摘要：應(yīng)用一系列烷烴類液體和接觸角技術(shù)，對(duì)挪威云杉(Pirnnbi I．Kar)樹(shù)脂的一些表面特征作了研究。發(fā)現(xiàn)該樹(shù)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(shù)脂有一個(gè)唯一的臨界Hamaker常數(shù)約4．18×10-20J。

由于樹(shù)脂類物質(zhì)的作用被發(fā)現(xiàn)不僅與日常生活密切相關(guān)，也與生命科學(xué)密切相關(guān)，這使得人們?cè)黾恿藢?duì)天然樹(shù)脂類物質(zhì)的興趣。r。木材樹(shù)脂是一種來(lái)源豐富的天然樹(shù)脂類物質(zhì)，近年來(lái)已有許多研究結(jié)果被報(bào)道。

本文主要報(bào)道挪威云杉(PiceaabiesL．Karst．)樹(shù)脂的一些表面特征，如表面張力和Hamaker常數(shù)。

1實(shí)驗(yàn)

1．1挪威云杉樹(shù)脂的制備

該樹(shù)脂樣品由芬蘭AboAkademi大學(xué)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(cè)試

首先將丙酮／挪威云杉樹(shù)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(shù)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(shù)測(cè)試與挪威云杉樹(shù)脂膜表面的前接觸角。整個(gè)測(cè)試過(guò)程由一個(gè)液滴裝置和攝、錄、放像系統(tǒng)組成。通過(guò)一個(gè)微型注射器將液滴滴在挪威云杉樹(shù)脂膜表面。每一種液體測(cè)10次．然后給出平均值．誤差約2度。測(cè)試時(shí)溫度為22℃。

相對(duì)濕度為4O。相同的接觸角測(cè)試技術(shù)曾在文獻(xiàn)中進(jìn)行過(guò)詳細(xì)地介紹。

2結(jié)果與討論

2．1烷烴的表面張力與挪威云杉樹(shù)脂余弦接觸角的關(guān)系

在表面化學(xué)的許多方法中．接觸角技術(shù)是一種被認(rèn)為簡(jiǎn)單而又實(shí)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(shù)更能真實(shí)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(cè)固體材料的臨界表面張力y。由于此經(jīng)驗(yàn)方法得出的結(jié)果是一個(gè)唯一值。所以該方法似乎還具有消除接觸角測(cè)試過(guò)程所帶來(lái)的一些測(cè)試誤差的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)Zisman7i的研究。這些參數(shù)之間有下列關(guān)系(見(jiàn)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(duì)烷烴滴在挪威云杉樹(shù)脂膜表面的描述。由于所有測(cè)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(shù)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(guò)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(qiáng)的材料，其臨界表面張力約在18～19mN／m。所以挪威云杉樹(shù)脂的y被發(fā)現(xiàn)幾乎與聚四氟乙烯一致，說(shuō)明其疏水性也應(yīng)該非常好。

根據(jù)Zisman的研究．這個(gè)結(jié)果意味著挪威云杉樹(shù)脂可以被表面張力小于其y的液體所濕潤(rùn)．而大于其y的液體則不能。一般認(rèn)為．材料的濕潤(rùn)性與其成分有關(guān)．尤其是與其表面的分子極性有關(guān)。

2．2烷烴的Hamaker常數(shù)與挪威云杉樹(shù)脂余弦接觸角的關(guān)系

Hamaker常數(shù)是另一個(gè)重要的表征材料表面特性的參數(shù)。由于應(yīng)用的一系列烷烴液體的Hamaker常數(shù)Ar可以從文獻(xiàn)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(guān)系。本文作者根據(jù)Zisman經(jīng)驗(yàn)方法得到挪威云杉樹(shù)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(shù)脂余弦接觸角COS0之間的關(guān)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(yīng)用Zisman經(jīng)驗(yàn)方法作外推．得出與液體Hamaker常數(shù)A有關(guān)但代表固體的Hamaker常數(shù)A。據(jù)圖2可知挪威云杉樹(shù)脂的臨界Hamaker常數(shù)A約為4．18×10-20J。由于此值是一個(gè)臨界Hamaker常數(shù)．還沒(méi)有被人們所報(bào)道。所以本實(shí)得到的A值僅能與文獻(xiàn)所報(bào)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(jié)論依然是吻合的。

圖1烷烴的表面張力與挪威云杉樹(shù)脂余弦接觸角cos0之間的關(guān)系

3結(jié)論

圖2烷烴的Hamaker常數(shù)與挪威云杉樹(shù)脂余弦接觸角COS0之間的關(guān)系

應(yīng)用接觸角技術(shù)．研究挪威云杉樹(shù)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(shuō)明該樹(shù)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(jì)算的方法．類似地首次提出了計(jì)算固體臨界Hamaker常數(shù)的方法。