印刷,油墨,煙草,包裝,觸摸屏,玻璃蓋板為何要做水滴角試驗(yàn)?

印刷,油墨,煙草,包裝,觸摸屏,玻璃蓋板為何要做水滴角試驗(yàn)?

所謂接觸角（水滴角）是指在一固體水平平面上滴一液滴，固體表面上的固－液－氣三相交界點(diǎn)處，其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時(shí)所成的角。 接觸角（水滴角）測(cè)量?jī)x，主要用于測(cè)量液體對(duì)固體的水滴角，即液體對(duì)固體的浸潤(rùn)性， 該儀器能測(cè)量各種液體對(duì)各種材料的接觸角。該儀器對(duì)石油、印染、醫(yī)藥、噴涂、選礦等行業(yè)的科研生產(chǎn)有非常重要的作用。

原理：當(dāng)液滴自由地處于不受力場(chǎng)影響的空間時(shí)，由于界面張力的存在而呈圓球狀。但是，當(dāng)液滴與固體平面接觸時(shí)，其zui終形狀取決于液滴內(nèi)部的內(nèi)聚力和液滴與固體間的粘附力的相對(duì)大小。當(dāng)一液滴放置在固體平面上時(shí)，液滴能自動(dòng)地在固體表面鋪展開來，或以與固體表面成一定水滴角的液滴存在，如圖1 所示。 

 若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤(rùn)濕固體，其角越小，表示潤(rùn)濕性越好；若θ>90，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤(rùn)濕固體，容易在表面上移動(dòng)。至于是否液體能進(jìn)入毛細(xì)管，這個(gè)還與具體液體有關(guān)，并非所有液體在較大夾角下*不進(jìn)入毛細(xì)管。

潤(rùn)濕過程與體系的界面張力有關(guān)。一滴液體落在水平固體表面上，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，形成的接觸角與各界面張力之間符合下面的楊氏公式（Young Equation）:

γs,g = γs,l + γg,l×cosθ

由它可以預(yù)測(cè)如下幾種潤(rùn)濕情況：

1）當(dāng)θ=0，*潤(rùn)濕；

2）當(dāng)θ﹤90°，部分潤(rùn)濕或潤(rùn)濕；

3）當(dāng)θ=90°，是潤(rùn)濕與否的分界線；

4）當(dāng)θ﹥90°，不潤(rùn)濕；

5）當(dāng)θ=180°，*不潤(rùn)濕。

毛細(xì)現(xiàn)象中液體上升、

下降高度h。h的正負(fù)表示上升或下降。

浸潤(rùn)液體上升，接觸角為銳角；不浸潤(rùn)液體下降，接觸角為鈍角。

上升高度h=2*表面張力系數(shù)/（液體密度*重力加速度g*液面半徑R）。

上升高度h=2*表面張力系數(shù)*cos接觸角/（液體密度*重力加速度g*毛細(xì)管半徑r）。

潤(rùn)濕性問題與采礦浮選、石油開采、紡織印染、農(nóng)藥加工、感光膠片生產(chǎn)、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關(guān)系。

二、接觸角測(cè)量方法

接觸角現(xiàn)有測(cè)試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱重法.后者通常稱為潤(rùn)濕天平或滲透法接觸角儀.但目前應(yīng)用zui廣泛,測(cè)值z(mì)ui直接與準(zhǔn)確的還是外形圖像分析方法.

外形圖像分析法的原理為,將液滴滴于固體樣品表面,通過顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的外形圖像, 再運(yùn)用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計(jì)算出來.

計(jì)算接觸角的方法通?；谝惶囟ǖ臄?shù)學(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過測(cè)量特定的參數(shù)如寬/高或通過直接擬合來計(jì)算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內(nèi)、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系，可用來準(zhǔn)確地描述一軸對(duì)稱的液滴的外形輪廓，從而計(jì)算出其接觸角。

紙張的接觸角測(cè)量可參照 Tappi T 558執(zhí)行。

煙用紙張的接觸角可參照我國(guó)制煙行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 424-2011“煙用紙表面潤(rùn)濕性能的測(cè)定 接觸角法”執(zhí)行。

其他行業(yè)涉及的接觸角標(biāo)準(zhǔn):

GB/T 24368-2009(玻璃表面疏水污染物檢測(cè))

SY/T5153-2007（油藏巖石潤(rùn)濕性測(cè)定方法）

ASTM D 724-99（2003）（紙的表面可濕性的試驗(yàn)方法）

ASTM D5946-2004（塑料薄膜與水接觸角度的測(cè)量）

ISO15989（塑料薄膜和薄板電暈處理薄膜的水接觸角度的測(cè)量）

三、清潔度檢測(cè)方法接觸角法的詳細(xì)操作介紹

精密儀表儀器的產(chǎn)品清潔度是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)零部件清潔度具有嚴(yán)格要求的行業(yè)包括zui初的航空航天、到后來的半導(dǎo)體設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、醫(yī)療設(shè)備、通信設(shè)備等精密儀器儀表設(shè)備。

    清潔度表示清洗后在零件或產(chǎn)品一定表面上殘留的污物的量。清潔度一般分為零件清潔度和產(chǎn)品清潔度，產(chǎn)品是由各個(gè)零部件拼裝而成，所以產(chǎn)品清潔度和零件清潔度之間有著密切的關(guān)系。污染物的參數(shù)包括種類、形狀、尺寸、數(shù)量、重量等衡量指標(biāo)。每種產(chǎn)品注重的指標(biāo)也不一定相同，具體取決于各指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度和清潔度控制精度要求。

    清潔度檢測(cè)方法目前一般有稱重法、目測(cè)法，熒光發(fā)光法、顆粒尺寸數(shù)量法、重量法、接觸角法，這篇文章具體介紹接觸角法的實(shí)際操作方法及流程，其余的方法之后會(huì)再詳細(xì)介紹。

       接觸角法，就是液體在固體表面形成熱力學(xué)平衡時(shí)所持有的角。通過用蒸餾水計(jì)算相對(duì)于固體表面的接觸角值就可以相應(yīng)的描述出我們需要的這個(gè)固體的物理化學(xué)性質(zhì)。大多數(shù)情況下，由于污染物的存在，我們所測(cè)得的表面自由能值也會(huì)不一樣。特別是當(dāng)存在有機(jī)污染物時(shí)，這個(gè)現(xiàn)象就更為明顯。而這些污染物恰恰是我們想方設(shè)法將他清潔掉的。

       對(duì)固體和液體之間形成的接觸角的測(cè)量，如果液滴可濕潤(rùn)表面，則接觸角小，反之液滴不能濕潤(rùn)表面，而在表面傾向于形成圓珠或氣泡，則接觸角大。接觸角大，表示表面被憎水性的污物（油/脂等）污染，反之，接觸角小，液滴破裂或攤薄，表示該表面清潔。即所謂的“水膜殘跡”原理。

    那為何污染物能夠改變接觸角值呢？  

    其實(shí)原因很簡(jiǎn)單，那就是如果污染物的表面自由能與清潔的固體材料的表面自由能不一樣的話，接觸角值肯定也會(huì)不同。從物理化學(xué)學(xué)科來講，接觸角值是描述界面自由能性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，大多數(shù)的污染物相對(duì)而言，一定會(huì)與清潔固體材料有不同的化學(xué)性質(zhì)和不同表面自由能。

       測(cè)試多大空間的接觸角值比較適中？  

       我們使用2微升左右的液滴滴于固體材料表面，分析液滴在固體材料表面所形成的接觸角值。而由于應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榉治霰砻媲鍧嵍?，所以，我們必須分析多個(gè)點(diǎn)的接觸角值，方可以得出清潔度情況。我們建議的測(cè)試范圍為，測(cè)試被測(cè)固體材料表面3－10個(gè)點(diǎn)的接觸角值，然后分析其接觸角變化情況，用以確定是否符合清潔度要求。

    接觸角法存在的缺點(diǎn)與局限性有哪些？

    接觸角法存在一定的局限，因?yàn)檫@一方法受人為操作的因素影響很大，同時(shí)這種方法對(duì)非常輕小或分散的污物也不易識(shí)別。尤其是有些特殊材料（如PTFE塑料）就算是潔凈的，對(duì)大多數(shù)液體的接觸角也很大，從而形成障礙，無法準(zhǔn)確識(shí)別。