動態(tài)表面/界面張力及其測量
(Dynamic Surface Tension and its Measurement)

除了單一組份的純液體（如純水）以外，多組份溶液（包括含有雜質或污染物的單組分液體）的表面張力一般都會在起始階段隨時間變化，因為一旦新的表面形成后，由于表面擁有一個與體相很不一樣的環(huán)境，導致體系內的各種組分的分子開始重新分布、排列和取向，這些過程的進行都將伴隨著表面張力值的變化，這個表面張力隨時間變化的過程被稱為體系的動態(tài)表面張力，\(\gamma(t)\)。

所有的多組分體系的表面張力起始時都是時間的函數，差異只在于變化的幅度和速度以及持續(xù)時間的長短：

• 變化的幅度：可以從 >0 到 高達70%以上；

• 持續(xù)的時間：可以從 幾十分之一毫秒 到 幾小時甚至幾天。

對于一些變化幅度很小或者變化的速度很快的體系，并非用一般的測量方法都能測量到這一變化過程，所以這些體系的表面張力 “似乎“ 立即就達到平衡值。但對于含有表面活性劑的溶液，其變化一般都相當明顯：當新的表面形成后，隨著表面活性劑分子從體相擴散（或對流）到表面，在表面被優(yōu)先吸附，并進行排列、取向和松弛，表面張力會發(fā)生較大幅度的變化（下降），直到最后達到平衡、表面張力值不再發(fā)生變化為止。這一過程的速度或所需的時間取決于體系的本質，在很大程度上與表面活性劑屬性有關，是衡量表面活性劑性能的重要參數。在涉及表面活性劑應用的許多領域，如噴灑即擦拭（spray and wipe），車輛清洗，噴涂，植物保護劑的撒布，高速印刷等過程中，靜態(tài)（平衡）表面張力值其實沒有多大的意義，因為過程進行的速度很快，給予表面活性劑發(fā)揮其效果的時間相當有限，更重要的是知道使用的表面活性劑在不同的作用時間階段所能達到的效果，這就要通過測量這些體系的動態(tài)表面張力來獲得。

另外通過測量動態(tài)表面張力，可以獲得許多有關表面形成后發(fā)生的一些動態(tài)過程的有用信息，為研究、認識這些伴隨過程提供了一個非常有效的途徑。再者動態(tài)表/界面張力對深入理解諸如發(fā)泡、乳化、表面流變現象（surface rheology）、涂料流動等界面現象也極為重要，而這些界面現象又直接影響到許多技術、以及其在生物和醫(yī)藥等領域的應用。

所以對非單組分的液體，尤其對含有表面活性物質或雜質的溶液或液體體系，只是籠統(tǒng)地給出一個表/界面張力的值其實是不充分的，應該至少同時說明測量的方法，測量值所對應的表/界面壽命（surface/interface age），以及是否屬于最終的平衡值等。更完整的信息則包含在體系的動態(tài)表面張力（與時間）的變化曲線，\(\gamma(t)\)，中。

在當前可供選擇的一些表面/界面張力測量方法中（見表1），非常適合測量液體動態(tài)表面張力的測量方法有振蕩射流法（Oscillating Jet），最大氣泡壓力法（Maximum Bubble Pressure Method， MBPM），和懸滴法 （Pendent Drop Method）。振蕩射流法雖然可以用來測量時間范圍非常短暫/短促的動態(tài)過程，但目前還沒有商品化的儀器供應。最大氣泡壓力法（MBPM）是被普遍用來進行動態(tài)表面張力測量的方法，但它不適合于動態(tài)界面張力的測量。另外雖然在短時間段（short time period），最大氣泡壓力法可以測量到表面壽命（surface age）短暫至約10ms的數值，但它可以測量的最長時間范圍大約在幾十秒左右，此時仍有相當多的表面活性劑體系還遠遠未到達平衡狀態(tài)。最大氣泡壓力法的一些不足之處還包括方法的可重復性較差，有時會產生一些假（fake）動態(tài)數據，比如純水的明顯偏高的動態(tài)表面張力值。

與最大氣泡壓力法相比，采用懸滴法的動態(tài)表面張力測量的最短起始壽命約在0.05-0.1秒，但它沒有最長時間范圍的限制，可以持續(xù)幾小時甚至幾天。另外懸滴法是所有方法中最適合測量動態(tài)界面張力的技術。懸滴法的數值準確性和可靠性也是所有方法中最高的。

Table 1：測量表面張力（SFT）/界面張力（IFT）方法一覽表