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

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StandardizationDevelopmentReport:Paintsandvarnishes—Wettability—Part6:Measurementofdynamicadvancingandrecedinganglebychangingthevolumeofadrop摘要随着现代涂料工业的迅速发展，表面润湿性的精确表征已成为评估涂料配方设计、基材预处理工艺及涂层服役性能的关键技术环节。动态接触角作为表征固体表面润湿动态行为的重要参数，其标准化测量方法长期面临测试口径不一、数据可比性差的行业痛点。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年10月18日正式发布了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》。该标准作为ISO19403系列标准的重要组成部分，系统规定了采用液滴体积变化法测量动态前进角和后退角的测试原理、仪器要求、试验步骤及数据处理方法，填补了涂料行业动态润湿性测量领域国际标准的空白。本报告全面梳理了该标准的立项背景、技术内容、编制历程及推广应用前景，并详细介绍了主要起草单位德国BYK-GardnerGmbH在标准研制中的技术贡献。该标准的发布对于统一全球涂料行业动态润湿性测试方法、提高涂层材料质量评价的科学性和可靠性具有重要意义。关键词：油漆与清漆；润湿性；动态接触角；前进角；后退角；液滴体积法；国际标准Keywords:paintsandvarnishes;wettability;dynamiccontactangle;advancingangle;recedingangle;dropvolumemethod;internationalstandard1引言润湿性是材料表面最基本也是最重要的物理化学性质之一，它直接决定了液体在固体表面的铺展行为、黏附性能以及最终的功能表现。在涂料工业中，润湿性不仅影响涂料在基材上的流平性和附着力，还关系到涂层在外界环境作用下的耐久性和防护性能。因此，对涂料及其原材料表面润湿性能的准确表征，是涂料配方研发、生产工艺控制及产品质量检验中不可或缺的基础性工作。接触角测量是表征表面润湿性最常用的技术手段。静态接触角反映了液滴在固体表面处于热力学平衡状态时的润湿特性，而实际应用中，涂料在基材上的涂布过程、液滴在倾斜表面上的运动以及涂层在使用中的润湿行为往往涉及动态过程，此时静态接触角已不足以全面描述界面的润湿行为。动态接触角，特别是前进角与后退角，能够更真实地反映液固界面在动态条件下的相互作用特征，对评价涂料的流平性、附着力、疏水自清洁性能以及耐污性能等具有重要参考价值。然而，长期以来，动态接触角的测量方法缺乏统一的国际标准，不同实验室之间采用的测试原理、液滴体积变化速率、数据釆集与处理方法各异，导致测试结果的可比性和重复性差，严重制约了相关技术数据的交流与共享。为此，国际标准化组织ISO/TC35色漆和清漆技术委员会启动了动态润湿性测量方法的标准化制定工作，最终形成了ISO19403-6:2024这一国际标准。2标准立项背景2.1行业发展的标准化需求涂料工业是全球制造业的重要组成部分，其产品广泛应用于建筑、汽车、船舶、航空航天、电子电器等众多领域。近年来，随着环保法规日趋严格和下游用户对涂层性能要求的不断提升，涂料产品正朝着高固含、无溶剂、水性化等功能化方向发展，涂料的配方体系日益复杂，对基材表面的润湿性能提出了更高的要求。在此背景下，精确测量和评价涂料体系的动态润湿行为，成为配方设计师和工艺工程师面临的重要技术课题。在涂料研发和质量控制实践中，动态接触角数据的应用场景十分广泛。例如，在评估水性涂料在低表面能基材（如聚丙烯、聚乙烯等塑料件）上的润湿铺展性能时，前进角和后退角的差异（即接触角滞后）是判断润湿效果的重要指标；在评估疏水自清洁涂层时，后退角的大小直接关系到水滴在涂层表面的滚动性能；在涂料施工工艺优化中，动态接触角数据可用于预测涂料在高速涂布条件下的流平行为。然而，由于缺乏统一规范的测试标准，不同企业、不同实验室间获得的动态接触角数据往往存在显著差异，难以进行有效比对和共享。2.2国际标准化工作的发展脉络ISO/TC35色漆和清漆技术委员会长期以来致力于涂料领域国际标准的制修订工作。在润湿性测试领域，ISO先后发布了多项与接触角测量相关的标准，逐步构建起较为完整的标准体系。2017年，ISO发布了ISO19403-1至ISO19403-5系列标准，系统规定了油漆和清漆润湿性测试的术语定义、表面自由能测量方法及静态接触角测量等内容。其中，ISO19403-1规定了术语和通用原则，ISO19403-2规定了通过测量接触角确定固体表面自由能的方法，ISO19403-3规定了悬滴法测定液体表面张力的方法，ISO19403-4规定了通过测量接触角测定极性液体和非极性液体的表面自由能，ISO19403-5规定了通过测量空间液滴在倾斜表面的位移测定润湿性的方法。尽管ISO19403系列标准覆盖了润湿性测试的多个方面，但在动态接触角测量领域仍存在空白。ISO19403-5虽然涉及倾斜表面上的液滴行为，但其主要聚焦于液滴在重力作用下的滚动和滑动特性，并未系统规定通过改变液滴体积来测量前进角和后退角的具体方法。这一方法空白导致了实践中动态接触角测量的不统一性，推动了ISO/TC35启动新标准项目的立项。2.3标准立项的推动力量2019年，在ISO/TC35年会上，德国标准化协会（DIN）代表团正式提出制定动态接触角测量方法国际标准的建议，并推荐由德国BYK-GardnerGmbH公司牵头组建工作组开展预研工作。该提案得到了ISO/TC35各成员国的积极响应，经投票表决后正式立项，项目编号为ISO/NP19403-6。工作组汇集了来自涂料生产企业、原材料供应商、检测仪器制造商、科研院所及质检机构的技术专家，共同开展了方法验证、实验室间比对试验和标准文本起草等工作。经过近五年的反复讨论和实验验证，标准最终于2024年正式发布。3标准技术内容解析3.1范围与适用领域ISO19403-6:2024明确规定了一种通过改变液滴体积来测量固体表面动态前进角和后退角的方法。该标准适用于油漆、清漆及相关液态涂料产品与固态基材表面之间动态润湿行为的评价，也适用于经不同表面处理工艺（如电晕处理、等离子处理、化学蚀刻等）改性的基材表面润湿性能的对比分析。从适用的基材类型来看，该标准涵盖了金属、玻璃、陶瓷、塑料、木材、复合材料等常见工业基材。在实际应用中，该标准可用于以下目的：-评价涂料在低表面能基材上的润湿铺展性能；-比较不同基材表面处理工艺的效果；-检测涂料配方中表面活性剂、流平剂等助剂对润湿性能的影响；-评估涂层在老化过程中的表面性能退化程度；-验证疏水/超疏水涂层的动态拒水性能。需要指出的是，该标准主要针对光滑或相对平整的表面，对于粗糙度极高的表面（如多孔材料、织构化表面等），其适用性需要结合具体情况进行评估。3.2规范性引用文件及术语定义ISO19403-6:2024规范性引用了以下关键文件：-ISO19403-1:2024，规定了润湿性测试领域的术语和定义；-ISO19403-2:2024，规定了通过测量接触角确定固体表面自由能的方法；-ISO3270，规定了色漆和清漆及其原材料的状态调节和试验温湿度条件。在术语定义方面，该标准在ISO19403-1通用定义的基础上，进一步明确了如下核心概念：动态前进角（dynamicadvancingangle）：指在液滴体积连续增大过程中，固-液-气三相接触线发生移动时测得的接触角。在测量过程中，液滴的固着面积保持恒定，而接触角随液滴体积增大而增大，直至达到一个相对稳定的最大值。动态后退角（dynamicrecedingangle）：指在液滴体积连续减小的过程中，固-液-气三相接触线发生移动时测得的接触角。当液滴体积减小时，接触角随体积减小而减小至一个相对稳定的最小值。接触角滞后（contactanglehysteresis）：动态前进角与动态后退角的差值，即Δθ=θ_adv-θ_rec。接触角滞后反映了固体表面的化学异质性、粗糙度及分子重排等特性。3.3测试原理与技术路线ISO19403-6:2024规定的测试方法基于以下基本原理：将一个体积可控的液滴置于水平放置的固体试样表面，通过微量注射系统精确控制液滴的体积变化速率，使液滴连续增大或减小，在此过程中，利用光学成像系统实时记录液滴轮廓，并通过图像分析软件计算出相应的动态接触角。具体测量过程分为两个阶段。前进角测量阶段：微量注射器以恒定速率（推荐体积变化率范围通常为0.1～10μL/s，可根据材料特性选择）向液滴中注入测试液体，使液滴体积持续增大，但保持固-液接触线的直径不变，记录接触角随体积变化的关系曲线，取接触角达到稳定平台期的平均值作为动态前进角。后退角测量阶段：液滴体积增大至预设上限后，微量注射器以相同速率从液滴中抽出液体，使液滴体积持续减小，同样保持三相接触线固定，记录接触角随体积减小的关系曲线，取稳定平台期的平均值作为动态后退角。该方法的物理实质在于：液滴体积增大时，液-固界面逐渐被“润湿”，接触线有向外扩张的趋势，而表面钉扎效应（contactlinepinning）阻碍了接触线的移动，使得接触角逐渐增大至突破阈值后接触线发生跳跃式移动；液滴体积减小时则相反，接触线有向内收缩的趋势，接触角逐渐减小至阈值后发生跳跃。这一过程中测得的极值角即为前进角和后退角。3.4仪器设备要求为获得可靠且可重复的测量结果，该标准对测试仪器提出了明确而详细的技术要求：液滴体积控制系统：要求微量注射泵或同等功能的自动加液/抽液系统具备高精度的体积控制能力，最小体积增量的分辨率应不低于0.1μL，体积控制偏差应不超过设定值的±2%。注射速率应可在较宽范围内连续调节，并需在使用前进行校准。光学成像系统：要求成像系统能够清晰捕捉液滴轮廓，相机分辨率应不低于500万像素，帧速率应满足动态过程的采样需求（通常不低于15帧/秒），且应配备合适的背光源或平行光源以确保液滴边界具有足够的对比度。试样平台：要求试样台面在测试过程中保持水平，水平度偏差不超过±0.5°。对于需要控温测试的场景，平台应具备温度控制功能。测量软件：要求配套的软件系统能够自动识别液滴轮廓、拟合接触角数据，并记录接触角随时间和体积变化的完整过程。软件应具备数据导出功能，便于后续处理分析。3.5试验条件与试样制备该标准对试验条件和试样准备提出了规范要求，主要包括：温湿度条件：推荐试验环境温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%。对于特殊要求的测试，也可参考ISO3270规定的其他条件。测试液体：推荐使用超纯水（电阻率≥18.2MΩ·cm）作为标准测试液体。如需要评价特定液体体系的润湿行为，也可选用其他液体，但需在报告中明确说明液体的表面张力等物理参数。试样制备：试样表面应清洁、干燥，无油污和灰尘等污染物。基材的制备方法和清洁程序应在测试报告中予以说明。对于表面处理工艺评价，应在处理完成后规定的时间窗口内进行测量。液滴体积控制：初始液滴体积通常设定为5～10μL，最大液滴体积不应超过20μL，以避免重力对液滴形状产生显著影响。体积变化速率应恒定，并在报告中明确标注。3.6结果计算与精密度在结果计算方面，该标准要求对同一试样至少进行5次平行测量，取算术平均值作为最终测试结果，并计算标准偏差，以评估测试的重复性。动态前进角和后退角的测试结果均精确至0.1°。接触角滞后的数值即为前进角与后退角之差。关于精密度数据，标准正文以附录形式提供了基于实验室间比对试验（interlaboratorytrial）获得的重复性限（repeatabilitylimit）和再现性限（reproducibilitylimit）。试验涉及的典型材料体系包括：经不同表面处理的高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）板材以及标准玻璃片，使用了水、二碘甲烷和乙二醇三种测试液体。结果表明，对于光滑均质表面，在优化操作条件下，前进角的重复性标准差可控制在1°以内，这对于动态接触角测量而言已属较高的精密度水平。4主要起草单位介绍4.1德国BYK-GardnerGmbH概况ISO19403-6:2024标准的技术牵头单位是总部位于德国格拉斯的BYK-GardnerGmbH。该公司隶属于德国ALTANA集团，是全球涂料、塑料、油墨及相关材料行业质量控制与检测仪器的领导性制造商。BYK-Gardner的产品线涵盖颜色与外观测量、物理性能测试、耐候老化测试以及表面科学仪器等多个方向，其中接触角测量仪系列产品在业内享有很高的声誉。BYK-Gardner在表面科学仪器领域拥有数十年的技术积累，其光学接触角测量仪集成了先进的液滴自动dispensing系统、高清成像模块和功能强大的数据分析软件，能够实现静态接触角、动态接触角、表面自由能及润湿性分析的自动化测量。在该标准的研编过程中，BYK-Gardner不仅提供了多种型号的测量仪器用于实验室间比对试验，还利用其在表面科学领域深厚的技术积累，在仪器校准、测量参数优化、数据处理算法及试验结果验证等方面提供了大量关键技术支持。作为标准项目的召集人和主要起草方，BYK-Gardner组织了多个轮次的专家组工作会议，协调各参与国的意见分歧，推动了标准技术内容从草案到正式发布的全过程。其技术团队在国际标准制定中体现出的专业水准和务实精神，得到了ISO/TC35各成员国专家的广泛认可。5标准应用前景与展望5.1标准实施的行业意义ISO19403-6:2024的发布从根本上改变了涂料行业动态接触角测量无统一国际标准可依的局面，其行业意义主要体现在以下方面：统一测试方法，提高数据可比性：该标准系统规定了从仪器要求、试样制备、测量参数到结果处理的全流程技术要求，使得不同实验室、不同仪器制造商之间获得的动态接触角数据具备了可比性基础，为行业技术交流和数据共享创造了条件。支撑产品质量评价与认证：动态接触角与涂层附着力、耐污性、疏水性能等密切相关，该标准的实施为涂料产品的性能评价提供了明确的技术依据，有助于完善涂料产品的质量认证体系。推动表面处理工艺优化：在汽车、电子等下游产业中，基材表面处理质量直接影响涂层附着力，该标准的应用为表面处理工艺的定量评价提供了科学手段，有助于推动工艺参数的精准优化。5.2标准体系协同与未来修订方向ISO19403-6:2024作为ISO19403系列标准的组成部分，与ISO19403-1至ISO19403-5及后续系列标准共同构成完整的润湿性测试标准体系。在实际应用中，研究人员可将动态接触角测量结果与静态接触角、表面自由能等数据结合分析，获得对材料表面润湿行为的全面理解。展望未来，随着涂料技术的不断进步和新型材料体系的持续涌现，动态润湿性测试技术也将面临新的挑战。例如，在超疏水表面、智能响应型涂层等新型功能材料领域，传统的液滴体积变化法可能需要与高速摄影、微流控等新技术手段相结合，以适应更加复杂和极端的测试需求。此外，随着机器人技术和人工智能在材料表征领域的深入应用，动态接触角测量的全自动化与智能化也将成为重要发展方向。可以预期，ISO19403-6在后续修订中，将逐步纳入更多适应新型材料体系的测试方法和数据处理技术，进一步提升标准的适用性和前瞻性。6结论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》是涂料领域润湿性测量标准化工作的一项重要成果。该标准的发布填补了动态接触角测量国际标准的空白，系统解决了长期以来动态润湿性测量方法不统一、结果不可比的技术难题。标准通过严格规范仪器设备参数、试验条件和测量流程，确保了测量结果的准确性、重复性和再现性，为涂料配方优化、基材表面处理工艺评价和涂层性能检验提供了可靠的技术支撑。从标准制定过程和参与机构来看，该标准充分汇聚了德国BYK-GardnerGmbH等国际领先企业的技术经验和全球各参与国的专家智慧，体现了国际标准化工作在凝聚行业共识、推动技术进步方面的重要作