ASTM D7334-08 Práctica estándar para la humectabilidad superficial de recubrimientos, sustratos y pigmentos mediante la mejora de la medición del ángulo de contacto

La norma “ASTM D7334-08 Práctica estándar para la mojabilidad de la superficie de recubrimientos, sustratos y pigmentos mediante el desarrollo de la medición del ángulo de contacto” desarrollada por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) describe una aplicación para medir el ángulo de contacto cuando se aplica una gota de líquido a una superficie recubierta, un sustrato o un disco de pigmento preformado.

Hay dos tipos de ángulos de contacto: de avance y de retroceso. Esta norma trata únicamente de ángulos de contacto progresivos. Esta aplicación está destinada a complementar, pero no a reemplazar, las instrucciones del fabricante del dispositivo utilizado para realizar las mediciones.

Un líquido de prueba común es el agua, pero se pueden utilizar muchos otros líquidos, como disolventes, soluciones surfactantes y dispersantes e incluso colorantes líquidos. Esta aplicación se basa en la goniometría, que implica la observación de una gota estacionaria de líquido de prueba sobre un sustrato sólido. Aunque los ángulos de contacto están determinados por la tensión superficial, esta norma no se puede utilizar para medir la tensión superficial directamente.

Para los efectos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones:

El ángulo de contacto de avance es el ángulo de contacto medido inmediatamente después de que la gota colocada sobre la superficie. La gota tiene un volumen máximo permitido para el área de interfaz líquido-sólido, cualquier adición hará que la gota se expanda y aumente el área de interfaz líquido-sólido. Esto puede considerarse como el ángulo de humectación, ya que la gota está lista para humedecer el área adicional. Este es el ángulo de contacto utilizado en este método y en la mayoría de las mediciones de recubrimiento.
El ángulo de contacto es el ángulo incluido formado por una gota entre el sustrato y una tangente dibujada en el punto de intersección entre el sustrato como se muestra en la figura. Este es el ángulo que se forma en los límites de las tres fases donde se intersecan un líquido, un gas (aire) y un sólido.
El ángulo de contacto de retroceso es el ángulo de contacto medido cuando el material se retira de la gota y se contrae. El área de interfaz líquido-sólido disminuirá. Este es el ángulo de humectación.
Una gota latente es una gota de líquido sobre una superficie horizontal.
Los términos tensión superficial y energía superficial a menudo se utilizan indistintamente. Son numéricamente iguales pero tienen unidades diferentes. Se trata de medidas de un efecto resultante de fuerzas cohesivas moleculares desequilibradas sobre una superficie que hacen que ésta se contraiga y se comporte como una película o membrana. Las moléculas de la superficie tienen mayor energía libre que las moléculas del material en masa. El exceso de energía libre es lo que se llama energía superficial. Sin embargo, lo que normalmente se mide es la tensión superficial, que es la fuerza necesaria para romper una película de una determinada longitud.

Durante la prueba, se aplica un volumen específico de agua u otra gota acordada de líquido de prueba a una muestra de prueba usando una jeringa. El ángulo de contacto se mide mediante uno de dos métodos:

Observando la gota estacionaria a través de un microscopio equipado con una escala goniómetro para la medición directa del ángulo.
Capturando una imagen de la gota y luego midiéndola con un transportador o utilizando un software apropiado para procesar la imagen y medir el ángulo.

Esta norma es útil para caracterizar la mojabilidad de las superficies. Una superficie que es fácil de mojar es aquella en la que es más probable que un recubrimiento proporcione buena adhesión y apariencia y es menos probable que sufra defectos relacionados con la tensión superficial, como fluencia, cráteres, poros y piel de naranja.

Este estándar también se puede utilizar para probar la humectabilidad de las superficies de pigmentos, particularmente mediante posibles tensioactivos o dispersantes a base de resina o bases de molienda. Es más probable que los pigmentos que se humedecen fácilmente sean más fáciles de dispersar, y es más probable que los dispersantes/bases de molienda que humedecen los pigmentos de interés dispersen bien esos pigmentos.

Aunque el ángulo de contacto está determinado por las tensiones superficiales del líquido de prueba y la superficie de prueba, el ángulo no puede proporcionar un valor directo de la tensión superficial.

Un valor de ángulo de contacto de avance bajo (hasta 45 grados) indica humectación y ángulos de 10 a 20 grados indican humectación excelente.

El agua se puede utilizar como líquido de prueba para determinar (a través de un ángulo de contacto progresivo) si una superficie es hidrófila (ángulo de hasta 45 grados), hidrófoba (ángulo de al menos 90 grados) o algo intermedio (ángulo entre 45 grados y 90 grados). Los ángulos de contacto con el agua se han utilizado para predecir la limpieza de la superficie antes y después de las operaciones de limpieza, la facilidad de humectación de las superficies con recubrimientos a base de agua y la eficacia de las operaciones de enjuague.

También se puede utilizar un líquido orgánico, como un disolvente, para caracterizar un sustrato, un recubrimiento o un pigmento. El ángulo de contacto resultante depende de las tensiones superficiales del líquido y de la superficie de prueba. Una superficie de prueba con baja tensión superficial (energía) no será mojada por un líquido con alta tensión superficial.

Además de agua y disolventes, se puede utilizar una dispersión de surfactante o una solución dispersante para probar la superficie de un pigmento. Cualquier líquido de prueba que sea un dispersante potencial para un pigmento de prueba debe humedecer completamente el pigmento o no funcionará como dispersante.

Las mediciones del ángulo de contacto se pueden utilizar para mapear superficies en busca de hidrofilicidad, presencia de componentes o contaminantes de baja tensión superficial o diferencias en la composición. Se necesitan otros métodos analíticos, como la microscopía infrarroja, para identificar las fracciones químicas que dan lugar a las diferencias en el ángulo de contacto.

Este método de prueba se puede utilizar en casi todos los recubrimientos y sustratos y se puede extender a los pigmentos comprimiendo el polvo de pigmento en un disco sólido.

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