極小液量の液滴を用いた接触角測定
概要 極小液量（pLオーダー）の液滴での接触角測定手法について紹介する。
＜ 関連ワード：接触角、極小接触角、極小液量、高速カメラ観察、単繊維、毛髪、粒子、ぬれ性＞
1. 極小領域における接触角測定の課題
固体表面への液体の塗布・コーティング特性やぬれ性の評価手法として、接触角測定は幅広い分野で利用されている。一般的な接触角測定では、固体表面にµLオーダーの液滴を着滴させ、s単位の時間変化を観察する。しかし、極めて狭い領域や繊維などの細い構造上では、上記のような測定は困難であり、極小領域での評価には、より少量の液滴を用いた測定手法が要求される。
2. 極小接触角測定の有用性
当社の極小接触角計（MCAシリーズ）では、単繊維や毛髪1本、粒子1粒を対象とした接触角測定が可能である。図1のように、繊維の上下を液滴が包み込む様子や、繊維表面上に液滴が乗る様子など、表面状態に応じてさまざまなぬれの挙動を観察できる。
単繊維での測定では、着滴液量は数百pL程度と極めて少ないため、液滴は数秒以内に蒸発が進行する（図2）。本稿では、極小接触角計を用いた高速カメラ観察の一例を紹介する。
3. 測定条件・結果および考察
極小接触角計に高速カメラを取り付け、1 ms間隔で接触角測定を行った。図3はインクジェットヘッド吐出による水接触角の測定結果を示しており、液量は数十 ~ 数百pL程度（最小7 pL程度）である。
着液直後の接触角は60°であったのに対し、20 ms後には20°未満まで低下したことがわかる。撮影画像より、液滴は時間経過に伴ってぬれ広がり、接触半径が増大していることが確認できた。また、表面積が増えたことで蒸発速度も上昇し、液量の急速な減少が接触角低下を促進した可能性も考えられる。
4. まとめ
pLオーダーの極小液滴では、ぬれ広がりの様子や接触角がms単位で変化する。本観察例では、極小接触角計と高速カメラを併用したことで、初期のぬれ挙動を詳細に評価できることが示された。なお、極小量では蒸発の影響が相対的に大きくなるため、湿度条件が結果に関係する可能性もある。