ASTM D7334-08 Prática Padrão para Molhabilidade de Superfície de Revestimentos, Substratos e Pigmentos por Meio da Melhoria da Medição do Ângulo de Contato

A norma “ASTM D7334-08 Prática padrão para molhabilidade de superfície de revestimentos, substratos e pigmentos por meio do desenvolvimento de medição de ângulo de contato” desenvolvida pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) descreve uma aplicação para medir o ângulo de contato quando uma gota de líquido é aplicada a uma superfície revestida, substrato ou disco de pigmento pré-formado.

Existem dois tipos de ângulos de contato: avanço e recuo. Esta norma trata apenas de ângulos de contato progressivos. Este aplicativo tem como objetivo complementar, mas não substituir, as instruções do fabricante do dispositivo usado para fazer as medições.

Um líquido de teste comum é a água, mas muitos outros líquidos podem ser usados, como solventes, soluções surfactantes e dispersantes, e até mesmo corantes líquidos. Esta aplicação é baseada na goniometria, que envolve a observação de uma gota estacionária de líquido de teste em um substrato sólido. Embora os ângulos de contato sejam regidos pela tensão superficial, este padrão não pode ser usado para medir a tensão superficial diretamente.

Para os fins desta norma, aplicam-se os seguintes termos e definições:

O ângulo de contato de avanço é o ângulo de contato medido imediatamente após a gota assentada ser colocada na superfície. A gota tem um volume máximo permitido para a área de interface líquido-sólido, qualquer adição fará com que a gota se expanda e aumente a área de interface líquido-sólido. Isso pode ser considerado o ângulo de umedecimento, pois a gota está pronta para molhar a área adicional. Este é o ângulo de contato usado neste método e na maioria das medições de revestimento.
O ângulo de contato é o ângulo incluído formado por uma gota entre o substrato e uma tangente desenhada no ponto de intersecção entre o substrato, conforme mostrado na figura. Este é o ângulo formado nos limites trifásicos onde um líquido, um gás (ar) e um sólido se cruzam.
O ângulo de contato de recuo é o ângulo de contato medido quando o material é removido da gota e encolhe. A área da interface líquido-sólido diminuirá. Este é o ângulo de molhagem.
Uma gota dormente é uma gota de líquido sobre uma superfície horizontal.
Os termos tensão superficial e energia superficial são frequentemente usados de forma intercambiável. Eles são numericamente iguais, mas têm unidades diferentes. Essas são medidas de um efeito resultante de forças coesivas moleculares desequilibradas em uma superfície que fazem com que ela se contraia e se comporte como um filme ou membrana. As moléculas da superfície têm maior energia livre do que as moléculas no material a granel. O excesso de energia livre é o que chamamos de energia de superfície. Entretanto, o que geralmente é medido é a tensão superficial, que é a força necessária para quebrar uma película de um determinado comprimento.

Durante o teste, um volume específico de água ou outra gota combinada de líquido de teste é aplicada a uma amostra de teste usando uma seringa. O ângulo de contato é medido por um dos dois métodos:

Observando a gota estacionária através de um microscópio equipado com uma escala de goniômetro para medição direta do ângulo.
Capturando uma imagem da gota e medindo-a com um transferidor ou usando um software apropriado para processar a imagem e medir o ângulo.

Esta norma é útil para caracterizar a molhabilidade de superfícies. Uma superfície fácil de molhar é aquela em que o revestimento tem mais probabilidade de proporcionar boa aderência e aparência e é menos propenso a sofrer defeitos relacionados à tensão superficial, como fluência, craterização, furos e casca de laranja.

Este padrão também pode ser usado para testar a molhabilidade de superfícies de pigmentos, particularmente por potenciais surfactantes ou dispersantes à base de resina ou bases de moinho. Pigmentos que umedecem facilmente têm maior probabilidade de serem mais fáceis de dispersar, e dispersantes/bases de moinho que molham os pigmentos de interesse têm maior probabilidade de dispersar bem esses pigmentos.

Embora o ângulo de contato seja governado pelas tensões superficiais do líquido de teste e da superfície de teste, o ângulo não pode fornecer um valor direto da tensão superficial.

Um valor baixo de ângulo de contato de avanço (até 45 graus) indica umedecimento e ângulos de 10 a 20 graus indicam umedecimento excelente.

A água pode ser usada como um líquido de teste para determinar (por meio do ângulo de contato progressivo) se uma superfície é hidrofílica (ângulo de até 45 graus), hidrofóbica (ângulo de pelo menos 90 graus) ou algo entre os dois (ângulo entre 45 graus e 90 graus). Os ângulos de contato da água têm sido usados para prever a limpeza da superfície antes e depois das operações de limpeza, a facilidade de umedecimento de superfícies com revestimentos à base de água e a eficácia das operações de enxágue.

Um líquido orgânico, como um solvente, também pode ser usado para caracterizar um substrato, revestimento ou pigmento. O ângulo de contato resultante depende das tensões superficiais do líquido e da superfície de teste. Uma superfície de teste com baixa tensão superficial (energia) não será molhada por um líquido com alta tensão superficial.

Além de água e solventes, uma dispersão de surfactante ou solução dispersante pode ser usada para testar uma superfície de pigmento. Qualquer líquido de teste que seja um dispersante potencial para um pigmento de teste deve molhar completamente o pigmento ou não funcionará como dispersante.

Medições de ângulo de contato podem ser usadas para mapear superfícies quanto à hidrofilicidade, à presença de componentes de baixa tensão superficial ou contaminantes, ou diferenças na composição. Outros métodos analíticos, como a microscopia infravermelha, são necessários para identificar as frações químicas que dão origem às diferenças no ângulo de contato.

Este método de teste pode ser usado em quase todos os revestimentos e substratos e pode ser estendido aos pigmentos comprimindo o pó do pigmento em um disco sólido.

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