Angolo di contatto

Angolo di contatto

Punti chiave

• L'angolo che una goccia forma con la superficie è una misura diretta e quantitativa della bagnabilità.
• Un angolo basso significa buona bagnatura. Sotto circa 30° la superficie è ben bagnata; sopra 90° è di fatto non bagnabile.
• L'uso di più liquidi di prova separa le componenti polare e dispersiva, ed è ciò che spiega perché una superficie non aderisce.
• È il metodo difendibile dove il risultato di una penna dyne verrebbe contestato.

Angolo di contatto

L'angolo di contatto è l'angolo che si forma dove una goccia di liquido incontra una superficie solida, misurato attraverso il liquido nel punto di contatto, e fornisce una misura quantitativa diretta di quanto bene quel liquido bagna quel solido. Sulle materie plastiche è il metodo di riferimento per valutare l'energia superficiale e l'efficacia del pretrattamento.

L'angolo è determinato dall'equilibrio tra le forze coesive del liquido, che tirano la goccia in forma di sfera, e le forze adesive tra liquido e solido, che la tirano in piano. Dove prevale l'adesione, la goccia si spande e l'angolo è piccolo. Dove prevale la coesione, la goccia si raccoglie in perla e l'angolo è grande.

Leggere il valore

Poiché l'acqua è polare, un angolo di contatto con l'acqua elevato su un pezzo che dovrebbe essere trattato è uno degli indicatori più rapidi di un pretrattamento fallito o di una contaminazione da silicone.

Come si esegue la misura

La tecnica di laboratorio standard è il metodo della goccia sessile: una goccia di volume definito viene posata sulla superficie, ripresa di profilo e l'angolo misurato sulla linea di contatto trifase. I punti che decidono se il risultato ha significato:

• Il volume della goccia deve essere costante, tipicamente pochi microlitri. Gocce più grandi si appiattiscono sotto il proprio peso e danno letture basse.
• Misuri rapidamente. Evaporazione e lento spandimento modificano entrambi l'angolo nel giro di secondi su alcune superfici, quindi la convenzione sui tempi conta e va dichiarata.
• Rilevi più punti. Trattamento superficiale, texture e contaminazione variano tutti lungo un pezzo; una singola goccia è un aneddoto.
• La rugosità superficiale amplifica l'effetto. Una superficie rugosa amplifica ciò che fa la chimica sottostante: fa bagnare meglio una superficie bagnabile e respingere di più una non bagnabile. Confronti cose omogenee per texture.
• Gli angoli di avanzamento e di recesso differiscono. Lo scarto tra i due, l'isteresi, è di per sé informativo e spesso indica eterogeneità o contaminazione.

Separare le componenti polare e dispersiva

Misurare con un solo liquido dà la bagnabilità. Misurare con due o più liquidi di polarità nota e diversa permette di risolvere l'energia superficiale nelle sue componenti polare e dispersiva, ed è qui che sta il valore diagnostico:

• La componente dispersiva deriva dalle forze di van der Waals ed è presente su ogni superficie.
• La componente polare deriva dai gruppi contenenti ossigeno che il pretrattamento innesta. È la parte che aumenta quando un polimero viene trattato e che ridiscende man mano che il trattamento decade.
• Perché è importante: due superfici possono mostrare la stessa energia superficiale totale mentre una aderisce bene e l'altra no, perché un adesivo che si basa sull'interazione polare richiede specificamente la componente polare. Il solo valore totale può nasconderlo.

Acqua e diiodometano sono l'abbinamento comune: l'acqua fornisce il contributo polare e il diiodometano è sostanzialmente apolare. Esistono diversi modelli di calcolo, quindi il modello usato va registrato insieme al risultato.

Angolo di contatto e test dyne a confronto

Sono complementari e non concorrenti. La soluzione praticabile nella maggior parte degli stabilimenti è usare l'angolo di contatto per stabilire il requisito e dirimere le questioni, e le soluzioni di tensione di bagnatura secondo ASTM D2578 per monitorarlo giorno per giorno.

Risoluzione dei problemi di un risultato di angolo di contatto

Termini correlati e letture

• Test del nastro ASTM D3359
• Energia superficiale
• La scienza per risolvere i problemi di adesione delle materie plastiche
• Misurazione dell'adesione e della durabilità all'abrasione di rivestimenti e inchiostri
• Metodi di pretrattamento superficiale dei polimeri

Applicazione in produzione

The Sabreen Group offre supporto ingegneristico indipendente per la misura dell'angolo di contatto, la caratterizzazione delle superfici e la qualificazione dell'adesione. Se sta specificando un processo, qualificando un materiale o risolvendo un problema di produzione, il nostro team dei servizi di ingegneria può aiutarLa. Ci contatti per discutere la Sua applicazione.

Domande frequenti

Quale angolo di contatto indica che una superficie è pronta per l'incollaggio?

Come indicazione di massima, un angolo di contatto con l'acqua inferiore a circa 60° suggerisce una bagnabilità ragionevole e inferiore a 30° indica una superficie ben trattata, mentre sopra 90° la superficie è di fatto non bagnabile. La soglia significativa, però, è quella stabilita per lo specifico adesivo o inchiostro in uso: obiettivi generici di angolo sono inaffidabili quanto gli obiettivi generici in dyne.

In cosa l'angolo di contatto differisce da un test con penna dyne?

L'angolo di contatto viene misurato da uno strumento a partire da un'immagine della goccia e fornisce un valore quantitativo continuo; una penna dyne si affida a un operatore che giudica se un film di inchiostro tiene per circa due secondi e dà un esito superato/non superato per intervalli. L'angolo di contatto può inoltre separare le componenti polare e dispersiva dell'energia superficiale, cosa che un test dyne non può fare. Usi le soluzioni dyne per il monitoraggio di routine e l'angolo di contatto quando il valore deve essere difeso.

Perché misurare con più di un liquido di prova?

Perché separa la componente polare dell'energia superficiale da quella dispersiva. Due superfici possono mostrare la stessa energia totale mentre solo una aderisce bene, poiché gli adesivi che si basano sull'interazione polare richiedono specificamente la componente polare. Il pretrattamento aumenta in particolare la componente polare, quindi seguirla distingue una superficie realmente trattata da una che si limita a dare una lettura accettabile.

La rugosità superficiale influisce sulla lettura?

Considerevolmente. La rugosità amplifica la chimica sottostante, facendo bagnare meglio una superficie bagnabile e respingere più fortemente una non bagnabile, quindi un pezzo con texture e uno lucido della stessa chimica daranno angoli diversi. Confronti cose omogenee e sia cauto nell'applicare una soglia ricavata su un provino liscio a una superficie di produzione con texture.

Cosa causa un angolo inaspettatamente alto su un pezzo trattato?

Di solito un trattamento fallito o una contaminazione da silicone, e i due casi si distinguono dallo schema: il trattamento fallito tende a interessare interi pezzi o lotti, mentre la contaminazione appare spesso a chiazze. Poiché l'acqua è polare, il suo angolo di contatto è sensibile proprio ai gruppi che il trattamento aggiunge e che il silicone maschera, il che rende una goccia d'acqua uno dei controlli diagnostici più rapidi disponibili.

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