ISO/TS 14778 紙張和紙板 - 用光學方法測量水接觸角

國際標準化組織（ISO）制定的標準「ISO/TS 14778 紙張和紙板 - 用光學方法測量水接觸角」描述了光學評估水與紙張和紙板表面之間的接觸角的程序。這裡，液滴形成的過程、應用於平面基底或測量與固體接觸的液滴形狀的過程是由自動化設備進行的。

測量限制由所用儀器的功能決定。此標準中定義的儀器功能使用以每秒至少 50 幀的速率運行的數位影像擷取系統，並要求能夠在液滴與基材之間的接觸不超過 20 毫秒至 40 毫秒後執行第一次測量。此測試方法可應用於大多數類型的紙張或紙板，但不適用於結構化材料。

就本標準而言，適用以下術語和定義：

• 基線，即水滴與紙或紙板表面之間的接觸線，透過光學裝置確定，並作為測量接觸角的平面。接觸角的精確測量需要精確評估基線。為了使光學系統獲得基線的最佳估計，可能需要傾斜相機，以便從上方以較小的角度（通常相對於水平面為 0-0 度）而不是直接從側面觀察液滴（ 3 度）。經驗表明，視角的這種微小變化不會影響測量的接觸角值，但可以改善基線的感知。
• 接觸角是指在指定接觸時間從三相點之一到通過液滴輪廓上的切線建立的基線的角度。接觸角以度數表示。
• 接觸時間，即水滴與測試件表面接觸的持續時間，從計時機構觸發的那一刻到測量的那一刻自動測量。
• 液滴高度是從與測試件表面接觸的液滴頂部開始的距離，在指定的接觸時間從基線測量。液滴高度以毫米表示。
• 液滴底部直徑，與測試件表面接觸的液滴底部的最大寬度，在規定的接觸時間沿基線測量。液滴底部直徑以毫米表示。
• 三相點是指液/固、液/氣、固/氣邊界線的交點。

原則上，當將水滴施加到紙張或紙板的水平平面時，透過光學數位成像評估水滴與材料的接觸角。

根據 ISO 13530 標準的規定，使用 23 度時表面張力至少 72 mN/m 的蒸餾水作為試劑。該方法可以與其他液體一起使用，前提是它們可以透過本標準中描述的液體分配系統以液滴形式分散，並且不會導致基材顯著膨脹，從而在測量的時間範圍內不再可識別基線。此外，對於高蒸氣壓的液體，蒸發速率可能太快而無法使用該技術，除非在蒸氣飽和的氣氛中進行（例如，含有幾滴溶劑的封閉玻璃比色皿）。使用其他液體產生的接觸角值無法與使用水產生的接觸角值相比。

一些接觸角測量裝置能夠在液滴形成之前加熱液體。加熱會改變表面張力和黏度，這兩者都會影響接觸角。如果液體被加熱，則與標準有偏差。

許多接觸角測量裝置還可以測量液體表面張力，可用於研究水的表面張力。建議定期檢查水是否未被污染，因為這將直接影響接觸角讀數。

這些測試中使用的主要設備包括：

• 附保持機構的平台
• 光源
• 液體輸送系統
• 滴申請系統
• 影像擷取系統
• 計時系統
• 適當的影像分析軟體

準備足夠的測試件，在測試開始前在與用於調節樣品的相同大氣條件下，在每一側進行至少 5 次有效測量。避免手或手指接觸測試區域，並且要避免折疊、摺痕、裂縫和其他缺陷，包括水印。

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