表面材料親水性  接觸角計算與測量方法

一. 表面材料親水性  接觸角接觸角的計算方法

對于理想的平面固體表面，當液滴在表面達平衡后。只有一個符合Young方程的接觸角。但實際固體表面是非理想的，因而會出現滯后現象，致使接觸角的測量往往很難重復。但經過精心制備和處理的表面，有可能得到較重復的數據，特別是高分子的表面。表面的制備和處理的目的是要得到較光滑、干凈的理想表面，但具體的工藝因樣品而異，這里不作更多的介紹。這里主要介紹一些常用的接觸角測定方法，它們都是針對氣—液—固體系的接觸角而設計的。但其中有些方法，只需略加修改，亦適用于液—液—固體系接觸角的測定。測定接觸角有多種方法，可根據直接測定物理量分為四類：⑴靜滴法（角度測量法）、⑵高度、長度測量法⑶力測法⑷透過測量法。前三種適用于連續的平滑固體表面，后一種方法可用于粉末固體表面接觸角的測定。

（一）量角法

液滴角度測量法是測量接觸角的方法之一，如圖3（a，b）所示。該方法是將固體表面上的液滴，或將浸入液體中的固體表面上形成的氣泡投影到屏幕上，然后直接測量切線與相界面的夾角，直接測量接觸角的大小。

圖3   量角法示意圖

如果液體蒸氣在固體表面發生吸附，影響固體的表面自由能，則應把樣品放入帶有觀察窗的密封箱中，待體系達平衡后再進行測定。此法的優點是：樣品用量少，儀器簡單，測量方便。準確度一般在土1^o左右。

（二）量高法

如果液滴很小，重力作用引起液滴的變形可以忽略不計，這時的躺滴可認為是球形的一部分，如圖4所示。接觸角可通過高度的測量按下式計算：

 （8）

式中h是液滴高度，d是滴底的直徑。若液滴體積小于10^-4mL，此方法可用。若接觸角小于90^o，則液滴稍大亦可應用。

圖4  量高法示意圖

液滴在纖維上的接觸角也可用量角法測量，把纖維水平拉直．置于樣品槽內，然后投影到電腦屏幕，直接測定液滴與纖維表面的夾角。如果液滴很小，接觸角也可用量高法測量，通過式（8）來計算。

實際固體表面幾乎都是非理想的，或大或小總是會出現接觸角滯后現象．因此，需同時測定前進角和后退角。對于躺滴法，可用增減液滴體積的辦法來測定。增加液滴體積時測出的是前進角，如圖5(a)所示；減少液滴體積時為后退角，如圖5(b)所示。

圖5   前進角和后退角的測定方法

為了避免增減液滴體積時可能引起液滴振動和變形，在測定時可將改變液滴體積的毛細管插入液滴中，插入液滴不影響接觸角的數值。