Technische Studie zum Testen der dynamischen Oberflächenspannung von Oberflächenaktiven: basierend auf ASHA ® Technische Verbesserungen der Wilhelmy Plate Methode

1. Wichtigkeit von Oberflächenstensionen bei dynamischen Oberflächenspannungsprüfungen

1.1 Physikalische Eigenschaften der Oberflächenspannung

Oberflächenspannung ist ein entscheidender Parameter für die Eigenschaften der Flüssigkeitsschnittfläche und hat eine breite Auswirkung auf industrielle Anwendungen. verwendenOberflächenspannungsmesserDie Genauigkeit der Messung der Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeitsmolekulen, insbesondere in dynamischen Umgebungen, ist für die Beschichtungs-, Pharma- und Lebensmittelindustrie von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise beträgt die Oberflächenspannung von reinem Wasser bei 20 °C etwa 72 mN/m, und nach Zugabe von Oberflächenaktiven kann dieser Wert auf 30-40 mN/m reduziert werden, was die Ausdehnungsleistung beeinflusst.

1.2 Zeitabhängigkeit der dynamischen Oberflächenspannung

Dynamische Oberflächenspannung (DST) beschreibt den Prozess, in dem sich die Oberflächenspannung im Laufe der Zeit ändert. modernOberflächenspannungsmesserMit der Hochgeschwindigkeits-Probentechnologie können die Adsorptionsdynamiken von Oberflächenaktiven auf einer Zeitskala von Millisekunden verfolgt werden. Beispielsweise können bei der Messung von SDS-Lösungen mit der Wilhelmy-Plate-Methode, wenn die Instrumentzeitauflösung nicht ausreichend ist, wichtige Daten in der ersten Phase der Adsorption verpasst werden, was die Zuverlässigkeit der experimentellen Schlussfolgerungen beeinträchtigt.

2. Dynamische Testtechnik und Vor- und Nachteile von Oberflächenstensometern

2.1 Traditionelle Oberflächenspannungsprüfmethoden

Unterschiedliche Testmethoden unterscheiden sich in Bezug auf Messgenauigkeit, zeitliche Auflösung und Anwendungsbereich. Wie in der folgenden Tabelle dargestellt:

2.2 Technische Engpässe bei dynamischen Oberflächenstensionen

TraditionOberflächenspannungsmesserZu den wichtigsten Herausforderungen bei dynamischen Tests gehören:

• Mechanische ReaktionsverzögerungDie Wilhelmy Plate Methode verwendet in der Regel einen Schrittmotor, der zu einer Mindestzeitschrittlänge von > 50 ms führt und die Anforderungen an hohe dynamische Prozessprüfungen nicht erfüllt.

• Sensorbandbreite begrenztKonventionelle Drucksensorprobenfrequenz < 100 Hz, schwierig, das adsorptionsverhalten von oberflächenaktiven Mitteln auf Millisekundengebene zu analysieren.

• SchnittstellenstörungenMikrokonvergenzeffekte während der Eindringung können die Genauigkeit der Daten beeinträchtigen und zu Abweichungen bei der Prüfung führen.

3. Asha ® Technisch verbessertes Wilhelmy Plate Oberflächenstranschmeter

3.1 Intelligente Korrektur der Eindringgeschwindigkeit

Asha ® Technik durchEchtzeit-Feedback zur Regelung der PlatinbewegungsgeschwindigkeitSorgen Sie dafür, dass die Adsorptionsdynamik und die Schnittstellenbildung synchronisiert sind. Verwenden Sie den folgenden Algorithmus:

vn+1=vn+k vnvnv_{n+1} = v_n + k \cdot \frac{\partial t}{\partial \gamma}vn+1=vn+k

Hier ist vnv_nvn die aktuelle Penetrationsgeschwindigkeit und γ\gammaγ die Oberflächenspannung. Diese Methode machtOberflächenspannungsmesserDie zeitliche Auflösung wurde von der herkömmlichen >100ms auf 1ms erhöht, was zur genauen Analyse des Adsorptionsprozesses beiträgt.

3.2 Hochpräzise Messung von piezoelektrokeramischen Sensoren

Im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren bieten piezoelektrokeramische Sensoren schnellere Reaktion und höhere Genauigkeit:

Im 0,1 CMC Triton X-100 LösungstestOberflächenspannungsmesserMit einem piezoelektrischen Sensor können Spannungsabfälle (Δγ = 15 mN/m) bei t = 2 ms erfasst werden, während herkömmliche Methoden diesen Prozess nicht unterscheiden können.

3.3 Verbesserte Leistung beim dynamischen Oberflächenspannungstest

Adoption von Asha ® TechnischeOberflächenspannungsmesserFolgende Vorteile:

• Zeitauflösung1 ms Datenabtastintervall, um den schnellen Adsorptionsprozess zu analysieren.

• Genauigkeit der Bewegungskontrolle: Die Verschiebung des piezoelektrischen Aktuators abweicht von < 0,1 μm, um Schnittstellenstörungen zu vermeiden.

• Dynamische KontaktwinkelkorrekturBerechnung des Kontaktwinkels durch Befeuchtungskurvenpassung, Abweichung auf ±0,5°.

Einschränkungsanalyse statischer Testmethoden

TraditionOberflächenspannungsmesserBei statischen Tests gibt es folgende Probleme:

• ZeitgleichgewichtDie Eintauch-Rückzugszeit der Wilhelmy-Platte-Methode (10-30 Sekunden) übertrifft die Adsorptionszeit des Oberflächenaktivs (<1 Sekunde), was zu einem Fehlen der Messdaten führt.

• Schnittstellenstörungen abweichenZu hohe Eindringgeschwindigkeiten können zu Mikrokonvektion führen, wodurch die gemessenen Oberflächenspannungswerte hoch sind.

5. Analyse der experimentellen Daten von Oberflächenstensometern

5.1 Versuchsbedingungen

• TestprobenSample1 (zweigekettiger nicht-ionischer Oberflächenaktiv), Sample2 (geradkettiger anionischer Oberflächenaktiv)

• Gerätvon: Asha ® Technik von Wilhelmy PlateOberflächenspannungsmesser(Abtastfrequenz 1 kHz)

• UmweltTemperatur 25 ± 0,1 ° C, Luftfeuchtigkeit 50% RH

5.2 Adsorptionsdynamik

Das Experiment misst die Zeit-Spannungskurve zweier Oberflächenaktive und zeigt:

• Anfangsphase (t<10ms): Die Spannungsabnahme in Probe 1 ist schneller (72 → 58 mN/m) und in Probe 2 relativ langsam (72 → 55 mN/m).

• Stabilisierungsphase (t>500ms): Die Gleichgewichtsfläche von Probe 1 beträgt 40,3 mN/m und Probe 2 38,7 mN/m.

Die entsprechenden Daten berechnen die folgenden Adsorptionsdynamikparameter:

Die Ergebnisse zeigten, dass die verzweigte Kettenstruktur von Sample1 die molekulare Arrangementbarriere verringerte und die Adsorptionsrate erhöhte, während die elektrostatische Abweisung der Sulfonsäuregruppe von Sample2 das Adsorptionsgleichgewicht beeinflusste.

6. Schlussfolgerungen

1. Dynamische OberflächenspannungsmessgeräteEs sollte eine hohe zeitliche Auflösung zur Übereinstimmung mit der Adsorptionsdynamik des Oberflächenaktives aufweisen;

2. Asha ® Technische VerbesserungenOberflächenspannungsmesserMit einem piezoelektrischen Keramiksensor und einem intelligenten Penetrationsalgorithmus wird die Zeitauflösung auf 1ms erhöht und die Abweichungsrate < 1%;

3. Diese Technologie eignet sich für die Forschung von Oberflächenaktiven in den Bereichen Lacke, Tinte und Kosmetik und bietet eine präzise Unterstützung für dynamische Oberflächenspannungsdaten.