介绍
大尺寸样品表面的功能涂层的润湿特性，现在可以实现现场实时无损检测了。本文以挡风玻璃和印刷辊的检测实验为例，进行举例说明。
图1 MSA One-Click SFE型便携式液滴形状分析仪现场检测
汽车挡风玻璃、大厦玻璃幕墙、淋浴房玻璃墙和平板显示器TFT屏幕有什么共同点？那就是这些材料的应用性能，都可以通过功能涂层得到显著提高。防污及防水的硅基彩色立面，通过防止灰尘、煤烟和苔藓附着在上面，来保持房子的长期美观性。防水的汽车挡风玻璃和侧窗可以使雨滴迅速滚落，从而增加了驾驶的安全性。带有疏水涂层的淋浴房玻璃墙、瓷砖和浴室设备可以有效避免水渍。
除此之外，定义和确定部件的润湿特性在电子工业中起着决定性的作用，例如平板显示器TFT屏、硅芯片和硬盘的制造。在所有这些应用中，表面能是决定性的参数。在技术上，测量表面能是很容易的，常用的测试液体有水、二碘甲烷、乙二醇、甲酰胺或甘油等，将2至10μl的不同极性的测试液滴在待测样品表面，用视频检测系统确定三相点的润湿角的切线，计算公式如下图所示。
图2 用杨氏方程表征固体与液体的接触角
大尺寸样品检测中遇到的问题
由于上述测试过程需要搭建光学工作台，所以对于边长超过0.5 m的样品进行非破坏性测量就十分困难，需要将待测样品切割成适合实验室测试的尺寸，这意味着对挡风玻璃，印刷辊或清洁槽等进行完整的无损检测需要另寻他法。
MSA One-Click SFE型便携式液滴形状分析仪可以便捷准确的实现上述检测需求，无论是实验室还是生产加工现场，都可以无损、快速地对待测物料进行实时检测。更重要的是便携式液滴形状分析仪对待测物的尺寸、形状、和位置没有任何限制，随时随地可以获得准确的测试结果。
下面我们举两个实例来进行说明。
挡风玻璃和印刷辊上的检测
具有疏水涂层挡风玻璃在汽车高速行驶时为驾驶者提供了极佳的能见度，同时，这种昂贵涂层的稳定性和使用寿命也都是被关注的重点。在紫外线照射和雨刮器的机械力作用下，涂层会逐渐磨损，磨损程度可以通过挡风玻璃的接触角指标来量化。显然，这个测试无法用实验室仪器来完成，因为我们既不可能从挡风玻璃上切下一块进行检测，现代的粘合剂技术也不允许我们从汽车上非破坏性地取下挡风玻璃。那么MSA One-Click SFE型便携式液滴形状分析仪恰好派上用场。
对于印刷滚筒来说，最重要的不是涂层的疏水性，而是纸张和滚筒在整个区域内相互作用的均匀性。在高速滚动下，不同的粘合力可能导致应力不均甚至纸张撕裂，直接增加了生产成本。因此印刷辊制造商非常关注印刷辊上相互作用的分布，即表面状况及其磨损程度。印刷辊通常长达10米，直径可达2米，这完全排除了实验室测量的可能性，但对MSA One-Click SFE型便携式液滴形状分析仪来说根本不是问题。
图3 MSA One-Click SFE型便携式液滴形状分析仪对样品尺寸及形状毫无限制
实验案例
挡风玻璃的雨刮器负载循环次数分别设为2500、5000、10000、15000、20000、22000、25000和40000次，在经过一定次数的循环后，部分挡风玻璃被液滴遮盖了，这意味着涂层在不同负载条件下的性能减退已经十分明显。
另外，在一个新型疏水涂布的印刷辊上，测试使用前和使用一星期后的数据，印刷辊总长度10米，每隔1米测定一次润湿性。
两个实验都采用MSA One-Click SFE型便携式液滴形状分析仪进行手持测量。测试液使用水(极性，高表面张力)和二聚甲烷(非极性，介质表面张力)。同时测试两个平行样。重复检测10次。用Krüss液滴形状分析软件，利用Young-Laplace方程对视频检测系统记录的图像进行分析并计算表面能。
表面能
就像液体一样，固体与周围相的相互作用也可以被描述出来，对于液体用表面张力表征，对于固体用表面能表征。不同液体的接触角与固体的表面能直接相关，通过使用两种已知但表面张力不同的液体，可进行独立测量来求解。
接触角小，润湿性好，表面能大；同时，接触角大，润湿性差且表面能小。
此外，可以使用不同的模型来获得固体表面能的极性和分散组分间的相互作用。下图显示了用液体和固体极性和非极性部分相互作用的方法，来预判液体在固体表面的润湿性和附着力。大手象征着极性，小手象征着非极性。
图4极性和极性、非极性和非极性完全相互作用在一起，产生最大的附着力和0°的接触角
图5 极性和非极性两者交互分量不相同
挡风玻璃测试结果
挡风玻璃疏水涂层的工作寿命很大程度上取决于它所受到的机械应力，如图6所示。实验刚开始时挡风玻璃具有良好的疏水性，经过20000次加载循环后，其性能明显降低。这个问题可能可以通过改进表面键合或交联疏水基团进行改善。
图6水和二碘甲烷的接触角随雨刷器的循环次数变化的函数
非极性液体二甲烷的接触角不受机械应力的影响。其接触角数据的非均匀性变化是受到表面污垢和其他因素影响的结果。
如果使用Owens/Wendt方法计算表面能，结果如图7所示。当负载循环超过20000次时，极性相互作用明显增加，而分散分量几乎保持不变。随着载荷的增加，润湿性越来越好，可见性越来越差，这与表面能量或极性的增加相对应。
图7总表面能及其极性和分散分量随雨刷器的循环次数变化的函数
印刷辊检测结果
由图8可以清楚地看出，在使用前，印刷辊具有良好的疏水性能，即水的接触角为90°左右。很明显，这个值在整个辊宽上保持非常恒定，且非极性二甲烷和水的测试结果相似。然而，在使用一个星期后，这种情况就发生了根本性的变化。在印刷辊的某些位置还保留了原始的性能，但在其他许多位置测量到的接触角要小得多，表面性能的分布不均匀十分明显。正是这种非均性分布使纸张与印刷辊的附着力不同，而在纸张内部产生应力，从而导致纸张撕裂和机器停机。
图8 水和二碘甲烷的接触角与印刷辊位置的关系图
(轮廓符号代表新辊；实心符号代表使用一周后的印刷辊)
总结
用MSA One-Click SFE型便携式液滴形状分析仪测量接触角，可以在现场进行实时检测，且不受样品尺寸、形状、角度和部位的限制，为工艺流程的质量控制以及产品工艺的改进提供了重要的参考数据。
在玻璃表面分析的应用中主要总结为以下几方面：
1.窗玻璃板粘合
2.疏水涂层（汽车玻璃、眼镜镜片、淋浴房玻璃墙）
3.防碎
4.易于清洁和自清洁的涂层
5.防涂鸦
6.防紫外线
原文来源于克吕士提供的应用文章
