Мерење на контактниот агол

Мерењето на контактниот агол е една од најшироко користените техники во површинската наука за карактеризирање на тоа колку добро течноста се навлажнува (шири) на цврста површина. Тоа дава директни информации за навлажнливоста, површинската енергија, хидрофобноста/хидрофилноста, чистотата, ефектите на грубоста и својствата на адхезија. Ова го прави неопходен во области како што се науката за материјали, премазите, фармацевтската индустрија, микрофлуидијата, текстилот, биомедицината и производството на полупроводници.

Контактниот агол е аголот формиран на трифазната граница каде што се среќаваат течност, цврста материја и гас (обично воздух). Се мери во капката течност, помеѓу тангентата на интерфејсот течност-пареа во точката на контакт со површината на цврстата материја.

Ако овој агол,

Ако аголот е помал од 90 степени, површината е хидрофилна (добро се навлажнува, течноста лесно се шири).
На 0 степени, целосно навлажнување (совршено размачкување).
Ако аголот е поголем од 90 степени, површината е хидрофобна (слабо навлажнување, течноста останува во капки).
Ако се приближи до 180 степени, тоа е суперхидрофобно (на пример, ефект на лист од лотос).

Фундаменталната врска е дадена со Јанговата равенка, која претпоставува идеална, мазна, хомогена површина. Вистинските површини често покажуваат отстапувања поради грубост, хемиска хетерогеност или апсорпција.

Аголот на контакт открива критични површински својства:

Влажност: Влијае на премачкувањето, печатењето, чистењето и адхезијата.
Чистота на површината: Загадувачите го зголемуваат аголот на контакт.
Хидрофобност/хидрофилност: Важно за површини против замаглување, самочистење или биокомпатибилни површини.
Слободна енергија на површината: Пресметано со користење на повеќе сондни течности преку различни методи.
Ефекти на грубоста: Режими на „грубоста го зголемува навлажнувањето“ или режими на „воздушните џебови создаваат суперхидрофобност“.

Главните методи за мерење на аголот на контакт се следниве:

Метод на капка (статичен агол на контакт): Ова е најчестата и наједноставната техника. Мала капка (обично 1-5 μL вода) нежно се става на цврста површина. Камера со висока резолуција го снима профилот на капката, а софтверот се прилагодува на обликот за да го одреди аголот на контакт. Ова се изведува со оптички тензиометар (гониометар или анализатор на облик на капка). Овој метод е едноставен, брз и широко достапен. Сепак, тој е чувствителен на хетерогеност на површината и мери само една точка.
Динамички мерења на аголот на контакт:
Агли на напредување и повлекување (метод со игла): Течноста полека се додава или се повлекува од капката додека се мери аголот на контакт. Аголот на напредување на контактот (кога линијата на контакт се шири) е генерално поголем од аголот на повлекување на контактот (кога се стеснува). Хистерезисот (разликата) укажува на грубост или хетерогеност на површината.
Метод со наклонета плоча: Површината постепено се наклонува сè додека капката не почне да се лизга, а се мерат аглите на страните надолу (напредување) и нагоре (повлекување).
Метод на Вилхелмиева плоча: Цврста плоча или влакно се потопува во (или се отстранува од) течност, а силата се мери со прецизна вага. Аголот на контакт се пресметува од силата на навлажнување. Идеален за влакна, прашоци или неправилни примероци каде што капењето е тешко.
Други специјализирани техники:
Метод со затворени меурчиња: Се користи за високо хидрофилни површини (воздушни меурчиња во течноста наместо капки).
Капиларна пенетрација / метод на Washburn: За прашоци или порозни материјали.
Микроскопски/пиколитарски методи со капки: За мали шаблони или микроповршини.

Дејонизирана вода се користи како течност за сондата во повеќето мерења. Подготовката на површината е клучна при мерењата: се користат чисти, рамни и репрезентативни примероци. За статистички цели мора да се мерат повеќе капки/локации. Факторите на животната средина (температура, влажност, вибрации) влијаат на резултатите. Напредните инструменти нудат автоматско дозирање, наклонети фази и корекција на грубоста.

Мерењето на контактниот агол останува едноставна, но моќна алатка што ги комбинира фундаменталната површинска термодинамика со реални апликации, од дизајнирање на водоотпорни ткаенини и подобрување на адхезијата на бојата до развој на површини против замрзнување.

За мерење на контактниот агол, постојат неколку меѓународни стандарди развиени од ISO и ASTM. Овие стандарди ги специфицираат процедурите, барањата за опрема, тест течностите, волуменот на капките, условите за мерење, евалуацијата на податоците и известувањето за да се обезбеди повторување и споредливост.

Еден универзален стандард не ги опфаќа сите примени; наместо тоа, стандардите се прилагодени на специфични материјали, индустрии или намени (на пр., бои, полимери, хартија, филмови третирани со корона или општо определување на навлажнливоста/слободна енергија на површината).

Главните ISO стандарди се следниве:

Стандардната серија „ISO 19403 Бои и лакови - Влажност“ е најсеопфатната модерна серија за општо мерење на оптичкиот контактен агол и пресметка на слободната енергија на површината:
ISO 19403-1 Бои и лакови - Влажност - Дел 1: Речник и општи принципи
ISO 19403-2 Бои и лакови - Влажност - Дел 2: Одредување на слободната енергија на површината на цврстите површини со мерење на аголот на контакт
ISO 19403-3-7 се занимава со поврзани аспекти како што се одредување на поларните/дистрибутивните компоненти на површинскиот напон и проверка на поставките за мерење со референтни материјали.
ISO/TS 14778 Хартија и картон - Мерење на аголот на контакт со вода со оптички методи.
ISO 15989 Пластика - Филм и лим - Мерење на аголот на контакт со вода на филмови третирани со корона. Овој стандард е еквивалентен на ASTM D5946 во многу аспекти.
ISO 27448 Фина керамика (напредна керамика, напредна техничка керамика) - Метод на тестирање за перформанси на самочистење на полупроводнички фотокаталитички материјали - Мерење на аголот на контакт со вода.
ASTM D7334 Стандардна практика за одредување на површинската навлажнливост на премази, површини и пигменти со напредно мерење на контактниот агол.
ASTM D5946 Стандарден метод на тестирање со мерења на аголот на контакт со вода за полимерни филмови третирани со корона.
ASTM D7490 Стандарден метод на тестирање за мерење на површинскиот напон на цврсти премази, површини и пигменти со употреба на мерења на контактниот агол.
ASTM D8597 Стандарден метод на тестирање за тестирање на површинската навлажнливост на премази, површини и пигменти со мерење на контактниот агол со употреба на преносни гониометри.

Овие стандарди нагласуваат следново:

Чисти, едноставни, репрезентативни примери.
Контролирана средина (температура, влажност, без вибрации).
Статистичка веродостојност (повеќекратни падови/позиција, ниска стандардна девијација, обично најмалку 3-5 степени).
Примарната техника вклучува оптички методи (фиксна капка, анализа на слика).

Денес, за повеќето студии за контактен агол со општа намена или истражувања, особено при одредување на слободната енергија на површината, стандардот ISO 19403-2 е меѓународен референтен стандард.

Со години, нашата организација, со својот компетентен и искусен тим, ги разбира потребите на своите клиенти, обезбедувајќи им напредни услуги за тестирање и помагајќи во воспоставувањето, имплементацијата и подобрувањето на системите за управување. Во оваа рамка, ние исто така нудиме услуги за мерење на контактен агол за бизниси.