一、表面张力在涂料中的表现

表面张力是液体能否在固体表面上自发铺展（润湿）的关键。在涂料的制造和涂装中，润湿或自发铺展是非常必要的条件：如颜料在分散中，漆料对颜料表面的润湿；涂装中涂料对底材的润湿；湿膜表面的流平等都与表面张力息息相关。因此表面张力是涂料质量的关键指标之一。

二、表面张力与涂料质量的关系

1. 表面张力与涂料的流动性和自流平性：表面张力越小，涂料在涂覆时会更容易形成均匀的涂膜，涂膜的厚度也会更加均匀。表面张力越大，涂料在涂覆时会更容易出现流挂、流痕等问题，影响涂膜的质量。

2. 表面张力与涂料对底材的附着力：表面张力越小，涂料在涂覆时会更容易形成均匀的涂膜，涂膜的厚度也会更加均匀。表面张力越大，涂料在涂覆时会更容易出现流挂、流痕等问题，影响涂膜的质量。

3. 表面张力与颜料的分散性：表面张力表面张力越小，颜料在涂料中的分散性越好，能够提高涂料的遮盖力、色彩和稳定性。表面张力越大，颜料在涂料中的分散性越差，容易出现沉降、结皮、色差等问题。

三、接触角

接触角 (contact angle) 是指在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角。

1)当θ=0°，完全润湿；

2)当θ<90°，部分润湿或润湿；

3)当θ=90°，是润湿与否的分界线；

4)当θ>90°，不润湿；

5)当θ=180°，完全不润湿。

毛细现象中液体上升、下降高度h。h的正负表示上升或下降。

浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触角为钝角。

上升高度h=2×表面张力系数/(液体密度×重力加速度g×液面半径R)。

上升高度h=2×表面张力系数×cos接触角/(液体密度×重力加速度g×毛细管半径r)。

四、润湿性、附着力和凝聚力

当液体与固体表面保持接触时，就会发生湿润。发生润湿的程度(即润湿性)是由液体分子之间的内聚力和由液体和固体之间的分子相互作用产生的粘合力决定的，如下图所示。（在现实生活中，分子的组织并不那么整齐。）通常用接触角来测量润湿性。

随着接触角的减小，润湿性增加。相反，当接触角接近180°时，润湿性减小。润湿性可以用粘聚力 (L/L) 和粘接力 (S/L) 的相对强度来解释，如上图所示。强附着力与弱内聚力产生非常低的接触角，几乎完全湿润。随着固液相互作用减弱和液液相互作用增强，润湿性减小，接触角增大。

五、影响湿润性/接触角的因素

1. 表面能：固体表面自由能对润湿行为的影响是明显的。表面能低的聚合物，如聚四氟乙烯，很难粘接或打印或油漆。PTFE的表面能低于20 mN/m，而大多数粘接应用需要大于40 mN/m的表面能。随着表面能的增加，润湿性改善。一般来说，清洁过程和表面修饰寻求增加表面能量，从而提高粘附性。

2. 表面张力：液体的表面张力影响其润湿性。例如，水具有相对较高的表面张力。根据杨氏方程，液体表面自由能是解释接触角的力之一。高表面张力的液体有更大的分子内聚力，这导致水滴成珠。如果你把一滴水和一滴油放在几乎任何表面上，你会看到水的接触角几乎总是大于油的接触角。假设两个液滴的固体表面能相同，唯一的区别就是液体表面自由能在水中更高。如果在液相中加入表面活性剂，表面张力会降低，润湿性会增加。

3. 粗糙度：当测量任何具有粗糙度的表面（即几乎所有真实表面）的接触角时，我们实际测量的“表观接触角”或“杨氏接触角”更大。在亲水表面（即表观接触角在90°以下），接触角与粗糙度成反比关系。也就是说，随着粗糙度的增加，接触角减小。在疏水表面，观察到相反的行为：随着粗糙度的增加，接触角也增加。

4. 污染性：被污染的表面会妨碍润湿。表面上的污染物位于水滴和表面之间，削弱附着力。清洁的表面能提供最佳的润湿性，接触角也会更低。在粘接应用中，清洁的表面总是首选的。例如，在制造用于半导体的硅片过程中，接触角是用来测试表面能量和相对清洁度的，因为即使是非常小的污染物痕迹也会导致与光刻胶的粘结不良，从而导致拒绝率增加。

5. 表面改质：电晕处理、激光辐射和等离子体活化都是表面改性的例子。这些处理通过在固体表面沉积不同的官能团来改变固体表面的表面能。例如，电晕处理通过在表面沉积极性基团来氧化表面并增加表面能。改进的润湿性为随后的过程如涂覆、粘接和喷涂准备表面。但是要注意，很多表面的修饰会随着时间的推移而褪色。

6. 环境因素：随着温度的升高，液相中的分子间作用力增大，表面张力减小，润湿性增大，接触角减小。另一方面，湿度会抑制潮湿;在大多数情况下，随着湿度的增加，接触角也会增加。

7. 表面轮廓：非凸体和工程纳米拓扑结构可以诱导一种称为Cassie状态的状态，即无柄滴位于非凸体的顶部，从而产生非常高的接触角；这种超疏水状态在平面上是不可能的。自然界中存在超疏水表面。荷叶是著名的参考；荷叶上的水接触角一般在160°左右。相比之下，当水滴完全落在表面时——包括所有的角落和缝隙，它就会处于温泽尔状态。不同的数学建模方法对这两种不同的状态进行了解释。

8. 化学均质性：当一个非纳米结构的表面（即显示温泽尔状态的表面）产生一个小的接触角滞后（前进和后退接触角之间的Δ）时，该表面在化学上是均匀的。当在表面不同位置的多个接触角测量显示低标准偏差时，这也将指向高度的化学和结构同质性。