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一、表面張力在涂料中的表現(xiàn)

表面張力是液體能否在固體表面上自發(fā)鋪展（潤(rùn)濕）的關(guān)鍵。在涂料的制造和涂裝中，潤(rùn)濕或自發(fā)鋪展是非常必要的條件：如顏料在分散中，漆料對(duì)顏料表面的潤(rùn)濕；涂裝中涂料對(duì)底材的潤(rùn)濕；濕膜表面的流平等都與表面張力息息相關(guān)。因此表面張力是涂料質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

二、表面張力與涂料質(zhì)量的關(guān)系

1. 表面張力與涂料的流動(dòng)性和自流平性：表面張力越小，涂料在涂覆時(shí)會(huì)更容易形成均勻的涂膜，涂膜的厚度也會(huì)更加均勻。表面張力越大，涂料在涂覆時(shí)會(huì)更容易出現(xiàn)流掛、流痕等問(wèn)題，影響涂膜的質(zhì)量。

2. 表面張力與涂料對(duì)底材的附著力：表面張力越小，涂料在涂覆時(shí)會(huì)更容易形成均勻的涂膜，涂膜的厚度也會(huì)更加均勻。表面張力越大，涂料在涂覆時(shí)會(huì)更容易出現(xiàn)流掛、流痕等問(wèn)題，影響涂膜的質(zhì)量。

3. 表面張力與顏料的分散性：表面張力表面張力越小，顏料在涂料中的分散性越好，能夠提高涂料的遮蓋力、色彩和穩(wěn)定性。表面張力越大，顏料在涂料中的分散性越差，容易出現(xiàn)沉降、結(jié)皮、色差等問(wèn)題。

三、接觸角

接觸角 (contact angle) 是指在固、液、氣三相交界處，自固-液界面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部到氣-液界面之間的夾角。

1)當(dāng)θ=0°，完全潤(rùn)濕；

2)當(dāng)θ<90°，部分潤(rùn)濕或潤(rùn)濕；

3)當(dāng)θ=90°，是潤(rùn)濕與否的分界線(xiàn)；

4)當(dāng)θ>90°，不潤(rùn)濕；

5)當(dāng)θ=180°，完全不潤(rùn)濕。

毛細(xì)現(xiàn)象中液體上升、下降高度h。h的正負(fù)表示上升或下降。

浸潤(rùn)液體上升，接觸角為銳角；不浸潤(rùn)液體下降，接觸角為鈍角。

上升高度h=2×表面張力系數(shù)/(液體密度×重力加速度g×液面半徑R)。

上升高度h=2×表面張力系數(shù)×cos接觸角/(液體密度×重力加速度g×毛細(xì)管半徑r)。

四、潤(rùn)濕性、附著力和凝聚力

當(dāng)液體與固體表面保持接觸時(shí)，就會(huì)發(fā)生濕潤(rùn)。發(fā)生潤(rùn)濕的程度(即潤(rùn)濕性)是由液體分子之間的內(nèi)聚力和由液體和固體之間的分子相互作用產(chǎn)生的粘合力決定的，如下圖所示。（在現(xiàn)實(shí)生活中，分子的組織并不那么整齊。）通常用接觸角來(lái)測(cè)量潤(rùn)濕性。

隨著接觸角的減小，潤(rùn)濕性增加。相反，當(dāng)接觸角接近180°時(shí)，潤(rùn)濕性減小。潤(rùn)濕性可以用粘聚力 (L/L) 和粘接力 (S/L) 的相對(duì)強(qiáng)度來(lái)解釋?zhuān)缟蠄D所示。強(qiáng)附著力與弱內(nèi)聚力產(chǎn)生非常低的接觸角，幾乎完全濕潤(rùn)。隨著固液相互作用減弱和液液相互作用增強(qiáng)，潤(rùn)濕性減小，接觸角增大。

五、影響濕潤(rùn)性/接觸角的因素

1. 表面能：固體表面自由能對(duì)潤(rùn)濕行為的影響是明顯的。表面能低的聚合物，如聚四氟乙烯，很難粘接或打印或油漆。PTFE的表面能低于20 mN/m，而大多數(shù)粘接應(yīng)用需要大于40 mN/m的表面能。隨著表面能的增加，潤(rùn)濕性改善。一般來(lái)說(shuō)，清潔過(guò)程和表面修飾尋求增加表面能量，從而提高粘附性。

2. 表面張力：液體的表面張力影響其潤(rùn)濕性。例如，水具有相對(duì)較高的表面張力。根據(jù)楊氏方程，液體表面自由能是解釋接觸角的力之一。高表面張力的液體有更大的分子內(nèi)聚力，這導(dǎo)致水滴成珠。如果你把一滴水和一滴油放在幾乎任何表面上，你會(huì)看到水的接觸角幾乎總是大于油的接觸角。假設(shè)兩個(gè)液滴的固體表面能相同，唯一的區(qū)別就是液體表面自由能在水中更高。如果在液相中加入表面活性劑，表面張力會(huì)降低，潤(rùn)濕性會(huì)增加。

3. 粗糙度：當(dāng)測(cè)量任何具有粗糙度的表面（即幾乎所有真實(shí)表面）的接觸角時(shí)，我們實(shí)際測(cè)量的“表觀接觸角”或“楊氏接觸角”更大。在親水表面（即表觀接觸角在90°以下），接觸角與粗糙度成反比關(guān)系。也就是說(shuō)，隨著粗糙度的增加，接觸角減小。在疏水表面，觀察到相反的行為：隨著粗糙度的增加，接觸角也增加。

4. 污染性：被污染的表面會(huì)妨礙潤(rùn)濕。表面上的污染物位于水滴和表面之間，削弱附著力。清潔的表面能提供最佳的潤(rùn)濕性，接觸角也會(huì)更低。在粘接應(yīng)用中，清潔的表面總是首選的。例如，在制造用于半導(dǎo)體的硅片過(guò)程中，接觸角是用來(lái)測(cè)試表面能量和相對(duì)清潔度的，因?yàn)榧词故欠浅Ｐ〉奈廴疚锖圹E也會(huì)導(dǎo)致與光刻膠的粘結(jié)不良，從而導(dǎo)致拒絕率增加。

5. 表面改質(zhì)：電暈處理、激光輻射和等離子體活化都是表面改性的例子。這些處理通過(guò)在固體表面沉積不同的官能團(tuán)來(lái)改變固體表面的表面能。例如，電暈處理通過(guò)在表面沉積極性基團(tuán)來(lái)氧化表面并增加表面能。改進(jìn)的潤(rùn)濕性為隨后的過(guò)程如涂覆、粘接和噴涂準(zhǔn)備表面。但是要注意，很多表面的修飾會(huì)隨著時(shí)間的推移而褪色。

6. 環(huán)境因素：隨著溫度的升高，液相中的分子間作用力增大，表面張力減小，潤(rùn)濕性增大，接觸角減小。另一方面，濕度會(huì)抑制潮濕;在大多數(shù)情況下，隨著濕度的增加，接觸角也會(huì)增加。

7. 表面輪廓：非凸體和工程納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以誘導(dǎo)一種稱(chēng)為Cassie狀態(tài)的狀態(tài)，即無(wú)柄滴位于非凸體的頂部，從而產(chǎn)生非常高的接觸角；這種超疏水狀態(tài)在平面上是不可能的。自然界中存在超疏水表面。荷葉是著名的參考；荷葉上的水接觸角一般在160°左右。相比之下，當(dāng)水滴完全落在表面時(shí)——包括所有的角落和縫隙，它就會(huì)處于溫澤爾狀態(tài)。不同的數(shù)學(xué)建模方法對(duì)這兩種不同的狀態(tài)進(jìn)行了解釋。

8. 化學(xué)均質(zhì)性：當(dāng)一個(gè)非納米結(jié)構(gòu)的表面（即顯示溫澤爾狀態(tài)的表面）產(chǎn)生一個(gè)小的接觸角滯后（前進(jìn)和后退接觸角之間的Δ）時(shí)，該表面在化學(xué)上是均勻的。當(dāng)在表面不同位置的多個(gè)接觸角測(cè)量顯示低標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)，這也將指向高度的化學(xué)和結(jié)構(gòu)同質(zhì)性。