ASTM D7334-08 Standardpraxis för ytvätbarhet hos beläggningar, substrat och pigment genom att förbättra kontaktvinkelmätningen

Standarden ”ASTM D7334-08 Standardpraxis för ytvätbarhet hos beläggningar, substrat och pigment genom utveckling av kontaktvinkelmätning” utvecklad av American Society for Testing and Materials (ASTM) beskriver en tillämpning för att mäta kontaktvinkeln när en vätskedroppe appliceras på en belagd yta, substrat eller förformad pigmentskiva.

Det finns två typer av kontaktvinklar: framåt och tillbaka. Denna standard behandlar endast progressiva kontaktvinklar. Denna applikation är avsedd att komplettera, men är inte avsedd att ersätta, tillverkarens instruktioner för den enhet som används för att göra mätningarna.

En vanlig testvätska är vatten, men många andra vätskor kan användas, såsom lösningsmedel, tensid- och dispergeringsmedelslösningar, och till och med flytande färgämnen. Denna tillämpning är baserad på goniometri, vilket innebär att man observerar en stationär droppe testvätska på ett fast substrat. Även om kontaktvinklar styrs av ytspänning, kan denna standard inte användas för att mäta ytspänning direkt.

För denna standards syften gäller följande termer och definitioner:

Den framåtriktade kontaktvinkeln är kontaktvinkeln som mäts omedelbart efter att den sittande droppen placerats på ytan. Droppen har en maximal volym som är tillåten för gränssnittet mellan vätska och fast material. Eventuella tillägg kommer att få droppen att expandera och öka gränssnittet mellan vätska och fast material. Detta kan betraktas som vätningsvinkeln när droppen är redo att väta det ytterligare området. Detta är kontaktvinkeln som används i denna metod och de flesta beläggningsmätningar.
Kontaktvinkeln är den inneslutna vinkeln som bildas av ett fall mellan substratet och en tangent ritad vid skärningspunkten mellan substratet som visas i figuren. Detta är vinkeln som bildas vid de tre fasgränserna där en vätska, gas (luft) och fast ämne skär varandra.
Den vikande kontaktvinkeln är kontaktvinkeln som mäts när materialet avlägsnas från droppen och krymper. Gränsytan mellan vätska och fast material kommer att minska. Detta är vätningsvinkeln.
En vilande droppe är en droppe vätska ovanpå en horisontell yta.
Termerna ytspänning och ytenergi används ofta omväxlande. De är numeriskt likadana, men har olika enheter. Dessa är mått på en effekt som är ett resultat av obalanserade molekylära kohesiva krafter på en yta som får ytan att dra ihop sig och bete sig som en film eller ett membran. Ytmolekyler har högre fri energi än molekyler i bulkmaterialet. Den överskottsfria energin är det som kallas ytenergi. Det som dock mäts är vanligtvis ytspänning, vilket är den kraft som krävs för att bryta en film av en viss längd.

Vid testning appliceras en specifik volym vatten eller en annan överenskommen droppe testvätska på ett testprov med hjälp av en spruta. Kontaktvinkeln mäts med en av två metoder:

Genom att betrakta den stationära droppen genom ett mikroskop utrustat med en goniometerskala för direkt mätning av vinkeln.
Genom att ta en bild av droppen och sedan mäta den med en gradskiva eller använda lämplig programvara för att bearbeta bilden och mäta vinkeln.

Denna standard är användbar för att karakterisera ytors vätbarhet. En yta som är lätt att väta är en där en beläggning har större sannolikhet att ge god vidhäftning och utseende och är mindre benägen att drabbas av ytspänningsrelaterade defekter som krypning, kraterbildning, porer och apelsinskal.

Denna standard kan också användas för att testa vätbarheten hos pigmentytor, särskilt med potentiella ytaktiva ämnen eller hartsbaserade dispergeringsmedel eller kvarnbaser. Pigment som lätt väter är mer benägna att vara lättare att dispergera, och dispergeringsmedel/kvarnbaser som väter pigmenten av intresse är mer benägna att dispergera dessa pigment väl.

Även om kontaktvinkeln styrs av ytspänningarna hos testvätskan och testytan, kan vinkeln inte ge ett direkt ytspänningsvärde.

En låg kontaktvinkel (upp till 45 grader) indikerar vätning och vinklar på 10 till 20 grader indikerar utmärkt vätning.

Vatten kan användas som testvätska för att avgöra (via progressiv kontaktvinkel) om en yta är hydrofil (vinkel upp till 45 grader), hydrofob (vinkel minst 90 grader) eller någonstans däremellan (vinkel mellan 45 grader och 90 grader). Vattenkontaktvinklar har använts för att förutsäga ytors renhet före och efter rengöring, hur lätt det är att väta ytor med vattenbaserade beläggningar och hur effektiva sköljningarna är.

En organisk vätska, såsom ett lösningsmedel, kan också användas för att karakterisera ett substrat, en beläggning eller ett pigment. Den resulterande kontaktvinkeln beror på vätskans och testytans ytspänningar. En testyta med låg ytspänning (energi) kommer inte att vätas av en vätska med hög ytspänning.

Förutom vatten och lösningsmedel kan en dispersion av surfaktanter eller dispergeringsmedel användas för att testa en pigmentyta. All testvätska som kan vara ett dispergeringsmedel för ett testpigment måste väta pigmentet ordentligt, annars fungerar det inte som dispergeringsmedel.

Kontaktvinkelmätningar kan användas för att kartlägga ytor med avseende på hydrofilicitet, förekomst av komponenter med låg ytspänning eller föroreningar, eller skillnader i sammansättning. Andra analysmetoder, såsom infrarödmikroskopi, behövs för att identifiera de kemiska delar som ger upphov till skillnaderna i kontaktvinkel.

Denna testmetod kan användas på nästan alla beläggningar och substrat och kan utökas till pigment genom att komprimera pigmentpulvret till en fast skiva.

Vår organisation, som i åratal har försökt stödja företag från alla sektorer med ett brett utbud av test-, mät-, analys- och utvärderingsstudier, har en stark personalstyrka som noggrant följer utvecklingen i världen inom vetenskap och teknik och ständigt förbättrar sig. I detta sammanhang tillhandahålls även testtjänster till företag i enlighet med standarden ”ASTM D7334-08 Standardapplikation för ytvätbarhet hos beläggningar, substrat och pigment genom att förbättra kontaktvinkelmätning”.