Kąt zwilżania
Pomiar kąta zwilżania przy użyciu goniometrów - Co to jest "statyczny" kąt zwilżania?
Kropla cieczy umieszczona na stałej, niepochłaniającej powierzchni osiąga stan "równowagi" w momencie, gdy rozmiar podstawy kropli przestaje się zmieniać. Zmierzony w takim stanie kąt zwilżania, jest kątem "statycznym". Dla cieczy o dużej lepkości np. gliceryny, uzyskanie stanu "równowagi" może wymagać odczekania pewnego czasu.
Ważne jest, aby kropla była aplikowana na powierzchnię w możliwie delikatny sposób tak, aby zmierzony kąt zwilżania był możliwie jak największy. W przypadku, gdy kropla jest dociskana do powierzchni rozszerza się i kąt zwilżania zmniejsza się, gdy kropla cofa się po powierzchni. Dla niektórych rodzajów materiałów np. pokryć dachowych interesujące może wyznaczenie histerezy zwilżania poprzez określenie kątów postępowania i ustępowania.
Należy zauważyć, że statycznego kąta zwilżania nie można używać do scharakteryzowania wzajemnego oddziaływania cieczy z podłożem w przypadkach, gdy:
- Ciecz wnika w podłoże, przez co nie jest możliwe uzyskanie stanu równowagi,
- Zachodzi reakcja chemiczna z podłożem powodująca zmianę napięcia powierzchniowego cieczy lub własności powierzchni materiału.
Dla materiałów pochłaniających, dla których następuje penetracja płynu w podłoże, kąt zwilżania będzie zmieniał się w sposób ciągły w funkcji czasu. Dla niektórych zastosowań np. przy drukowaniu lub klejeniu czynnik czasu może być krytyczny dla całego procesu. Po to, aby zmierzyć "dynamiczny kąt zwilżania", "szybkość pochłaniania" i "szybkość rozpływania" konieczne jest uchwycenie sekwencji zmieniających się obrazów, na których widoczna będzie dynamika całego procesu.
Goniometry PG-2 i PG-3 mają możliwość zarejestrowania przy użyciu wbudowanej kamery 15 obrazów na sekundę. Daje to bardzo dokładne wyniki niezależne od operatora urządzenia. Absolutnie kluczowe znaczenie ma tu fakt, że wszystkie zarejestrowane obrazy mają ścisłe odniesienie czasowe, gdyż sekwencja rejestracji rozpoczyna się w chwili pierwszego kontaktu kropli cieczy z podłożem.Ważne jest, aby kropla cieczy była delikatnie umieszczana na powierzchni próbki tak, aby uzyskać możliwie jak największy kąt zwilżania w chwili pierwszego kontaktu. W momencie, gdy kropla cieczy odrywa się od końcówki dozującej, musi być ona odpowiednio uformowana zanim znajdzie się na powierzchni próbki. Aby uzyskać taki efekt, kropla nie może "odrywać się" przez dotknięcie do powierzchni. Przy takim podejściu nie jest możliwe określenie początkowego kąta zwilżania. Zamiast tego kropla dozowana jest przy pomocy delikatnego impulsu. Istotne jest także, aby uniknąć uderzenia o powierzchnię powodującego rozbryzgiwanie się kropli. W takim przypadku odczytany kąt zwilżania będzie zaniżony, gdy kropla będzie cofać się po powierzchni. Doświadczalnie stwierdziliśmy, że kropla o objętości 2-4 mikro litrów może być aplikowana bez występowania tych negatywnych zjawisk z wysokości 2 milimetrów. Wynika to z małej masy kropli i wysokiego napięcia powierzchniowego wody. Dla kropli wody o objętości 4-8 mikro litrów jest to wysokość 1 milimetra. Należy zauważyć, że pojęcie "dynamicznego kąta zwilżania" używane jest czasem do określenia histerezy zwilżania.