ISO 19403-52024 色漆和清漆.润湿性.第5部分从接触角测定液体表面张力的极性和分散性部分.对仅对其表面能有分散作用的固体的测量标准立项发展报告

色漆和清漆润湿性第5部分：从接触角测定液体表面张力的极性和分散性部分对仅对其表面能有分散作用的固体的测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PaintsandVarnishes—Wettability—Part5:DeterminationofthePolarandDispersiveFractionsoftheSurfaceTensionofLiquidsfromContactAnglesMeasurementsonaSolidwithOnlyaDisperseContributiontoItsSurfaceEnergy摘要润湿性是表征涂料与基材界面相互作用的核心物理化学性质，直接影响涂层的附着力、流平性和防腐性能。随着高性能涂料、功能涂层及纳米表面处理技术的快速发展，对液体表面张力中极性分量与色散分量的精确测定提出了更高要求。ISO19403-5:2024《色漆和清漆润湿性第5部分：从接触角测定液体表面张力的极性和分散性部分对仅对其表面能有分散作用的固体的测量》由国际标准化组织（ISO）于2024年10月18日正式发布，是ISO19403系列标准的重要组成部分。该标准基于Owens-Wendt-Rabel-Kaelble（OWRK）理论模型，针对仅具有分散表面能的固体参考材料（如聚四氟乙烯），建立了从接触角测量值计算液体表面张力极性分量与色散分量的标准化程序。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、关键创新点及应用价值，分析了其在涂料配方设计、表面预处理工艺优化、质量控制及科研教学等领域的重要意义，并对标准的持续完善与推广应用提出展望。关键词：润湿性；表面张力；接触角；极性分量；色散分量；涂料标准；ISO19403Keywords:Wettability;SurfaceTension;ContactAngle;PolarFraction;DispersiveFraction;PaintsandVarnishesStandard;ISO19403一、引言1.1研究背景涂料工业作为国民经济的配套性支柱产业，其产品广泛应用于建筑、汽车、船舶、航空、电子电气等众多领域。涂料的施工性能与最终涂层质量在很大程度上取决于液态涂料与固体基材之间的润湿行为。润湿性不良将导致涂膜出现缩孔、橘皮、附着力下降等严重缺陷，从而影响产品的防护装饰性能和使用寿命。表面张力是表征液体润湿能力的核心参数，而固体表面能则决定了基材对液体的接受程度。然而，单一的总表面张力值往往不足以全面描述液-固界面的相互作用机制——实际应用中，液体的表面张力由极性分量与色散（非极性）分量共同构成，二者比例的不同直接影响涂料在特定基材上的润湿与铺展行为。精确测定液体表面张力的极性-色散组成，对于涂料配方设计、助剂筛选、基材表面处理工艺优化及涂层失效分析均具有重要的工程指导意义。1.2标准立项必要性尽管接触角测量技术已经相当成熟，但由于采用的固体参考材料不同、计算方法差异、实验条件不一致等因素，不同实验室之间所测得的液体表面张力分量数据往往缺乏可比性。为解决这一技术瓶颈，ISO/TC35（色漆和清漆技术委员会）在制定ISO19403系列标准过程中，专门设立了第5部分，旨在通过对仅具有分散表面能的固体（如聚四氟乙烯）上的接触角测量，统一液体表面张力极性分量和色散分量的测定程序，从而确保测试结果的可重复性和可再现性。1.3标准的法律与技术地位本标准的制定依据国际标准化组织（ISO）的工作导则，经成员国投票通过后正式发布。作为ISO19403系列的技术组成部分，该标准为涂料行业提供了一套科学的液体表面张力表征工具，为产品质量控制、技术交流和贸易往来奠定了统一的技术基础。二、标准概述2.1标准基本信息-标准编号：ISO19403-5:2024-标准全称：Paintsandvarnishes—Wettability—Part5:Determinationofthepolaranddispersivefractionsofthesurfacetensionofliquidsfromcontactanglesmeasurementsonasolidwithonlyadispersecontributiontoitssurfaceenergy-中文名称：色漆和清漆润湿性第5部分：从接触角测定液体表面张力的极性和分散性部分对仅对其表面能有分散作用的固体的测量-发布机构：国际标准化组织（ISO）-标准状态：现行-ICS分类号：87.040（涂料和清漆）-发布日期：2024年10月18日-发布年份：2024年-国别：国际组织-语言：英语2.2标准定位与适用范围ISO19403-5:2024是ISO19403《色漆和清漆润湿性》系列标准的组成部分。该系列标准从不同角度规定了涂料及相关材料润湿性能的测试方法。第5部分专门探讨如何利用仅具有分散表面能的固体（典型代表为聚四氟乙烯，PTFE）上的接触角测量数据，来解析液体表面张力的极性和分散性组成。该方法适用于评估涂料用液体原料、溶剂混合物、助剂溶液以及液态涂料产品的表面张力特性，也可用于质量控制、科研开发及涂料配方设计优化等目的。2.3标准版本沿革ISO19403-5:2024取代了ISO19403-5:2017。相较于前一版本，新版本在以下方面进行了技术修订：进一步明确了测试固体材料的选择标准和验证方法；增加了对温度控制精度的要求；完善了接触角测量的数据处理与结果报告格式；更新了相关术语定义和公式符号标注，使其更加符合现行国际通用惯例。三、标准技术内容详解3.1方法原理本标准的技术原理基于表面物理化学中的Owens-Wendt-Rabel-Kaelble（OWRK）理论。该理论将液体表面张力（γ_L）分解为色散分量（γ_L^d）和极性分量（γ_L^p），即：γ_L=γ_L^d+γ_L^p类似地，固体表面能（γ_S）也可分解为色散分量（γ_S^d）和极性分量（γ_S^p）。当液体滴加在固体表面时，接触角（θ）与各表面张力分量之间的关系可由扩展的Young-Dupré方程描述：γ_L(1+cosθ)=2√(γ_S^d·γ_L^d)+2√(γ_S^p·γ_L^p)对于仅具有分散表面能的固体（即γ_S^p=0，如PTFE），上述方程简化为：γ_L(1+cosθ)=2√(γ_S^d·γ_L^d)由此，当以已知γ_S^d的标准固体（如PTFE，γ_S^d≈18mN/m）作为测试基底时，通过精确测量接触角，即可从上述简化关系式中计算出待测液体的γ_L^d，进而结合已知的总表面张力γ_L得到极性分量γ_L^p=γ_L-γ_L^d。3.2测试材料与设备要求（一）固体参考材料：标准规定所选用的固体必须仅具有分散表面能贡献，即其极性分量为零，且表面能值已知并经过验证。推荐采用高纯度聚四氟乙烯（PTFE）作为标准的参考固体。PTFE表面能约为18-20mN/m，且极性分量为零，符合方法要求。固体表面应平整、光滑、洁净，无污染和划痕。（二）接触角测量仪：标准对接触角测量设备提出了明确的技术指标要求，包括：液滴体积控制精度（通常为1-5μL）、图像采集分辨率、测量角度精度（±0.1°）以及温度控制能力（±0.5°C）。仪器需配备适当的照明系统和图像分析软件，以确保液滴轮廓的清晰捕捉和接触角的准确计算。（三）测试液体：用于校验和参考的液体须为已知表面张力及其分量的高纯度试剂。标准中建议使用水、二碘甲烷、乙二醇和甲酰胺等标准参考液体，其表面张力参数在标准中有明确规定。3.3测试程序标准详细规定了以下测试流程：1.试样准备：将固体参考材料置于标准环境（温度23°C±2°C，相对湿度50%±5%）中调节至少24小时。测试液体应在相同温度条件下恒温。2.接触角测量：使用微量注射器在固体表面滴加规定体积的测试液体（一般3-5μL），静置规定时间（通常为5-10秒）待液滴达到平衡状态后进行测量。每个试样至少测试5个不同位置的液滴，取平均值作为该液体的接触角值。3.数据处理：根据Young-Dupré简化方程，将测得的接触角值（cosθ）、已知的固体色散表面能（γ_S^d）和液体总表面张力（γ_L）代入公式，计算出液体的色散分量（γ_L^d），再由差减法求得极性分量（γ_L^p）。4.结果报告：标准规定了结果报告应包含的关键信息，包括测试液体名称和纯度、固体参考材料类型和来源、测试温度和相对湿度、接触角测量值、γ_L^d和γ_L^p的计算结果、测量次数和统计偏差等。3.4精密度与偏差标准附录中给出了实验室间比对试验的精密度数据，包括重复性（r）和再现性（R）的估计值。研究表明，对于大多数常见涂料溶剂和助剂体系，该方法的重复性标准差约为±1mN/m以内，再现性标准差在±2mN/m范围内。精密度数据的提供为实验室质量控制和方法验证提供了重要依据。四、标准的意义与应用价值4.1推动涂料配方设计的科学化涂料配方中溶剂、助剂和树脂的选择直接影响液态涂料的表面张力特性及其在基材上的润湿行为。通过ISO19403-5:2024提供的方法，配方工程师可以定量获得各原料的表面张力极性-色散组成数据，从而更有针对性地调整配方组成，优化润湿性和流平性，减少表面缺陷。例如，在低表面能基材（如聚丙烯、聚乙烯等塑料）上施工时，需特别关注涂料中极性组分与基材色散组分之间的匹配程度。4.2助力表面预处理工艺优化对于表面能较低的基材（如塑料、金属表面的油污污染层等），通常需要进行火焰处理、电晕处理、等离子体处理或化学蚀刻等预处理以改善润湿性。通过标准化的液体表面张力分量测定方法，可系统评估不同预处理工艺对基材表面能的改善效果，为工艺参数优化提供定量评判依据。同时，该方法也可用于验证预处理效果的一致性和工艺稳定性。4.3强化质量控制与标准对接ISO19403-5:2024作为国际通用的测试方法标准，为涂料生产企业的来料检验、过程控制和成品检验提供了统一的技术依据。客户与供应商之间可就液体原料的表面张力特性达成一致的验收标准，减少因测量方法不一致导致的贸易纠纷。在跨国贸易和技术交流中，符合ISO标准的测试数据具有更高的公信力和可比性。4.4支持新型涂料研发与失效分析在防水涂层、自清洁涂层、防污涂层、印刷油墨及胶粘剂等新型功能材料的研发过程中，界面润湿行为往往是决定产品性能的关键因素。本标准的测试方法可用于评估新配方体系的润湿特性，筛选合适的润湿剂和分散剂，预测涂层在特定基材上的附着性能。在涂层失效分析中，表面张力分量数据有助于判断因润湿不良导致的附着力失效模式。五、主要起草单位介绍ISO19403-5:2024由国际标准化组织ISO/TC35（色漆和清漆技术委员会）下设的WG9工作组（润湿性工作组）负责制定。该工作组汇聚了来自全球涂料行业领先企业、科研院所和标准化机构的资深专家。德国弗劳恩霍夫制造与先进材料研究所（FraunhoferIFAM）是本标准制定工作的关键技术支撑单位之一。FraunhoferIFAM位于德国不来梅，是欧洲领先的应用材料研究机构，在涂料与表面技术领域拥有数十年的研究积累。该研究所的表面与界面实验室配备了先进的接触角测量设备和表面分析仪器，长期从事润湿性、粘接与表面处理技术的研究与开发工作。多位来自FraunhoferIFAM的科学家参与了ISO19403系列的起草与验证工作，为标准的实验设计、精密度比对和技术文本编写做出了重要贡献。此外，该标准的技术内容还得到了德国标准化协会（DIN）、欧洲涂料工业联合会（CEPE）等组织的权威专家的积极参与和支持。中国作为ISO常任理事国，中国石油和化学工业联合会及全国涂料和颜料标准化技术委员会也组织了国内相关单位参与该标准的制定与意见反馈工作，推动了中国涂料行业与国际标准的接轨。六、标准实施的展望与挑战6.1技术发展趋势随着涂料行业向绿色化、功能化、智能化方向快速发展，表面张力精确表征技术的需求将持续增长。未来，便携式接触角测量设备和自动化图像分析系统的普及将进一步降低该标准的实施门槛，使在线质量检测成为可能。此外，分子动力学模拟等计算方法的进步有望为表面张力分量的理论预测提供新的途径，与实验测量形成互补。6.2推广建议建议各级涂料标准化技术机构和企业技术中心积极开展ISO19403-5:2024的宣贯培训工作，推动标准在中国的转化应用，适时将其转化为国家标准或行业标准。同时，鼓励科研机构和企业实验室参加国际实验室间比对活动，验证和提升自身的测试能力和数据可靠性。七、结论ISO19403-5:2024《色漆和清漆润湿性第5部分：从接触角测定液体表面张力的极性和分散性部分对仅对其表面能有分散作用的固体的测量》是国际涂料标准化体系中的一项重要技术标准。该标准基于成熟可靠的物理化学理论，建立了从单一惰性固体表面接触角测量数据中提取液体表面张力极性分量与色散分量的标准化程序。通过统一测试条件、规范数据处理和明确结果报告要求，该标准有效解决了不同实验室间测量结果可比性不足的问题，为涂料配方设计、表面处理工艺优化、产品质量控制及新型涂层材料研发提供了科学可靠的技术工具。该标准的发布与实施标志着涂料润湿性测试技术向标准化、精细化和国际化的方向迈出了坚实一步。面对全球涂料工业技术升级和绿色可持续发展的时代需求，标准中确立的测试方法和数据平台将持续服务于行业的技术创新和质量提升，具有广阔的应用前景和深远的行业影响力。建议各方积极参与标准的应用推广与后续修订工作，共同推动标准化事业迈向更高水平。参考文献[1]ISO19403-5:2024,Paintsandvarnishes—Wettability—Part5:Determinationofthepolaranddispersivefractionsofthesurfacetensionofliquidsfromcontactanglesmeasurementsonasolidwithonlyadispersecontributiontoitssurfaceenergy.Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2024.[2]OwensDK,WendtRC.Estimationofthesurfacefreeenergyofpolymers[