Surface Free Energy of Selected Solids as Evaluated by Various Methods

• Autorzy: Robert Sobczyński , Daria Wieczorek , Ryszard Zieliński

Warianty tytułu

Powierzchniowa energia swobodna wybranych ciał stałych wyznaczona różnymi metodami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present work we report results of our experimental data on determination of the contact angle of various liquids (i.e. water, ethylene glycol, glycerin, formamide) on a number of solids (i.e. glass, PVC, PET) by means of a goniometric method. Our experimental data were described in terms of the surface free energy of the solids. We apply a number of theoretical and empirical approaches used to relate the experimental values of the contact angles and the surface tension of the used liquid. In order to evaluate the surface free energy of the solids from experimental data we have applied the following six methods: general empirical equation (Neumann), critical surface tension concept (Zisman), geometric mean method (Fowkes concept of dispersion and polar components, Owens and Wendt approach), harmonic mean method (Wu approach), as well as acid-base concept (van Oss, Chaudhury and Good method). In order to derive the quantities describing the surface free energy of the solid we have applied the nonlinear least squares method using Solver macro as implemented in the Excel 2010 spreadsheet. (original abstract)

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki przeprowadzonych metodą goniometryczną pomiarów kąta zwilżania kilku ciał stałych (np. szkło, PVC, PET) przez różne ciecze (np. woda, glikol etylenowy, gliceryna, formamid). Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów wyznaczono wartość swobodnej energii powierzchniowej ciał stałych. Zastosowano liczne podejścia teoretyczne i doświadczalne opisujące zależność pomiędzy doświadczalnymi wartościami kąta zwilżania i wartościami napięcia powierzchniowego stosowanych cieczy. W celu wyznaczenia powierzchniowej energii swobodnej ciał stałych z danych doświadczalnych zastosowano następujące metody: ogólne równanie numeryczne (Neumann), koncepcję krytycznego napięcia powierachniowego (Zisman), metodę średniej geometrycznej (koncepcja składowych dyspersyjnych i polarnych Fowkesa, podejście Owensa i Wendta), metodę średniej harmonicznej (podejście Wu) oraz teorię kwasowo-zasadową (metoda van Ossa, Chaudhury'ego i Gooda). W celu otrzymania wielkości opisujących powierzchniową energie swobodną ciał stałych zastosowano nieliniową metodę najmniejszych kwadratów, stosując makropolecenie Solver zaimplementowane w arkuszu kalkulacyjnym Excel 2010. (abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Surfactants; Commodity research; Physical properties research; Energy; Research methods

PL

Substancje powierzchniowo czynne; Badania towaroznawcze; Badania właściwości fizycznych; Energia; Metody badawcze

• Czasopismo: Zeszyty Naukowe / Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu
• Rocznik: 2011
• Numer: nr 212
• Strony: 199--207

Twórcy

autor

Robert Sobczyński

• Poznań University of Economics, Poland

autor

Daria Wieczorek

• Poznań University of Economics, Poland

autor

Ryszard Zieliński

• Poznań University of Economics, Poland

Bibliografia

• Dredgier, O.N., Neumann, A.W., Sell, P.J., 1965, Uber die grenzflachenenergetische Zustandsfunktion II, Kolloid - Zeitschrift und Zeitschrift fur Polymere, Vol. 204, pp. 102-112.
• Fowkes, F.M., 1964, Attractive Forces at Interfaces, Industrial and Engineering Chemistry, vol. 12, pp. 40-52.
• Fowkes, F.M., 1968, Calculation of Work of Adhesion by Pair Potential Summation, Journal of Colloid and Interface Science, vol. 28, pp. 493-505.
• Kwok, D.Y., Neumann, A.W., 1999, Contact Angle Measurement and Contact Angle Interpretation, Advances in Colloid and Interface Science, vol. 81, pp. 167-249.
• Levie de, R., 1999, Estimating Parameter Precision in Non-linear Least Squares with Excel's Solver, Journal of Chemical Education, vol. 76, no 11, pp. 1594-1598.
• Levie de, R., 2008, Advanced Excel for Scientific Data Analysis, Oxford, New York.
• Li, D., Neumann, A.W., 1990, A Reformulation of the Equation of State for Interfacial Tensions, Journal of Colloid and Interface Science, vol. 137, pp. 304-307.
• Oss van, C.J., Chaudhury, M.K., Good, R.J., 1988, Interfacial Lifshitz-van der Waals and Polar Interactions in Macroscopic Systems, Chemical Reviews, vol. 88, pp. 927-940.
• Oss van, C.J., Good, R.J., 1991, Relation between the Apolar and Polar Compounds of the Interaction Energy between the Chains of Nonionic Surfactants and their CMC in Water, Journal of Dispersion Science and Technolology, vol. 12, pp. 95-105.
• Oss van, C.J., Good, R.J., Chaudhury, M.K., 1986, The Role of van der Waals Forces and Hydrogen Bonds in "Hydrophobic Interactions" between Biopolymers and Low Energy Surfaces, Journal of Colloid and Interface Science, vol. Ill, pp. 378-390.
• Owens, D.K., Wendt, R.C., 1969, Estimation of the Surface Free Energy of Polymers, Journal of Applied Polymer Science, vol. 13, pp. 1741-1747.
• Wu, S., 1971, Calculation of Interfacial Tension in Polymer System, Journal of Polymer Science, C, vol. 34, pp. 19-30.
• Wu, S., 1973, Polar and Nonpolar Interactions in Adhesion, Journal of Adhesion, vol. 5, p. 39-55.
• Zisman, W.A., 1964, Relation of the Equilibrium Contact Angle to Liquid and Solid Constitution, Chemistry Ser., vol. 43, pp. 1-52.
• Żenkiewicz, M., 2007, Methods for the Calculation of Surface Free Energy of Solids, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, vol. 24, no 1, pp. 137-144.