Caracterizarea fizica a interfetelor utilizand tensiometria Drd Mihaela Alexandru

(KSV Instruments, Finlanda) Tensiometru Sigma700 (KSV Instruments, Finlanda) Specificatii tehnice Domeniul de masurare: 0.001 - 2000 mN/m Rezolutie (proba standard): 0.001 mN/m Incarcarea maxima: 210 g Precizia de cantarire 0.01 mg Rezolutia fortei: 0.1 μN Domeniul de masurare al unghiului de contact: 0-180° Precizia de masurare a unghiului de contact: 0.01° Calibrare si blocare: automata Viteza platformei: 0.01-500 mm/min Domeniul de temperatura: -10 ÷ +80°C Dimensiuni: 240 x 330 x 620 mm Module soft

Softuri tensiometru Tensiunea superficiala/interfaciala Unghi dinamic de contact Concentratia critica micelara Capacitatea de udare a pulberilor Densitatea lichidelor

Aparat de inregistrare Electrobalanta Aparat de inregistrare Capac Placuta/bara pentru masurare Celula de masurare lichid Platforma monitorizata Suportul clemei

Tensiunea superficiala Metoda placutei Wilhemy Metoda inelului Du Nouy Tensiunea superficiala – este o masura a energiei de coeziune prezenta la interfata provenind din dezechilibrul de forte dintre moleculele de la interfata (g/l, l/l). Masurarea tensiunii superficiale/interfaciale cu ajutorul tensiometriei se bazeaza pe masurarea fortelor de interactiune dintre o proba solida cu suprafata sau interfata a doua fluide. Metoda placutei Wilhemy - Se bazeaza pe interactiunea dintre placuta de platina si interfata lichidului de testat. Calculele pentru aceasta tehnica se bazeaza pe geometria placutei complet umede aflata in contact cu lichidul dar nu imersata in acesta. Metoda inelului Du Nouy - utilizeaza interactiunea dintre inelul de platina cu interfata lichidului de testat. Inelul este imersat sub interfata si imediat ridicat. Atunci cand inelul este ridicat se formeaza un menisc al lichidului. In cele din urma acest menisc se desprinde de inel si revine la pozitia initiala.

toluen, DMF, acetona, benzen, apa, 1,2- dicloretan, cloroform, etanol, hexan, diiodmetan, etandiol, diclormetan, alcool benzilic, piridina, ciclohexan, tetracolura de carbon, dimetilsulfoxid, glicerol, Etc.

Valorile tensiunii superficiale determinate prin utilizarea tehnicii placutei Wilhemy pentru o serie de copolimeri siloxan-organici (solvent: DMF-g25 = 37,5 mN/m)

Concentratia critica micelara CMC Concentratia critica micelara reprezinta concentratia critica a unei substante amfifile la care se formeaza micele Moleculele amfifile contin doua componente ce difera prin afinitatea lor fata de solventi. - partea hidrofila are afinitate pentru solventii polari, cum ar fi apa. - partea hidrofoba are afinitate pentru solventii nepolari, cum ar fi hidrocarburile. Moleculele unei substante amfifile se orienteaza la suprafata apei astfel incat partea polara interactioneaza cu apa iar cea nepolara este mentinuta deasupra suprafetei (aer sau lichid nepolar). Prezenta acestor molecule perturba energia de coeziune de la suprafata, ceea ce duce la micsorarea tensiunii superficiale.

CMC= 5,4*10-2 g/l Surfactant siloxanic neionic

S-O4 CMCS-O4=67mg/l Dependenta tensiunii superficiale de concentratia ligandului siloxanic in DMF C. Racles, M. Cazacu, A.Ioanid, A. Vlad, Macromol. Rapid Commun. 2008, 29, 1527–1531

Unghiul de contact masura cantitativa a udarii unui solid de catre un lichid • unghiul format de lichid la granita celor trei faze: lichida, gazoasa si solida • forma picaturii si marimea unghiului de contact sunt controlate de cele trei forte de interactiune a tensiunii interfaciale a fazelor participante (gaz, lichid, solid). • ecuatia Young se aplica pentru solide omogene, netede si rigide Ecuatia Young

Histerezisul unghiului de contact Principalul dezavantaj: Unghiul de contact dinamic Histerezisul unghiului de contact H = qa -qr Principalul dezavantaj: Proba trebuie sa fie simetrica si sa aiba o forma regulata: bara cub bara cilindrica dreptunghiulara sarma Etc.

Principalii parametri ai masuratorilor unghiurilor de contact cu apa Proba θa θr H A 85.52 42.12 43.40 B 96.03 51.19 44.84 Hamciuc, E., Hamciuc, C., Cazacu, M., Ignat, M., Zarnescu, G., Eur. Polym. J. 45 (1), 182-190, 2009.

Unghiurile dinamice cu apa Polimer Unghiurile dinamice cu apa θaa θrb Hc C 86.75 42.49 44.26 D 89.50 44.77 44.73

Unghiul de contact dinamic Unghiul dinamic de contact Principalii parametri obtinuti din masuratorile unghiului de contact: Proba % SiO2 Unghiul de contact dinamic Hc θaa θrb Apa EG P1 13,2 92.1 94.0 82.6 83.0 9.5 11.0 P2 52,8 102.6 80.9 77.4 65.5 22.5 15.4 a valoarea maxima a unghiului de contact la intrare; b valoarea maxima a unghiului de contact la iesire; c H = θa – θr

Energia libera de suprafataa, mN/m Ecuatiile Owens si Wendt Valorile tensiunii superficiale pentru cele doua lichide si componentele lor (mN/m) sunt Valorile energiei libere de suprafata determinate pe baza unghiului de contact dinamic: Proba Energia libera de suprafataa, mN/m gsd gsp gs P1 0.13 21.79 21.92 P2 16.88 1.69 18.57 acalculata pe baza ecuatiilor Owens si Wendt luand in considerare valorile unghiului de contact dinamic.

Capacitatea de udare a pulberilor Metoda Washburn – se bazeaza pe masurarea gradului de penetrare a unui lichid intr-un pat de pulbere comprimata rezultand o valoare medie a unghiului de contact a particulei. T = [h/Cr2 g cosq]M2 T – timpul dupa contact h – viscozitatea lichidului C – constanta materialului caracteristica probei solide – densitatea lichidului g – tensiunea superficiala a lichidului q – unghiul de contact M – masa de lichid adsorbita de solid Un grafic Timp vs. Masa2 ar trebui sa conduca la o linie dreapta a carei panta este h /C r 2 g cosq

Capacitatea de udare a pulberilor qS-O2= 87.27o Graficul utilizat pentru a calcula capacitatea de udare a pulberilor S-O2

Sedimentarea materialelor solide Determinarea cineticii de sedimentare a solidelor în lichid Dispozitivul de sedimentare este un disc rotund, acesta este cufundat la o anumită adâncime în lichidul ce contine materialul solid, simultan lichidul este supus agitarii magnetice. După ce agitarea este oprita soft-ul înregistreaza cantitatea de particule solide care sedimenteaza pe disc în lichid şi înregistreaza cresterea de masa funcţie de timp.

Determinarea densitatii lichidelor Calibrarea dispozitivului de densitate Determinarea densitatii unui lichid necunoscut ´lichid necunoscut = (F´/F) ×  apa Dispozitivul de masurare

Proiect CEEX-MATNANTECH 52/2006 Materiale siliconice nanostructurate multifunctionale (NANOSIMAT) Director Proiect : Dr. Maria Cazacu Proiect IDEI 5/2007 Compusi siloxanici ca precursori pentru nanomateriale Director Proiect: Dr. Carmen Racles