印刷,油墨,煙草,包裝,觸摸屏,玻璃蓋板為何要做水滴角試驗?

印刷,油墨,煙草,包裝,觸摸屏,玻璃蓋板為何要做水滴角試驗?

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－氣三相交界點處，其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時所成的角。 接觸角（水滴角）測量儀，主要用于測量液體對固體的水滴角，即液體對固體的浸潤性， 該儀器能測量各種液體對各種材料的接觸角。該儀器對石油、印染、醫藥、噴涂、選礦等行業的科研生產有非常重要的作用。

原理：當液滴自由地處于不受力場影響的空間時，由于界面張力的存在而呈圓球狀。但是，當液滴與固體平面接觸時，其zui終形狀取決于液滴內部的內聚力和液滴與固體間的粘附力的相對大小。當一液滴放置在固體平面上時，液滴能自動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，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好；若θ>90，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動。至于是否液體能進入毛細管，這個還與具體液體有關，并非所有液體在較大夾角下*不進入毛細管。

潤濕過程與體系的界面張力有關。一滴液體落在水平固體表面上，當達到平衡時，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

由它可以預測如下幾種潤濕情況：

1）當θ=0，*潤濕；

2）當θ﹤90°，部分潤濕或潤濕；

3）當θ=90°，是潤濕與否的分界線；

4）當θ﹥90°，不潤濕；

5）當θ=180°，*不潤濕。

毛細現象中液體上升、

下降高度h。h的正負表示上升或下降。

浸潤液體上升，接觸角為銳角；不浸潤液體下降，接觸角為鈍角。

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

潤濕性問題與采礦浮選、石油開采、紡織印染、農藥加工、感光膠片生產、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關系。

二、接觸角測量方法

接觸角現有測試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱重法.后者通常稱為潤濕天平或滲透法接觸角儀.但目前應用zui廣泛,測值zui直接與準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獲得液滴的外形圖像, 再運用數字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計算出來.

計算接觸角的方法通常基于一特定的數學模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過測量特定的參數如寬/高或通過直接擬合來計算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關系，可用來準確地描述一軸對稱的液滴的外形輪廓，從而計算出其接觸角。

紙張的接觸角測量可參照 Tappi T 558執行。

煙用紙張的接觸角可參照我國制煙行業的行業標準YC/T 424-2011“煙用紙表面潤濕性能的測定 接觸角法”執行。

其他行業涉及的接觸角標準:

GB/T 24368-2009(玻璃表面疏水污染物檢測)

SY/T5153-2007（油藏巖石潤濕性測定方法）

ASTM D 724-99（2003）（紙的表面可濕性的試驗方法）

ASTM D5946-2004（塑料薄膜與水接觸角度的測量）

ISO15989（塑料薄膜和薄板電暈處理薄膜的水接觸角度的測量）

三、清潔度檢測方法接觸角法的詳細操作介紹

精密儀表儀器的產品清潔度是一項重要的質量指標。對零部件清潔度具有嚴格要求的行業包括zui初的航空航天、到后來的半導體設備、數據存儲、醫療設備、通信設備等精密儀器儀表設備。

    清潔度表示清洗后在零件或產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品清潔度，產品是由各個零部件拼裝而成，所以產品清潔度和零件清潔度之間有著密切的關系。污染物的參數包括種類、形狀、尺寸、數量、重量等衡量指標。每種產品注重的指標也不一定相同，具體取決于各指標對產品質量的影響程度和清潔度控制精度要求。

    清潔度檢測方法目前一般有稱重法、目測法，熒光發光法、顆粒尺寸數量法、重量法、接觸角法，這篇文章具體介紹接觸角法的實際操作方法及流程，其余的方法之后會再詳細介紹。

       接觸角法，就是液體在固體表面形成熱力學平衡時所持有的角。通過用蒸餾水計算相對于固體表面的接觸角值就可以相應的描述出我們需要的這個固體的物理化學性質。大多數情況下，由于污染物的存在，我們所測得的表面自由能值也會不一樣。特別是當存在有機污染物時，這個現象就更為明顯。而這些污染物恰恰是我們想方設法將他清潔掉的。

       對固體和液體之間形成的接觸角的測量，如果液滴可濕潤表面，則接觸角小，反之液滴不能濕潤表面，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？  

    其實原因很簡單，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，接觸角值肯定也會不同。從物理化學學科來講，接觸角值是描述界面自由能性質的一個重要指標，大多數的污染物相對而言，一定會與清潔固體材料有不同的化學性質和不同表面自由能。

       測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。而由于應用領域為分析表面清潔度，所以，我們必須分析多個點的接觸角值，方可以得出清潔度情況。我們建議的測試范圍為，測試被測固體材料表面3－10個點的接觸角值，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與局限性有哪些？

    接觸角法存在一定的局限，因為這一方法受人為操作的因素影響很大，同時這種方法對非常輕小或分散的污物也不易識別。尤其是有些特殊材料（如PTFE塑料）就算是潔凈的，對大多數液體的接觸角也很大，從而形成障礙，無法準確識別。