1.3液-液界面的表面張力和液體親水性的判斷

 如前所述，雖然物質極性的強弱可以用以判斷其親水性的強弱，但是在實際中，會遇到一些極性很強而親水性不是那么明顯的物質，或者是一些反應產生的新物質（例如生產版材所需的一些聚合物），那么究竟如何來判斷這類物質或者（這里的物質都是液體）的親水性？生產實踐中經常用的一種方法，就是直接實驗，拿印刷版材的生產來說，就是直接用材料制作版材，然后進行制版實驗來判斷親水性的好壞。毋庸置疑，這樣做確實直接的測試了版材這個體系的親水性，可以說是簡單而有效。可是對于生產基礎材料的研究者來說，這樣的測試對研究材料的親水性幫助不大，對制作材料的原材料的親水性的研究也沒有幫助。下面本文通過研究液-液界面的表面張力，嘗試提出來判斷液體的親水性的方法。

 液液界面，顧名思義就是液體之間形成的界面，只要是兩種液體不互溶或者說互溶性不好，兩者相互接觸，就可以而形成的液液界面。根據研究，兩種液體，要形成液液界面，通常通過以下三種方式：黏附方式、鋪展方式和分散方式。

 第一種方式，黏附方式。兩種不同的液體，液體A和液體B，互相相接觸后，兩者和氣體形成的表面同時消失，形成液體A和液體B之間的界面，也就是液液界面（AB）的過程，這就是黏附過程。該過程如圖2所示。

圖2黏附過程

 如果液體A和液體B為同一種液體，那么這個黏附過程就稱為內聚過程。在內聚的過程中，液體A和液體B液體的表面消失，內聚功（即該過程的黏附功）WAA=γA+γA+γAA，其中γAA為0，WAA=2γA，明顯WAA＞0，即內聚可以自發進行。

 由此可知，當液液界面是黏附方式形成的，那么判斷黏附過程自發進行的依據就是黏附功WAB，當WAB＞0時黏附過程可以自發進行，也就是說兩種液體之間的吸引強度較大。如果兩種液體之一（例如A）為水，那么黏附功的大小就可以判斷另一種液體（B）親水性的大小。

 此外黏附功的計算式中γAB為A和B的液液界面張力，關于這個界面張力的計算，有多重理論，最簡單的一種是Antonoff規則，該規則認為γAB=γA飽和—γB飽和，式子中γA飽和、γB飽和指的是指的是液體A和液體B相互飽和后的表面張力，而不是其各自的表面張力。

 第二種方式，鋪展方式。在上述的液-固界面的潤濕作用，液體在固體表面的鋪展也可以引用到液液界面，不過此時的鋪展過程復雜一些。比如在清潔的水面上，滴加不溶性“油”滴，此時的“油”在水面上，可能表現出三種不同的狀態：

 第一種狀態，“油”在水面上，形成一層雙重膜，也就是形成了液體水與膜的界面，和膜與空氣的界面，如此一來，“油”在水面上鋪展形成了兩個獨立界面。

第二種狀態，“油”在水面上不鋪展，而是呈“透鏡”狀態。

 第三種狀態，“油”在水面上，先鋪展成單分子膜；多余的“油”，則會呈現“透鏡”狀態，并且單分子膜與“透鏡”保持平衡。

這三種狀態如圖3所示。

圖3鋪展過程

 其中，WAB代表“油”與水的黏附功；而WBB則是油的內聚功。由此可知，當“油”與水的黏附功比這種“油”的內聚力還強時，“油”就會在水的表面上鋪展。參照水在固體表面的鋪展，此時可以說此種“油”類的親水性較好。

 第三種方式，分散。分散是指液體A分散到另外一種與之互不相容的液體B中，形成A、B混合物的過程，過程如圖4所示。

圖4分散過程

 由此可知，當液液界面是分散方式形成的，那么判斷分散過程自發進行的依據就是分散系數F，當F＞0時，分散過程可以自發進行，那么在其他條件相同，可以判斷分散過程能夠自發進行的物質親水性好于不能自發進行的物質。

結論

 為了能夠更加準確地衡量物質（或材料）的的親水性，本文研究了液-固界面和液-液界面的一些性質，探討了使用表面張力為主要工具來衡量物質（或材料）的親水性。相比于簡單的使用極性來判斷物質（或材料）的親水性，使用表面張力這一工具能夠比較好的標示物質（或材料）的親水性。表面張力法（標示親水性）具體應用為：

 1、液-固界面，鋪展系數S=γg-l（COSθ-1），式子中γg-l，θ都可以測量出來，那么S就可以計算出來。如果若S≥0，說明液體可以在固體表面自動鋪展。說明該固體親水性較好。

 2、液-液界面。第一種情況，黏附過程形成的界面，黏附功，γA代表液體A的表面張力；γB分別代表液體B的表面張力；γAB為代表液體A和液體B的液液界面張力，WAB則代表為黏附功，黏附功反映的是不同液體間的相互吸引強度。當WAB＞0時，黏附過程可以自發進行。此時該液體的親水性較好。第二種情況，鋪展過程形成的界面，則，S為鋪展系數，若S＞0，則體系的鋪展過程能自發進行。此時該液體的親水性較好。第三種情況，分散過程形成的液液界面，F=-ΔG=—γAB，F為分散系數，當F＞0時，分散過程可以自發進行，那么在其他條件相同，可以判斷分散過程能夠自發進行的物質親水性好于不能自發進行的物質。

 值得注意的是，與通過極性判斷親水性不同，本文討論的方法即表面張力法完全是通過實驗測定表面張力（和接觸角）來判定親水性，所以本方法依賴于實驗多過理論，而且親水性的強弱可以由數據直觀地反應出來，可以說是比較可靠的方法。

基于表面張力方法判斷物質（或材料）的親水性（一）

基于表面張力方法判斷物質（或材料）的親水性（二）