本发明专利技术公开一种自动测量粉体/颗粒表面自由能参数的多通量装置。包含进样器、压力传感器，设于压力传感器中的玻璃管，设于支撑架下部的进/排液敞口容器，与进/排液敞口容器相连的输液泵，与整套装置相连的在线控制、分析计算机。通过在计算机中设定进样参数，压力传感器反馈实时数据以控制进样器实现自动进样，输液泵将溶剂输入敞口容器中，液面与玻璃管下端接触，压力传感器实时反馈压力变化，计算机对该数据进行记录分析，利用编程软件计算出粉体/颗粒表面自由能参数。测量过程中，多组单元组件全自动运行，以同时测量不同溶剂，达到优化测量过程，快速自动测量计算的目的。
【技术实现步骤摘要】
自动测量粉体/颗粒表面自由能参数的多通量装置
本专利技术涉及一种测量装置，特别是涉及一种测量粉体/颗粒表面自由能参数的多通量装置。
技术介绍
粉体/颗粒的表面自由能参数是一种在科研与实际生产中十分重要的基础数据，通过表面自由能参数，可以计算出粉体/颗粒的表面张力、表面能、吸附能(附着能)等一系列数据，表面张力可以用于晶体生长速率、毛细管作用、材料表面性质等的理论计算和表征；表面能可以用于研究颗粒聚散行为和粘胶或其他材料的性能等；吸附能(附着能)可以解释颗粒间的吸附作用、沥青的粘结作用等，范德华酸碱理论是计算吸附能的理论，其中涉及到的固体表面自由能参数是其计算过程中的关键参数。可以看出，由表面自由能参数计算出的这些数据在化工、物理和生物方面都有着非常广泛的应用。目前对于固体，尤其是尺寸较小的粉体和颗粒，相关的自由能参数数据非常稀少，其原因是相关测量技术的不成熟导致对该类数据的补充十分缓慢，进而限制了其在科研与实际生产中的应用。测定粉体/颗粒表面自由能参数的方法一般为：测量探针液体与粉体/颗粒间的接触角，再利用范德华酸碱计算理论，结合已知探针液体的表面自由能参数推算出粉体/颗粒的表面自由能参数。从热力学角度来说，纯液滴置于光滑均匀的固体平面上，体系会产生一个自由能平衡，这一现象可以用Young方程来表述：γS-γSL＝γLcosθ(1)式(1)中的四个参数，其中，固液之间的接触角θ和液体表面自由能γL可以进行测量。固体表面自由能γS和固液间的表面自由能γSL则未知。利用Dupre方程，结合式(1)，可得：ΔGSL＝γSL-γS-γL(2)进而可得：ΔGSL＝-γL(1+cosθ)(3)式(3)被称为Young-Dupre方程。其中ΔGSL为固液间的自由能。范德华酸碱理论是基于经典润湿热力学的半经验方程，总表面自由能成分包括非极性的范德华力(LW)和极性的里维斯酸平衡(AB)。在固液表面：其中，和分别被定义为李维斯碱度和李维斯酸度。对于固液界面：其中利用式(7)，Young-Dupre方程可以转换为：式(8)中，固体(即粉体/颗粒)表面自由能参数有三个液体表面自由能参数有四个(γL，)。对于一种确定的液体，这四个参数可通过文献查得。而对于固体的三个未知参数，则可以通过测定三种探针液体(其参数γL，已知)在固体表面的接触角来列方程求得。最终，再利用式(8)计算出固体表面自由能参数等。以上范德华酸碱理论可进行计算机软件编程，以进行快速计算，其中只有接触角θ需要进行测量。在科研领域，针对测量探针液体与粉体/颗粒间的接触角，一般采用滴液法、毛细管上升法和薄板法，通过人工搭建实验装置和制备测量样本进行测量，因此耗时很长。而在目前的机械测量装置中，利用滴液法原理进行调控测量的装置，主要应用在液体与平面材料间的接触角测量，粉体/颗粒的接触角由于其测量难度大，暂无自动化的测量装置；目前也暂无利用薄板法原理制作的装置，因为薄板法的关键在于制片，涉及到的操作流程复杂，对操作要求高，更加适合人工操作；利用毛细管上升法原理进行接触角的测量，适用于大部分粉体/颗粒，且操作简便，适合制作成自动测量装置。本专利技术中利用的毛细管上升法原理为改进的Washburn方程：其中，m为渗入粉体中的液体的质量，γl和ρ分别是液体的表面张力和密度，θ是液体在固体表面的前进接触角，μ指液体粘度，t为时间。C指物料常数，为了利用式(9)来计算粉体的前进接触角，必须事先用一种润湿性非常强的(cosθ＝1)液体，及完全润湿液计算出来。因此，测量接触角，可以在玻璃管中填充粉体/颗粒，分别将完全润湿液和探针液体与粉体/颗粒接触，利用装置记录渗入粉体/颗粒中的液体质量随时间的变化，得出式(9)中的m2-t斜率从而计算出接触角。之后利用计算软件计算出粉体/颗粒的表面自由能参数。目前已有少量利用毛细管上升法原理制作的接触角测量装置，但现有装置仅能满足单次接触角测量，且自动化水平较低，测量前添加样品，每次测量间歇过程中更换探针液体、完全润湿液以及反复清洗装置，都需要人工操作，导致最终测量结果误差增大，且单次测量时间和测量周期都较长。具体到以获得粉体/颗粒表面自由能参数为目的的、需要快速获得大量接触角数据、且需要后期数据处理的测量情况，现有的单次接触角测量装置的缺点又被进一步放大，无法满足测量效率和结果精度的要求。因此，目前亟需一种可以解决上述问题的测量装置，能够对粉体表面自由能参数进行多通量快速测定。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种自动测量粉体/颗粒表面自由能参数的装置，达到自动进样、自动控制液体与玻璃管下端接触、自动测量曲线以及自动排液清洁的全自动效果，以减少人工操作，提高每次的测量效率。本专利技术的另一目的在于提供一种测量粉体/颗粒表面自由能参数的多通量装置，实现多组接触角测量装置的同时运行，以减少测量周期。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种测量粉体/颗粒表面自由能参数的多通量装置，其特征是该装置包含支撑架，支撑架上端开有多个进料口，每个进料口下端设置有开合器，控制进料口的张开与封闭；进料口下端对应有玻璃管，每个玻璃管上半部分套有压力传感器，玻璃管下方设置有进/排液敞口容器；进/排液敞口容器下端与进/排液管相连；进/排液管与输液泵相连；开合器、压力传感器、输液泵和排液管都计算机相连，实现装置的自动运行与数据处理。支撑架上端开有至少4个进料口,每个进料口对应由一个开合器、一个玻璃管、一个压力传感器、一个进/排液敞口容器、进/排液管和一个输液泵组成的一组接触角测量装置。对三种探针液体和一种完全润湿液体进行同时测量，实现多通量。本专利技术的测量粉体/颗粒表面自由能参数装置包含支撑架，用以整合固定至少4组接触角测量装置。支撑架上端开有多个进料口，每个进料口下端封有开合器，实现进料口的张开与封闭。进料口下端对应有玻璃管，用以填装来自进料口的粉体/颗粒。每个玻璃管上半部分套有压力传感器，所有传感器固定于支撑架内部侧壁。玻璃管下方设置有进/排液敞口容器，进/排液敞口容器位于支撑架内部下端。每个进/排液敞口容器下端与进/排液管相连。进/排液管与输液泵相连。开合器、压力传感器、输液泵、排液管等与计算机相连，实现装置的自动运行与数据处理。计算机设定进样参数，压力传感器反馈实时数据以控制进样器实现自动进样，输液泵将特定溶剂输入敞口容器中，液面上升与玻璃管下端接触，压力传感器实时反馈压力变化，计算机对该数据进行记录分析，最终利用编程软件计算出粉体/颗粒表面自由能参数，实现了装置的自动化运行。本专利技术采用多通量的方法，整合装置，实现至少4组接触角测量装置的同时运行，对三种探针液体和一种完全润湿液体进行同时测量，一次性得到全部数据甚至多组平行数据，满足了测量粉体/颗粒表面自由能参数时需要大量接触角数据的需求。由于每个接触角装置负责一种液体，进而节省了更换液体、清洗装置的时间，减少了操作步骤，减少测量周期，同时也提高了测量准确度。再通过计算机实时在线分析，快速处理大量测量数据，最终达到快速测量的效果。附图说明图1A为本专利技术的一优选实施例的侧面示意图。图1B为图1A的进样系统立体示意图。图2A为本专利技术的另一优选实施例的立体示意图。图2B为图2A的横向剖面立体示意图。其中：1-支撑架，2-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量粉体/颗粒表面自由能参数的多通量装置，其特征是该装置包含支撑架，支撑架上端开有多个进料口，每个进料口下端设置有开合器，控制进料口的张开与封闭；进料口下端对应有玻璃管，每个玻璃管上半部分套有压力传感器，玻璃管下方设置有进/排液敞口容器；进/排液敞口容器下端与进/排液管相连；进/排液管与输液泵相连；开合器、压力传感器、输液泵和排液管都计算机相连，实现装置的自动运行与数据处理。
【技术特征摘要】
1.一种测量粉体/颗粒表面自由能参数的多通量装置，其特征是该装置包含支撑架，支撑架上端开有多个进料口，每个进料口下端设置有开合器，控制进料口的张开与封闭；进料口下端对应有玻璃管，每个玻璃管上半部分套有压力传感器，玻璃管下方设置有进/排液敞口容器；进/排液敞口容器下端与进/排液管相连；进/排液管与输液泵相连；开合器、压力传感器、输液泵和排液管与计算机相连，实现装置的自动运行与数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚俊波，陈明洋，侯宝红，吴送姑，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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