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Caratteristiche Chimico-Fisiche

La tensione superficiale, espressa in mN/m, è una forza che agisce all’interfaccia tra fasi diverse (solido-liquido-gas) e per i liquidi può essere definita come il lavoro necessario ad aumentare la superficie di una quantità unitaria. Tale forza è alla base della tendenza dei liquidi a ridurre al minimo la loro superficie e dipende dalle: caratteristiche chimico-fisiche dei sistemi e dagli equilibri termodinamici tra le fasi. A seconda dell’interfaccia considerata si distinguono
  • tensione superficiale, misurata all’interfaccia liquido-gas (goccia pendente in aria)
  • tensione interfacciale, se è riferita all’interfaccia liquido-liquido (tra due liquidi immiscibili, i. e. gocce di olio in acqua)
  • energia superficiale, misurata sui solidi all’interfaccia solido-gas, permette di prevedere la bagnabilità dei solidi, quindi la loro idrofilicità, idrofobicità, oleofobicità.
 
Correlato alla tensione superficiale e all’equilibrio termodinamico tra le tre fasi è l’angolo di contatto, determinato per misurare la bagnabilità delle superfici. Presa una goccia di liquido depositata su una superficie, si definisce angolo di contatto quello formato dall’interfaccia liquido-gas rispetto al solido. Per convenzione sono considerate idrofobiche le superfici aventi un angolo di contatto con l'acqua maggiore di 90 gradi ed idrofiliche le superfici con angoli minori di 90 gradi. Mediante la valutazione di tensione superficiale e angolo di contatto è possibile
 
  • ottenere informazioni sulle interazioni di superficie dei materiali
  • ottimizzare tutti i processi e le applicazioni basate sulle interazioni di fase (solido-liquido, liquido-liquido, liquido-gas)
  • valutare le variazioni di bagnabilità subite da superfici lavorate o opportunamente funzionalizzate con coating in grado di impartire nuove funzionalità
  • monitorare l’effetto di disperdenti e surfattanti, spesso utilizzati nella preparazione di sospensioni ceramiche.

Strumentazione disponibile

Le misure di tensione (o energia) superficiale e angolo di contatto vengono effettuate mediante un tensiometro ottico OCA 15 Plus (DataPhysics Instruments, Filderstadt, Germany). Lo strumento è costituito da
  • una videocamera ad alta risoluzione (752x582 pixels e velocità di acquisizione immagine pari a 25 fotogrammi al secondo)
  • un sistema automatico di dispensazione di liquidi
  • un porta campioni.
Il software dello strumento (SCA 20) permette di ricavare informazioni sui campioni analizzati mediante l’analisi di immagine, l’algoritmo utilizzato è basato sull’equazione di Young-Laplace, che permette di correlare la forma della goccia con la loro tensione superficiale. Con lo strumento è possibile
  • ricavare la tensione superficiale mediante il metodo della goccia pendente o della goccia sessile
  • determinare l’angolo di contatto statico e dinamico con il metodo della goccia sessile
  • misurare l’energia libera superficiale dei solidi
  • effettuare misure di tensione superficiale ed angolo di contatto in temperatura, fino a 80°C
  • effettuare filmati.
3_SIM_2_ITA_TENSIONESUPERFICIALE_1
3_SIM_2_ITA_TENSIONESUPERFICIALE_2
Il metodo della goccia pendente, utilizzato per misurare la tensione superficiale (o interfacciale) prevede che il liquido penda all’estremità di un ago piatto di una siringa, mentre nel caso della goccia sessile, utilizzato per misure di angolo di contatto, una goccia di liquido viene posta su una superficie solida piana impermeabile. In entrambi i casi la goccia assume una forma che dipende dal proprio peso, quindi dalla densità, dalle tensione superficiale del liquido e dall’affinità del liquido rispetto alla superficie. Il profilo della goccia viene rilevato dalla videocamera ed elaborato dal software in modo da ricavare tensione superficiale e angolo di contatto