液滴與固體表面之間的相互結(jié)合力與作用的方向有關,可以區(qū)分為水平滯留力(Lateral Retention Force)和垂直粘附力(Vertical Adhesion Force)。水平滯留力和垂直粘附力均與液滴與表面之間的相互作用力有關,具體地說,與液滴在表面上的動態(tài)接觸角值,接觸周長/面積,正壓力和界面張力等參數(shù)相關,是衡量液滴與表面之間的潤濕性能的重要參數(shù)。
接觸角測量儀是指通過觀測液體在固體表面形成的液滴,測量液滴的形狀來確定液體在固體表面的接觸角的測量設備。主要由光源、注射單元、樣品臺、視頻圖像系統(tǒng)、專業(yè)測量分析軟件五大部分組成。
接觸角測量儀是基于視頻光學圖像分析測量原理的接觸角、表面張力/表面能、潤濕性和其它相關表面屬性的分析測量儀器,可用于直接測量液/氣/固-三相界面體系的接觸角和液/液-界面的表面/界面張力,以及考察液體在固體表面上的潤濕、鋪展、粘附、吸附、滲透/吸收等現(xiàn)象和過程,測量和評估固體表面經(jīng)不同過程處理或清洗后取得的效果等。它可用來間接地測量固體表面的自由能以及極性、非極性等組分,并在此基礎上分析、推測和預測液體在固體表面上的潤濕、粘附特性等。
目前使用接觸角測量儀測量動態(tài)接觸角的方法有三種:
一、斜板法,實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后,利用傾斜臺緩慢地傾斜樣品表面,同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。
二、離心旋轉(zhuǎn)臺法(即滯留力天平法),實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后,利用離心旋轉(zhuǎn)臺使液滴沿著圓周轉(zhuǎn)動,同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。
三、加液-減液法,實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后,把注射針插入液滴內(nèi)部,緩慢的注射液體使液滴體積增大到一定數(shù)值,之后再緩慢的回吸液體使液滴體積減小到一定數(shù)值,同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。
三種方法測量動態(tài)接觸角的特點總結(jié)如下:
斜板法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量前進角和后退角變化的全過程,而且能得到液滴在材料表面上的滾動角。
滯留力天平法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程,而且能得到液滴在材料表面上的滯留力。這個方法既適用于疏水材料也適用于親水材料。
加液-減液法測量動態(tài)接觸角的特點是能測量到前進角和后退角變化的全過程,而且不需要額外的特殊附件,投資較低,缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導致接觸角計算的誤差。