專利名稱：液體表面自由能和固液的接觸角、界面自由能及附著能的預測法的制作方法
技術領域：
本發明涉及液體的表面自由能的預測方法以及基于所得到的液體的表面自由能的固體和液體的接觸角、界面自由能及附著能的預測方法。
背景技術：
在開發油墨、糊料、漿料等時，油墨、糊料、漿料相對作為涂布它們的對象的基板的潤濕性為重要因素。已知為了評價該潤濕性，使用固體和液體的表面自由能的色散成分、取向成分和氫鍵成分這三種成分，利用I7Owkes式、擴展Rwkes式、Young-Dupre式，能夠精度良好地計算固體和液體的接觸角、界面自由能及附著能。北崎和；)田對R)wkes式擴展和高分子固體的表面張力進行了報告(非專利文獻 1)，嘗試將有關界面張力的i^owkes式擴展到具有極性或氫鍵性質分子間力的體系，而不局限在非極性的分子間力，利用表面張力(表面自由能)成分為已知的液體的接觸角的數據， 可計算高分子固體的表面張力。如此，固體的表面自由能的各成分、液體的表面自由能的各成分和接觸角等與潤濕性有關的因子之間具有關聯性，只要知道固體的表面自由能的各成分、液體的表面自由能的各成分，就可計算出與潤濕性相關的因子。在此，固體的表面自由能的各成分如非專利文獻1所記載，可利用與表面自由能成分為已知的標準液的接觸角數據來求出，但對于液體的表面自由能的各成分，文獻資料只知道約30種。非專利文獻1 日本接著協會誌、1972年，Vol. 8，No. 3，131 141頁
發明內容
本發明人將求出溶劑的表面自由能的成分為課題，進行了深入研究的結果，發現液體的漢森溶解度參數的成分和溶劑的表面自由能的成分之間存在特定關系。即，本發明的目的在于，轉換能夠用軟件根據液體的結構式計算的液體的漢森溶解度參數(HSP)值中的色散成分(d成分)、取向成分(ρ成分)、氫鍵成分(h成分)這三種成分，求出溶劑的表面自由能的三種成分。本發明涉及通過以下所示方案解決上述課題的液體的表面自由能的預測方法。(1) 一種液體的表面自由能的預測方法，其特征在于，預測通過轉換液體的漢森溶解度參數得到液體的表面自由能的參數的液體的表面自由能參數，對所得到的液體的表面自由能的參數進行合計，求出液體的表面自由能。(2)根據上述(1)所述的液體的表面自由能的預測方法，其中，通過轉換液體的漢森溶解度參數的色散成分、極性成分和氫鍵成分，得到液體的表面自由能的色散成分、極性成分和氫鍵成分。(3)根據上述(1)所述的液體的表面自由能的預測方法，其中，通過轉換液體的漢森溶解度參數的色散成分以及極性成分+氫鍵成分，得到液體的表面自由能的色散成分以及極性成分+氫鍵成分。(4)根據上述( 所述的液體的表面自由能的預測方法，其中，將液體的漢森溶解度參數的色散成分dD、極性成分dP和氫鍵成分dH由式yd = aXdD+b(其中，dD 超過 19 時，1. 0 < a < 4. 0、-40 < b < 30，dD 為 19 以下時，3. 0 < a < 7. 0、-80 < b < -30)，yp = cXdP+e(其中，0. 01 < c < 0. 1、-2. 0 < e
<2. 0)，Yh= fXdH+g(其中，dH 超過 17. 7 時，1. 0 < f < 1. 5、-20 < g < 0，dH 為 17. 7 以下時，0. 3 < f < 0. 8、-l. 5 < g < 0. 5)，或者，由式yh = !!※(！評+士父朋+乂其中，。· 01 < h < 0. 02,0. 1 < i < 1. 0,-5. 0 < j < 5. 0)
來轉換，得出液體的表面自由能的色散成分Yd、極性成分Yp和氫鍵成分Yh，液體的表面自由能Yttrtal以式Yttrtal= Yd+Yp+Yh來求出。(5)根據上述C3)所述的液體的表面自由能的預測方法，其中，將液體的漢森溶解度參數的色散成分dD以及極性成分dP+氫鍵成分dH由式yd = aXdD+b>( yp+ y h) = kX ((1卩+(1!1)+1(其中，0.01 < k < 0· 65、-2· 0 < 1 < 2.0，dP+dH 超過 25 時，0. 8 < k < 1. 2、-30 < 1 < 0)、或者式yd = mXdD2+nXdD+o(其中，-0. 45 < m < 0. OlU < η < 25,-200 < ο < -10)( yp+ y h) = pX (dP+dH)2+qX (dP+dH)+r(其中，0· 005 < ρ < 0· 015、-0· 2 < q
<0. 5,-5. 0<r< 10. 0)來轉換，得出液體的表面自由能的色散成分Y d、和極性成分Yp+ 氫鍵成分Yh，液體的表面自由能Ytotal以式Ytrtal= yd+(yp+yh)來求出。(6) 一種固體和液體的接觸角的預測方法，由上述⑷中求出的Yd、？和Yh、以及固體的表面自由能的色散成分Y/和極性成分Y SP和氫鍵成分Yh，以式cos θ = {〔2X (YsdX Yd)V2+2X (YspX γρ)"2+2Χ (YshX Yh)"2〕/Yt0tal}-1 來求出，(式中，θ表示固體和液體的接觸角)，或者由上述(5)中求出的Y d、( Yp+Yh)、以及固體的表面自由能的色散成分Y Λ (極性成分Y/+氫鍵成分Ysh)，以式cos θ = {{2X (YsdX Yd)"2+2X〔(Ysp+Ysh) X (Yp+Yh)〕"2}/YtotalI-I 來求出， (式中，θ表示固體和液體的接觸角)。(7)由上述(4)中求出的Yd、？和Yh、以及固體的表面自由能的色散成分Y/、 極性成分γ sp和氫鍵成分γ Λ以式Wsl = 2Χ (y/X yd)1/2+2X (yspX yp) 1/2+2X ( y shX Yh)"2 來求出，(式中，Wsl 表示固體和液體的附著能)，或者由上述(5)中求出的Y d、( Yp+Yh)、以及固體的表面自由能的色散成分Y Λ (極性成分Y/+氫鍵成分Ysh)，以式Wsl = 2X (y/X yd)1/2+2X〔( Y sp+Y sh) X ( Yp+Y h)〕“2 來求出，(式中，Wsl 表示固體和液體的附著能)。(8)由上述(4)或(5)4中求出的液體的表面自由能Ytota^上述(7)中求出的固體和液體的附著能I和固體的表面自由能Y s，以式Ysl =求出，
(式中，Y%表示固體和液體的界面自由能)。
(9) 一種油墨、糊料或漿料的制造方法，滿足在上述(6)中求出的固體為基板、液體為油墨、糊料和漿料的情況下，固體和液體的接觸角θ為θ <5，或者
上述(7)中求出的固體和液體的附著能WSl為WSL< 100，或者上述(8)中求出的固體和液體的界面自由能Ya為Ya < 2的任意一個條件。
(10)上述(9)所述的油墨的制造方法，液體為透明導電膜用組合物或反射膜用組合物。
通過本發明的(1)求出的液體的表面自由能，可容易地求出固體與液體的接觸角、附著能或界面自由能，從龐大的固體-液體的組合能夠選擇出對應于所希望用途的固體-液體的組合。
通過本發明的(9)，無需實際測定基板與油墨的接觸角，可從龐大的溶劑組合中， 選擇油墨、糊料或漿料容易潤濕到基板的溶劑組合，可迅速開發油墨、糊料或漿料。特別是， 由混合數種溶劑的混合溶劑形成的油墨、糊料、漿料的情況下，試驗次數會根據混合的溶劑的種類和混合比率的相乘而變成龐大的數目，實際上對測定接觸角或附著力需要很多勞力和時間，因此能夠預測接觸角、界面自由能和附著能對開發的提速產生很大作用。
圖1為將各種液體的漢森溶解度參數各成分和已知的液體的表面自由能各成分按照成分劃分，并用線性函數求出相關關系式的曲線圖。
圖2為對d成分和h成分，用二次函數求出相關關系式的曲線圖。
圖3為對d成分和h成分的值分情況用線性函數求出相關關系式的曲線圖。
圖4為對(P成分偉成分)，用線性函數求出相關關系式的曲線圖。
圖5為對(P成分偉成分)，用二次函數求出相關關系式的曲線圖。
圖6為對(ρ成分偉成分)的值分情況用線性函數求出相關關系式的曲線圖。
圖7為將實施例1中的預測接觸角和實測接觸角劃分的曲線圖。
圖8為將實施例2中的預測接觸角和實測接觸角劃分的曲線圖。
具體實施方式
以下，基于實施方式對本發明進行具體說明。并且，只要不特別示出，且除了數值固有的情況之外，％表示質量％。
[液體的表面自由能的預測方法]
本發明的液體的表面自由能的預測方法的特征在于，轉換液體的漢森溶解度參數，得到液體表面自由能的參數，對所得到的液體表面自由能的參數進行合計，求出液體的表面自由能。
液體的漢森溶解度參數可以向HSP軟件中輸入液體的結構式來計算。具體來講，可以用由查理漢森等開發的軟件(軟件名Hansen Solubility Parameter in Practice(HSPiP))求出，在該軟件中，基于使用被稱為Y_MB的神經網絡法的推算方法，將分子結構以分子的線形表示法Smiles式或MOL文件輸入，則自動將分子分解為原子團，計算漢森溶解度參數值和分子體積。
在利用液體的漢森溶解度參數的色散成分、極性成分和氫鍵成分這三種成分時， 優選將液體的漢森溶解度參數的色散成分dD、極性成分dP和氫鍵成分dH，以式
yd = aXdD+b(其中，dD 超過 19 時，1. 0 < a < 4. 0、-40 < b < 30，優選 1. 0<a < 2. 5、0 < b < 10，dD 為 19 以下時，3. 0 < a < 7. 0、-80 < b < -30，優選 3. 5 < a<5.0、-60 < b < -30)、
yp = cXdP+e(其中，0. 01 < c < 0. 1,-2. 0 < e < 2. 0)、Yh = fXdH+g(其中， dH 超過 17. 7 時，1. 0 < f < 1. 5、-20 < g < 0，dH 為 17. 7 以下時，0. 3 < f < 0. 8、-1. 5<g < 0. 5),
或者由式
yh = 11父(1!12+士\(1!1+111(其中，0· 01 < h < 0. 02,0. 1 < i < 1. 0,-5. 0 < m < 5. 0)來轉換，得出液體的表面自由能的色散成分Yd、極性成分Yp和氫鍵成分Yh，此時的液體表面自由能Yttrtal以式Yttrtal = Yd+Yp+Yh求出。
另外，從預測精度變高的觀點考慮，更優選將液體的漢森溶解度參數的色散成分 dD和(極性成分dP+氫鍵成分dH)由式
yd = aXdD+b>
( yp+ y h) = kX ((1卩+(1!1)+1(其中，0.01 < k < 0· 65、_2· 0 < 1 < 2.0，優選 0· 25<k < 0· 55、-1· 5 < 1 < 0· 5，但(dP+dH)超過 25 時，0· 8 < k < 1· 2、-30 < 1 < 0，優選 0. 8 < k < 1. 05、-25 < 1 < -5)、
或者由式
yd = mXdD2+nXdD+o(其中，-0. 45 < m < -0. 01、1 < η < 25、_200 < ο < -10， 優選-0. 45 < m < -0. 3、15 < η < 25,-200 < ο < -100，更優選-0. 40 < m < -0. 3、15 < η<30、-160 < ο < -145)
( yp+ y h) = pX (dP+dH)2+qX (dP+dH)+r(其中，0· 005 < ρ < 0· 015、-0· 2 < q<0. 5、-5. 0 < r < 10. 0,優選 0. 005 < ρ < 0. 010、0· 01 < q < 0. 3、_1· 0 < r < 1· 0)來轉換，
此時的液體表面自由能Ytrtal由式Ytrtal = Yd+(Yp+Yh)求出。
本發明人以求出溶劑的表面自由能的成分為課題，進行深入研究的結果，發現液體的漢森溶解度參數的三種成分(表1)和表面自由能成分為已知的標準溶劑的表面自由能的三種成分(表幻之間存在特定關系。對于上述各式的常數，將各種液體的漢森溶解度參數各成分和已知的液體表面自由能各成分按照成分劃分，用線性函數求出相關關系式， 由此得出圖1的曲線圖。
[表1]
權利要求
1.一種液體的表面自由能的預測方法，其特征在于，通過轉換液體的漢森溶解度參數預測液體的表面自由能參數，對所得到的液體的表面自由能的參數進行合計，求出液體的表面自由能。
2.根據權利要求1所述的液體的表面自由能的預測方法，其中，通過轉換液體的漢森溶解度參數的色散成分、極性成分和氫鍵成分，得到液體的表面自由能的色散成分、極性成分和氫鍵成分。
3.根據權利要求1所述的液體的表面自由能的預測方法，其中，通過轉換液體的漢森溶解度參數的色散成分以及極性成分+氫鍵成分，得到液體的表面自由能的色散成分以及極性成分+氫鍵成分。
4.根據權利要求2所述的液體的表面自由能的預測方法，其中，將液體的漢森溶解度參數的色散成分dD、極性成分dP和氫鍵成分dH由式Yd = aXdD+b，其中，dD 超過 19 時，1. 0 < a < 4. 0,-40 < b < 30，dD 為 19 以下時， 3. 0 < a < 7. 0、-80 < b < -30，Yp = cXdP+e，其中，0. 01 < c < 0. 1,-2. 0 < e < 2. 0, yh = fX dH+g，其中，dH 超過 17. 7 時，1· 0 < f < 1. 5,-20 < g < 0，dH 為 17. 7 以下時，0. 3 < f < 0. 8,-1. 5 < g < 0. 5， 或者式Yh = 11父(1硭+士\(1!1+111，其中，0· 01 < h < 0. 02,0. 1 < i < 1. 0、-5. 0 < m < 5. 0來轉換，得出液體的表面自由能的色散成分Yd、極性成分Yp和氫鍵成分Yh，液體的表面自由能Yttrtal以式Y total = Yd+Yp+Yh 來求出。
5.根據權利要求3所述的液體的表面自由能的預測方法，其中，將液體的漢森溶解度參數的色散成分dD、和極性成分dP+氫鍵成分dH由式Yd = aXdD+b、(Yp+ Y h) = hX (dP+dH)+i，其中，0. 01 < h < 0. 65、-2. 0 < i < 2. 0，dP+dH 超過 25 時，0· 8 < h < 1· 2、-30 < i < 0，或者式Yd = mXdD2+nXdD+o，其中，_0· 45 < m < 0. 01、1 < η < 25、-200 < ο < -10 (Yρ+ Y h) = ρ X (dP+dH)2+qX (dP+dH)+r,其中，0.005 < ρ < 0· 015、_0· 2 < q < 0· 5、-5· 0 < r < 10. 0，來轉換，得出液體的表面自由能的色散成分Yd以及極性成分Yp+氫鍵成分Yh，液體的表面自由能Yttrtal以式Yttrtal = yd+(yp+yh)來求出。
6.一種固體和液體的接觸角的預測方法，由權利要求4中求出的γ W和Y h、以及固體的表面自由能的色散成分Y/、極性成分ysp和氫鍵成分γ Λ以式cos θ = { (2X (y/X yd)1/2+2X (yspX yp) 1/2+2X ( y shX γ h) "2〕/γ tota1}-1 來求出， 式中，θ表示固體和液體的接觸角，或者由權利要求5中求出的Y d、Yp+Y h、以及固體的表面自由能的色散成分Y/、極性成分 Ysp+氫鍵成分Y Λ以式cos θ = {{2X y/X yd)1/2+2X〔(Ysp+Ysh) X (Y1^Yh)V2WtalI-I 來求出，式中，CN 102539289 Aθ表示固體和液體的接觸角。
7.—種固體和液體的附著能的預測方法，由權利要求4中求出的γ W和Y h、以及固體的表面自由能的色散成分Y/、極性成分Y/和氫鍵成分YΛ以式ffSL = 2X(ysdX yd) 1/2+2 X (yspX yp) 1/2+2 X(yshX yh)1/2 來求出，式中，Wsl 表示固體和液體的附著能，或者由權利要求5中求出的Y d、Yp+Y h、以及固體的表面自由能的色散成分Y/、極性成分 Ysp+氫鍵成分Y Λ以式Wsl = 2X (ysdX yd) 1/2+2X ((ysp+ysh)X(yp+yh))1/2 來求出，式中，Wsl 表示固體和液體的附著能。
8.—種固體和液體的界面自由能的預測方法，由權利要求4或權利要求5中求出的液體的表面自由能Y t(rta1、權利要求7中求出的固體和液體的附著能I和固體的表面自由能γ s，以式 Ysl=、+廣“瑪^來求出， 式中，Ya表示固體和液體的界面自由能。
9.一種油墨、糊料或漿料的制造方法，滿足在權利要求6中求出的固體為基板、液體為油墨、糊料和漿料的情況下，固體和液體的接觸角θ為θ <5，或者權利要求7中求出的固體和液體的附著能Wa為Wa < 100，或者權利要求8中求出的固體和液體的界面自由能Ya為Ya<2的任意一個條件。
10.根據權利要求9所述的油墨的制造方法， 液體為透明導電膜用組合物或反射膜用組合物。
全文摘要
本發明提供了表面自由能的預測方法，其目的在于，轉換能夠用軟件從液體的結構式計算的液體的漢森溶解度參數(HSP)值中的色散成分(d成分)、取向成分(p成分)、氫鍵成分(h成分)這三種成分，求出溶劑的表面自由能的三種成分。本發明的液體的表面自由能的預測方法的特征在于，轉換液體的漢森溶解度參數，得到液體表面自由能的參數，對所得到的液體表面自由能的參數進行合計，求出液體的表面自由能。
文檔編號G01N13/00GK102539289SQ20111030380
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月29日 優先權日2010年9月30日
發明者山崎和彥, 林年治, 泉禮子 申請人:三菱綜合材料株式會社