ぬれ性評価入門

材料表面のぬれ性は、親水化や撥水化の技術だけでなく接着性、離型性、防汚性、洗浄性等にも密接に関連しています。ぬれ性を定量的に評価するための代表的な手法の1つが接触角測定です。接触角は、測定そのものは簡単ですが、材料の表面特性をきわめて鋭敏に反映します。ぬれ性の良否を決めるのは、液体、固体の表面張力 (表面自由エネルギー) です。表面張力は分子間力に由来します。分子間力にはいくつかの発現機構がありますが、その機構に応じて、表面張力をいくつかの成分に分解しようというのが成分分けの概念です。これによって、ぬれ性をはじめとする界面現象をより深く理解することができます。そして、ある理論に基づいて、表面張力の成分を計算で求めようというのが表面自由エネルギー解析といわれる手法です。 　本セミナーではまず、ぬれ性評価の基本となる接触角と表面張力の概念について説明します。次に、これまでの相談事例などを踏まえ、接触角の測定上の注意点を解説します。さらに応用として、表面自由エネルギー解析の手法と注意点について解説します。

1. ぬれ性と接触角
   1. 水になじむか、油になじむか
   2. 接触角とは?
   3. 接触角から何がわかるか?
   4. 接触角測定の表面感度
      • 膜厚依存性
      • 表面被覆率依存性
2. 表面張力
   1. 表面張力とは?
   2. 表面張力の各種測定原理
   3. 表面張力と界面張力
   4. 固体の表面張力
   5. 表面張力から何がわかるか?
3. 接触角と表面張力との関係
   1. 液体の表面張力が大きいほど、ぬれは悪くなる
   2. 固体の表面張力が大きいほど、ぬれはよくなる
   3. Youngの式〜接触角と表面張力との関係
   4. ぬれを制御するには?
4. 表面張力と分子間力
   1. 表面張力の定義
   2. 表面張力は分子間力に由来する
   3. 表面張力は分子構造にも依存する
   4. フッ素は分子間力、表面張力を低下させる
   5. 水素結合は分子間力、表面張力を増大させる
   6. 純物質の表面張力は温度上昇とともに低下する
5. 表面張力と表面自由エネルギー
   1. 表面は仕事をする能力をもつ
   2. 表面張力、表面自由エネルギーの次元と単位
   3. 液滴はなぜ丸くなるか?
6. 液面の形
   1. 静止している液面の形はどのように決まるか?
   2. 静滴輪郭を表す方程式: Young-Laplace曲線
7. 接触角の測定方法と注意点
   1. 接触角の測定方法
   2. 楕円フィッティング法、θ/2法による接触角のかたより
   3. 接触角と表面汚染: 大気曝露時間、汚染量
   4. ガラスに対する各種洗浄による接触角の変化
   5. ±2シグマで10°以上ばらつきうる
   6. 何回測定すればよいか
   7. 接触角の定義をどうするか?: 液量依存性と経時変化
   8. 試料表面の帯電の影響
   9. 水の表面張力に対する皮脂の影響
   10. 試液として精製水・蒸留水は使えない?
8. 表面粗さと接触角
   1. Wenzel理論とCassie理論
   2. 親水表面でも超撥水表面になりうる
9. 表面自由エネルギー解析
   1. 表面自由エネルギー解析とは?
   2. どんなときにどんな分子間力がはたらくか?
   3. 付着・分離と表面自由エネルギー: Dupreの式
   4. 解析理論の基礎: Fowkesの考え方
   5. Fowkesの検証: 液体の表面自由エネルギー解析
   6. 固体の表面自由エネルギー解析
   7. なぜエネルギー成分に注目するのか?
      • 界面自由エネルギー
      • 付着性
      • 接触角
   8. 表面張力が同じでも、ぬれは異なる
   9. 解析理論の未確立
   10. プローブ液体の組み合わせによって結果が異なる
   11. 接着性評価に表面自由エネルギー解析を適用できるか?