接触角計でできること｜ぬれ面積・表面張力・表面自由エネルギー

θ/2法から分かるように、接触角は固体試料に対する液滴の「ぬれ幅」と「液滴高さ」 を使い、三角関数によって求められる数値です。

つまり、液量が同じ場合、ぬれ幅が広くなるほど、液滴高さが低くなるほど、求められる接触角は低くなり、ぬれが良いと評価されます。
これは、ぬれの面積とぬれ性の関係を示していることになります。

接触角の測定では、数値がばらつくことがあるというのが、常識のように言われています。
ばらつくのはぬれ方の違いがあるからで、そうしたぬれ方の違いは上面観測によって明らかになります。

同じ液量でどれだけ「ぬれ広がる」という評価指標となるのが、ぬれ面積です。

界面張力」と聞いてもぴんと来ない人も、「表面張力」と聞くと、すぐにイメージできると思います。

普段「表面張力」と呼んでいるのは、空気中で液体と境界面に働く力のことで、「気－液界面張力」のことです。

液体の界面張力（表面張力）を測定する方法はいくつか存在します。
それぞれにメリットとデメリットがありますが、その中で当社が採用しているのはペンダントドロップ法です。

接触角計と同一の機器を用いて測定できるため、接触角も測る必要がある場合、あるいは将来測る可能性がある場合などでも、導入コストと設置面積を抑えることができます。

液体では、表面張力と単位面積あたりの表面自由エネルギーは数値的に対応します。一方、固体では液体のように表面張力を直接測定することが難しいため、接触角などから表面自由エネルギーを推定します。

液体の場合は直接的に表面張力（界面張力、表面自由エネルギー）を測定できますが、同様の方法で固体の表面張力を測定することはできません。

そこで間接的に求めるための方法が、表面自由エネルギーの計算です多くの場合求める対象が固体であるため、表面自由エネルギーというと固体という印象が強いようです。

固体の表面自由エネルギーを接触角から求める理論モデルは複数存在し、モデルによって前提や成分の扱いが異なります。その中でOWRK法やWu法は、ISO 19403-2でも表面自由エネルギーの算出方法として採用されています。

それぞれの理論には、既知とする液体の表面自由エネルギーを構成する成分の考え方と割合、そして理論式の立て方に違いがあります。

求め方は、表面自由エネルギーの各成分値が既知である液体（プローブ液体）を用いて接触角を求め、その値を各理論が提唱する式に代入し、対象となる固体の各成分の表面自由エネルギーを求めます。

当然のことながら、理論式を変えると計算結果は異なります。

いずれの場合も、計算に用いるのが実測値である接触角なのですが、前ページで述べたように、接触角を求める際に、θ/2法では液滴輪郭を円の一部とみなす仮定があり、また実際の接触角測定には試料表面の不均一性や測定条件などによるばらつきも生じます。こうした誤差要因を加味した上で固体の表面自由エネルギー計算結果を取り扱う必要があります。

表面自由エネルギーの解析値は、採用する理論モデルや使用するプローブ液、測定条件によって異なる場合があります。そのため、絶対値だけで判断するのではなく、同じモデルと測定条件を用いて試料間や処理前後を比較することが重要です。

ただし、測定目的に応じて使用する理論モデルを選び、比較する場合は同一のモデル、プローブ液、測定条件をそろえることが重要です。