
其中包括但不限于以下几个方面：- 水净化：聚丙烯酰胺凝胶可作为高效的絮凝剂和沉淀剂，用于水处理过程中的悬浮物去除。
材料表界面 第六章 高分子材料的表面张力
6.3 表面张力与相对分子质量的关系
特例
聚乙二醇分子端基上的羟基之间发生氢键缔合作用，结果 使低聚物的性能变得像相对分子质量无穷大一样。
6.4 表面张力与分子结构的关系
等张比容经验公式：
摩尔体积
(P /V )4
等张比容
等张比容是与物质的分子结构密切有关的量，摩尔体积与物 质的密度有关，因而也与温度有关。因此，影响表面张力的两个 重要因素是温度和分子结构。
6.1 表面张力与温度的关系
利用表面张力与温度的线性关系，可间接地测试固态聚合物的 表面张力。--------第一种得到表面张力的方法
缺点： （1）没有考虑相 变的影响 （2）测试结果不 准确
6.1 表面张力与温度的关系
Macleod （麦克劳德）方程：
0 n log n log A
材料表界面课程主要内容
材料表界面
一、绪论
二、液体界面
三、固体表面 四、固液界面
表界面基础知识
五、表面活性剂
六、高分子材料的表面张力
七、聚合物的表面改性
八、金属材料的表面
九、无机非金属材料的表界面
十、复合材料的界面
第六章 高分子材料的表面张力
什么是高分子材料？
高分子材料：以高分子化合物为基础的材料。
包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶材料在国民经济中的地位
高分子材料占飞机总重的65％。
（即使采用最轻铝/钛合金，其比重也大于2.7，而高分子材料的比重为1.5左右）
高分子材料的重要性
高分子材料表界面特性
高分子材料表界面特性
合成纤维 表面的染色
塑料表面 的喷金
高聚物对 其他材料 的粘接
如果使高聚物熔体在具有不同表 面能的表面上冷却，可得到结晶 度不同的表面，这类表面具有不 同的表面张力。
液体橡胶表面张力
液体橡胶表面张力
液体橡胶是一种高分子材料，具有优异的物理性能和化学稳定性。
在工业生产中，液体橡胶被广泛应用于密封、涂层、粘接等领域。
然而，液体橡胶的表面张力却是一个不容忽视的问题。
表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力，它决定了液体在固体表面上的展开和涂覆性能。
对于液体橡胶来说，表面张力的大小直接影响其涂覆性能和密封性能。
液体橡胶的表面张力受多种因素影响，如分子间相互作用力、表面活性剂、温度等。
其中，表面活性剂是影响表面张力的主要因素之一。
表面活性剂可以降低液体表面张力，使液体更容易展开和涂覆在固体表面上。
因此，在液体橡胶的生产和应用中，添加适量的表面活性剂可以提高其涂覆性能和密封性能。
温度也是影响液体橡胶表面张力的重要因素。
一般来说，温度越高，液体橡胶的表面张力越小。
这是因为高温下分子热运动加剧，分子间相互作用力减弱，导致表面张力降低。
因此，在液体橡胶的生产和应用中，需要根据实际情况选择适当的温度，以保证其涂覆性能和密封性能。
液体橡胶的表面张力是一个重要的物理性质，直接影响其涂覆性能和密封性能。
在液体橡胶的生产和应用中，需要注意表面张力的大小和影响因素，以保证其优异的性能和应用效果。
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2
)9
dT 9 Tc Tc
(6-4)
T/Tc《1
d 常数
dT
正常温度范围内，表面张力与温度的关系呈直线 关系. 利用表面张力与温度的线性关系，外推该直线到 室温，可间接地测试固态聚合物的表面张力。
20
T/Tc《1
21
利用表面张力与温度的线性关系，可间接地测试固态聚合物的表面 张力。虽然固体聚合物的表面张力不能直接测定，但是熔融聚合物 的表面张力还是可以测定的。在高温下使固态聚合物熔融，测定不 同温度T下熔融聚合物的表面张力，以对T作图可得一直线，外推 该直线到室温，即求出固态聚合物的表面张力。
10
第6-7章 高分子材料的表界面
11
高分子材料表界面特性
合成纤维 表面的染色
高聚物对其他 材料的粘接
涂料对金 属或木材 表面的涂 覆
意义
塑料薄膜 的印刷
塑料表面 的喷金
12
高分子材料的表面处理
光化学改性
电晕
射线辐照
表面处理
火焰处理
等离子
化学改性
13
高分子材料的表界面特性具有重要意义
表面张力是材料表界面的最基本性能之一。液体的表 面张力测定可由经典物理化学方法测定。固体材料表面 分子没有流动性；其表面张力测定没有直接的方法，只 能通过间接的方法或估算求取。
18
液态高聚物的表面张力随温度的变化也呈线性关系
19
● Guggenheim曾提出表面张力与温度的关系的经验式：
11
= 0
1
T Tc
9
微分
(6-3)
σ0为T= 0K时的表面 张力，Tc为临界温度
公式适用于有机液体，但发 现也适用于高聚物体系
－ d
11 0
(1 T
14
第6章 高分子材料的表面张力
15
6.1.1 表面张力与温度的关系
●表面张力的本质是分子间的相互作用。因为分子间的
相互作用力因温度的上升而变弱，所以表面张力一
般随温度的上升而下降。
●对于液体的表面张力与温度的关系，早期的研究者
Eotvos曾提出如下的经验公式：
V 2/3 K (TC T )
22
σ与T关系外推法缺点
没有考虑聚合物相变的影响。随着温度的升高，非晶态的聚 合物可以从玻璃态转变为高弹态，晶态高聚物可从结晶态转 变为熔融态。在相变的过程必然会影响到表面张力的变化。 聚合物熔体粘度大，不易达到平衡；聚合物在高温下会发生 氧化、热降解、热聚合等反应，即使在惰性气氛中也难以完 全避免，这都可能影响测试的结果。所以应尽可能避免在过 高的温度下测试，防止热降解的发生。 基于高分子熔体表面张力测试技术上的困难，测试的结果肯 定不如小分子液体那样可靠，而且不同方法测试的结果可能 会有较大差别。
表面活性剂
介质
聚集数
C10H21O(C2H4O)8CH3 C10H21O(C2H4O)8CH3 C10H21O(C2H4O)8CH3 C10H21O(C2H4O)8CH3 C10H21O(C2H4O)8CH3 C10H21O(C2H4O)8CH3
水 水＋2.3% 癸烷 水＋4.9% 癸烷 水＋3.4% 癸醇 水＋8.5% 癸醇 水＋16.6% 癸醇
课后思考题 p93 6、 7、 8、 9、
1
Hale Waihona Puke 3 胶束的大小n=Mn/M0
n 为胶束的平均聚集数, Mn为胶束的表观分子量， M0为表面活性剂的分子量。
2
影响胶束分子量的因素:
（1）表面活性剂分子结构的影响 （2）电解质的影响 （3）有机添加剂的影响 （4）温度的影响
3
（1）表面活性剂分子结构的影响
5
（2）电解质的影响
加入电解质到离子型表面活性剂溶液中会使胶团的 聚集数增加. 电解质对聚氧乙烯型非离子表面活性剂胶团聚集数 的影响无一定规律，有时增加聚集数，有时减少聚 集数，但总的来说影响不大。
6
有机添加剂的影响： 有机物的加入能使表面活性剂 水溶液胶束聚集数增加。（增溶）
有机添加剂对胶团大小的影响
在水溶液中，表面活性剂与溶剂的不相似性越大，则形 成胶束的聚集数也越大。 在水溶液中，若表面活性剂的烃链增长，即碳原子数增 加，则表面活性剂分子与溶剂水分子的不相似性增大， 胶团的聚集数n增大，特别是非离子表面活性剂，n的 增加趋势更大。 对聚氧乙烯型非离子表面活性剂，在相同烃链长度下， 聚氧乙烯链增长，对溶剂水的亲和性增大，聚集数n减 小。
83 90 105 89 109 351
温度：30℃
7
（4）温度的影响
离子型表面活性剂水溶液中，温度升高会 导致胶束聚集数降低，但影响不太大。 非离子型表面活性剂，则温度升高，聚集 数急剧增大，尤其在浊点附近。
8
温度对胶团量及聚集数的影响
温 度/ ℃ 10
Mn×104 1.6
聚集数n 32
25
2.55
16
● Ramsay和Shields的修正： 以（ TC -6 ）来代替TC ，即：
V 2/3 K (TC T 6)
(6-2)
对于许多液体来说，常数K基本上不变，其值约为 2.1×10-7J/℃
对于液态聚合物，σ与T的关系？
17
• 液态高聚物的表面张力随温度变化也呈线性 关系，其-(dσ/dT) 值约为0.05×10-3 N/m˚C。 • 因为-(dσ/dT)是表面熵，所以高聚物的 -(dσ/dT)值较小的原因是大分子链的构象受阻。 • 常温度范围内，表面张力与温度的关系呈直 线关系 :
52
38
7.10
144
43
18.4
372
注：C7H15COO(CH2CH2O)7.6CH3的分子量M0=492.4
9
本章小结
掌握表面活性剂的基本概念、分子结构特点、 溶液中的分布特征； 掌握表面活性剂的分类（按亲水基类型分 类）； 理解表面活性剂的典型的物理、化学性质及 其影响规律：
亲疏平衡值(HLB)、相转型温度(PIT)、临界胶束浓 度(CMC)、溶解度，胶束的结构、形状和大小。
温度TC时表面张 力为零。
(6-1)
式中V为摩尔体积，TC为临界温度，K为常数。
临界温度就是某种气体能压缩成液体的最高温度，高于这个温度，无论多大 压力都不能使它液化。超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的 流体。SCF兼有气、液两相的双重特点，既具有与气体相当的高扩散系数和 低粘度，又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。
4
25℃下烷基硫酸钠的聚集数 n
表面活性剂 聚集数n 表面活性剂 聚集数n
C6H13SO4Na 17 C7H15SO4Na 22 C8H17SO4Na 27 C9H19SO4Na 33 C10H21SO4Na 41
C11H23SO4Na 52 C12H25SO4Na 64 C14H27SO4Na 80 C16H33SO4Na 100