Qu’est-ce qu’un tensiomètre de surface ?
Un tensiomètre de surface est un appareil utilisé pour mesurer la tension (tension superficielle) générée par un liquide ou un solide lorsqu’il tente de réduire au maximum sa surface.
Par exemple, supposons qu’un liquide se trouve dans un verre. Le liquide dans le verre est stable parce que les forces intermoléculaires entre les molécules environnantes s’attirent et s’annulent, mais le liquide à la surface du verre et de l’air a une forme légèrement arrondie et gonflée parce que les forces intermoléculaires qui l’attirent du côté de l’air sont faibles.
Il s’agit de la tension superficielle, et plus la tension superficielle est grande, plus l’expansion du liquide est importante. Cette force est relativement importante et constitue une propriété physique importante pour les détergents et l’impression à jet d’encre.
Utilisations des tensiomètres de surface
Les tensiomètres de surface sont utilisés dans les situations de contrôle de la qualité et de recherche et développement pour les détergents, les produits alimentaires et les soudures. Ils sont importants dans l’étude du mouillage des solutions d’impression à jet d’encre et de revêtement et des soudures, ainsi que dans les domaines du revêtement et de la microfluidique.
La mesure et le contrôle adéquat de la tension superficielle peuvent modifier le moussage et la facilité d’agitation pendant la production et l’utilisation, ainsi que la présence ou l’absence de défauts dans le revêtement. Lors du choix d’un tensiomètre de surface, il est important de tenir compte de la précision de l’évaluation, du temps de mesure, du type de liquide pris en charge et de la plage de mesure.
Principe des tensiomètres de surface
De nombreuses méthodes de mesure de la tension superficielle ont été mises au point, notamment la méthode de la suspension, qui la calcule à partir des gouttelettes, la méthode de la plaque, qui mesure la force d’une surface tirant une plaque, celle de l’anneau, qui met un anneau en contact avec la surface du liquide et mesure la force tirant l’anneau, et la méthode capillaire, qui mesure la hauteur du liquide s’élevant à travers un tube capillaire.
1. Méthode de la plaque (ou méthode de Wilhelmy)
Lors de la mesure, la plaque est soulevée du contact avec le liquide à mesurer. La force nécessaire pour soulever la plaque est mesurée et la tension superficielle est déterminée à partir de l’angle de contact entre la plaque et le liquide à mesurer séparément et des dimensions de la plaque. Même si l’angle de contact n’est pas connu, il peut être mesuré si la plaque est complètement mouillée, puisque θ est nul.
La plaque peut également être mesurée lorsqu’elle est immobile, de sorte que la tension superficielle dynamique et statique peut être mesurée. D’autre part, la plaque doit être mouillée dans une certaine mesure et il faut généralement préparer plus de 30 ml de liquide.
2. Méthode de l’anneau
Comme pour la méthode de la plaque, le dispositif de mesure en forme d’anneau est soulevé du contact avec le liquide à mesurer et la force nécessaire pour le soulever est mesurée. Contrairement à la méthode des plaques, la force est contrôlée à tout moment et la force au moment où l’anneau et le liquide se séparent est utilisée pour mesurer la tension superficielle.
Cette méthode ne permet pas de mesurer les solutions dont la tension superficielle change avec le temps, comme les solutions de tensioactifs. La méthode de l’anneau permet également de mesurer la longueur des lamelles. Les lamelles sont de fines pellicules de mousse à l’intérieur d’une bulle. Des lamelles plus longues signifient que les bulles ne disparaissent pas lorsqu’elles sont étirées, ce qui facilite leur stabilité.
3. Méthode de la suspension
Cette méthode mesure la tension superficielle en fixant le liquide à mesurer sous forme de gouttelette et en analysant la forme de la gouttelette à l’aide d’équations, etc. La précision varie en fonction des performances de la caméra de mesure et de l’algorithme utilisé, car la mesure est basée sur le traitement de l’image.
Cette méthode est adaptée à la mesure de liquides à forte viscosité difficiles à mesurer par la méthode des plaques et à la mesure de la tension interfaciale entre liquides, tels que les polymères fondus ou l’huile et l’eau.
4. Méthode capillaire
La tension superficielle est calculée en mesurant la hauteur du liquide remontant dans un tube capillaire et la densité du liquide. Le phénomène de capillarité est utilisé.
5. Méthode de la pression de bulle maximale
Un gaz est envoyé dans le liquide de l’échantillon à travers un capillaire inséré afin de générer des bulles. La pression maximale appliquée lors de la formation des bulles (pression maximale des bulles) est mesurée et la tension superficielle est calculée.
Le temps qui s’écoule entre la formation d’une nouvelle bulle à la pointe et la pression maximale de la bulle est appelé durée de vie de la bulle. Pendant ce temps, la pression diminue si un agent tensioactif est adsorbé, de sorte que la tension superficielle dynamique peut être mesurée en testant différentes durées de vie de la bulle.
Comment choisir un tensiomètre de surface ?
Chaque tensiomètre de surface a son propre volume de liquide requis et ses propres forces et faiblesses. Il faut choisir le tensiomètre de surface approprié en vérifiant les propriétés physiques du liquide que vous souhaitez mesurer et la quantité que vous pouvez assurer.
Autres informations sur les tensiomètres de surface
Tension superficielle statique et dynamique
La tension superficielle peut être divisée en tension superficielle statique et dynamique. La tension superficielle dynamique est généralement plus élevée et diminue avec le temps. Cela s’explique par le fait que les agents de surface dotés de groupes hydrophiles et hydrophobes s’accumulent à l’interface gaz-liquide au fil du temps et sont adsorbés sur la surface.
À mesure que les groupes hydrophobes s’accumulent à la surface de l’eau, la valeur de la tension superficielle passe d’une valeur élevée pour l’eau à une valeur proche de celle de l’huile hydrophobe. La concentration à une certaine force de longueur de surface après un temps suffisant est appelée concentration critique de micelles, et les instruments capables de mesurer la tension de surface dynamique peuvent également déterminer cette concentration critique de micelles.