Owens, Wendt, Rabel and Kaelble (OWRK)法

The Owens, Wendt, Rabel and Kaelble法是一种通过若干种液体与固体的接触角来计算固体表面自由能的方法。使用这种方法测定时,表面自由能分为极性部分色散部分

背景

根据杨氏方程,接触角θ,液体的表面张力σl,固液之间的界面张力σsl和固体表面自由能σs 之间存在关系:

为了能够通过接触角计算表面自由能,第二个未知量σsl必须确定。

根据Fowkes法,界面张力σsl通过两相的表面张力σs和σl以及两相之间相似的作用来计算。这些作用可以被称为表面张力或表面自由能的色散部分 σD极性部分 σP的几何平均:

检测固体的表面自由能至少需要两种已知表面张力极性部分和色散部分的液体,其中至少一种液体极性部分大于0。

在双组分系统,界面张力取决于极性和色散部分是否能与临相的相应部分形成作用。例如,当固体是极性的,那么与水这类极性液体的界面张力也会更小。另一方面,如果固体的极性部分比较小,(σP l ⋅ σP s1/2是一个较小值,极性作用只对降低界面张力做出较小的作用,相应的也会有较差的润湿和大的接触角。
下图表现出把不同的作用力拟化成“手”,只有性质一致的手才能拉起。

原理图表现出2相接触型。

意义

OWRK法用于研究极性和色散作用对浸湿性和附着性的影响,特别是评价两种不同极性表面的接触和改变极性后的效果,例如在喷涂和等离子处理过程中,可以利用OWRK法对喷涂,印刷,焊接和亲水疏水涂层过程进行评估和优化。

参考文献

D. H. Kaelble, Dispersion-Polar Surface Tension Properties of Organic Solids. In: J. Adhesion 2 (1970), P. 66-81.
D. Owens; R. Wendt, Estimation of the Surface Free Energy of Polymers. In: J. Appl. Polym. Sci 13 (1969), P. 1741-1747.
W. Rabel, Einige Aspekte der Benetzungstheorie und ihre Anwendung auf die Untersuchung und Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Polymeren. In: Farbe und Lack 77,10 (1971), P. 997-1005.