Andrzej Mielczarek
Kierownik Laboratorium Fizyczno-Chemicznego

   Hydrofobowość jest to cecha ciał stałych, polegająca na braku tendencji do absorbowania na powierzchni cząsteczek wody. Pojęcie to jest przeciwstawne hydrofilowości - tendencji do zwilżania wodą. Woda - jako substancja polarna, której cząsteczki mają bieguny elektryczne dodatnie i ujemne - wykazuje tendencję do przylegania do ciał o budowie polarnej (np. do szkła), zaś nie zwilża ciał o budowie niepolarnej, takich jak tłuszcze, parafina, polietylen lub teflon. Te ostatnie substancje nazywamy substancjami hydrofobowymi. Hydrofobową nazwiemy też powierzchnię soczewki, która nie jest zwilżana przez wodę.
Stopień zwilżania soczewki przez ciecz zależy od:

• napięcia powierzchniowego pomiędzy cieczą, a powietrzem dgc,
• napięcia powierzchniowego pomiędzy cieczą, a powierzchnią soczewki dcs,
• napięcia powierzchniowego pomiędzy powietrzem, a powierzchnią soczewki dgs.

Warunek równowagi określa wzór Younga: d_gs = d_cs + d_gc • cos f
* w którym f jest kątem przylegania (zwilżania)

Różnicę d_gs - d_cs = d_gc • cos f nazywamy napięciem zwilżania lub napięciem przylegania. Zwilżanie następuje zawsze wtedy, gdy napięcie przylegania jest dodatnie (d_gs > d_cs). Niezwilżanie następuje zawsze wtedy, gdy napięcie przylegania jest ujemne (d_gs < d_cs).

Rys. nr 1 - powierzchnia soczewki z warstwą hydrofobową (menisk wypukły)

Rys. nr2 - powierzchnia soczewki bez warstwy hydrofobowej (menisk wklęsły)

   Gdy 90° < f < 180° (menisk wypukły), to cząsteczki cieczy silniej wiążą się ze sobą niż z cząsteczkami powierzchni soczewki, a napięcie powierzchniowe cieczy powoduje jej dążenie do przybrania kształtu kulistego. Ciecz "nie trzyma się" powierzchni, zbierając się w kropelki, które można łatwo zdmuchnąć albo wytrząsnąć. Gdy 0°< f < 90° (menisk wklęsły) to cząsteczki cieczy silniej wiążą się z cząsteczkami powierzchni soczewki niż ze sobą, a napięcie powierzchniowe cieczy jest zbyt niskie, aby powstrzymać kroplę od rozpłynięcia. Ciecz zwilża dobrze soczewkę, bo kropla rozpłaszcza się, tworząc cieniutką błonkę. Jedynym sposobem jej usunięcia jest wytarcie soczewki do sucha ściereczką. Stopień zwilżania powierzchni danej soczewki zależy więc od rodzaju cieczy zwilżającej i spada wraz ze wzrostem napięcia powierzchniowego (d_gc) tej cieczy.

Napięcia powierzchniowe kilku cieczy w T=293K (20oC)
rodzaj cieczy	eter etylowy	spirytus	metanol	aceton	chloroform	kwas octowy	woda
dgc • 102[Nm-1]	1,70	2,23	2,26	2,37	2,71	2,76	7,28

Tabela nr 1

Z tabeli nr 1 wynika, że o wiele łatwiej jest zwilżyć soczewkę spirytusem niż wodą, co wiemy z doświadczenia i wykorzystujemy przy utrzymywaniu czystości okularów. Jak widać woda wykazuje stosunkowo wysokie napięcie powierzchniowe. Napięcie to można znacznie zmniejszyć dodając do niej mydła lub innego środka powierzchniowo czynnego, np. płynu do mycia naczyń, płynu do mycia szyb, szamponu albo płynu do kąpieli. Podobny efekt można oczywiście osiągnąć dodając do wody np. eteru albo spirytusu. Tak "zmodyfikowana woda" ma o wiele lepsze właściwości zwilżające. Napięcie powierzchniowe cieczy maleje liniowo wraz ze wzrostem temperatury - tę zależność również znamy z codziennej praktyki, stosując do mycia ciepłą wodę. Jeżeli powierzchnia soczewki będzie "tłusta", czyli bardziej hydrofobowa, jej zwilżanie będzie zmniejszone. Krople rtęci na czystej powierzchni szkła wykazują kąt zwilżania f = 140°. Woda ma kąt zwilżania: na parafinie 105÷110°, na polietylenie 94°, na teflonie 108°, na wełnie 160°, a na czystej powierzchni szkła bliski 0°. Podobny kąt zwilżania szkła ma większość cieczy organicznych. Widzimy więc, że wzajemne oddziaływanie cieczy z powierzchnią soczewki zależy od temperatury, rodzaju cieczy i rodzaju powierzchni soczewki.
W praktyce związanej z użytkowaniem okularów nie mamy wpływu na żaden z tych parametrów, ale możemy zagwarantować sobie niezwilżalność, nabywając soczewki pokryte warstwą hydrofobową, która zmienia wartość dgs. Najwyższej klasy wyroby JZO: IZOKRON 17÷19 AR2-IRYS forte, IZOPLAST 150 AR3-SZMARAGD i IZOPLAST 150 AR4-AGAT, posiadają warstwę hydrofobową opartą na związkach podobnych do teflonu, a więc bardzo śliskich, niezwilżalnych i nie dających się zabrudzić. Wyroby te są zupełnie niezwilżalne wodą i brud trudno do nich przylega. Poniżej przedstawiono porównanie stopnia hydrofobowości soczewek okularowych JZO dokonane przez zanurzenie ich w wodzie i wizualną ocenę stopnia zwilżenia powierzchni. Każdy z Państwa może dokonać takiego porównania również we własnym zakresie.

Rodzaj wyrobu JZO	Ocena właściwości hydrofobowych
Soczewka IZOKRON 15	+
Soczewka IZOPLAST 150	+ +
Soczewka IZOPLAST 150 U - TOPAZ	+ + +
Soczewka IZOKRON 15 AR1 - KROKUS	+ + + +
Soczewka IZOKRON 15 AR2 - IRYS	+ + + + +
Soczewka IZOKRON 17÷19 AR2 - IRYS forte	+ + + + + +
Soczewka IZOPLAST 150 AR3 - SZMARAGD	+ + + + + +
Soczewka IZOPLAST 150 AR4 - AGAT	+ + + + + +

Jak wynika z tabeli nr 2, soczewki utwardzone lakierem TOPAZ też są w znacznej mierze hydrofobowe. Wynika to z "tłustej", silikonowej struktury naszego lakieru. Soczewki nieuszlachetnione, IZOPLAST 150, wykonane z tworzywa o małym udziale grup polarnych, są oczywiście bardziej hydrofobowe od nieuszlachetnionych soczewek IZOKRON 15, będących po prostu hydrofilowym szkłem mineralnym.