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Humectación del sustrato

Actualizado: 24 jun 2021

Cuando se coloca una gota de líquido sobre una superficie, puede:

- Esparcido por la superficie, por lo tanto, "moja" - Forma una gota estable: no se puede "mojar"

La reducción de la tensión superficial del agua mediante la adición de un tensioactivo puede convertir una solución no humectante en una solución humectante sobre sustratos particulares. La capacidad de mojar o no depende de la tensión superficial de la solución y la tensión superficial crítica (CST) o energía superficial del sólido. La CST es la tensión superficial de un líquido que formará un ángulo de contacto cercano a cero medido a través de la película sobre ese sólido, es decir, el líquido se esparce sobre el sólido. El vidrio, con una CST de más de 70 dinas / cm, puede humedecerse más fácilmente que el polipropileno, con una CST de 28. En todos los casos, para humedecer un sustrato de manera rápida y efectiva, se requerirá un surfactante para ayudar a reducir la tensión superficial y superar energía superficial del sustrato. La energía superficial de diferentes sustratos varía. Los sustratos de alta energía son más fáciles de mojar que los sustratos de baja energía.

El siguiente diagrama muestra la relación entre la tensión superficial de una gota sobre la superficie del sustrato y el ángulo de contacto. La forma de una interfaz líquido-vapor está determinada por la ecuación de Young-Dupre, con el ángulo de contacto jugando el papel de una condición de frontera a través de la ecuación de Young.


La ecuación simplificada es: cos Θc = ϒSL - ϒSG / ϒLG ϒSL = Energía interfacial sólido-líquido ϒSG = Energía interfacial de vapor sólido ϒLG = Tensión superficial Las conclusiones que se pueden extraer son: -Un sustrato con alta tensión superficial se humedece fácilmente - Un líquido con una tensión superficial baja humedece un sustrato fácilmente - En todos los casos, para humedecer un sustrato de forma rápida y eficaz, se requerirá un tensioactivo para ayudar a reducir la tensión superficial de la gota o líquido lo suficientemente bajo como para superar la energía superficial del sustrato.

Energía superficial de sustratos




Medición del ángulo de contacto estático Una de las formas más populares de medir los ángulos de contacto es mediante la "técnica de caída sésil". El ángulo de contacto de una gota sésil que descansa sobre una superficie sólida se mide con un goniómetro. El goniómetro está conectado a un microscopio y una cámara de video. La gota del líquido de prueba preparado se libera a través de una aguja fina y se deja caer por gravedad sobre el sustrato mientras se filma la acción. A partir de la imagen capturada como se ve en la primera imagen de arriba, el ángulo de contacto se puede medir manualmente o utilizando el software.


Gota sésil Un goniómetro típico


Trabajo experimental sobre varios sustratos A continuación destacaremos del programa de trabajo que hemos realizado sobre diversos sustratos y sustancias. Se prepararon varios líquidos de prueba como una solución al 0,5% en agua desionizada y se utilizaron algunos sustratos de prueba que consistían en diferentes plásticos y metales. Se utilizó un goniómetro FTȦ 200 equipado con un microscopio digital y captura de video para analizar las imágenes de la gota sésil. Una lista detallada de sustratos probados y sus recomendaciones:


Las siguientes fotografías muestran la gota sésil del líquido de prueba después de 5 segundos de humedecimiento en una variedad de sustratos:


Acetal

 

Hoja acrílica

 

Aluminio

 

Cobre

 

Vidrio

 

Acero galvanizado

 

Pisos Karndean

 

Lino

 

Nilón 6

 

Nilón 66

 

Polietileno (PE1000)

 

PET-G

 

Policarbonato

 

Polipropileno

 

PTFE

 

PVC rígido

 

Acero inoxidable

 

Pisos de vinilo

 


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