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表面評価手法としての接触角の感度と利用例

ポイント

接触角は1nm以下の膜厚変化に対して感度をもつ、最も簡便で確実な表面の評価手法と言える。
キーワード 接触角,ぬれ性,濡れ,膜厚

1. 接触角の感度と利用例

接触角は表面のどの部分を反映しているか?
Waltmanはハードディスク基板表面に塗布した潤滑油の膜厚みとn‐ヘキサデカンの接触角の関係を調べた1)。それらをプロットしたものを図1に示す。図1より約10Å(=1nm)前後まで潤滑膜の厚みと接触角は強い相関を示していることがわかる。潤滑膜の無い状態の接触角は言うまでもなくハードディスク基板の表面を反映する。潤滑膜の厚みが増えるに従って、接触角はハードディスク基板と潤滑膜の両方を反映し、やがては潤滑膜のみを反映したものとなる(ハードディスク基板の表面は反映されなくなる)。このことから、接触角には表層の約1nm前後の物質(表面状態)に反応する感度があることがわかる。

接触角の感度と利用例

2. 接触角の直接測定と間接測定の使い分け

この性質を利用して、目に見えない表面の状態を知る簡便な手段として接触角は様々の分野で利用されている。主な利用例をまとめたものを図2に示す。接触角の測定には使用する液体によって直接測定と間接測定とがある。直接測定とは、インクやペイントなどのコーティング液と塗布表面と間の接触角測定で、直接触れ合うもの同士の親和性を知りたい場合の測定を言う。一方、前述の接触角の感度を上手く利用して固体表面の変化を簡便に知る手段に水接触角がある。これは水との親和性が知りたいわけではなく、あくまでも表面の状態を知るためのプローブ液体として水を用いていることで、直接コーティング液や接着剤に触れることなく間接的に対象物とのぬれ性や接着性を予測し評価指標とするものである。具体的には洗浄評価(親水化)、汚染評価(疎水化)やコロナ/プラズマ放電などによる表面改質(親水化)などの評価に水接触角が利用される。

接触角の直接測定と間接測定の使い分け

参考文献

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