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印刷,油墨,烟草,包装,触摸屏,玻璃为何要做水滴角试验?

印刷,油墨,烟草,包装,触摸屏,玻璃为何要做水滴角试验?

 

1.印刷,油墨,烟草,包装,触摸屏,玻璃为何要做水滴角试验?

所谓接触角(水滴角)是指在一固体水平平面上滴一液滴,固体表面上的固-液-气三相交界点处,其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。 接触角(水滴角)测量仪,主要用于测量液体对固体的水滴角,即液体对固体的浸润性, 该仪器能测量各种液体对各种材料的接触角。该仪器对石油、印染、医药、喷涂、选矿等行业的科研生产有非常重要的作用。

 

原理:当液滴自由地处于不受力场影响的空间时,由于界面张力的存在而呈圆球状。但是,当液滴与固体平面接触时,其zui终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。当一液滴放置在固体平面上时,液滴能自动地在固体表面铺展开来,或以与固体表面成一定水滴角的液滴存在,如图所示。 

 

 

 

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θ<90°,则固体表面是亲水性的,即液体较易润湿固体,其角越小,表示润湿性越好;若θ〉90,则固体表面是疏水性的,即液体不容易润湿固体,容易在表面上移动。至于是否液体能进入毛细管,这个还与具体液体有关,并非所有液体在较大夹角下完全不进入毛细管。

润湿过程与体系的界面张力有关。一滴液体落在水平固体表面上,当达到平衡时,形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式(Young Equation:

γs,g = γs,l + γg,l×cosθ

由它可以预测如下几种润湿情况:

1)当θ=0,完全润湿;

2)当θ﹤90°,部分润湿或润湿;

3)当θ=90°,是润湿与否的分界线;

4)当θ﹥90°,不润湿;

5)当θ=180°,完全不润湿。

毛细现象中液体上升、

下降高度hh的正负表示上升或下降。

浸润液体上升,接触角为锐角;不浸润液体下降,接触角为钝角。

上升高度h=2*表面张力系数/(液体密度*重力加速度g*液面半径R)。

上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/(液体密度*重力加速度g*毛细管半径r)。

润湿性问题与采矿浮选、石油开采、纺织印染、农药加工、感光胶片生产、油漆配方以及防水、洗涤等都有密切关系。

 

二、接触角测量方法

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接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但目前应用zui广泛,测值zui直接与准确的还是外形图像分析方法.

外形图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来.

计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。Young-Laplace方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系,可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓,从而计算出其接触角。

纸张的接触角测量可参照 Tappi T 558执行。

烟用纸张的接触角可参照我国制烟行业的行业标准YC/T 424-2011“烟用纸表面润湿性能的测定 接触角法”执行。

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其他行业涉及的接触角标准:

GB/T 24368-2009(玻璃表面疏水污染物检测)

SY/T5153-2007(油藏岩石润湿性测定方法)

ASTM D 724-992003)(纸的表面可湿性的试验方法)

ASTM D5946-2004(塑料薄膜与水接触角度的测量)

ISO15989(塑料薄膜和薄板电晕处理薄膜的水接触角度的测量)

 

 

 

三、清洁度检测方法接触角法的详细操作介绍

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精密仪表仪器的产品清洁度是一项重要的质量指标。对零部件清洁度具有严格要求的行业包括zui初的航空航天、到后来的半导体设备、数据存储、医疗设备、通信设备等精密仪器仪表设备。

    清洁度表示清洗后在零件或产品一定表面上残留的污物的量。清洁度一般分为零件清洁度和产品清洁度,产品是由各个零部件拼装而成,所以产品清洁度和零件清洁度之间有着密切的关系。污染物的参数包括种类、形状、尺寸、数量、重量等衡量指标。每种产品注重的指标也不一定相同,具体取决于各指标对产品质量的影响程度和清洁度控制精度要求。

    清洁度检测方法目前一般有称重法、目测法,荧光发光法、颗粒尺寸数量法、重量法、接触角法,这篇文章具体介绍接触角法的实际操作方法及流程,其余的方法之后会再详细介绍。

       接触角法,就是液体在固体表面形成热力学平衡时所持有的角。通过用蒸馏水计算相对于固体表面的接触角值就可以相应的描述出我们需要的这个固体的物理化学性质。大多数情况下,由于污染物的存在,我们所测得的表面自由能值也会不一样。特别是当存在有机污染物时,这个现象就更为明显。而这些污染物恰恰是我们想方设法将他清洁掉的。

       对固体和液体之间形成的接触角的测量,如果液滴可湿润表面,则接触角小,反之液滴不能湿润表面,而在表面倾向于形成圆珠或气泡,则接触角大。接触角大,表示表面被憎水性的污物(油/脂等)污染,反之,接触角小,液滴破裂或摊薄,表示该表面清洁。即所谓的“水膜残迹”原理。

    那为何污染物能够改变接触角值呢?  

    其实原因很简单,那就是如果污染物的表面自由能与清洁的固体材料的表面自由能不一样的话,接触角值肯定也会不同。从物理化学学科来讲,接触角值是描述界面自由能性质的一个重要指标,大多数的污染物相对而言,一定会与清洁固体材料有不同的化学性质和不同表面自由能。

       测试多大空间的接触角值比较适中?  

       我们使用2微升左右的液滴滴于固体材料表面,分析液滴在固体材料表面所形成的接触角值。而由于应用领域为分析表面清洁度,所以,我们必须分析多个点的接触角值,方可以得出清洁度情况。我们建议的测试范围为,测试被测固体材料表面310个点的接触角值,然后分析其接触角变化情况,用以确定是否符合清洁度要求。

    接触角法存在的缺点与局限性有哪些?

    接触角法存在一定的局限,因为这一方法受人为操作的因素影响很大,同时这种方法对非常轻小或分散的污物也不易识别。尤其是有些特殊材料(如PTFE塑料)就算是洁净的,对大多数液体的接触角也很大,从而形成障碍,无法准确识别。


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