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收缩液滴法

收缩液滴法是一种用于光学测定当前后退接触角 (RRCA)的滴液及测量方法。该接触角是在液体滴在固体表面后,立即回缩形成的,因此可以表征去润湿的情况。

收缩液滴法的工作原理?

在收缩液滴法中,液体在压力的作用下高速喷射到固体表面。由于此时的动能较高,液体最初会在固体表面上铺展(润湿),然后收缩成液滴(去润湿)。

慢镜头下收缩液滴法的滴液状态
慢镜头下收缩液滴法的滴液状态
产生的液滴形状和测量的接触角是否有明确的定义?

将液滴集聚在一起的力是由液体的表面张力和液体与(预润湿)固体之间的界面张力的形成的。润湿面积会逐渐减小,直到表面张力与预润湿的固体的主要润湿特性(润湿表面自由能粗糙度等)达到平衡。因此,由此产生的当前后退接触角 (RRCA) 是有明确定义的。

 

接触角是否与液滴的形成方式无关?

润湿时形成的接触角前进角)与去润湿时形成的接触角(后退角)有很大不同,因为表面的润湿和去润湿特性是两个独立的表面特性。前进角永远不会小于后退角。除此之外,这些接触角之间没有明显的相关性。

 

前进角后退角之间的差值称为滞后接触角,作为第三个独立参数,滞后接触角完善了表面与液体接触时的行为特征。

 

收缩液滴法表征了基材的哪些特性?

 

由于收缩液滴法反映的是固液界面还原后的状态,因此特别适合于表征去润湿的过程。例如,我们发现接近去润湿过程的压敏胶(PSA)的粘附性测试结果往往与后退角相关。

 

收缩液滴法还可用于测定表面化学或机械影响对材料润湿的影响。事实证明,在许多此类处理(如表面活化)中,后退角的变化要大于前进角(在润湿过程中测量)的变化。因此,在研发和故障排除中,除了迄今已建立的前进接触角测量方法外,还可将后退角用作评估工具。

 

在许多情况下,经过成本低廉、经验丰富的初步调查后,收缩液滴法可以快速集成到工业流程链中。第一步是调查 RRCA 与工艺或质量控制参数之间是否存在相关性。然后,可以利用这种相关性,通过快速预筛选来减少复杂的质量检查次数,甚至完全取代这些检查。

 

为什么收缩液滴法测量 RRCA 特别适用于质量控制?

质量保证要求快速且不受人为操作的影响。收缩液滴法可在一秒钟内提供 RRCA 的测量值。由于滴液高度和预设的恒定动能,测量结果的可重复性很高,特别可靠。

 

通过滴液针头抽吸液滴所需的时间要长得多,而且受用户(如体积、滴液高度)的影响也较大。

 

与测试墨水/达因笔法相比,收缩液滴法更快、更可靠,因为后者能近似地反映表面的润湿特性。与手动和用户依赖的达因笔法不同的是,其结果可以通过数字化获得,并有完整的记录,包括在液滴形状分析过程中保存的图像。

 

当前后退接触角 (RRCA) 和动态后退接触角 (RCA) 有什么区别?

动态后退角 RCA 是在液体回缩过程中测量的,而当前的后退接触角 RRCA 则是在液体三相接触线(基线)处于静止状态时测量的。对于静止的液滴,只能测量 RRCA,而不能测量 RCA,因为液滴在快速收缩过程中的形状基本上是不确定的。这两个后退角都可以通过针头滴定单元进行测量,其中回缩是通过从液滴中吸走液体来实现的。

 

对于许多表面来说,RRCA 和 RCA 的值是相同的,但在某些情况下,例如不均匀表面,RRCA 可能大于 RCA。这是由于吸力会对液滴产生一种与润湿性无关的作用力,这种作用力可以克服可能存在的润湿障碍。

 

收缩液滴法使用哪种液体?

迄今为止,使用收缩液滴法测量 RRCA 基本上都是用纯水进行的。与通常使用达因液相比,避免使用对健康有害的液体是质量控制的另一个优势。在许多研究中,发现用水测量的 RRCA 足以分析表面是否能够进行下一步生产步骤。

 

虽然可以考虑使用其他液体,但迄今为止水已经足够对比出不同产品之间的差异。原则上,并不是所有的液体都适用,因为测量的液体的表面张力必须足够大,液滴才能回缩,水则满足这种条件。另外,密度和粘度也有影响。例如,对于二碘甲烷(一种用于测量表面自由能的标准测试液体),RRCA 和 RCA 之间的差值通常比水大很多。因此,收缩液滴法不能用于测定去润湿的表面自由能

 

用于接触角的压力喷射滴定装置--这不正是 KRÜSS 开发液体针头的目的吗?

收缩液滴法的滴液动能非常高,液滴总是润湿一大片区域然后收缩,而液体针头则恰恰相反:它确保液滴以较低的动能铺展,而不会预先润湿周围区域。

 

液体针头测量到的接触角是前进接触角,更准确地说,是在滴液过程中的动态前进接触角(ACA)和滴液后立即产生的当前前进接触角(RACA)。根据我们的实验,液体针头的 RACA 和收缩液滴法的 RRCA 是最清晰的液滴形状,无论是前进过程还是后退过程。将这两种方法结合起来,可以全面了解润湿/去润湿行为。

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