ISO 19403-62024 油漆和清漆润湿性第6部分通过改变液滴体积测量动态前进和后退角标准立项发展报告

标题：油漆和清漆润湿性第6部分：通过改变液滴体积测量动态前进和后退角标准立项发展报告EnglishTitle:StandardizationDevelopmentReport:Paintsandvarnishes—Wettability—Part6:Measurementofdynamicadvancingandrecedinganglebychangingthevolumeofadrop摘要关键词油漆和清漆；润湿性；动态接触角；前进角；后退角；液滴体积法；界面性能；国际标准Keywords:Paintsandvarnishes;Wettability;Dynamiccontactangle;Advancingangle;Recedingangle;Dropvolumemethod;Interfacialproperties;InternationalStandard正文1.引言与背景在涂料科学与工业实践中，润湿性（Wettability）是评价涂层与固体基材（如金属、塑料、木材）之间界面相互作用的核心参数。它直接决定了涂层能否均匀铺展、良好附着，并最终影响涂层的防护、装饰及特殊功能。接触角（ContactAngle）作为表征润湿性的最直接方法，长期以来被广泛用于评估固体表面的亲疏水性。然而，传统的静态接触角测量仅能反映固-液-气三相界面在热力学平衡状态下的瞬间行为，无法捕捉液体在真实应用场景（如喷涂、刷涂、液滴撞击或倾斜固化）中的动态铺展与收缩过程。动态接触角，特别是前进角（AdvancingAngle,θa）和后退角（RecedingAngle,θr），能够更真实地描述液体在固体表面移动时的能量耗散和表面粗糙度、化学异质性带来的滞后效应（ContactAngleHysteresis,CAH=θa-θr）。这是一种重要的表面特征，与涂层的附着力、耐刮擦性、防污性以及自清洁功能密切相关。在此背景下，国际标准化组织（ISO）技术委员会ISO/TC35（油漆和清漆）在多年研究与实践积累的基础上，于2024年10月18日发布了ISO19403-6:2024标准。该标准是ISO19403系列标准的一部分，该系列旨在系统化地规定油漆和清漆润湿性的测量方法。此前，该系列已涵盖了静态接触角（Part2）、表面自由能（Part3&4）等内容的测定。ISO19403-6:2024的发布，标志着国际涂料界对动态润湿行为的标准化测量迈出了关键一步，为更精准、可靠的界面性能评价提供了国际公认的基准。2.标准技术内容详解ISO19403-6:2024标准全称为《油漆和清漆润湿性第6部分：通过改变液滴体积测量动态前进和后退角》，其核心在于采用“增减滴法”（Add/Removevolumemethod）来模拟动态润湿过程。2.1技术原理标准规定的测量方法基于一个简单而巧妙的原理：将一滴测试液体（通常是水、乙二醇或其它标准液体）精确地滴加在固体涂料表面。通过一个精密注射泵，以恒定的、缓慢的速度向液滴中注入（增加体积）或从液滴中抽取（减小体积）液体。在注入过程中，三相接触线（固-液-气交界处）开始向外缓慢移动，此时测量得到的稳定接触角即为前进角（θa）。反之，在抽取过程中，三相接触线向内收缩，此时测量得到的稳定接触角即为后退角（θr）。通过改变液滴体积，而非移动基材或液滴，该方法有效避免了因基材移动带来的震动或速度不均匀对测量的干扰，保证了实验结果的重复性和准确性。2.2主要技术要求为保证测量结果的国际可比性和可靠性，标准对以下关键环节做出了明确规定：*测试仪器：要求使用配备精密注射泵（体积分辨率高，注射速率可控）和高分辨率摄像系统的接触角测量仪。摄像系统需能够在几秒到几十秒的时间尺度内连续捕获液滴轮廓图像。*测试液体：推荐使用蒸馏水、乙二醇、二碘甲烷等表面张力已知且稳定的液体。液体的纯度、温度需严格控制。*测量程序：规定注射/抽取速率必须足够慢（例如，液滴体积变化率通常在1μL/s至5μL/s之间），以确保三相接触线处于准静态移动状态，避免惯性效应。标准详细描述了液滴体积变化范围、数据采集频率以及如何从系列图像中有效提取接触角值。*数据处理：标准提供了从连续捕获的图像中计算接触角的方法，通常采用圆拟合、椭圆拟合或Young-Laplace方程拟合等算法。最终结果应报告至少5次独立测量的平均值及标准偏差，并记录测试条件，如温度、湿度、液滴注射速率等。2.3与静态接触角测量的区别与联系与ISO19403-2（静态接触角）所示范的静态座滴法不同，本标准的动态测量揭示了表面的异质性（如化学基团分布不均、物理粗糙度等）。静态测量只给出一个平衡值，而动态测量通过θa和θr的差值（即滞后值CAH），提供了关于表面微观结构、表面重构、化学梯度等更丰富的信息。对于涂料而言，一个极低的CAH值通常意味着涂层表面均匀、光滑，有利于构建像“荷叶效应”这样的超疏水自清洁表面；而一个较高的CAH值则可能表明表面存在钉扎效应，对涂层的流平性和附着力有重要影响。3.标准立项与修订的参与单位介绍每一项国际标准的诞生都凝聚了全球范围内顶尖科研机构、权威检测机构和行业领先企业的智慧与汗水。ISO19403-6:2024的制定工作主要由国际标准化组织（ISO）下属的ISO/TC35“油漆和清漆”技术委员会组织开展。ISO/TC35技术委员会详细介绍：ISO/TC35是负责油漆、清漆及相关产品标准化的全球最高水平技术委员会。其工作范围涵盖了从原材料（如颜料、填料、溶剂、树脂）到最终涂料产品（如建筑涂料、汽车涂料、木器涂料、防护涂料）的全产业链，以及测试方法、取样规范、术语定义等各个层面。该委员会的秘书处由荷兰标准化研究所（NEN）承担，这反映了荷兰在涂料化学与物理检测领域的深厚底蕴。委员会成员包括全球主要涂料生产国（如美国、德国、英国、法国、中国、日本等）的国家标准化机构及行业代表。在ISO19403-6:2024的起草过程中，来自多个国家的专家学者组成了工作组（WG），对动态接触角测量的技术细节进行了长达数年的深入探讨。其中，德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会（Fraunhofer-Gesellschaft）旗下的弗劳恩霍夫制造与先进材料研究所（IFAM）及其表面技术和涂料系统部门扮演了关键的“技术策源地”角色。FraunhoferIFAM在表面科学、粘接技术、功能涂层领域的数十年研究积累，为理解动态润湿性与实际涂层性能（如附着力、耐候性）之间的关联提供了坚实的理论基础。该研究所的科学家们不仅提供了标准测定的学术依据，还设计并验证了实验方案的可靠性，确保了方法在不同实验室间的可复现性。同时，荷兰飞利浦公司（Philips）与德国毕克化学（BYK-Chemie）等知名涂料及助剂生产企业也积极参与了测试验证，确保了标准能够真实反映产业界的实际需求和操作可行性。这种结合了顶尖科研机构（提出新方法）、权威检测机构（验证方法可靠性）以及行业领先企业（提出端到端应用问题）的协同合作模式，是ISO标准能够保持其高度技术权威性和广泛适用性的根本保证。4.标准的应用价值与发展前景ISO19403-6:2024的发布具有重要的现实意义和广阔的应用前景。4.1在涂料研发中的应用对于涂料研发工程师而言，该标准提供了一把精确测量涂层表面动态界面行为的“尺子”。通过测量前进角和后退角，研究者可以：*优化涂层配方：分析不同树脂、固化剂、助剂（如流平剂、消泡剂、防污剂）对涂层表面润湿行为的影响，从而精准调整配方，实现目标性能。例如，为需要良好流平性的涂料开发低动态接触角滞后的表面。*开发功能性涂层：在设计与制造超疏水、超亲水、自修复、防冰、防结露等特种功能涂层时，动态接触角的滞后性是关键评价指标。它可以量化涂层所模拟的荷叶、壁虎脚掌等自然结构的润湿特性，指导仿生涂层的性能优化。*评估涂层耐久性：通过监测涂层在老化（如紫外照射、盐雾、热循环）过程中前进角和后退角的变化，可以量化涂层表面性能的衰减情况，从而预测涂层的使用寿命。4.2在质量控制与标准合规中的应用在涂料生产企业的质量部门，该标准可用于：*入厂检验：评估原材料（如颜料、填料）的表面润湿性，确保不同批次之间的稳定性。*出厂检验：对成品涂料的润湿性进行标准化测试，作为产品合格证的一部分，提升产品信誉。*出口贸易：遵循ISO国际标准进行检测，是消除贸易技术壁垒、进入全球市场的重要前提。4.3未来发展方向随着传感器技术和人工智能的发展，动态接触角测量的自动化和数据分析水平将进一步提高。未来的标准版本或相关应用指南可能会探索：*更高时间分辨率的动态过程：结合高速摄像，研究液滴在非准静态（如高速喷涂）下的瞬时润湿行为。*集成化分析：将动态接触角测量与表面形貌（如AFM）、化学组成（如XPS）测量相结合，建立更为全面的表面性能模型。*非标准液体的应用：探讨如何使用实际涂料配方（而非纯溶剂）进行动态接触角测试，提供更贴近实际应用场景的界面性能评估。5.结论综上所述，ISO19403-6:2024《油漆和清漆润湿性第6部分：通过改变液滴体积测量动态前进和后退角》国际标准的发布，是涂料界面表征领域的一项里程碑式进展。该标准超越传统的静态接触角测量，通过规范化的增减滴法，首次为全球涂料行业提供了测量动态前进