¿Qué es un Medidor de Ángulo de Contacto?
Un medidor de ángulo de contacto constituye un aparato utilizado para evaluar el ángulo que forma una gota de líquido con la superficie de un sólido al entrar en contacto.
En el contexto de analizar la humectabilidad, el ángulo de contacto se define como la medida angular entre la superficie del sólido y la interfaz de la gota de líquido, y se emplea como un valor numérico para describir la capacidad de mojado de un material. La humectabilidad, en esencia, cuantifica la afinidad entre una superficie sólida y un líquido específico en términos de contacto.
En nuestra vida cotidiana, por ejemplo, la superficie de un impermeable o un paraguas repele bien el agua. A la inversa, en los trabajos de pintura, es esencial que la pintura pueda extenderse sin ser repelida por la superficie pintada, lo que es esencial para un trabajo de pintura eficaz.
En la pintura de cerramientos de edificios, algunos productos también están diseñados para facilitar la eliminación de la suciedad de las paredes exteriores, ya que facilitan que el agua de lluvia se escurra por la superficie de la pintura una vez seca.
Usos de los Medidores de Ángulo de Contacto
Los medidores de ángulo de contacto se utilizan para indicar el comportamiento hidrófugo o impermeable de diversos productos industriales o, a la inversa, su comportamiento hidrófilo. Cuando un líquido rebota en una superficie sólida, se habla de baja humectabilidad, mientras que cuando un líquido tiende a extenderse sobre una superficie sólida, se habla de alta humectabilidad.
Cuando la humectabilidad es baja, el ángulo de contacto es grande; cuando la humectabilidad es baja, el ángulo de contacto es pequeño.
1. Evaluación de la Limpieza del Ángulo de Contacto
Cuando la limpieza tiene un impacto significativo en las propiedades y la calidad del producto, el ángulo de contacto puede utilizarse para evaluar la limpieza de forma relativamente fácil y económica. Concretamente, se utiliza en la fabricación de obleas de silicio, semiconductores, sustratos de vidrio, componentes electrónicos y vidrio de cristal líquido.
2. Evaluación de la Humectabilidad del Ángulo de Contacto
En la pintura, la adherencia entre la pintura y el material a pintar es importante. El ángulo de contacto se utiliza para evaluar la adherencia de la pintura. Las tintas, las pinturas y los procesos de aplicación son objeto de evaluación.
También se utiliza en pinturas exteriores de edificios como indicador para evaluar la resistencia a la suciedad del edificio; si la humectabilidad es buena, la suciedad se elimina con la lluvia.
3. Evaluación de la Hidrofobicidad del Ángulo de Contacto
En los productos que deben ser impermeables, el ángulo de contacto se utiliza para evaluar la capacidad del producto para repeler el agua. Algunos ejemplos son los repelentes de agua, las ceras, los revestimientos impermeables y la ropa de lluvia.
4. Evaluación de la Adherencia del Ángulo de Contacto
En los componentes de sellado que adhieren o rellenan huecos, se evalúa la compatibilidad con el material base. Se realiza como evaluación de los procesos de sellado, adhesión, estanqueidad y aplicación.
5. Evaluación de la Contaminación por Limpieza del Ángulo de Contacto
El ángulo de contacto se mide como evaluación de la limpieza, por ejemplo, en salas blancas.
6. Evaluación de la Modificación de la Superficie del Ángulo de Contacto
El ángulo de contacto se utiliza para evaluar procesos de modificación de superficies, como UVO3, plasma y descarga de corona.
Principios de los Medidores de Ángulo de Contacto
En los medidores de ángulo de Contacto, se deja caer una gota de líquido sobre la superficie del sustrato objetivo, se fotografía la gota con una cámara desde justo al lado de la gota y se determina el ángulo de contacto a partir de la forma de la gota. Se trata de un método relativamente primitivo en el que la definición del ángulo de contacto se comprueba directamente y se juzga a partir de la imagen.
Si la humectabilidad de la muestra que se va a evaluar es alta, las gotas sobre el sustrato se aplastarán y se extenderán, lo que dará lugar a un ángulo de contacto pequeño. En cambio, si la humectabilidad es baja, las gotas sobre el sustrato mantienen una forma esférica y el ángulo de contacto aumenta.
La humectabilidad está relacionada con la tensión superficial del líquido, la tensión superficial del sólido y la tensión interfacial entre el líquido y el sólido.
γs = γlcosθ + γsl
γs: tensión superficial del sólido, γl: tensión superficial del líquido, γsl: tensión interfacial entre el sólido y el líquido, θ: ángulo de contacto
Estructura de un Medidor de Ángulo de Contacto
El medidor de ángulo de contacto consta de un dispensador para crear gotas, una fuente de luz y una cámara CCD para observar la interfaz, y una platina de muestra en la que se coloca el sustrato. Para medir el ángulo de contacto dinámico, que se describe a continuación, se acopla una unidad de deslizamiento para inclinar todo el dispositivo y la platina de muestra.
Más Información sobre Medidores de Ángulo de Contacto
1. Tipos de Ángulos de Contacto
Existen dos tipos de ángulo de contacto: el ángulo de contacto estático y el ángulo de contacto dinámico. Cuando se deja caer una gota sobre un material hidrófugo, la forma de la gota, como la altura y el radio de contacto, cambia lentamente y no es estable. El ángulo de contacto entre 1 y unos segundos después de la gota se considera generalmente el “ángulo de contacto estático”.
Después de depositar una gota sobre la superficie del material de evaluación, la gota comienza a deslizarse sobre la superficie a medida que se inclina el material. El ángulo en el momento en que la gota empieza a deslizarse se denomina ángulo de deslizamiento o de caída, y el ángulo de contacto en la dirección en que cae la gota se denomina ángulo de contacto hacia delante y el opuesto, ángulo de contacto hacia atrás, y ambos se denominan ángulos de contacto dinámicos.
2. Métodos de Medición del Ángulo de Contacto
Los medidores de ángulo de contacto leen el ángulo de contacto a partir de la forma de la gota real de líquido sobre la superficie de la muestra, y existen varios métodos de medición.
Método de la gota
El método de la gota es el método básico para evaluar el ángulo de contacto estático. Se dispensa una gota de líquido sobre la superficie de prueba y se adquiere una imagen de la forma de la gota justo al lado de la superficie para calcular el ángulo de contacto de la gota.
Método de contracción ampliada
En el método de expansión y contracción, se toma una imagen mientras el líquido se dispensa y aspira repetidamente. Los ángulos de contacto hacia delante y hacia atrás se obtienen como ángulos de contacto dinámicos.
Método de deslizamiento y caída
El método de deslizamiento y caída es un método de ensayo en el que primero se deja caer líquido sobre una superficie de muestra sólida horizontal y luego se inclina la platina de la muestra para determinar el ángulo de deslizamiento y caída y el ángulo de contacto dinámico.