[发明专利]一种亲水性多孔膜接触角的测试方法

说明书

本发明公开了一种亲水性多孔膜接触角的测试方法，其方法是根据Young‑Laplace方程中压力、浸润液表面张力和接触角的函数关系，以一种低表面张力溶液为参比浸润液，以待测接触角溶液为浸润液，以气液置换方式，运行湿曲线，获得两种溶液透的透气流量‑进气压力曲线；在两条曲线中段平行区，进行线性拟合；选取任意位置，读取相同透气流量对应的压力值，带入优化Young‑Laplace方程，获得待测溶液的接触角，即为表观平衡接触角；采用原子力显微镜测量多孔材料粗糙度率，结合表观平衡接触角计算本征接触角，计算多孔材料的本征接触角；该方法方法简单，测量数据准确性高，实用性较强。

技术领域

本发明涉及多孔膜性能表征技术领域，具体为一种亲水性多孔膜接触角的测试方法。

背景技术

接触角是衡量材料表面性能的重要参数，接触角可提供材料气-固、液-固界面相互作用的诸多信息。作为高分子膜表面性能的重要分析手段，接触角不仅是评价膜表面亲疏水性能的关键指标，在功能基团改性、表面修饰、分子自组装等方向的研究具有指导意义。根据应用角度不同，接触角可分为本征接触角和表观平衡接触角，本征接触角是液体在理想光滑固体表面的接触角；表观平衡接触角是结合了样品化学和几何结构、环境以及测试条件等实际情况下材料的接触角。

目前接触角的测量方法主要为杨氏方程计算法和光学影像法。杨氏方程的计算前提是在光滑固体表面，通过计算固-气、固-液和气-液三相的表面张力，才能得出本征接触角；而光学影像法为接触角提供了直观的表征手段，可通过量角法、高宽法、前进角/后退角等量角手段直接测量。

本征接触角和表观平衡接触角虽然都有相应方法支撑，但都存在技术缺陷。首先，杨氏方程前提是理想光滑表面，即便在相对光滑的材料表面上，通过固-气、固-液和气-液三相的表面张力所计算的接触角也只是无限接近本征接触角而已，而非本征接触角的真实值。表观平衡接触角的判断更为困难，影响固体表面润湿性的因素很多，例如材料表面的化学性质和几何结构，或测试液滴性质和体积等测试条件，都会直接对表观平衡接触角的测定结果造成影响。因此，由材料表面几何结构和测试条件协同引发的接触角滞后效应一直是材料表界面研究的热点方向。接触角滞后效应具体表现为液滴在膜表面发生扩散、渗透和蒸发的过程中形成亚稳定状态，当这种亚稳定状态平衡后才形成表观平衡接触角。在诸多专著、文献中都提出表观平衡接触角属于动态平衡，难以准确测定的问题。

现有的表观平衡接触角测量方法分为三类：第一类：采用“一刀切”的方法，在测试液滴与材料表面的接触瞬间测量；第二类：通过本征接触角和相关公式计算；第三类：提高液滴体积，在液滴轮廓不变时确定。上述三种方法在文献中均有技术问题，第一类“一刀切”测试忽视了材料表面化学性质和几何结构导致的接触角滞后效应。第二类本征接触角本身就是理想假设的近似值，固体、液体、气体三相自由能、固体对液体的吸收、固体的表面粗糙度以及具体的实验环境的温湿度等因素都难以在杨氏方程中反映，仅从理论表面张力参数得到的本征接触角不能获得准确的表观平衡接触角。最后，第三类提高测试液滴体积，导致重力对液滴的铺展和渗透，增大了系统误差。到目前为止，绝大部分文献报道的接触角测量方法，甚少考虑液滴体积、重力、液滴与材料表面的接触时间对接触角的影响，准确的测量条件更未见任何文献报道。

因此，需要建立一种数据准确、操作简单的测试方法来解决现有表观平衡接触角和本征接触角的测量技术存在技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种数据准确、操作简单的亲水性多孔膜接触角的测试方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种亲水性多孔膜接触角的测试方法，通过透气流量、进气压力、表面张力和接触角的构效关系，运行干湿曲线计算表观平衡接触角。

进一步的，所述透气流量与进气压力线性关系的获得过程为：采用线性拟合，在参比浸润液的湿曲线和待测浸润液的湿曲线图像中段平行区，任意选择透气流量值，通过参比浸润液的湿曲线和待测浸润液的湿曲线获得对应的进气压力。