Твердые тела различаются значениями поверхностной энергии Гиббса, которая тем больше, чем тверже материал и чем выше его температура плавления. Условно все тела подразделяют на две группы: с высокой и низкой поверхностной энергией. К первой группе относятся вещества, поверхностная энергия которых выше 500 мДж/м2: металлы, их оксиды, нитриды, сульфиды, стекло, кварц, алмаз и др. К низкоэнергетическим причисляют вещества с поверхностной энергией менее 500 мДж/м2: пластмассы, кожу, бумагу, древесину, органические низкомолекулярные вещества.
Поверхностная энергия твердых тел может быть определена по энергии разрушения, или критического напряжения разрыва (метод Гриффита), методом «нулевой» ползучести (метод Таммана), по смачиванию поверхности различными жидкостями (метод Зисмана). Последний метод получил широкое применение при оценке поверхностной энергии полимеров. Критерием оценки поверхностной энергии при этом служит критическое поверхностное натяжение смачивания акр, численно равное поверхностному натяжению жидкости ож, полностью растекающейся по поверхности твердого тела. Практически эту величину находят экстраполяцией зависимости до значения 1.
Для определения используют набор жидкостей — органических соединений одного гомологического ряда, например алка-нов, с разными значениями поверхностного натяжения.
Ниже приведены значения акр (в мДж/м2) для ряда твердых веществ:
Существует зависимость между окр и плотностью энергии когезии вещества в случае полимеров она имеет прямолинейный характер (рис. 2.3). Также отмечается прямая связь между Окр и параметром растворимости некоторых аморфных полимеров.
Поверхностная энергия Гиббса твердых тел, служащих подложкой, во многом определяет такие важные свойства, как: смачивание и растекание, адгезионная прочность и др. (см. гл. 4). При соответствии знака полярности любые жидкости тем лучше смачивают подложку, чем выше ее поверхностная энергия, т. е. чем больше разница между значениями. Поверхностная энергия, как и степень гидрофильности или гидрофобное поверхности, может быть существенно изменена путем модификации. Так, стекло и металлы для направленного изменения оКр обрабатывают алкил- и винилтрихлорсиланами и этоксисиланами, хромоксихлоридом метакриловой кислоты (волан). Металлы оксидируют, фосфатируют, азотируют, силицируют; изменяют природу поверхности посредством адсорбции низкомолекулярных веществ (жирные кислоты, амины, ПАВ), нанесения полимеров и других органических и неорганических соединений.