Štandardný postup ASTM D7334-08 pre povrchovú zmáčateľnosť náterov, substrátov a pigmentov zlepšením merania kontaktného uhla

Norma „ASTM D7334-08 Štandardný postup pre zmáčateľnosť povrchov náterov, substrátov a pigmentov vývojom merania kontaktného uhla“ vyvinutá Americkou spoločnosťou pre testovanie a materiály (ASTM) opisuje aplikáciu na meranie kontaktného uhla pri nanesení kvapky kvapaliny na potiahnutý povrch, substrát alebo vopred vytvorený pigmentový disk.

Existujú dva typy kontaktných uhlov: postupujúci a ustupujúci. Táto norma sa zaoberá len postupnými kontaktnými uhlami. Táto aplikácia je určená na doplnenie, ale nie na nahradenie pokynov výrobcu pre zariadenie používané na vykonávanie meraní.

Bežnou testovacou kvapalinou je voda, ale možno použiť aj mnoho iných kvapalín, ako sú rozpúšťadlá, roztoky povrchovo aktívnych látok a dispergačných činidiel a dokonca aj tekuté farbivá. Táto aplikácia je založená na goniometrii, ktorá zahŕňa pozorovanie stacionárnej kvapky testovanej kvapaliny na pevnom substráte. Hoci kontaktné uhly sú riadené povrchovým napätím, tento štandard nemožno použiť na priame meranie povrchového napätia.

Na účely tohto štandardu platia nasledujúce pojmy a definície:

• Postupujúci kontaktný uhol je kontaktný uhol meraný bezprostredne po umiestnení usadenej kvapky na povrch. Kvapka má maximálny povolený objem pre plochu rozhrania kvapalina-pevná látka, akékoľvek pridanie spôsobí roztiahnutie kvapky a zväčšenie plochy rozhrania kvapalina-pevná látka. Toto sa dá považovať za uhol zmáčania, keďže kvapka je pripravená zmáčať ďalšiu plochu. Toto je kontaktný uhol používaný pri tejto metóde a vo väčšine meraní povlakov.
• Kontaktný uhol je uhol, ktorý zviera kvapka medzi substrátom a dotyčnica nakreslená v priesečníku medzi substrátom, ako je znázornené na obrázku. Toto je uhol, ktorý zvierajú hranice troch fáz, kde sa pretínajú kvapalina, plyn (vzduch) a pevná látka.
• Ustupujúci kontaktný uhol je kontaktný uhol meraný, keď sa materiál odstráni z kvapky a zmrští sa. Plocha rozhrania kvapalina-pevná látka sa zmenší. Toto je uhol zmáčania.
• Spiaca kvapka je kvapka kvapaliny na vrchu vodorovného povrchu.
• Pojmy povrchové napätie a povrchová energia sa často používajú zameniteľne. Číselne sú rovnaké, ale majú rôzne jednotky. Ide o miery účinku vyplývajúceho z nevyvážených molekulárnych kohéznych síl na povrchu, ktoré spôsobujú, že sa povrch zmršťuje a správa sa ako film alebo membrána. Povrchové molekuly majú vyššiu voľnú energiu ako molekuly v sypkom materiáli. Prebytočná voľná energia sa nazýva povrchová energia. Zvyčajne sa však meria povrchové napätie, čo je sila potrebná na pretrhnutie filmu určitej dĺžky.

Pri testovaní sa na testovanú vzorku pomocou injekčnej striekačky nanesie špecifický objem vody alebo inej dohodnutej kvapky testovacej kvapaliny. Kontaktný uhol sa meria jednou z dvoch metód:

• Pozorovaním stacionárnej kvapky cez mikroskop vybavený goniometrickou stupnicou na priame meranie uhla.
• Zachytením obrazu kvapky a následným jej zmeraním uhlomerom alebo použitím vhodného softvéru na spracovanie obrazu a meranie uhla.

Táto norma je užitočná na charakterizáciu zmáčateľnosti povrchov. Povrch, ktorý sa ľahko zmáča, je taký, na ktorom náter s väčšou pravdepodobnosťou zabezpečí dobrú priľnavosť a vzhľad a je menej pravdepodobné, že bude trpieť chybami súvisiacimi s povrchovým napätím, ako je tečenie, krátery, dierky a pomarančová kôra.

Táto norma sa môže použiť aj na testovanie zmáčavosti povrchov pigmentov, najmä potenciálnych povrchovo aktívnych látok alebo disperzantov na báze živice alebo mlynských základov. Pigmenty, ktoré sa ľahko zmáčajú, sa s väčšou pravdepodobnosťou ľahšie dispergujú a dispergačné činidlá/mlecie základy, ktoré zmáčajú požadované pigmenty, s väčšou pravdepodobnosťou tieto pigmenty dobre dispergujú.

Hoci kontaktný uhol je určený povrchovým napätím testovanej kvapaliny a testovaného povrchu, uhol nemôže poskytnúť priamu hodnotu povrchového napätia.

Nízka hodnota postupného kontaktného uhla (do 45 stupňov) naznačuje zmáčanie a uhly 10 až 20 stupňov naznačujú vynikajúce zmáčanie.

Voda sa môže použiť ako testovacia kvapalina na určenie (pomocou progresívneho kontaktného uhla), či je povrch hydrofilný (uhol do 45 stupňov), hydrofóbny (uhol najmenej 90 stupňov) alebo niekde medzi tým (uhol medzi 45 a 90 stupňami). Kontaktné uhly s vodou sa používajú na predpovedanie čistoty povrchu pred a po čistení, ľahkosti zmáčania povrchov s nátermi na vodnej báze a účinnosti oplachovania.

Na charakterizáciu substrátu, náteru alebo pigmentu sa môže použiť aj organická kvapalina, ako napríklad rozpúšťadlo. Výsledný kontaktný uhol závisí od povrchového napätia kvapaliny a testovaného povrchu. Testovaný povrch s nízkym povrchovým napätím (energiou) nebude zmáčať kvapalinou s vysokým povrchovým napätím.

Okrem vody a rozpúšťadiel sa na testovanie pigmentového povrchu môže použiť disperzia povrchovo aktívnych látok alebo disperzný roztok. Akákoľvek testovacia kvapalina, ktorá je potenciálnym dispergačným činidlom pre testovaný pigment, musí pigment dôkladne navlhčiť, inak nebude fungovať ako dispergačné činidlo.

Merania kontaktného uhla sa môžu použiť na mapovanie povrchov z hľadiska hydrofilnosti, prítomnosti zložiek s nízkym povrchovým napätím alebo kontaminantov alebo rozdielov v zložení. Na identifikáciu chemických skupín, ktoré spôsobujú rozdiely v kontaktnom uhle, sú potrebné ďalšie analytické metódy, ako napríklad infračervená mikroskopia.

Túto testovaciu metódu je možné použiť takmer na všetky nátery a substráty a možno ju rozšíriť aj na pigmenty stlačením pigmentového prášku do pevného disku.

Naša organizácia, ktorá sa už roky snaží podporovať podniky zo všetkých sektorov širokou škálou testovacích, meracích, analytických a hodnotiacich štúdií, má silný personál, ktorý pozorne sleduje svetový vývoj v oblasti vedy a techniky a neustále sa zlepšuje. V tejto súvislosti sa podnikom poskytujú aj testovacie služby v súlade s normou „ASTM D7334-08 Norma pre aplikáciu zmáčateľnosti povrchu náterov, substrátov a pigmentov zlepšením merania kontaktného uhla“.