一、涉及的概念

1、 接觸角（contact angle）

接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線，此切線在液體一方的與固-液交界線之間的夾角θ，是潤濕程度的量度。

2、 界面張力

界面張力是作用在單位長度液體界面上的收縮力。

3、 表面能

表面粒子相對于內(nèi)部粒子所多出的能量，是創(chuàng)造物質(zhì)表面時對分子間化學鍵破壞的度量。

二、接觸角衡量的模型

1、       楊氏方程（Young equation）

它是描述固氣、固液、液氣界面自由能γsg，γSL，γLg與接觸角θ之間的關系式，亦稱潤濕方程，該方程僅僅適用于均勻表面和固液間無特殊作用的平衡狀態(tài)，當然是一種理想狀態(tài)的模型。

Ysg=Ysl+YlgCOSθ

式中：

Ysg：固氣界面張力

Ysl：固液界面張力

Ylg：液氣界面張力

θ：接觸角

當液滴落在織物表面上時，只會出現(xiàn)三種情況：

1)當接觸角等于0 º時，如上圖（a）的形狀，液體完全鋪展在固體表面，液體完全濕潤浸入織物中。

2) 當接觸角小于 90º 時，液滴開始呈上圖 (b)的形狀，但在極短的時問后，液滴就會向四周擴散并滲入織物中。

3) 當接觸角大于 90º 時，液滴呈上圖 (c)的形狀。接觸角越大，保持的時間越長。織物傾斜時，液滴會滾落。

2、 Wenzel模型

Wenzel確定了當液體直接接觸微結構化的表面時，θ角會轉變?yōu)?theta;w *.

R=cosθw */cosθ（R≥1、θ≠90°）

 其中，

R為粗糙因子。

θ是液體理想光滑表面上的接觸角。

θw是液體在粗糙表面上的表觀接觸角。

從公式可以看出，

1）       當θ＜90°時，因為R≥1，cosθ＞0，則cosθW≥cosθ，所以θw＜θ。

2）       當θ＞90°時，因為R≥1，則cosθw≥cosθ，又cosθ＜0，有 |cosθw |≤|cosθ|，則θw＞θ。

由此可見，Wenzel的方程顯示了微結構化一個表面將會放大表面張力。疏水性表面（具有大于90°的接觸角）在微結構化之后會變得更加疏水，其新的接觸角將比原來增大。然而，一個親水性表面（具有小于90°的接觸角）在微結構化之后卻會變得更加親水，其新的接觸角將比原來減小。

3.Baxter and Cassie模型

Cassie和Baxter發(fā)現(xiàn)如果液體懸浮在微結構表面，θ角將會變?yōu)?theta;B *

cosθB * = φ（cos θ + 1）– 1

其中，φ為固體與液體接觸面積的比例。在Cassie-Baxter狀態(tài)下的液體比Wenzel狀態(tài)下更具有運動性。

通過用以上兩個方程計算出的新接觸角，我們可以預測Wenzel狀態(tài)或Cassie-Baxter狀態(tài)是否應該存在。由于有自由能最小化的限制，預測出具有更小的新接觸角的狀態(tài)就會更可能存在。從數(shù)學上來說，要使Cassie-Baxter狀態(tài)存在，以下的不等式必須成立。

cos θ < （φ-1）/（r - φ)）提出的一個判斷Cassie-Baxter狀態(tài)是否存在的替代標準是：1）接觸線力克服液滴未被支撐部分的重力；2）微結構足夠高從而阻止液滴接觸微結構的基底（即凹面）。

二，聲學網(wǎng)拒水拒油處理思路

拒水、拒油的條件是固體界面張力必須小于液體的表面張力。（請注意：單位面積的表面能的數(shù)值和表面張力相同）如，水的表面能比較高，為72.8mj/m2.因此拒水材料的表面能必須比它低。而油類的表面能一般在20~40 mj/m2.要想既要拒水防油都要達到好的效果，就必須拒水材料的選用上對表面能的要求只能小于20 ml/m2才可以。

E. G. Shafrin 等人提出“可潤濕性組成定律”，強調(diào)表面組織對潤濕行為的影響。認為有機物表面的可潤濕性由固體表面的原子或暴露的原子團的性質(zhì)和堆集狀態(tài)所決定，與內(nèi)部原子或分子的性質(zhì)和排列無關。

可以選擇的材料如下圖

國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的主要拒水、拒油整理劑有以下幾種：

1）鋁皂和鋯皂；

2）蠟和蠟狀物；

3）吡啶類衍生物（毒性）；

4）羥甲基三聚氰胺衍生物；

5）有機硅型；

6）含氟化合物。

拒水劑一般選用烷基（－C n H 2n+1 , n＞16）為拒水基團，拒油劑必須選用全氟烷基（ －C n F 2n+1 , n＞7）為拒油基團。對比上圖：無疑碳氟化合物擁有更低的表面能可以優(yōu)先選擇。