固体や液体のぬれ性や表面品質の評価に欠かせない接触角計には、測定原理や必要な機能に応じて様々なラインアップがあります。
ここでは測定原理やサンプルに応じた接触角計の選び方とKRUSS社の製品についてご紹介します。
| 規格番号 | 規格名称／発行年 | 関連製品 |
|---|---|---|
| ISO21898 | ISO 21898 - Packaging -- Flexible intermediate bulk containers (FIBCs) for non-dangerous goods | |
| EN1279 | EN 1279-3:2002 - Glass in building. Insulating glass units. Long term test method and requirements for gas leakage rate and for gas concentration tolerances | |
| EN 1297 | Flexible sheets for waterproofing - Bitumen, Plastic and Rubber Sheets for Roof Waterproofing - Method of artificial ageing by long term exposure to the combination of UV radiation, elevated temperature | |
| ANSI/RMA IPR-6-1990 | Request for Fabric-Reinforced Non-Black EPDM Sheet for Roofing Membrane | |
| ANSI/RMA IPR-5-1990 | Request for Non-Reinforced Non-Black EPDM Sheet for Roofing Membrane | |
| ANSI/RMA IPR-2-1990 | Request for Fabric-Reinforced Black EPDM Sheet for Roofing Membrane | |
| ANSI/RMA IPR-1-1990 | Request for NonReinforced Black EPDM Sheet for Roofing Membrane | |
| ASTM D-4434 | Standard Specification for PVC Sheet Roofing | |
| ASTM D-3105 | List of Test Methods for Elastomeric and Plastomeric Roofing & Waterproofing | |
| RMA | Specification for Reinforced Non-Vulcanized Rubber Sheet Used as Roof Flashing | |
| EOTA TR 010 | Exposure Procedure for Artificial Weathering | |
| DIN EN 534 | Corrugated Bituman Sheets | |
| CGSB-37.54-M | Canadian General Standards Board Spec. for PVC Roofing & Waterproofing Membrane | |
| BS 903: Part A54 | Methods of Testing Vulcanized Rubber | |
| US Government FED-STD-141B | FEDERAL TEST METHOD STANDARD: PAINT, VARNISH, LACQUER AND RELATED MATERIALS: METHODS OF INSPECTION, SAMPLING AND TESTING | |
| Spanish Std, UNE 104-281-88 | Accelerated Testing of Paints and Adhesives with Fluorescent UV Lamps | |
| prEN 927-6 - Pt.6 | Exposure of Wood Coatings to Artificial Weathering Using Fluorescent UV and Water | |
| NBR - 15.380 | Paints for buildings - Methods for performance evaluation of paints for non-industrial buildings - Resistance to UV irradiation/water vapor condensation, by accelerated test | |
| NACE Standard TM-01-84 | Procedures for Screening Atmospheric Surface Coatings | |
| MS 133: Part 16 | Exposure of Ctgs to Artificial Weathering - Exposure to Fluorescent UV and Water | |
| Korean Standard M5982-1990 | Test Method for Accelerated Weathering | |
| JIS K 5600-7-8 | Testing Methods for Paints | |
| ISO 20340 | Performance Requirements for Protective Paint Systems for Offshore and Related Structures | |
| GM 4367M | Topcoat Materials - Exterior | |
| GB/T 16585 | Rubber, Vulcanized Test Method of Resistance to Artificial Weathering - Fluorescent UV Lamps | |
| GB/T 8013 | Anodic Oxide Coatings and Organic Polymer Coatings on Aluminium and its alloys | |
| ASTM D-3794 | Std. Guide for Testing Coil Coatings | |
| Spanish Std, UNE 104-281-88 | Accelerated Testing of Paints and Adhesives with Fluorescent UV Lamps | |
| American Plywood Assn. | Approval Procedures for Synthetic Patching Materials, Section6 | |
| ASTM D-5215 | Standard Test Method for Instrumental Evaluation of Staining of Vinyl Flooring by Adhesives | |
| ASTM C-1184 | Specification for Structural Silicone Sealants | |
| ASTM C 1501 | Standard Test Method for Color Stability of Building Construstion Sealants as Determined by Laboratory Accelerated Weathering Procedures | |
| Spanish Std, UNE 104-281-88 | Accelerated Testing of Paints and Adhesives with Fluorescent UV Lamps | |
| Edison Electrical Inst. | Specification for Accelerated Weathering of Padmounted Equip. Enclosure Integirity Wisconsin Electric Power Specification for Polyethylene Signs | |
| ANSI, A14.5 | Specification for Accelerated Weathering of Portable Reinforced Plastic Ladders | |
| ANSI C57.12.28 | Specification for Accelerated Weathering of Padmounted Equipment Enclosure Integirity | |
| ASTM D-1248 | Standard Specification for Polyethylene Plastics Extrusion Materials for Wire and Cable | |
| JIS K 7350 | Plastics - Methods of Exposure to Laboratory Light Sources - Part 3: Fluorescent UV Lamps | |
| Spanish Standard UNE 53.104 | Stability of Plastics Materials Exposed to Simulated Sunlight | |
| DIN 53 384 | Testing of Plastics, Artificial Weathering and Exposure to Artificial Light | |
| GSB AL 631 | International Quality Guidelines for the Coatings of Aluminium Building Components | |
| GB/T 14522 | Artificial Weathering Test Method for Plastics, Coatings, and Rubber Materials used for Machinery Industrial Products - Fluorescent UV Lamps | |
| Colts Standard Test | UV Dye Resistance to Fade - QUV | |
| BS 2782 | Methods of Exposure to Lab Light Sources | |
| SAE J2020 | Accelerated Exposure of Automotive Exterior Materials Using a Fluorescent UV and Condensation Apparatus | |
| ISO 4892-3 (EN) (DIN) | Plastics - Methods of Exposure to Laboratory Light Sources - Part 3: Fluorescent UV Lamps | |
| ISO 11507 (EN) (DIN) | Paints and Varnishes - Exposure of coatings to artificial weathering- Exposure to fluorescent UV lamps and water | |
| IEC 61215 | Crystalline Silicon Terrestrial Photovaltalic (PV) Modules - Design Qualification and Type Approval | |
| EN 13523-10 (DIN) | Coil Coated Metals - Test Methods Part 10: Resistance to Fluorescent UV Radiation and Water Condensation | |
| ASTM G154 | Practice for Operating Fluorescent Light Apparatus for UV Exposure of Nonmetallic Materials | |
| ASTM F1945 | Standard Practice for Determining the Lightfastness of Ink Jet Prints Exposed to Indoor Fluorescent Lighting | |
| ASTM E3006 | ASTM E3006, Standard Practice for Ultraviolet Conditioning of Photovoltaic Modules or Mini-Modules Using a Fluorescent Ultraviolet (UV) Lamp Apparatus | |
| ASTM D5894 | Standard Practice for Cyclic Salt Fog/UV Exposure of Painted Metal, (Alternating Exposures in a Fog/Dry Cabinet and a UV/Condensation Cabinet) | |
| ASTM D5208 | Standard Practice for Fluorescent Ultraviolet (UV) Exposure of Photodegradable Plastics | |
| ASTM D4799 | Standard Practice for Accelerated Weathering Test Conditions and Procedures for Bituminous Materials (Fluorescent UV, Water Spray, and Condensation Method) | |
| ASTM D4674 | Standard Practice for Accelerated Testing for Color Stability of Plastics Exposed to Indoor Office Environments | |
| ASTM D4587 | Standard Practice for Fluorescent UV-Condensation Exposures of Paint and Related Coatings | |
| ASTM D4329 | Standard Practice for Fluorescent UV Exposure of Plastics | |
| AATCC TM186 | Weather Resistance: UV Light and Moisture Exposure | |
| AAMA 624 | Voluntary Specification, Performance Requirements and Test Procedures for High Performance Organic Coatings on Fiber Reinforced Thermoset Profiles |
接触角と接触角計でできること
接触角とは液面と固体面のなす角度θのことで、固体や液体のぬれ性を示す指標として用いられています。
接触角計を利用して測定することができ、最も一般的な液滴法では、固体表面に滴下した液滴の形状をカメラで捉えて解析することで算出します。時間をかけてぬれ広がる場合には経時変化を評価したり、固体表面の均質性や付着性を検証したい場合には動的接触角を評価したりすることもあります。
物性既知の複数の試薬で接触角を測定することにより、固体の表面自由エネルギーを算出することも可能です。
液滴法の接触角計であればペンダントドロップ法（懸滴法）を用いることによって液体の表面張力や、液/液の界面張力を測定することも可能です。
アプリケーションに応じた接触角計の測定項目
| 測定項目 | 説明 | アプリケーション例 |
| 接触角 | 接触角は液体と固体それぞれが持つぬれ性に加えて、Youngの式が示すように液体と固体の相性の影響も受けます。そのため、例えばある固体のぬれ性を評価する際、水に対するぬれ性を評価したいのであれば水を使用し、塗料に対するぬれ性を評価したいのであればその塗料を使用して測定を行うべきと考えられます。「水に対するぬれ性が高い≠他の液体に対するぬれ性も高い」ということに注意が必要です。 |
|
| 転落角 | 例えば傘やカーボディのように傾いた固体表面における液体の流れ落ちやすさ（撥液性や付着性）を評価したい場合には、水平状態で測る静的接触角ではなく、固体を傾けて測定を行う転落角による評価の方が実際の現象に近いことから、より相関の高いデータとなることが期待できます。 |
|
| 表面張力 | 液体自体のぬれ性を評価したい場合には、表面張力の評価が最適です。 接触角計を使用したペンダントドロップ法で評価する以外にも、ぬれ荷重から算出するプレート法やリング法に対応した表面張力計でも評価することができます。また、インクジェットインクやスプレー用の液体など、動的表面張力による評価が望ましいものもあります。 |
|
| 表面自由エネルギー | 固体自体のぬれ性を評価したい場合には、表面自由エネルギーの評価が最適です。 一般的に複数の試薬の接触角の結果から計算によって求めることができ、その固体がどの程度ぬれやすいのか、また、どのような物性の液体に対してぬれやすいのかを評価することができます。 |
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接触角計の測定原理と特徴、対象サンプル
接触角はサンプルや目的に応じていくつかの測定原理があり、さらに同じ測定原理であっても必要な機能によっていくつもの機種が存在します。
下記表では接触角の各種測定原理とその特徴、対象サンプルなどをまとめています。
| 測定原理 | 特徴 | 対象サンプル | 代表装置 |
| 液滴法 | もっとも一般的な方法で、液滴を固体表面に接液させ、その形状をカメラで画像解析することで接触角を算出する。 デスクトップタイプなら動的接触角（拡張収縮法や滑落法）の測定により撥液性や付着性などが評価できるほか、液中接触角によってぬれた固体表面の撥液性を評価することもできる。また、液中接触角（キャプティブバブル法）により、コンタクトレンズや生体試料などぬれた固体表面のぬれ性を評価することもできる。 ■メリット：操作が容易、測定時間が短い、価格が安い。 ■デメリット：凹面の測定が難しい、あまりに小さかったり細かったりする固体の測定が難しい、粉体の測定が難しい。 |
広範な固体と液体 固体：樹脂、ガラス、金属、紙、布 など 液体：水、試薬類、界面活性剤溶液 など |
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| 3D接触角法 | 多数の光源が液滴を覆うように配置されており、液滴表面における反射光のパターンをカメラで解析することにより接触角を算出する。液滴法では固液界面のベースラインの位置決めが必要だが、3D接触角法では不要。
■メリット：ベースラインの位置決めが不要なため装置や人による誤差を最大限に抑えられる。 |
広範な固体 固体：樹脂、ガラス、金属、紙、布 など |
Ayriis |
| トップビュー法 | 着液させた液滴に2方向から光を当て、液滴表面に映る光の2点間の距離から接触角を算出する。
■メリット：液滴法では測定が困難な凹面の接触角も評価できる。 |
特に凹面サンプル 固体：マイクロプレートのウェル、キャップ内側の底面 など 液体：水、試薬類、界面活性剤溶液 など |
TVA100 |
| ウィルヘルミー法 | 固体を液中へ浸漬または液中から引き上げる際のぬれ荷重から動的前進・後退角を算出する。
■メリット：液滴法では測定が困難な直径数µmの繊維などの接触角を評価できる。 |
単繊維やプレート（浸漬時にぬれ長さが一定となる形状のもの） 固体：カーボンファイバ、グラスファイバ、髪毛など 液体：水、試薬類、界面活性剤溶液 など |
Tensiio |
| ウォッシュバーン法 （浸透速度法） |
チューブに詰めた粉体間隙を液体がぬれ上がる際の時間と荷重から接触角を算出する。
■メリット：液滴法では測定が困難な粉体や繊維束の接触角を評価できる。 |
各種粉体、繊維束など 固体：錠剤用の粉、金属粉、顔料 など 液体：液体：水、試薬類、界面活性剤溶液 など |
Tensiio |
接触角計のタイプ～デスクトップタイプ or ハンディタイプ？～
デスクトップタイプは拡張性の高いモデルが多く、静的接触角に加えて、転落角や表面・界面張力、温調などの様々な測定を行うことができます。
また、全自動モデルの場合には、自動軸移動オプションを組み合わせることによって多点測定やマッピング測定を行うこともできます。
デメリットとしては持ち運びができず、大きなサンプルの測定が難しいことなどが挙げられます。
ハンディタイプはどこにでも持ち運ぶことができ、大判サンプルであっても切り取らずに測定することができます。
また、シンプルな作りなので取り扱いが容易で、全自動モデルなら人為誤差を排除した測定も可能です。
デメリットとしては、基本的に液滴法に対応するモデルしかなく、また、拡張性が低いため転落角や温調には対応していない点などが挙げられます。
KRUSS社の代表的な接触角計
本社をドイツに置くKRUSS（クルス）社は、世界トップシェアを誇る接触角計・表面張力計のリーディングカンパニーです。他に泡試験機やインクジェット解析装置も取り扱っており、界面科学分野の発展に貢献しています。
創業200年を超える老舗企業であり、一貫して機能性と操作性の両方を追求したモデルを開発してきました。これまで培ってきた確かな技術力と豊富な知見により、世界各国のあらゆる産業分野で圧倒的な導入実績を誇っています。
日本国内においても、高い測定精度を誇るハードウェアと、日本語対応で操作性抜群のソフトウェアなどが好評で多くのお客様に選ばれています。
液滴法の接触角計
ダブル滴定ハンディ接触角・表面自由エネルギー解析装置 MSA
世界初の空気圧式ダブル滴定機能（リキッドニードル）により、2液の接触角に加えて表面自由エネルギーをもワンクリックのわずか数秒で評価できます。
従来装置では液の切り替えや測定操作に手間と時間が掛かっていましたが、MSAなら誰でも簡単かつ迅速に全自動で測定を行えます。
空気圧式の吐出機能により、従来装置では接液が難しい高撥液表面の他、壁面や天井面の測定も可能です。
ハンディ接触角計 MSA Flex
機能を絞ったシンプルなハンディ接触角計ながら、全自動で測定を行えます。
MSAは2液同時滴定ですが、MSA Flexは1液ずつ測定を行います。
経時変化の他、オプションで表面自由エネルギーの評価も可能です。
簡易接触角計 DSA25
>着液が手動ながら、その操作性と拡張性の高さからベストセラーとなっているモデルです。
人為誤差を抑えた着液を可能にする独自のドーズ&プッシュ機能を搭載するほか、転落角や表面・界面張力、温調などの各種オプションにも対応しています。
高機能自動接触角計 DSA30
全自動のコンパクトモデルで、人為誤差を排除した測定が可能です。
自動軸移動オプションとの組み合わせにより、多点測定やマッピング測定も可能です。
もちろん転落角や表面・界面張力、温調などにも対応しています。
ハイエンド自動接触角計 DSA100
KRUSSが誇る全自動のハイエンドモデルです。
DSA30で使用可能なすべてのオプションに対応し、さらに高圧チャンバなどの特別なオプションを使用することもできます。
マイクロ滴定自動接触角計 DSA30M/100M
ピエゾ滴定装置を使用したピコリットル単位の液滴作成が可能なモデルです。毛髪やねじ山のような非常に小さな固体の接触角を測定できます。
3D接触角法の接触角計
ハンディ3D接触角計 Ayriis（アイリス）
世界初の革新技術「3D接触角」の測定に対応したPC不要のハンディ接触角計です。
測定フード内に90個のLED光源が液滴を覆うように配置されており、液滴表面で反射されるこれら光のパターンを2台のカメラで解析することによって接触角を算出します。
空気圧を利用したリキッドニードル滴定システムにより、ワンクリックのわずか数秒で人為誤差なくスピーディに測定できます。
トップビュー法の接触角計
ウィルヘルミー法・ウォッシュバーン法の接触角計
多機能自動表面張力計 Tensiio（テンシオ）
毛髪などのシングルファイバの動的接触角や、粉体の接触角を測定することができます。
本体上のタッチパネルから操作できるほか、高解像度カメラオプションによって界面現状を観察したり評価したりすることもできます。
表面張力計としても使用でき、液体の表面・界面張力の測定にも対応しています。
接触角計比較（機能・仕様）
| 型番 | MSA | MSA Flex | Ayriis | DSA25 | DSA30 |
| 測定原理 | 液滴法 | 3D接触角法 | 液滴法 | ||
| 測定項目 黒字：標準装備 青字：オプション |
接触角 表面自由エネルギー 接着仕事・液体極性比率 |
接触角 | 接触角 転落角 拡張収縮法 表面自由エネルギー 表面・界面張力 接着仕事・液体極性比率 |
||
| 測定操作 | 全自動 | 着液のみ手動 | 全自動 | ||
| 接触角測定範囲 | 0～180° | ||||
| 接触角分解能 | 0.01° | 0.1° | 0.01° | ||
| 接触角正確度 | 0.8° | 0.8° | 0.1° | ||
| 最大サンプルサイズ(mm) | W∞ D∞ H∞ |
W320 D∞ H165 |
W320 D∞ H275 |
||
| カメラ倍率 | 固定 | 6.5倍連続ズーム | |||
| カメラ最大 フレームレート |
10fps | 50fps | 2,300fps | ||
| 温調 | – | 可能 （要オプション） |
|||
| ソフトウェア | 「ADVANCE」 ・日本語を含むマルチ言語切り替え ・人間工学に基づく分かりやすい固定式レイアウト ・エクセルやPDFへのデータ出力 ・130種類を超える豊富な物質データベース |
不要 | 「ADVANCE」 ・日本語を含むマルチ言語切り替え ・人間工学に基づく分かりやすい固定式レイアウト ・エクセルやPDFへのデータ出力 ・130種類を超える豊富な物質データベース |
||
| 本体サイズ(㎜) | W84 D32 H112 |
W58 D51 H290 |
W610 D250 H430 |
W610 D250 H610 |
|
| 本体重量 | 0.85kg | 1.15kg | 10kg | ||
| 電源 | USBバスパワー（5V、4.5W） | バッテリー式 （15V、4時間駆動） |
0V、100W | ||
| 使用環境 | 10～40℃（結露なきこと） | ||||
＜表２＞
| 型番 | DSA100 | DSA30M/100M | TVA100 | Tensiio |
| 測定原理 | 液滴法 | トップビュー法 | ウィルヘルミー法 ウォッシュバーン法 |
|
| 測定項目 黒字：標準装備 青字：オプション |
・接触角 ・転落角 ・拡張収縮法 ・表面自由エネルギー ・表面・界面張力 ・接着仕事・液体極性比率 |
・接触角 ・表面自由エネルギー ・接着仕事・液体極性比率 |
・接触角 ・表面自由エネルギー |
・接触角 ・表面自由エネルギー ・表面・界面張力 ・接着仕事・液体極性比率 |
| 測定操作 | 全自動 | 手動液滴作成 手動着液 |
全自動 | |
| 接触角測定範囲 | 0～180° | 3.5～75° | ウィルヘルミー：0～180° ウォッシュバーン：0～90° |
|
| 接触角分解能 | 0.01° | |||
| 接触角正確度 | 0.1° | 0.3° | – | |
| 最大サンプルサイズ(mm) | W320 D∞ H275 |
W300 D∞ H50 |
– | |
| カメラ倍率 | 7倍連続ズーム | 6.5倍連続ズーム /7倍連続ズーム |
6.5倍連続ズーム | – |
| カメラ最大 フレームレート |
2,300fps | – | ||
| 温調 | 可能 （要オプション） |
– | 可能 （液側のみ、要オプション） |
|
| ソフトウェア | 「ADVANCE」 ・日本語を含むマルチ言語切り替え ・人間工学に基づく分かりやすい固定式レイアウト ・エクセルやPDFへのデータ出力 ・130種類を超える豊富な物質データベース |
|||
| 本体サイズ(㎜) | W555 D375 H490 |
W610
D250 H610 / W555
D375 H490 |
W610 D250 H430 |
W290 D360 H560 |
| 本体重量 | 24kg | 10kg/24kg | 10kg | 29kg |
| 電源 | 100V、100W | 100V、40W | ||
| 使用環境 | 10～40℃（結露なきこと） | 15～30℃（結露なきこと） | ||