ASTM D7334-08 Стандартная практика для поверхностной смачиваемости покрытий, подложек и пигментов путем улучшения измерения угла контакта

Стандарт «ASTM D7334-08 Стандартная практика для поверхностной смачиваемости покрытий, подложек и пигментов путем измерения контактного угла», разработанный Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM), описывает применение для измерения контактного угла при нанесении капли жидкости на покрытую поверхность, подложку или предварительно сформированный пигментный диск.

Существует два типа углов контакта: наступающий и отступающий. Настоящий стандарт касается только прогрессивных углов контакта. Данное приложение предназначено для дополнения, но не замены инструкций производителя устройства, используемого для проведения измерений.

Обычной испытательной жидкостью является вода, но можно использовать и многие другие жидкости, такие как растворители, растворы поверхностно-активных веществ и диспергаторов и даже жидкие красители. Данное приложение основано на гониометрии, которая заключается в наблюдении за неподвижной каплей тестовой жидкости на твердой подложке. Хотя контактные углы определяются поверхностным натяжением, этот стандарт нельзя использовать для непосредственного измерения поверхностного натяжения.

Для целей настоящего стандарта применяются следующие термины и определения:

• Угол контакта при наступлении — это угол контакта, измеренный сразу после того, как капля поместилась на поверхность. Капля имеет максимально допустимый объем для области контакта жидкость-твердое тело, любое добавление приведет к расширению капли и увеличению области контакта жидкость-твердое тело. Это можно рассматривать как краевой угол смачивания, поскольку капля готова смочить дополнительную площадь. Это угол контакта, используемый в этом методе и большинстве измерений покрытий.
• Угол контакта — это угол, образованный каплей между подложкой и касательной, проведенной в точке пересечения подложки и подложки, как показано на рисунке. Это угол, образованный на границах трех фаз, где пересекаются жидкость, газ (воздух) и твердое тело.
• Угол контакта при отступлении — это угол контакта, измеряемый, когда материал удаляется из капли и сжимается. Площадь поверхности раздела жидкость-твердое тело уменьшится. Это угол смачивания.
• Покоящаяся капля — это капля жидкости на горизонтальной поверхности.
• Термины «поверхностное натяжение» и «поверхностная энергия» часто используются как взаимозаменяемые. Они численно одинаковы, но имеют разные единицы измерения. Это меры эффекта, возникающего в результате действия несбалансированных молекулярных сил сцепления на поверхности, которые заставляют поверхность сжиматься и вести себя как пленка или мембрана. Поверхностные молекулы имеют более высокую свободную энергию, чем молекулы в объеме материала. Избыточная свободная энергия — это то, что называется поверхностной энергией. Однако обычно измеряется поверхностное натяжение, то есть сила, необходимая для разрыва пленки определенной длины.

При испытании на исследуемый образец с помощью шприца наносится определенный объем воды или другой согласованной капли испытательной жидкости. Угол контакта измеряется одним из двух методов:

• Рассматривая неподвижную каплю через микроскоп, снабженный гониометрической шкалой для непосредственного измерения угла.
• Сделав снимок капли, а затем измерив его с помощью транспортира или используя соответствующее программное обеспечение для обработки изображения и измерения угла.

Этот стандарт полезен для характеристики смачиваемости поверхностей. Легко смачиваемая поверхность — это поверхность, на которой покрытие с большей вероятностью обеспечит хорошую адгезию и внешний вид, а также с меньшей вероятностью будет страдать от дефектов, связанных с поверхностным натяжением, таких как ползучесть, кратеры, поры и эффект апельсиновой корки.

Этот стандарт также может использоваться для проверки смачиваемости поверхностей пигментов, в частности, потенциальными диспергаторами на основе поверхностно-активных веществ или смол или меловыми основами. Пигменты, которые легко смачиваются, с большей вероятностью будут легче диспергироваться, а диспергаторы/основы, которые смачивают интересующие пигменты, с большей вероятностью хорошо диспергируют эти пигменты.

Хотя угол контакта определяется поверхностным натяжением исследуемой жидкости и исследуемой поверхности, он не может дать прямого значения поверхностного натяжения.

Низкое значение угла контакта (до 45 градусов) указывает на смачивание, а углы от 10 до 20 градусов указывают на отличное смачивание.

Воду можно использовать в качестве испытательной жидкости для определения (с помощью прогрессивного угла контакта), является ли поверхность гидрофильной (угол до 45 градусов), гидрофобной (угол не менее 90 градусов) или чем-то средним (угол от 45 до 90 градусов). Углы контакта с водой использовались для прогнозирования чистоты поверхности до и после операций очистки, легкости смачивания поверхностей покрытиями на водной основе и эффективности операций ополаскивания.

Органическую жидкость, например, растворитель, также можно использовать для характеристики субстрата, покрытия или пигмента. Результирующий угол контакта зависит от поверхностного натяжения жидкости и исследуемой поверхности. Испытуемая поверхность с низким поверхностным натяжением (энергией) не будет смачиваться жидкостью с высоким поверхностным натяжением.

Помимо воды и растворителей, для проверки поверхности пигмента можно использовать дисперсию поверхностно-активного вещества или раствор диспергатора. Любая тестовая жидкость, являющаяся потенциальным диспергатором для тестового пигмента, должна тщательно смачивать пигмент, иначе она не будет работать как диспергатор.

Измерения угла контакта можно использовать для картирования поверхностей на предмет гидрофильности, наличия компонентов с низким поверхностным натяжением или загрязняющих веществ, а также различий в составе. Для идентификации химических групп, вызывающих различия в углах контакта, необходимы другие аналитические методы, такие как инфракрасная микроскопия.

Этот метод испытаний можно использовать практически для всех покрытий и подложек, а также распространить на пигменты, спрессовав пигментный порошок в сплошной диск.

Наша организация, которая на протяжении многих лет стремится оказывать поддержку предприятиям всех секторов посредством широкого спектра испытаний, измерений, анализа и оценочных исследований, имеет сильный штат сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В этом контексте предприятиям также предоставляются услуги по проведению испытаний в соответствии со стандартом «Применение стандарта ASTM D7334-08 для оценки смачиваемости поверхности покрытий, подложек и пигментов путем улучшения измерения угла контакта».