ASTM D7334-08 Pratique standard pour la mouillabilité de surface des revêtements, substrats et pigments par amélioration de la mesure de l'angle de contact

La norme « ASTM D7334-08 Pratique standard pour la mouillabilité de surface des revêtements, substrats et pigments en développant la mesure de l'angle de contact » développée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit une application pour mesurer l'angle de contact lorsqu'une gouttelette de liquide est appliquée sur une surface revêtue, un substrat ou un disque de pigment préformé.

Il existe deux types d'angles de contact : avancé et fuyant. Cette norme ne traite que des angles de contact progressifs. Cette application est destinée à compléter, mais n'est pas destinée à remplacer, les instructions du fabricant de l'appareil utilisé pour effectuer les mesures.

L’eau est un liquide de test courant, mais de nombreux autres liquides peuvent être utilisés, tels que des solvants, des solutions tensioactives et dispersantes, et même des colorants liquides. Cette application est basée sur la goniométrie, qui consiste à observer une goutte stationnaire de liquide d'essai sur un substrat solide. Bien que les angles de contact soient régis par la tension superficielle, cette norme ne peut pas être utilisée pour mesurer directement la tension superficielle.

Aux fins de la présente norme, les termes et définitions suivants s'appliquent :

L'angle de contact avancé est l'angle de contact mesuré immédiatement après que la goutte assise est placée sur la surface. La goutte a un volume maximal autorisé pour la zone d'interface liquide-solide, tout ajout entraînera l'expansion de la goutte et augmentera la zone d'interface liquide-solide. Cela peut être considéré comme l’angle de mouillage lorsque la goutte est prête à mouiller la zone supplémentaire. Il s’agit de l’angle de contact utilisé dans cette méthode et dans la plupart des mesures de revêtement.
L'angle de contact est l'angle inclus formé par une goutte entre le substrat et une tangente tracée au point d'intersection entre le substrat comme indiqué sur la figure. Il s'agit de l'angle formé aux trois limites de phase où un liquide, un gaz (air) et un solide se croisent.
L'angle de contact de recul est l'angle de contact mesuré lorsque le matériau est retiré de la goutte et rétrécit. La surface de l’interface liquide-solide diminuera. C'est l'angle de mouillage.
Une goutte dormante est une goutte de liquide sur une surface horizontale.
Les termes tension superficielle et énergie de surface sont souvent utilisés de manière interchangeable. Ils sont numériquement identiques, mais ont des unités différentes. Il s’agit de mesures d’un effet résultant de forces de cohésion moléculaire déséquilibrées sur une surface qui provoquent la contraction de la surface et son comportement comme un film ou une membrane. Les molécules de surface ont une énergie libre plus élevée que les molécules du matériau en vrac. L'excès d'énergie libre est ce qu'on appelle l'énergie de surface. Cependant, ce qui est généralement mesuré est la tension superficielle, qui est la force nécessaire pour rompre un film d’une certaine longueur.

Lors du test, un volume spécifique d'eau ou une autre goutte de liquide de test convenue est appliquée à un échantillon de test à l'aide d'une seringue. L'angle de contact est mesuré par l'une des deux méthodes suivantes :

En observant la goutte stationnaire à travers un microscope équipé d'une échelle goniométrique pour une mesure directe de l'angle.
En capturant une image de la goutte, puis en la mesurant avec un rapporteur ou en utilisant un logiciel approprié pour traiter l'image et mesurer l'angle.

Cette norme est utile pour caractériser la mouillabilité des surfaces. Une surface facile à mouiller est une surface sur laquelle un revêtement est plus susceptible de fournir une bonne adhérence et une bonne apparence et est moins susceptible de souffrir de défauts liés à la tension superficielle tels que le fluage, les cratères, les piqûres et la peau d'orange.

Cette norme peut également être utilisée pour tester la mouillabilité des surfaces pigmentaires, notamment par d'éventuels tensioactifs ou dispersants à base de résine ou de bases de broyage. Les pigments qui mouillent facilement sont plus susceptibles d'être plus faciles à disperser, et les dispersants/bases de broyage qui mouillent les pigments d'intérêt sont plus susceptibles de bien disperser ces pigments.

Bien que l'angle de contact soit régi par les tensions superficielles du liquide d'essai et de la surface d'essai, l'angle ne peut pas fournir une valeur directe de tension superficielle.

Une faible valeur d'angle de contact avancé (jusqu'à 45 degrés) indique un mouillage et des angles de 10 à 20 degrés indiquent un excellent mouillage.

L'eau peut être utilisée comme liquide de test pour déterminer (via l'angle de contact progressif) si une surface est hydrophile (angle jusqu'à 45 degrés), hydrophobe (angle d'au moins 90 degrés) ou quelque part entre les deux (angle entre 45 degrés et 90 degrés). Les angles de contact de l'eau ont été utilisés pour prédire la propreté des surfaces avant et après les opérations de nettoyage, la facilité de mouillage des surfaces avec des revêtements à base d'eau et l'efficacité des opérations de rinçage.

Un liquide organique, tel qu’un solvant, peut également être utilisé pour caractériser un substrat, un revêtement ou un pigment. L'angle de contact résultant dépend des tensions superficielles du liquide et de la surface d'essai. Une surface d’essai avec une faible tension superficielle (énergie) ne sera pas mouillée par un liquide avec une tension superficielle élevée.

En plus de l’eau et des solvants, une dispersion tensioactive ou une solution dispersante peut être utilisée pour tester la surface d’un pigment. Tout liquide de test qui est un dispersant potentiel pour un pigment de test doit mouiller complètement le pigment, sinon il ne fonctionnera pas comme dispersant.

Les mesures d'angle de contact peuvent être utilisées pour cartographier les surfaces en termes d'hydrophilie, de présence de composants à faible tension superficielle ou de contaminants, ou de différences de composition. D’autres méthodes d’analyse, telles que la microscopie infrarouge, sont nécessaires pour identifier les fractions chimiques qui donnent lieu aux différences d’angle de contact.

Cette méthode de test peut être utilisée sur presque tous les revêtements et substrats et peut être étendue aux pigments en comprimant la poudre de pigment en un disque solide.

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