专利名称：液体表面自由能和固液的接触角、界面自由能及附着能的预测法的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体的表面自由能的预测方法以及基于所得到的液体的表面自由能的固体和液体的接触角、界面自由能及附着能的预测方法。
背景技术：
在开发油墨、糊料、浆料等时，油墨、糊料、浆料相对作为涂布它们的对象的基板的润湿性为重要因素。已知为了评价该润湿性，使用固体和液体的表面自由能的色散成分、取向成分和氢键成分这三种成分，利用I7Owkes式、扩展Rwkes式、Young-Dupre式，能够精度良好地计算固体和液体的接触角、界面自由能及附着能。北崎和；)田对R)wkes式扩展和高分子固体的表面张力进行了报告(非专利文献 1)，尝试将有关界面张力的i^owkes式扩展到具有极性或氢键性质分子间力的体系，而不局限在非极性的分子间力，利用表面张力(表面自由能)成分为已知的液体的接触角的数据， 可计算高分子固体的表面张力。如此，固体的表面自由能的各成分、液体的表面自由能的各成分和接触角等与润湿性有关的因子之间具有关联性，只要知道固体的表面自由能的各成分、液体的表面自由能的各成分，就可计算出与润湿性相关的因子。在此，固体的表面自由能的各成分如非专利文献1所记载，可利用与表面自由能成分为已知的标准液的接触角数据来求出，但对于液体的表面自由能的各成分，文献资料只知道约30种。非专利文献1 日本接着協会誌、1972年，Vol. 8，No. 3，131 141页
发明内容
本发明人将求出溶剂的表面自由能的成分为课题，进行了深入研究的结果，发现液体的汉森溶解度参数的成分和溶剂的表面自由能的成分之间存在特定关系。即，本发明的目的在于，转换能够用软件根据液体的结构式计算的液体的汉森溶解度参数(HSP)值中的色散成分(d成分)、取向成分(ρ成分)、氢键成分(h成分)这三种成分，求出溶剂的表面自由能的三种成分。本发明涉及通过以下所示方案解决上述课题的液体的表面自由能的预测方法。(1) 一种液体的表面自由能的预测方法，其特征在于，预测通过转换液体的汉森溶解度参数得到液体的表面自由能的参数的液体的表面自由能参数，对所得到的液体的表面自由能的参数进行合计，求出液体的表面自由能。(2)根据上述(1)所述的液体的表面自由能的预测方法，其中，通过转换液体的汉森溶解度参数的色散成分、极性成分和氢键成分，得到液体的表面自由能的色散成分、极性成分和氢键成分。(3)根据上述(1)所述的液体的表面自由能的预测方法，其中，通过转换液体的汉森溶解度参数的色散成分以及极性成分+氢键成分，得到液体的表面自由能的色散成分以及极性成分+氢键成分。(4)根据上述( 所述的液体的表面自由能的预测方法，其中，将液体的汉森溶解度参数的色散成分dD、极性成分dP和氢键成分dH由式yd = aXdD+b(其中，dD 超过 19 时，1. 0 < a < 4. 0、-40 < b < 30，dD 为 19 以下时，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 超过 17. 7 时，1. 0 < f < 1. 5、-20 < g < 0，dH 为 17. 7 以下时，0. 3 < f < 0. 8、-l. 5 < g < 0. 5)，或者，由式yh = !!※(！评+士父朋+乂其中，。· 01 < h < 0. 02,0. 1 < i < 1. 0,-5. 0 < j < 5. 0)
来转换，得出液体的表面自由能的色散成分Yd、极性成分Yp和氢键成分Yh，液体的表面自由能Yttrtal以式Yttrtal= Yd+Yp+Yh来求出。(5)根据上述C3)所述的液体的表面自由能的预测方法，其中，将液体的汉森溶解度参数的色散成分dD以及极性成分dP+氢键成分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 超过 25 时，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)来转换，得出液体的表面自由能的色散成分Y d、和极性成分Yp+ 氢键成分Yh，液体的表面自由能Ytotal以式Ytrtal= yd+(yp+yh)来求出。(6) 一种固体和液体的接触角的预测方法，由上述⑷中求出的Yd、？和Yh、以及固体的表面自由能的色散成分Y/和极性成分Y SP和氢键成分Yh，以式cos θ = {〔2X (YsdX Yd)V2+2X (YspX γρ)"2+2Χ (YshX Yh)"2〕/Yt0tal}-1 来求出，(式中，θ表示固体和液体的接触角)，或者由上述(5)中求出的Y d、( Yp+Yh)、以及固体的表面自由能的色散成分Y Λ (极性成分Y/+氢键成分Ysh)，以式cos θ = {{2X (YsdX Yd)"2+2X〔(Ysp+Ysh) X (Yp+Yh)〕"2}/YtotalI-I 来求出， (式中，θ表示固体和液体的接触角)。(7)由上述(4)中求出的Yd、？和Yh、以及固体的表面自由能的色散成分Y/、 极性成分γ sp和氢键成分γ Λ以式Wsl = 2Χ (y/X yd)1/2+2X (yspX yp) 1/2+2X ( y shX Yh)"2 来求出，(式中，Wsl 表示固体和液体的附着能)，或者由上述(5)中求出的Y d、( Yp+Yh)、以及固体的表面自由能的色散成分Y Λ (极性成分Y/+氢键成分Ysh)，以式Wsl = 2X (y/X yd)1/2+2X〔( Y sp+Y sh) X ( Yp+Y h)〕“2 来求出，(式中，Wsl 表示固体和液体的附着能)。(8)由上述(4)或(5)4中求出的液体的表面自由能Ytota^上述(7)中求出的固体和液体的附着能I和固体的表面自由能Y s，以式Ysl =求出，
(式中，Y%表示固体和液体的界面自由能)。
(9) 一种油墨、糊料或浆料的制造方法，满足在上述(6)中求出的固体为基板、液体为油墨、糊料和浆料的情况下，固体和液体的接触角θ为θ <5，或者
上述(7)中求出的固体和液体的附着能WSl为WSL< 100，或者上述(8)中求出的固体和液体的界面自由能Ya为Ya < 2的任意一个条件。
(10)上述(9)所述的油墨的制造方法，液体为透明导电膜用组合物或反射膜用组合物。
通过本发明的(1)求出的液体的表面自由能，可容易地求出固体与液体的接触角、附着能或界面自由能，从庞大的固体-液体的组合能够选择出对应于所希望用途的固体-液体的组合。
通过本发明的(9)，无需实际测定基板与油墨的接触角，可从庞大的溶剂组合中， 选择油墨、糊料或浆料容易润湿到基板的溶剂组合，可迅速开发油墨、糊料或浆料。特别是， 由混合数种溶剂的混合溶剂形成的油墨、糊料、浆料的情况下，试验次数会根据混合的溶剂的种类和混合比率的相乘而变成庞大的数目，实际上对测定接触角或附着力需要很多劳力和时间，因此能够预测接触角、界面自由能和附着能对开发的提速产生很大作用。
图1为将各种液体的汉森溶解度参数各成分和已知的液体的表面自由能各成分按照成分划分，并用线性函数求出相关关系式的曲线图。
图2为对d成分和h成分，用二次函数求出相关关系式的曲线图。
图3为对d成分和h成分的值分情况用线性函数求出相关关系式的曲线图。
图4为对(P成分伟成分)，用线性函数求出相关关系式的曲线图。
图5为对(P成分伟成分)，用二次函数求出相关关系式的曲线图。
图6为对(ρ成分伟成分)的值分情况用线性函数求出相关关系式的曲线图。
图7为将实施例1中的预测接触角和实测接触角划分的曲线图。
图8为将实施例2中的预测接触角和实测接触角划分的曲线图。
具体实施方式
以下，基于实施方式对本发明进行具体说明。并且，只要不特别示出，且除了数值固有的情况之外，％表示质量％。
[液体的表面自由能的预测方法]
本发明的液体的表面自由能的预测方法的特征在于，转换液体的汉森溶解度参数，得到液体表面自由能的参数，对所得到的液体表面自由能的参数进行合计，求出液体的表面自由能。
液体的汉森溶解度参数可以向HSP软件中输入液体的结构式来计算。具体来讲，可以用由查理汉森等开发的软件(软件名Hansen Solubility Parameter in Practice(HSPiP))求出，在该软件中，基于使用被称为Y_MB的神经网络法的推算方法，将分子结构以分子的线形表示法Smiles式或MOL文件输入，则自动将分子分解为原子团，计算汉森溶解度参数值和分子体积。
在利用液体的汉森溶解度参数的色散成分、极性成分和氢键成分这三种成分时， 优选将液体的汉森溶解度参数的色散成分dD、极性成分dP和氢键成分dH，以式
yd = aXdD+b(其中，dD 超过 19 时，1. 0 < a < 4. 0、-40 < b < 30，优选 1. 0<a < 2. 5、0 < b < 10，dD 为 19 以下时，3. 0 < a < 7. 0、-80 < b < -30，优选 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 超过 17. 7 时，1. 0 < f < 1. 5、-20 < g < 0，dH 为 17. 7 以下时，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)来转换，得出液体的表面自由能的色散成分Yd、极性成分Yp和氢键成分Yh，此时的液体表面自由能Yttrtal以式Yttrtal = Yd+Yp+Yh求出。
另外，从预测精度变高的观点考虑，更优选将液体的汉森溶解度参数的色散成分 dD和(极性成分dP+氢键成分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，优选 0· 25<k < 0· 55、-1· 5 < 1 < 0· 5，但(dP+dH)超过 25 时，0· 8 < k < 1· 2、-30 < 1 < 0，优选 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， 优选-0. 45 < m < -0. 3、15 < η < 25,-200 < ο < -100，更优选-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,优选 0. 005 < ρ < 0. 010、0· 01 < q < 0. 3、_1· 0 < r < 1· 0)来转换，
此时的液体表面自由能Ytrtal由式Ytrtal = Yd+(Yp+Yh)求出。
本发明人以求出溶剂的表面自由能的成分为课题，进行深入研究的结果，发现液体的汉森溶解度参数的三种成分(表1)和表面自由能成分为已知的标准溶剂的表面自由能的三种成分(表幻之间存在特定关系。对于上述各式的常数，将各种液体的汉森溶解度参数各成分和已知的液体表面自由能各成分按照成分划分，用线性函数求出相关关系式， 由此得出图1的曲线图。
[表1]
权利要求
1.一种液体的表面自由能的预测方法，其特征在于，通过转换液体的汉森溶解度参数预测液体的表面自由能参数，对所得到的液体的表面自由能的参数进行合计，求出液体的表面自由能。
2.根据权利要求1所述的液体的表面自由能的预测方法，其中，通过转换液体的汉森溶解度参数的色散成分、极性成分和氢键成分，得到液体的表面自由能的色散成分、极性成分和氢键成分。
3.根据权利要求1所述的液体的表面自由能的预测方法，其中，通过转换液体的汉森溶解度参数的色散成分以及极性成分+氢键成分，得到液体的表面自由能的色散成分以及极性成分+氢键成分。
4.根据权利要求2所述的液体的表面自由能的预测方法，其中，将液体的汉森溶解度参数的色散成分dD、极性成分dP和氢键成分dH由式Yd = aXdD+b，其中，dD 超过 19 时，1. 0 < a < 4. 0,-40 < b < 30，dD 为 19 以下时， 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 超过 17. 7 时，1· 0 < f < 1. 5,-20 < g < 0，dH 为 17. 7 以下时，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来转换，得出液体的表面自由能的色散成分Yd、极性成分Yp和氢键成分Yh，液体的表面自由能Yttrtal以式Y total = Yd+Yp+Yh 来求出。
5.根据权利要求3所述的液体的表面自由能的预测方法，其中，将液体的汉森溶解度参数的色散成分dD、和极性成分dP+氢键成分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 超过 25 时，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，来转换，得出液体的表面自由能的色散成分Yd以及极性成分Yp+氢键成分Yh，液体的表面自由能Yttrtal以式Yttrtal = yd+(yp+yh)来求出。
6.一种固体和液体的接触角的预测方法，由权利要求4中求出的γ W和Y h、以及固体的表面自由能的色散成分Y/、极性成分ysp和氢键成分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 来求出， 式中，θ表示固体和液体的接触角，或者由权利要求5中求出的Y d、Yp+Y h、以及固体的表面自由能的色散成分Y/、极性成分 Ysp+氢键成分Y Λ以式cos θ = {{2X y/X yd)1/2+2X〔(Ysp+Ysh) X (Y1^Yh)V2WtalI-I 来求出，式中，CN 102539289 Aθ表示固体和液体的接触角。
7.—种固体和液体的附着能的预测方法，由权利要求4中求出的γ W和Y h、以及固体的表面自由能的色散成分Y/、极性成分Y/和氢键成分YΛ以式ffSL = 2X(ysdX yd) 1/2+2 X (yspX yp) 1/2+2 X(yshX yh)1/2 来求出，式中，Wsl 表示固体和液体的附着能，或者由权利要求5中求出的Y d、Yp+Y h、以及固体的表面自由能的色散成分Y/、极性成分 Ysp+氢键成分Y Λ以式Wsl = 2X (ysdX yd) 1/2+2X ((ysp+ysh)X(yp+yh))1/2 来求出，式中，Wsl 表示固体和液体的附着能。
8.—种固体和液体的界面自由能的预测方法，由权利要求4或权利要求5中求出的液体的表面自由能Y t(rta1、权利要求7中求出的固体和液体的附着能I和固体的表面自由能γ s，以式 Ysl=、+广“瑪^来求出， 式中，Ya表示固体和液体的界面自由能。
9.一种油墨、糊料或浆料的制造方法，满足在权利要求6中求出的固体为基板、液体为油墨、糊料和浆料的情况下，固体和液体的接触角θ为θ <5，或者权利要求7中求出的固体和液体的附着能Wa为Wa < 100，或者权利要求8中求出的固体和液体的界面自由能Ya为Ya<2的任意一个条件。
10.根据权利要求9所述的油墨的制造方法， 液体为透明导电膜用组合物或反射膜用组合物。
全文摘要
本发明提供了表面自由能的预测方法，其目的在于，转换能够用软件从液体的结构式计算的液体的汉森溶解度参数(HSP)值中的色散成分(d成分)、取向成分(p成分)、氢键成分(h成分)这三种成分，求出溶剂的表面自由能的三种成分。本发明的液体的表面自由能的预测方法的特征在于，转换液体的汉森溶解度参数，得到液体表面自由能的参数，对所得到的液体表面自由能的参数进行合计，求出液体的表面自由能。
文档编号G01N13/00GK102539289SQ20111030380
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年9月30日
发明者山崎和彦, 林年治, 泉礼子 申请人:三菱综合材料株式会社