Ângulo de contato

Ângulo de contato

Principais conclusões

• O ângulo que uma gota forma com a superfície é uma medida direta e quantitativa da molhabilidade.
• Ângulo baixo significa boa molhabilidade. Abaixo de cerca de 30°, a superfície está bem molhada; acima de 90°, é efetivamente não molhável.
• Vários líquidos de teste separam os componentes polar e dispersivo, o que revela por que uma superfície não está aderindo.
• É o método defensável quando um resultado de caneta de dyne seria contestado.

Ângulo de contato

O ângulo de contato é o ângulo formado onde uma gota de líquido encontra uma superfície sólida, medido através do líquido no ponto de contato, e fornece uma medida quantitativa direta de quão bem esse líquido molha esse sólido. Em plásticos, é o método de referência para avaliar a energia de superfície e a eficácia do pré-tratamento.

O ângulo é definido pelo equilíbrio entre as forças de coesão do líquido, que puxam a gota para formar uma esfera, e as forças de adesão entre líquido e sólido, que a puxam para ficar plana. Onde a adesão domina, a gota se espalha e o ângulo é pequeno. Onde a coesão domina, a gota forma contas e o ângulo é grande.

Como interpretar o número

Como a água é polar, um ângulo de contato alto da água em uma peça que deveria estar tratada é um dos indicadores mais rápidos de pré-tratamento malsucedido ou de contaminação por silicone.

Como a medição é feita

A técnica de laboratório padrão é o método da gota séssil: uma gota de volume definido é colocada sobre a superfície, fotografada de perfil, e o ângulo é medido na linha de contato trifásica. Pontos que decidem se o resultado significa alguma coisa:

• O volume da gota deve ser consistente, tipicamente alguns microlitros. Gotas maiores achatam sob o próprio peso e dão leituras baixas.
• Meça rapidamente. A evaporação e o espalhamento lento alteram o ângulo em segundos em algumas superfícies; portanto, a convenção de tempo importa e deve ser declarada.
• Tome vários pontos. O tratamento de superfície, a textura e a contaminação variam ao longo de uma peça; uma única gota é uma anedota.
• A rugosidade da superfície amplia o efeito. Uma superfície rugosa amplifica o que quer que a química subjacente faça, fazendo uma superfície molhável molhar melhor e uma superfície não molhável repelir com mais força. Compare situações equivalentes em textura.
• Os ângulos de avanço e de recuo diferem. A diferença entre eles, a histerese, é em si informativa e frequentemente indica heterogeneidade ou contaminação.

Separação dos componentes polar e dispersivo

Medir com um único líquido fornece a molhabilidade. Medir com dois ou mais líquidos de polaridade conhecida e diferente permite decompor a energia de superfície em seus componentes polar e dispersivo, e é aí que está o valor diagnóstico:

• O componente dispersivo vem das forças de van der Waals e está presente em toda superfície.
• O componente polar vem dos grupos contendo oxigênio que o pré-tratamento enxerta. É a parte que aumenta quando um polímero é tratado e volta a cair à medida que o tratamento decai.
• Por que importa: duas superfícies podem mostrar a mesma energia de superfície total, enquanto uma adere bem e a outra não, porque um adesivo que depende de interação polar precisa especificamente do componente polar. Um valor total, sozinho, pode esconder isso.

Água e diiodometano são o par comum, com a água fornecendo a contribuição polar e o diiodometano sendo essencialmente apolar. Existem vários modelos de cálculo; portanto, o modelo usado deve ser registrado junto com o resultado.

Ângulo de contato versus teste de dyne

São complementares, e não concorrentes. O arranjo viável na maioria das fábricas é usar o ângulo de contato para estabelecer o requisito e resolver dúvidas, e soluções de tensão de molhamento conforme a ASTM D2578 para monitorar o dia a dia em relação a ele.

Solução de problemas de um resultado de ângulo de contato

Termos e leituras relacionados

• Teste de fita ASTM D3359
• Energia de superfície
• A ciência de resolver problemas de adesão em plásticos
• Medição da adesão e da durabilidade à abrasão de revestimentos e tintas
• Métodos de pré-tratamento de superfície de polímeros

Aplicação na produção

The Sabreen Group oferece suporte de engenharia independente em medição de ângulo de contato, caracterização de superfícies e qualificação de adesão. Se você está especificando um processo, qualificando um material ou resolvendo um problema de produção, nossa equipe de serviços de engenharia pode ajudar. Fale conosco para discutir sua aplicação.

Perguntas frequentes

Qual ângulo de contato indica que uma superfície está pronta para colagem?

Como orientação geral, um ângulo de contato da água abaixo de cerca de 60° sugere molhabilidade razoável e abaixo de 30° indica uma superfície bem tratada, enquanto acima de 90° a superfície é efetivamente não molhável. O limite que realmente importa, porém, é o estabelecido para o adesivo ou a tinta específicos em uso: metas genéricas de ângulo são tão pouco confiáveis quanto metas genéricas de dyne.

Como o ângulo de contato difere de um teste com caneta de dyne?

O ângulo de contato é medido por instrumento a partir de uma imagem da gota e fornece um valor quantitativo contínuo; a caneta de dyne depende de um operador julgar se um filme de tinta se mantém por cerca de dois segundos e fornece um resultado de aprovação/reprovação em faixas. O ângulo de contato também pode separar os componentes polar e dispersivo da energia de superfície, o que um teste de dyne não consegue. Use soluções de dyne para monitoramento de rotina e o ângulo de contato quando o número precisar ser defendido.

Por que medir com mais de um líquido de teste?

Porque isso separa o componente polar da energia de superfície do componente dispersivo. Duas superfícies podem mostrar a mesma energia total enquanto apenas uma adere bem, já que os adesivos que dependem de interação polar precisam especificamente do componente polar. O pré-tratamento eleva em particular o componente polar; assim, acompanhá-lo distingue uma superfície realmente tratada de uma que apenas apresenta uma leitura aceitável.

A rugosidade da superfície afeta a leitura?

Consideravelmente. A rugosidade amplifica a química subjacente, fazendo uma superfície molhável molhar melhor e uma não molhável repelir com mais intensidade; assim, uma peça texturizada e uma polida de química idêntica darão ângulos diferentes. Compare situações equivalentes e seja cauteloso ao aplicar a uma superfície de produção texturizada um limite obtido em um corpo de prova liso.

O que causa um ângulo inesperadamente alto em uma peça tratada?

Geralmente tratamento malsucedido ou contaminação por silicone, e os dois se distinguem pelo padrão: o tratamento malsucedido tende a afetar peças ou lotes inteiros, enquanto a contaminação frequentemente aparece em manchas. Como a água é polar, seu ângulo de contato é sensível justamente aos grupos que o tratamento adiciona e que o silicone mascara, o que faz de uma gota de água uma das verificações diagnósticas mais rápidas disponíveis.

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