接触角による材料表面評価

概要


材料表面の濡れ性評価として用いられている接触角測定では、固体試料の親水・疎水性評価ができる。
また、接触角測定を応用して、表面自由エネルギー、臨界表面張力が評価可能である。



接触角測定 ~材料表面の濡れ性評価~


接触角:
滴下した液体と固体表面がなす角度
小さいほど濡れ性が高い

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●表面処理を施した基材の水との接触角

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●ポリオレフィン材料と水・油との接触角

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表面自由エネルギー測定 ~材料表面の接着性・密着性の評価~


固体表面に働く「表面張力」のこと
分子間力の寄与成分の合計

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分子間力の成分分け
分散成分(γd)極性成分(γp)水素結合成分(γh)
 誘起成分※

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固体表面と液体の濡れ性は、表面自由エネルギーの大きさのみならず、分子間力( 各成分) の相性にも大きく依存

ガラスと液体2 種の分子間力に寄与する各成分の評価結果[mJ/m2]

分散成分
γd
極性成分
γp
水素結合成分
γh
分子間力の
合計
ガラス 34.9 2.4 31.7 69.0
29.1 1.3 42.4 72.8
ジヨード
メタン
46.8 4.0 0.0 50.8
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※表面張力の低いジヨードメタンより、ガラスの表面自由エネルギーの各成分が近い水に対してよく濡れる →物質同士の界面における接着性・密着性の評価に
 活用できる



臨界表面張力測定 ~材料表面の濡れやすさ・濡れにくさの指標~


固体表面に働く「表面張力」のこと
分子間力の寄与成分の合計

臨界表面張力の算出(Zisman プロット)

⇒表面張力γL が既知の複数の液体で接触角を測定
γL に対する cosθをプロットし、cosθ=1( 完全濡れ)に
外挿したときのγL が臨界表面張力γc

●同じ表面張力の液体で接触角を測定すると・・・
ぬれ張力試験用混合液(γL :31 mN/m)に対する接触角

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Ziman プロットより求めた2 つの試料の臨界表面張力比較

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試料A 試料B
臨界表面
張力γc
[mN/m]
19.7 27.1

※臨界表面張力の低い試料A の方が、表面が濡れにくく、他の固体との離型性がよいことなどが考えられる




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