接触角ってなんだろう？｜身近にある 「ぬれ」のはなし（教えてニッ君1）

ガラスの場合を例にします。無垢のガラスは親水性の高い素材です。ここに水滴を置くと、薄くぬれ広がります。清浄度にもよりますが、清浄なガラス表面では水がよくぬれ広がり、接触角は小さくなります。一方、皮脂や有機物などが付着すると、水がぬれにくくなって接触角が大きくなることがあります。

同一材質・同一測定条件で良品や洗浄前後を比較すれば、接触角の変化を清浄度評価の指標として利用できます。

傘やレインコートのようにぬれて欲しくない物は、撥水性が高いかで評価します。接触角が高いほど、その素材に対して水がぬれにくく、撥水傾向にあると評価できます。
自動車のボディーコーティングは撥水するタイプが多いですが、目的によっては、親水するタイプも使われています。

なお、実際の水滴の滑りやすさまで評価する場合は、静的接触角だけでなく、接触角ヒステリシスや滑落挙動も確認します。

インクと紙の相性評価とも言えます。紙といっても、世の中には表面の状態はさまざまです。最近では使われなくなってきた年賀状でも、普通紙、インクジェット紙、インクジェット写真用のように用途によって異なります。

たとえば普通紙にインクジェットプリンターで印刷すると、色にじみや発色の悪さに気づくことになります。普通紙では、インクが表面で広がるだけでなく、紙内部へ浸透しやすいため、にじみや発色に影響することがあるからです。ここではインクジェットプリンターとインクを使う前提になりますので、紙の側で調整することになります。インクが染みこみすぎないように、逆に弾かないように、適度なバランスを保った用紙が必要となります。このため、インクと紙の接触角を測って評価します。なお、接触角はインクが紙表面でどのようにぬれるかを評価する指標の一つです。

コンタクトレンズの表面では、涙液が均一に広がるぬれ性が重要です。ぬれ性が低いと涙液層が不安定になり、乾燥感や摩擦が増えることがあります。また、レンズ下の涙液の状態は、ぬれ性だけでなく、レンズの種類や形状、フィッティング、動きなどにも影響されます。
こうしたコンタクトレンズ表面のぬれ性を評価する指標の一つとして、接触角が用いられています。同じ測定法・条件で比較する場合、一般に接触角が小さいほど水にぬれやすい表面と評価されます。

尿道カテーテルや血管内カテーテルなどがあります。いずれも人の体内に挿入されるため、表面の滑りやすさやぬれ性が重要になります。カテーテルには親水性表面処理が用いられるものがあり、その表面のぬれ性を確認する指標の一つとして接触角を利用できます。

曇る原因は、微小な水滴が表面に付着して光が乱反射することです。つまり、微小な水滴が表面に多数形成され、その曲面で光が散乱することで曇って見えます。そこで、表面を親水化して、薄い水膜として広がりやすくすることで、光の散乱を抑える方法があります。

お風呂場の鏡が曇っても、お湯を掛けると見えるようになるのと同様の効果です。ただこの場合はすぐにまた曇るのですが、シャンプーの泡など界面活性剤を含んだ水分で表面に流すと、水の表面張力が低くなり鏡にぬれ広がりやすくなるため、一時的に水が広がりやすくなることがあります。

このように、防曇（ぼうどん）効果を確かめるために、接触角で評価します。

固体（ガラスやプラスチックなど）の表面に液体を置いた際、その“液滴の端点における接線と固体表面がなす角度”のことです。

角度が低い（小さい）： 液体が広がりやすく、「ぬれやすい」状態。
角度が高い（大きい）： 液体が玉になり、「ぬれにくい（弾く）」状態。
なお、測定方法や装置の選び方は接触角とは｜測定方法・装置の選び方で詳しく解説しています。

液体が固体表面でどのようにぬれるかを、角度として数値化できるため、製品の性能・機能や、洗浄前後の表面状態を比較する指標となります。

洗浄性の確認、傘・レインコートの撥水性、印刷時のインクと紙の相性、コンタクトレンズ表面のぬれ性、カテーテルのぬれ性、メガネの防曇など、身近な製品から半導体ウェハーの洗浄評価まで幅広く活用されています。とくに製造現場での歩留まり改善では、工程ごとに測定して、原因候補を絞り込むのに役立ちます。

接触角は「測るだけ」というシンプルな手法ですが、「何の液体と固体を、何の目的で、どの条件で測るか」を管理することで、ものづくりの現場で奥深い指標として活用できます。