识别和开发兼容的液固组合是有效润湿和粘附的关键。通过评估基材和涂层性能之间的相互作用，了解润湿过程的整体情况，可以预测涂层的粘附性和长期粘结。要做到这一点，必须有一个坚实的理解界面化学，或存在的物理和化学条件，当两相相互作用。
在处理涂层时，界面化学起着重要作用，特别是液体的表面张力(SFT)和固体的表面自由能(SFE)。这些参数通常被测量或计算，以优化粘附性能，并获得将抑制分层和粘附失效的持久粘附。一旦确定了这些特性，就可以推导出涂层和感兴趣的衬底之间的附着力(WOA)和界面张力(IFT)的功。
测量表面张力和表面自由能
首先看液体的SFT，了解它的含义和它是如何确定的是很重要的。SFT是不平衡力的结果，由于在液体-空气界面的分子的吸引力大于这些相同的分子对空气中的分子的吸引力。有几种方法用于测量涂层的SFT, SFT的范围通常决定了使用哪种方法。在测量平衡SFT中广泛使用的最常见的方法是杜努伊环法、威廉米板法和垂坠法。除了SFT结果外，还可以通过测量非极性基板(如聚四氟乙烯(PTFE)或聚二甲基硅氧烷(PDMS))基板上涂覆液体的接触角来计算给定液体的极性和分散成分。
接下来，计算衬底的SFE作为实现与感兴趣的液体的最佳粘附的一个步骤。常用于计算SFE的液体是水(极性液体)和二碘甲烷(分散液体)。这种SFE测量方法可以推导出极分量和分散分量，并允许进行进一步的临界计算。确定SFE的过程包括将每一种液体滴在基材表面，测量这些液体与基材接触的结果接触角，然后使用接触角计算基材的SFE。接触角可以用于不同的数学模型，如Owens, Wendt, Rabel和Kaelble (OWRK)模型。
一旦进行了SFT和SFE(极性和分散)测量，就可以计算WOA和IFT。这些参数对涂层液体在给定表面上的初始附着力和附着力的寿命有影响。图1显示了两种液体(a和B)具有相同的SFT但极性和分散组分比相反的示意图。液体和基材的极性和分散成分分别被指定为黄手和灰手。当液固接触时，相互作用最大的液与衬底(液A)的WOA最高，IFT最低。这说明A液与衬底结合具有较好的初始粘附性，且随着时间的推移会比B液更加稳定，B液与衬底的相互作用最小，WOA较低，IFT较高。
优化涂料
使用WOA和IFT来评估和优化表面涂层的一个例子是涂层鱼线。使用钓鱼线的挑战之一是在水中多次浇铸钓鱼线后涂层的分层。为了评估分层原因并优化涂层在钓鱼线表面的粘附性，需要对涂层液和钓鱼线表面进行表征。
为了进行这项研究，我们获得了高强度的凯夫拉鱼线和涂层液体。使用水和二碘甲烷接触角和垂坠测量法分别测定了SFE和SFT，以及鱼线和涂层液体的极性和分散成分。此外，还计算了涂层液和钓鱼线的WOA和IFT(表1)。结果表明，涂层的SFT比钓鱼线的SFE低。这表明涂层会弄湿钓鱼线的表面。但同时也表明，鱼线SFE的极性组分很低，分散组分和极性组分的比例与涂覆液的组分比例有很大差异。然后决定用等离子体处理表面。
表2显示了等离子体处理对鱼线表面的影响。正如预期的那样，等离子体处理后，鱼线的SFE极性分量和WOA增加。IFT也有所下降。乍一看，等离子体处理提高了鱼线表面与涂覆液在表面极性方面的相容性，提高了WOA，降低了IFT。然而，在应用中可以看到，之前等离子处理过的钓鱼线涂层的分层增加了。
有趣的是，当计算水与鱼线之间的IFT(处理前后)时，它从33.54下降到21.71 mN/m。这说明等离子体处理后，鱼线对水有了更大的亲和力。这加剧了涂层的分层，因为当涂层出现裂缝时，水会在涂层和钓鱼线表面之间蠕动。将鱼线放入水中会产生裂缝，水会进入其中，导致鱼线表面的涂层剥落。
乍一看，等离子体处理鱼线表面似乎可以增强涂层的附着力和涂层在表面的寿命，但同时也增强了水与鱼线表面的相互作用，无意中促进了涂层从鱼线表面的分层。在这种情况下，等离子体处理鱼线并不是解决问题的方法。相反，通过优化涂覆液获得了理想的附着力。然后制成一种重新配制的涂层。表3显示了新涂层的性能。
表3的WOA计算结果表明，新镀膜液具有较高的WOA和较低的IFT。此外，由于新配方的涂层具有更好的耐水性，即使在超过250次铸造后，也观察到涂层分层的减少。
结论
通过测定SFT、SFE、极性和分散组分计算WOA和IFT，可以预测基材和粘附液体之间良好的粘附性。来自KRÜSS的ADVANCE软件提供了一个单独的软件平台来控制其张力计，测角仪来测量液体和固体。通过点击鼠标，ADVANCE软件还可以计算WOA和IFT。使用单一软件平台进行黏附计算的便捷性促进了快速评估、迭代、预测和黏附优化。
参考文献
1.KRüSS应用报告232，粘附和IFT。
2.KRüSS应用报告286，确定如何表面是:快速和在走。
欲了解更多信息，请访问www.kruss-scientific.com。
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