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挪威云杉樹脂臨界表面張力及Hamaker常數(shù)推算
來源：《林產(chǎn)化學與工業(yè)》 瀏覽 455 次 發(fā)布時間:2025-08-25
摘要：應用一系列烷烴類液體和接觸角技術，對挪威云杉(Pirnnbi I．Kar)樹脂的一些表面特征作了研究。發(fā)現(xiàn)該樹脂的臨界表面張力約為18．48mN m．根據(jù)Zisman的臨界表面張力外推方法將液體的Hamaker常數(shù)與COS0作圖，發(fā)現(xiàn)該樹脂有一個唯一的臨界Hamaker常數(shù)約4．18×10-20J。
由于樹脂類物質的作用被發(fā)現(xiàn)不僅與日常生活密切相關，也與生命科學密切相關，這使得人們增加了對天然樹脂類物質的興趣。r。木材樹脂是一種來源豐富的天然樹脂類物質，近年來已有許多研究結果被報道。
本文主要報道挪威云杉(PiceaabiesL．Karst．)樹脂的一些表面特征，如表面張力和Hamaker常數(shù)。
1實驗
1．1挪威云杉樹脂的制備
該樹脂樣品由芬蘭AboAkademi大學森林產(chǎn)品系Sundberg提供，提取自挪威云杉．按Sundberg發(fā)明的提取方法制備：
1．2接觸角測試
首先將丙酮／挪威云杉樹脂的混合液涂在光滑不銹鋼表面．并讓丙酮在空氣中自然揮發(fā)得到表面平整的挪威云杉樹脂膜。
采用一系列分析純烷烴(碳原子從9到16。Merck公司產(chǎn)品)及接觸角技術測試與挪威云杉樹脂膜表面的前接觸角。整個測試過程由一個液滴裝置和攝、錄、放像系統(tǒng)組成。通過一個微型注射器將液滴滴在挪威云杉樹脂膜表面。每一種液體測10次．然后給出平均值．誤差約2度。測試時溫度為22℃。
相對濕度為4O。相同的接觸角測試技術曾在文獻中進行過詳細地介紹。
2結果與討論
2．1烷烴的表面張力與挪威云杉樹脂余弦接觸角的關系
在表面化學的許多方法中．接觸角技術是一種被認為簡單而又實用的方法。而且．由于該方法所涉及的材料表面僅在1nm左右的深度。所以比起其它技術更能真實反映材料的表面特征。
為了理解接觸角數(shù)據(jù)。Zisman77曾發(fā)明了一種能得到固體材料臨界表面能的方法。比如將液體與固體之間的余弦接觸角~O8作為所用液體的表面張力的函數(shù)?？梢缘玫剿鶞y固體材料的臨界表面張力y。由于此經(jīng)驗方法得出的結果是一個唯一值。所以該方法似乎還具有消除接觸角測試過程所帶來的一些測試誤差的優(yōu)點。
根據(jù)Zisman7i的研究。這些參數(shù)之間有下列關系(見式1)。
COS一1一日(yI—y)(1)
式中：“為常數(shù)。
圖1是按Zisman的方法對烷烴滴在挪威云杉樹脂膜表面的描述。由于所有測試數(shù)據(jù)之間有著非常理想的線性如圖中R值所示．所以可得到該樹脂的臨界表面張力約等于18．48mN／m。
由于Zisman曾利用臨界表面張力表征過一系列的高分子材料．并發(fā)現(xiàn)聚四氟乙烯是一種疏水性非常強的材料，其臨界表面張力約在18～19mN／m。所以挪威云杉樹脂的y被發(fā)現(xiàn)幾乎與聚四氟乙烯一致，說明其疏水性也應該非常好。
根據(jù)Zisman的研究．這個結果意味著挪威云杉樹脂可以被表面張力小于其y的液體所濕潤．而大于其y的液體則不能。一般認為．材料的濕潤性與其成分有關．尤其是與其表面的分子極性有關。
2．2烷烴的Hamaker常數(shù)與挪威云杉樹脂余弦接觸角的關系
Hamaker常數(shù)是另一個重要的表征材料表面特性的參數(shù)。由于應用的一系列烷烴液體的Hamaker常數(shù)Ar可以從文獻上得到，而Hough—W hite發(fā)現(xiàn)固體的Hamaker常數(shù)As與液體的Hamaker常數(shù)A之間有關系。本文作者根據(jù)Zisman經(jīng)驗方法得到挪威云杉樹脂的固體Hamaker常數(shù)A。
圖2描述了液體的Hamaker常數(shù)A與挪威云杉樹脂余弦接觸角COS0之間的關系。由于圖2與圖1一樣呈現(xiàn)出非常好的線性．顯然這意味著也可以應用Zisman經(jīng)驗方法作外推．得出與液體Hamaker常數(shù)A有關但代表固體的Hamaker常數(shù)A。據(jù)圖2可知挪威云杉樹脂的臨界Hamaker常數(shù)A約為4．18×10-20J。由于此值是一個臨界Hamaker常數(shù)．還沒有被人們所報道。所以本實得到的A值僅能與文獻所報道的一些高分子材料的A值做比較。比如，此值被發(fā)現(xiàn)略大于PTFE的3．8O×1O-20J，但明顯小于PMMA、PVC等高分子材料一。這與前面得到y(tǒng)的結論依然是吻合的。
圖1烷烴的表面張力與挪威云杉樹脂余弦接觸角cos0之間的關系
3結論
圖2烷烴的Hamaker常數(shù)與挪威云杉樹脂余弦接觸角COS0之間的關系
應用接觸角技術．研究挪威云杉樹脂的一些表面性能．如臨界表面張力y(、約為18．48mN／m、臨界Hamaker常數(shù)A、約為4．18×10-20J。由于該A值在PTFE、PMMA及PVC等高分子材料的As值之間，說明該樹脂的疏水性非常好。
值得指出的是，作者根據(jù)臨界表面張力值計算的方法．類似地首次提出了計算固體臨界Hamaker常數(shù)的方法。