如何通过接触角测量来评估表面清洁度

表面洁净度是很多领域研究的重要问题。在涂层、油漆或印刷等应用中尤其重要。如果涂覆涂层的表面不干净，则涂层与基材之间的附着力会很差。有许多不同方法可确保工业环境中的表面清洁度，例如密集洗涤循环或等离子清洗。但是，如何确定清洁过程是否有效，目前可能花费大量时间来研究，实际上可以快速判断。接触角测量是一种快速且灵敏的方法来表征清洁的有效性，它还可以用作质量控制工具以确保合适的表面性能。

使用接触角评估金属表面的清洁度

干净的金属表面具有较高的表面自由能，与水接触角较低。理论上来说天然金属表面具有极高的表面自由能，甚至超过1000mN/m，这是由于将金属原子固定在一起的强金属键引起的。然而由于表面能如此之高，在实际应用中完全干净的金属会立即与空气中的分子发生反应，造成表面污染。因此理论表面自由能在实际应用中从未被测量过，但清洁表面和污染表面之间存在明显差异。

在金属涂层前，需要对其进行清洁以除去油脂或其他污染物。在下表1中，在任何清洁程序前后立即测量铜和镍表面上的水接触角。在肥皂溶液中进行超声波清洗后大部分污染物已经被去除，可通过额外的清洁步骤进一步减小接触角。

使用接触角评估聚合物表面清洁度

对于聚合物使测量其与水的接触角不那么简单，因为干净的聚合物表面上的水接触角数值很高。查看上表，受污染的聚四氟乙烯上的水接触角低于天然聚四氟乙烯表面的假设（120°是理论值）。最后一个清洁步骤是用刀片进行处理，提高了接触角，但接触角的提高是由于粗糙度的增加而不是清洁度的问题。

为了评估聚合物表面的清洁度，测量前进角和后退角更为适用。从下面的数据中可以看出，所有样品清洗前后的后退角都有明显的差异。

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参考文献

[1] Horsthemke and J.J. Schröder, “The wettability of industrial surface: contact angle measurements and thermodynamic analysis”, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 19 (1985) 277