Nghiên cứu kỹ thuật kiểm tra độ căng bề mặt động của chất hoạt động bề mặt: Dựa trên Asha ® Cải tiến công nghệ Wilhelmy Plate

1. Tầm quan trọng của máy đo độ căng bề mặt trong thử nghiệm độ căng bề mặt động

1.1 Bản chất vật lý của sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt là một thông số quan trọng để mô tả các đặc tính của giao diện chất lỏng và có ảnh hưởng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Sử dụngMáy căng bề mặtKhả năng đo lường chính xác các lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng, đặc biệt là trong môi trường năng động, độ chính xác là rất quan trọng đối với các ngành công nghiệp như sơn, dược phẩm, thực phẩm. Ví dụ, nước tinh khiết có sức căng bề mặt khoảng 72 mN/m ở 20 ℃, trong khi giá trị này có thể giảm xuống 30-40 mN/m khi thêm chất hoạt động bề mặt, ảnh hưởng đến hiệu suất lan truyền giọt.

1.2 Thời gian phụ thuộc vào sức căng bề mặt động

Dynamic Surface Tension (DST) mô tả quá trình thay đổi sức căng bề mặt theo thời gian. Hiện đạiMáy căng bề mặtVới công nghệ lấy mẫu tốc độ cao, động lực hấp phụ bề mặt trên quy mô thời gian mili giây có thể được theo dõi. Ví dụ, khi sử dụng phương pháp Wilhelmy Plate để đo dung dịch SDS, nếu độ phân giải thời gian của thiết bị không đủ, dữ liệu quan trọng trong giai đoạn đầu hấp phụ có thể bị bỏ lỡ, ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết luận thí nghiệm.

2. Công nghệ kiểm tra động của máy đo độ căng bề mặt và ưu điểm và nhược điểm của nó

2.1 Phương pháp kiểm tra sức căng bề mặt truyền thống

Các phương pháp thử nghiệm khác nhau khác nhau về độ chính xác đo lường, độ phân giải thời gian và phạm vi áp dụng. Nó trông giống như bảng dưới đây:

2.2 Nút thắt kỹ thuật cho máy đo độ căng bề mặt động

Truyền thốngMáy căng bề mặtNhững thách thức chính trong Dynamic Testing bao gồm:

• Phản ứng cơ học chậm trễPhương pháp Wilhelmy Plate thường sử dụng động cơ bước, dẫn đến bước thời gian tối thiểu>50ms và không đáp ứng được nhu cầu kiểm tra quy trình năng động cao.

• Băng thông cảm biến bị hạn chế: Tần số lấy mẫu cảm biến áp suất thông thường<100Hz, rất khó để phân tích hành vi hấp thụ chất hoạt động bề mặt cấp mili giây.

• Vấn đề nhiễu giao diện: Hiệu ứng đối lưu vi mô trong quá trình xâm nhập có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của dữ liệu, dẫn đến sai lệch trong thử nghiệm.

3. Á Sa ® Công nghệ cải tiến Wilhelmy Plate Surface Tensioner

3.1 Điều chỉnh thông minh tốc độ ngâm

Châu á ® Công nghệ thông quaPhản hồi thời gian thực Điều chỉnh tốc độ chuyển động của tấm bạch kimBảo đảm động lực hấp thu được hình thành đồng bộ với giao diện. Sử dụng các thuật toán sau:

vn+1=vn+k vnvnt vnvn+1 = v_n + k \cdot \frac{\partial t}{\partial \gamma}

Trong đó vnv_nvn là tốc độ thấm hiện tại và gamma gamma là sức căng bề mặt. Phương pháp này khiếnMáy căng bề mặtĐộ phân giải thời gian tăng từ>100ms truyền thống lên 1ms, giúp phân tích chính xác quá trình hấp thụ.

3.2 Đo độ chính xác cao của cảm biến gốm Piezo

So với cảm biến truyền thống, cảm biến gốm áp điện cung cấp phản ứng nhanh hơn và độ chính xác cao hơn:

Trong thử nghiệm dung dịch 0,1 CMC Triton X-100,Máy căng bề mặtĐược trang bị cảm biến áp điện có thể bắt được sự sụt giảm căng thẳng đột ngột (Δγ=15 mN/m) ở t=2 ms, trong khi các phương pháp truyền thống không thể phân biệt quá trình này.

3.3 Độ căng bề mặt động Kiểm tra hiệu suất nâng

Thông qua Asha ® Công nghệMáy căng bề mặtCó những lợi thế sau đây:

• Độ phân giải thời gian: Khoảng thời gian lấy mẫu dữ liệu 1ms để phân tích quá trình hấp phụ nhanh.

• Độ chính xác điều khiển chuyển động: Sự dịch chuyển của thiết bị truyền động áp điện bị lệch<0,1μm, tránh nhiễu giao diện.

• Góc tiếp xúc Hiệu chỉnh động: Tính toán góc tiếp xúc bằng cách phù hợp với đường cong ướt, độ lệch giảm xuống ± 0,5 °.

4. Phân tích giới hạn của phương pháp kiểm tra tĩnh

Truyền thốngMáy căng bề mặtCó những vấn đề sau trong static testing:

• Mất cân bằng thời gian phù hợpThời gian ngâm-kéo (10-30 giây) của phương pháp Wilhelmy Plate vượt xa thời gian hấp phụ bề mặt (<1 giây), dẫn đến mất dữ liệu đo lường.

• Giao diện nhiễu loạn lệch: Tốc độ thấm quá nhanh có thể dẫn đến đối lưu vi mô, làm cho giá trị sức căng bề mặt đo được hơi cao.

5. Phân tích dữ liệu thử nghiệm của máy đo độ căng bề mặt

5.1 Điều kiện thí nghiệm

• Mẫu thử nghiệm: Sample1 (chất hoạt động bề mặt không ion chuỗi nhánh), Sample2 (chất hoạt động bề mặt anion chuỗi thẳng)

• thiết bịbởi asha ® Công nghệ Wilhelmy PlateMáy căng bề mặt(Tần số lấy mẫu 1 kHz)

• môi trường: Nhiệt độ 25 ± 0,1 ℃, độ ẩm 50% RH

5.2 Phân tích động lực hấp phụ

Các thí nghiệm đo được đường cong căng thẳng thời gian của cả hai chất hoạt động bề mặt, cho thấy:

• Giai đoạn đầu (t<10ms): Sample1 giảm căng thẳng nhanh hơn (72 → 58 mN/m) và Sample2 tương đối chậm (72 → 55 mN/m).

• Giai đoạn ổn định (t>500ms): Sức căng bề mặt cân bằng của Sample1 là 40,3 mN/m và Sample2 là 38,7 mN/m.

Các thông số động lực hấp phụ được tính toán bởi dữ liệu phù hợp như sau:

Kết quả cho thấy cấu trúc phân nhánh của Sample1 làm giảm cơ sở năng lượng sắp xếp phân tử và tăng tốc độ hấp phụ, trong khi lực đẩy tĩnh của nhóm axit sulfonic của Sample2 ảnh hưởng đến cân bằng hấp phụ.

6 Kết luận

1. Máy đo độ căng bề mặt độngPhải có độ phân giải thời gian cao để phù hợp với đặc điểm động lực hấp phụ của chất hoạt động bề mặt;

2. Châu á ® Cải tiến kỹ thuậtMáy căng bề mặtÁp dụng cảm biến gốm áp điện và thuật toán ngâm thông minh, làm cho độ phân giải thời gian tăng lên 1ms, tỷ lệ lệch<1%;

3. Công nghệ này phù hợp cho nghiên cứu chất hoạt động bề mặt trong sơn, mực, mỹ phẩm và các ngành công nghiệp khác, có thể cung cấp hỗ trợ dữ liệu độ căng bề mặt động chính xác.