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一、表面張力在涂料中的表現

表面張力是液體能否在固體表面上自發鋪展（潤濕）的關鍵。在涂料的制造和涂裝中，潤濕或自發鋪展是非常必要的條件：如顏料在分散中，漆料對顏料表面的潤濕；涂裝中涂料對底材的潤濕；濕膜表面的流平等都與表面張力息息相關。因此表面張力是涂料質量的關鍵指標之一。

二、表面張力與涂料質量的關系

1. 表面張力與涂料的流動性和自流平性：表面張力越小，涂料在涂覆時會更容易形成均勻的涂膜，涂膜的厚度也會更加均勻。表面張力越大，涂料在涂覆時會更容易出現流掛、流痕等問題，影響涂膜的質量。

2. 表面張力與涂料對底材的附著力：表面張力越小，涂料在涂覆時會更容易形成均勻的涂膜，涂膜的厚度也會更加均勻。表面張力越大，涂料在涂覆時會更容易出現流掛、流痕等問題，影響涂膜的質量。

3. 表面張力與顏料的分散性：表面張力表面張力越小，顏料在涂料中的分散性越好，能夠提高涂料的遮蓋力、色彩和穩定性。表面張力越大，顏料在涂料中的分散性越差，容易出現沉降、結皮、色差等問題。

三、接觸角

接觸角 (contact angle) 是指在固、液、氣三相交界處，自固-液界面經過液體內部到氣-液界面之間的夾角。

1)當θ=0°，完全潤濕；

2)當θ<90°，部分潤濕或潤濕；

3)當θ=90°，是潤濕與否的分界線；

4)當θ>90°，不潤濕；

5)當θ=180°，完全不潤濕。

毛細現象中液體上升、下降高度h。h的正負表示上升或下降。

浸潤液體上升，接觸角為銳角；不浸潤液體下降，接觸角為鈍角。

上升高度h=2×表面張力系數/(液體密度×重力加速度g×液面半徑R)。

上升高度h=2×表面張力系數×cos接觸角/(液體密度×重力加速度g×毛細管半徑r)。

四、潤濕性、附著力和凝聚力

當液體與固體表面保持接觸時，就會發生濕潤。發生潤濕的程度(即潤濕性)是由液體分子之間的內聚力和由液體和固體之間的分子相互作用產生的粘合力決定的，如下圖所示。（在現實生活中，分子的組織并不那么整齊。）通常用接觸角來測量潤濕性。

隨著接觸角的減小，潤濕性增加。相反，當接觸角接近180°時，潤濕性減小。潤濕性可以用粘聚力 (L/L) 和粘接力 (S/L) 的相對強度來解釋，如上圖所示。強附著力與弱內聚力產生非常低的接觸角，幾乎完全濕潤。隨著固液相互作用減弱和液液相互作用增強，潤濕性減小，接觸角增大。

五、影響濕潤性/接觸角的因素

1. 表面能：固體表面自由能對潤濕行為的影響是明顯的。表面能低的聚合物，如聚四氟乙烯，很難粘接或打印或油漆。PTFE的表面能低于20 mN/m，而大多數粘接應用需要大于40 mN/m的表面能。隨著表面能的增加，潤濕性改善。一般來說，清潔過程和表面修飾尋求增加表面能量，從而提高粘附性。

2. 表面張力：液體的表面張力影響其潤濕性。例如，水具有相對較高的表面張力。根據楊氏方程，液體表面自由能是解釋接觸角的力之一。高表面張力的液體有更大的分子內聚力，這導致水滴成珠。如果你把一滴水和一滴油放在幾乎任何表面上，你會看到水的接觸角幾乎總是大于油的接觸角。假設兩個液滴的固體表面能相同，唯一的區別就是液體表面自由能在水中更高。如果在液相中加入表面活性劑，表面張力會降低，潤濕性會增加。

3. 粗糙度：當測量任何具有粗糙度的表面（即幾乎所有真實表面）的接觸角時，我們實際測量的“表觀接觸角”或“楊氏接觸角”更大。在親水表面（即表觀接觸角在90°以下），接觸角與粗糙度成反比關系。也就是說，隨著粗糙度的增加，接觸角減小。在疏水表面，觀察到相反的行為：隨著粗糙度的增加，接觸角也增加。

4. 污染性：被污染的表面會妨礙潤濕。表面上的污染物位于水滴和表面之間，削弱附著力。清潔的表面能提供最佳的潤濕性，接觸角也會更低。在粘接應用中，清潔的表面總是首選的。例如，在制造用于半導體的硅片過程中，接觸角是用來測試表面能量和相對清潔度的，因為即使是非常小的污染物痕跡也會導致與光刻膠的粘結不良，從而導致拒絕率增加。

5. 表面改質：電暈處理、激光輻射和等離子體活化都是表面改性的例子。這些處理通過在固體表面沉積不同的官能團來改變固體表面的表面能。例如，電暈處理通過在表面沉積極性基團來氧化表面并增加表面能。改進的潤濕性為隨后的過程如涂覆、粘接和噴涂準備表面。但是要注意，很多表面的修飾會隨著時間的推移而褪色。

6. 環境因素：隨著溫度的升高，液相中的分子間作用力增大，表面張力減小，潤濕性增大，接觸角減小。另一方面，濕度會抑制潮濕;在大多數情況下，隨著濕度的增加，接觸角也會增加。

7. 表面輪廓：非凸體和工程納米拓撲結構可以誘導一種稱為Cassie狀態的狀態，即無柄滴位于非凸體的頂部，從而產生非常高的接觸角；這種超疏水狀態在平面上是不可能的。自然界中存在超疏水表面。荷葉是著名的參考；荷葉上的水接觸角一般在160°左右。相比之下，當水滴完全落在表面時——包括所有的角落和縫隙，它就會處于溫澤爾狀態。不同的數學建模方法對這兩種不同的狀態進行了解釋。

8. 化學均質性：當一個非納米結構的表面（即顯示溫澤爾狀態的表面）產生一個小的接觸角滯后（前進和后退接觸角之間的Δ）時，該表面在化學上是均勻的。當在表面不同位置的多個接觸角測量顯示低標準偏差時，這也將指向高度的化學和結構同質性。