Qu’est-ce qu’un mesureur d’angle de contact ?
Un mesureur d’angle de contact est un appareil qui évalue l’angle de contact d’une goutte de liquide sur une surface solide grâce cette dernière. Dans l’évaluation de la mouillabilité, l’angle de contact est l’angle entre la surface solide et la goutte. Il est utilisé comme valeur numérique pour décrire la mouillabilité d’un matériau.
La mouillabilité est une expression numérique de la compatibilité du contact entre une surface solide et un liquide. Dans notre vie quotidienne, par exemple, la surface d’un imperméable ou d’un parapluie repousse bien l’eau. Inversement, en peinture, il est essentiel que la peinture puisse s’étaler sur la surface sans être repoussée pour effectuer un travail efficace. En peinture extérieure de bâtiment, certains produits sont conçus pour faciliter l’élimination des salissures sur les murs extérieurs en facilitant l’écoulement de l’eau de pluie sur la surface de la peinture après son séchage.
Lorsqu’un liquide rebondit sur une surface solide, on parle de faible mouillabilité. En revanche, lorsque le liquide a tendance à se répandre sur la surface solide, on parle alors de mouillabilité élevée.
Utilisations des mesureurs d’angle de contact
Les mesureurs d’angle de contact sont utilisés pour indiquer la performance hydrofuge ou imperméable, ou inversement la performance hydrophile, de divers produits industriels.
1. Évaluation du nettoyage à l’angle de contact
Lorsque la propreté a un impact significatif sur les propriétés et la qualité d’un produit, l’angle de contact constitue un moyen relativement facile et peu coûteux pour l’évaluer. Il est notamment utilisé dans la fabrication de plaquettes de silicium, de semi-conducteurs, de substrats en verre, de composants électroniques et de verre à cristaux liquides.
2. Évaluation de la mouillabilité à l’angle de contact
En peinture, l’adhérence entre la peinture et le matériau à peindre est importante. L’angle de contact sert alors à évaluer l’adhérence de la peinture. Les encres, les peintures et les processus d’application font également l’objet d’une évaluation. Il est également utilisé dans les peintures extérieures des bâtiments en tant qu’indicateur permettant d’évaluer la résistance à la saleté du bâtiment. Si la mouillabilité est bonne, la saleté est alors emportée par la pluie.
3. Indice d’hydrophobie de l’angle de contact
Pour les produits qui doivent être imperméables, l’angle de contact évalue la capacité du produit à repousser l’eau. Les exemples incluent les hydrofuges, les cires, les revêtements imperméables et les vêtements de pluie.
4. Évaluation de l’adhérence à l’angle de contact
Dans les composants d’étanchéité qui collent ou remplissent des espaces, la compatibilité avec le matériau de base est évaluée. Il s’agit d’une évaluation des processus de scellement, d’adhésion, de scellement et d’application.
5. Évaluation de la contamination par la propreté de l’angle de contact
L’angle de contact est mesuré pour évaluer la propreté, par exemple dans les salles blanches.
6. Évaluation de la modification de la surface par l’angle de contact
L’angle de contact sert à évaluer les processus de modification de surface, tels que les UVO3, le plasma et la décharge corona.
Principe des mesureurs d’angle de contact
Dans les mesureurs d’angle de contact, une goutte de liquide est déposée sur la surface du substrat cible, qui est ensuite photographiée avec un appareil photo depuis le côté. L’angle de contact est par la suite déterminé à partir de la forme de la goutte. Il s’agit d’une méthode relativement primitive où la définition de l’angle de contact est directement testée et jugée à partir de l’image.
Si la mouillabilité de l’échantillon à évaluer est élevée, les gouttes sur le substrat seront alors écrasées et étalées, ce qui se traduira par un angle de contact faible. En revanche, si la mouillabilité est faible, les gouttelettes sur le substrat conservent une forme sphérique et l’angle de contact augmente.
La mouillabilité est liée à la tension superficielle du liquide et du solide, ainsi qu’à la tension interfaciale entre ces derniers.
γs = γlcosθ + γsl
Où γs : tension superficielle du solide, γl : tension superficielle du liquide, γsl : tension interfaciale entre le solide et le liquide, θ : angle de contact.
Structure des mesureurs d’angle de contact
Le mesureurs d’angle de contact se compose d’un distributeur pour créer des gouttelettes, d’une source lumineuse et d’une caméra CCD pour observer l’interface, et d’une platine d’échantillonnage sur laquelle est placé le substrat. Afin de mesurer l’angle de contact dynamique, une unité coulissante permet d’incliner l’ensemble de l’appareil et la platine d’échantillonnage.
Autres informations sur les mesureurs d’angle de contact
Types d’angle de contact
Il existe deux types d’angle de contact : l’angle de contact statique et l’angle de contact dynamique. En règle générale, une goutte tombant sur un matériau hydrofuge change de forme, notamment de hauteur et de rayon de contact, de manière lente et régulière, qui n’est pas stable. L’angle de contact quelques secondes après la chute est généralement considéré comme un “angle de contact statique”.
Après le dépôt d’une goutte sur la surface du matériau d’évaluation, la goutte commence à glisser sur la surface lorsque le matériau est incliné. L’angle au moment où la goutte commence à glisser est appelé “angle de glissement” ou “de culbute”. L’angle de contact dans la direction où la goutte tombe est appelé “angle de contact avant” et l’inverse est appelé “angle de contact arrière”, tous deux étant considérés comme des “angles de contact dynamique”.
Méthodes de mesure de l’angle de contact
Ils lisent l’angle de contact à partir de la forme de la goutte de liquide réelle sur la surface de l’échantillon, et il existe plusieurs méthodes de mesure.
Méthode des gouttes
La méthode des gouttes est la méthode de base pour évaluer l’angle de contact statique. Une goutte de liquide est déposée sur la surface d’essai et une image de la forme de la goutte est acquise juste à côté de la surface. Celle-ci permet de calculer l’angle de contact de la goutte.
Méthode de contraction étendue
Dans la méthode de contraction étendue, les images sont prises pendant que le liquide est distribué et aspiré de manière répétée. Les angles de contact avant et arrière sont alors obtenus en tant qu’angles de contact dynamiques.
Méthode du glissement et de la chute
La méthode de glissement et de chute est une méthode d’essai qui consiste à faire tomber un liquide sur une surface d’échantillon solide horizontale, puis à incliner l’échantillon. Cela permet de déterminer l’angle de glissement et de chute et l’angle de contact dynamique.