Temas Açısı Ölçümü

Temas açısı ölçümü, bir sıvının katı bir yüzey üzerinde ne kadar iyi ıslandığını (yayıldığını) karakterize etmek için yüzey biliminde en yaygın kullanılan tekniklerden biridir. Islanabilirlik, yüzey enerjisi, hidrofobiklik / hidrofiliklik, temizlik, pürüzlülük etkileri ve yapışma özellikleri hakkında doğrudan bilgi sağlar. Bu da onu malzeme bilimi, kaplamalar, ilaçlar, mikroakışkanlar, tekstil, biyotıp ve yarı iletken üretimi gibi alanlarda vazgeçilmez kılar.

Temas açısı, bir sıvı, bir katı ve bir gazın (genellikle hava) buluştuğu üç fazlı sınırda oluşan açıdır. Sıvı damlacığının içinde, katı yüzey ile temas noktasındaki sıvı-buhar arayüzüne teğet arasında ölçülür.

Bu açı eğer,

• 90 dereceden küçükse, yüzey hidrofiliktir (iyi ıslanma, sıvı kolayca yayılır).
• 0 derece ise tam ıslanma (mükemmel yayılma).
• 90 dereceden büyükse, yüzey hidrofobiktir (zayıf ıslanma, sıvı damlacıklar halinde kalır).
• 180 dereceye yaklaşıyorsa, süperhidrofobiktir (örneğin lotus yaprağı etkisi).

Temel ilişki Young denklemiyle verilir. Bu denklem ideal, pürüzsüz, homojen bir yüzey varsayar. Gerçek yüzeyler genellikle pürüzlülük, kimyasal heterojenlik veya emilim nedeniyle sapma gösterir.

Temas açısı, kritik yüzey özelliklerini ortaya koyar:

• Islanabilirlik: Kaplama, baskı, temizlik ve yapışmayı etkiler.
• Yüzey temizliği: Kirleticiler temas açısını artırır.
• Hidrofobiklik / hidrofiliklik: Buğu önleyici, kendi kendini temizleyen veya biyolojik olarak uyumlu yüzeyler için önemlidir.
• Yüzey serbest enerjisi: Çeşitli yöntemlerle birden fazla prob sıvısı kullanılarak hesaplanır.
• Pürüzlülük etkileri: “Pürüzlülük ıslanmayı artırır“ veya “hava cepleri süper hidrofobiklik yaratır“ rejimleri.

Temas açısı ölçümünün başlıca yöntemleri şunlardır:

• Damla yöntemi (statik temas açısı): En yaygın ve basit tekniktir. Küçük bir damla (tipik olarak 1-5 μL su) katı yüzeye nazikçe yerleştirilir. Yüksek çözünürlüklü bir kamera damla profilini yakalar ve yazılım, temas açısını belirlemek için şekle uyarlar. Optik bir tensiyometre (goniometre veya damla şekli analizörü) ile gerçekleştirilir. Bu yöntem basit, hızlı ve yaygın olarak bulunur. Ancak yüzey heterojenliğine duyarlıdır, sadece bir noktayı ölçer.
• Dinamik temas açısı ölçümleri:
• İlerleyen ve geri çekilen açılar (iğne yöntemi): temas açısı ölçülürken damlaya yavaşça sıvı eklenir veya damladan sıvı çekilir. İlerleyen temas açısı (temas çizgisi genişlediğinde) genellikle geri çekilen temas açısından (daraldığında) daha yüksektir. Histerezis (fark), yüzey pürüzlülüğünü veya heterojenliğini gösterir.
• Eğimli plaka yöntemi: Damla kaymaya başlayana kadar yüzey kademeli olarak eğilir, aşağı (ilerleyen) ve yukarı (geri çekilen) taraflardaki açılar ölçülür.
• Wilhelmy plaka yöntemi: Katı bir plaka veya lif sıvıya daldırılır (veya sıvıdan çıkarılır) ve kuvvet hassas bir terazi ile ölçülür. Islatma kuvvetinden temas açısı hesaplanır. Damla bırakmanın zor olduğu lifler, tozlar veya düzensiz numuneler için idealdir.
• Diğer özel teknikler:
• Kapalı kabarcık yöntemi: Çok hidrofilik yüzeyler için kullanılır (damla yerine sıvıda hava kabarcığı).
• Kılcal penetrasyon / Washburn yöntemi: Tozlar veya gözenekli malzemeler içindir.
• Mikroskobik / piko-litre damla yöntemleri: Küçük desenler veya mikro yüzeyler içindir.

Çoğu ölçümde prob sıvısı olarak deiyonize su kullanılır. Ölçümlerde yüzey hazırlığı çok önemlidir: temiz, düz ve temsili numuneler kullanılır. İstatistik için birden fazla damla / konum ölçülmelidir. Çevresel faktörler (sıcaklık, nem, titreşim) sonuçları etkiler. Gelişmiş cihazlar, otomatik dağıtım, eğimli aşamalar ve pürüzlülük düzeltmesi sunar.

Temas açısı ölçümü, su geçirmez kumaşların tasarımından boya yapışmasının iyileştirilmesine veya buzlanmayı önleyici yüzeylerin geliştirilmesine kadar, temel yüzey termodinamiğini gerçek dünya uygulamalarıyla birleştiren basit ama güçlü bir araç olmaya devam etmektedir.

Temas açısı ölçümü için, ISO ve ASTM tarafından geliştirilen çeşitli uluslararası standartlar bulunmaktadır. Bu standartlar, prosedürleri, ekipman gereksinimlerini, test sıvılarını, damla hacimlerini, ölçüm koşullarını, veri değerlendirmesini ve tekrarlanabilirliği ve karşılaştırılabilirliği sağlamak için raporlamayı belirtir.

Tek bir evrensel standart tüm uygulamaları kapsamaz, bunun yerine, standartlar belirli malzemelere, endüstrilere veya amaçlara (örneğin boyalar, polimerler, kağıt, korona işlem görmüş filmler veya genel ıslatılabilirlik / yüzey serbest enerjisi belirleme) göre uyarlanmıştır.

Başlıca ISO standartları şunlardır:

• “ISO 19403 Boyalar ve vernikler - Islanabilirlik“ standart serisi, genel optik temas açısı ölçümü ve yüzey serbest enerjisi hesaplaması için en kapsamlı modern seridir:
• ISO 19403-1 Boyalar ve vernikler - Islanabilirlik - Bölüm 1: Sözlük ve genel prensipler
• ISO 19403-2 Boyalar ve vernikler - Islanabilirlik - Bölüm 2: Temas açısının ölçülmesi yoluyla katı yüzeylerin yüzey serbest enerjisinin belirlenmesi
• ISO 19403-3-7 Yüzey geriliminin polar / dağılımsal kısımlarının belirlenmesi, ölçüm düzeneklerinin referans malzemelerle kontrol edilmesi gibi ilgili hususlar.
• ISO/TS 14778 Kağıt ve karton - Optik yöntemlerle su temas açısının ölçülmesi.
• ISO 15989 Plastikler - Film ve levha - Korona işlemine tabi tutulmuş filmlerin su temas açısının ölçülmesi. Bu standart, birçok açıdan ASTM D5946 standardına eşdeğerdir.
• ISO 27448 İnce seramikler (gelişmiş seramikler, gelişmiş teknik seramikler) - Yarı iletken fotokatalitik malzemelerin kendi kendini temizleme performansının test yöntemi - Su temas açısının ölçümü.
• ASTM D7334 Kaplamaların, yüzeylerin ve pigmentlerin yüzey ıslanabilirliğinin ileri temas açısı ölçümüyle belirlenmesine yönelik standart uygulama.
• ASTM D5946 Korona işlemi görmüş polimer filmler için su temas açısı ölçümlerini kullanan standart test yöntemi
• ASTM D7490 Katı kaplamaların, yüzeylerin ve pigmentlerin yüzey geriliminin temas açısı ölçümleri kullanılarak ölçülmesine ilişkin standart test yöntemi
• ASTM D8597 Taşınabilir gonyometreler kullanılarak temas açısı ölçümü ile kaplamaların, yüzeylerin ve pigmentlerin yüzey ıslanabilirliğinin test edilmesine yönelik standart test yöntemi

Bu standartlar şunları vurgular:

• Temiz, düz, temsili örnekler.
• Kontrollü ortam (sıcaklık, nem, titreşimsiz).
• İstatistiksel güvenilirlik (çoklu damla / pozisyon, düşük standart sapma, tipik olarak en az 3-5 derece).
• Birincil teknik olarak optik yöntemler (sabit damla, görüntü analizi).

Günümüzde çoğu genel amaçlı veya araştırma amaçlı temas açısı çalışması için, özellikle yüzey serbest enerjisinin belirlenmesinde ISO 19403-2 standardı, uluslararası referans standardıdır.

Kuruluşumuz, yıllardır yetkin ve deneyimli bir kadro ile müşterilerinin ihtiyaçlarını anlamakta, ihtiyaç duydukları ileri test hizmetlerini vermekte ve yönetim sistemlerinin kurulması, uygulanması ve iyileştirilmesi konusunda yardımcı olmaktadır. Bu çerçevede işletmelere temas açısı ölçümü hizmetleri de verilmektedir.