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两类农用防雾涂层表面张力的深度计算与比较分析(二)-芬兰Kibron-上海黄瓜视频免费下载科技有限公司

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两类农用防雾涂层表面张力的深度计算与比较分析(二)

来源: 《聊城大学学报(自然科学版)》 浏览 11 次 发布时间:2025-12-30

四、结果深度剖析:数据揭示了什么?


1.表面张力计算结果的直接对比


根据文中提供的接触角数据(水、二碘甲烷、甲酰胺在未处理PE、电晕PE及五种涂层上的接触角),分别运用OW法和LW/AB法进行计算,得到了关键结论:

涂层显著提升表面张力:无论采用哪种计算方法,所有涂层样品的表面张力(γ_S)均大幅高于原始PE膜(~30 mN/m)和电晕处理PE膜(OW法:50.17,LW/AB法:35.88 mN/m)。这从热力学上定量证实了表面改性及涂层的有效性。


OW法vs.LW/AB法的数值差异:一个引人注意的现象是,对同一样品,OW法计算出的γ_S值普遍高于LW/AB法的计算结果。例如,对于PVA/Al₂O₃5:3涂层,OW法结果为73.02 mN/m,而LW/AB法结果为54.93 mN/m。这种差异源于两种模型对极性相互作用处理的简化程度不同。OW法将极性作用视为对称的,而LW/AB法则引入了非对称的酸碱作用描述。在实际应用中,这种差异提示黄瓜视频免费下载,在引用表面张力数据时必须注明所采用的计算模型。


性能最优涂层的判定:根据OW法的排序,表面张力大小依次为:PVA/Al₂O₃5:3>AHB三元共聚物>PVA/Al₂O₃5:4>PVA/Al₂O₃5:2>电晕PE>原始PE。其中PVA/Al₂O₃5:3涂层表现最佳。而根据LW/AB法的排序,则为:PVA/Al₂O₃5:2>PVA/Al₂O₃5:3>PVA/Al₂O₃5:4>AHB三元共聚物>电晕PE>原始PE。虽然排序因方法而异,但两种方法均明确指出,PVA/Al₂O₃系列涂层和AHB三元共聚物涂层的表面能提升效果显著,且PVA/Al₂O₃涂层在最优配比下具有顶尖表现。


表面张力分量的启示:从OW法的分量看,所有高表面张力涂层的高γ_S值主要来源于其极高的极性分量(γ^P_S>30 mN/m),远高于其色散分量(γ^d_S~34-40 mN/m)。这正是亲水防雾涂层的核心特征——通过引入大量极性基团(如-OH,-COOH)大幅提升表面极性。电晕处理PE的极性分量(14.47 mN/m)也有显著提升,但不及专用涂层。从LW/AB法的分量看,这些涂层的电子给体参数(γ⁻_S)非常高(41.14-53.33 mN/m),而电子受体参数(γ⁺_S)则相对较低(0.30-2.92 mN/m),表明这些涂层表面主要表现为强电子给体(路易斯碱)特性,这与PVA、聚丙烯酸等材料富含可提供孤对电子的氧原子是相符的。


2.表面形貌与表面张力的关联分析


FE-SEM和AFM图像提供了另一维度的信息。


电晕处理使PE表面产生“毛状纤维”和凹凸不平的结构,这是一种物理粗糙化。


涂覆PVA/Al₂O₃后,表面变得更为粗糙,Al₂O₃纳米颗粒均匀分散在PVA基质中,形成了微纳复合结构。AFM测得的粗糙度(Ra)顺序为:PVA/Al₂O₃5:3>5:2>AHB三元共聚物>电晕PE。


一个关键且有趣的结论是:表面张力与粗糙度之间并未表现出简单的正相关关系。例如,根据OW法,表面张力最高的PVA/Al₂O₃5:3涂层,其粗糙度也最大;但表面张力次高的AHB三元共聚物涂层,其粗糙度却小于PVA/Al₂O₃5:2涂层。这强烈表明,对于本研究中的亲水涂层,表面化学组成(即极性基团的种类、密度和排列)是决定其表面张力和润湿性的主导因素,而表面粗糙度主要起到协同放大作用(即Wenzel效应)。不能简单地认为越粗糙的表面亲水性就一定越好,化学改性是基础。


五、方法论的思考:OW法与LW/AB法在应用中的选择


本研究同时运用两种方法并对比其结果,具有重要的方法论意义。


简便性与适用性:OW法只需两种液体,计算过程简单(线性拟合),非常适合用于材料的快速筛选和相对比较。对于以极性相互作用为主的亲水性表面,它能给出有效的趋势判断。


精确性与物理内涵:LW/AB法需要三种液体,计算稍复杂(解三元方程),但能提供更丰富的表面性质信息(γ^LW,γ⁺,γ⁻)。对于涉及特异性酸碱相互作用、生物相容性等需要深入理解表面性质的研究,LW/AB法更具价值。


结果差异的启示:两种方法结果的系统性差异提醒科研人员,在报告表面张力数据时,必须明确计算方法、所用探针液体及它们的表面张力参数值。不同文献中的数据,只有在计算方法一致的前提下才具有直接可比性。


六、总结与展望


本研究通过对两类高性能农用棚膜防雾滴涂层(PVA/Al₂O₃杂化涂层与AHB三元共聚物涂层)的系统评测,不仅展示了其优异的亲水防雾潜力,更通过严谨的表面张力计算,从理论层面深化了对涂层性能的理解。


核心结论如下:


1.表面涂覆法能极大地提升PE薄膜的表面能,主要归功于涂层引入了高密度的极性基团。


2.OW法和LW/AB法均能有效表征涂层的高表面张力特性,但计算结果存在差异。OW法更为简便实用,适合快速评估。


3.涂层的高表面张力主要源于其极高的极性分量(或电子给体能力),表面化学组成是决定性因素,粗糙度起辅助增强作用。


4.PVA/Al₂O₃涂层,特别是在5:3配比下,综合表现突出。


对于未来的研究和技术开发,本文的工作指出了一些方向:首先,可以进一步结合两种计算方法的优势,更细致地分析涂层表面基团与液体分子的相互作用机制。其次,在涂层设计上,除了追求高表面张力,还应综合考虑涂层的机械耐久性、耐候性、透光率保持率以及与基材的附着力等实用化指标。将表面热力学数据与这些宏观性能关联起来,将能指导开发出综合性能更优的下一代农用功能棚膜涂层。本研究为此奠定了坚实的实验与理论基础。


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