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Caractérisation des tensioactifs

Les tensioactifs comme les agents mouillants, les émulsifiants, les agents de nettoyage ou les agents moussants jouent un rôle important dans le mélange des liquides ou lorsqu'ils sont en contact avec des substances solides. Des questions qui requièrent une analyse de l'interface se posent lors du développement, de l'optimisation et du dosage correct des tensioactifs. Dans quelle mesure le tensioactif réduit-il la tension superficielle ou la tension interfaciale ? À quelle vitesse agit-il ? Dans quelle mesure améliore-t-il le mouillage ? Y a-t-il une tendance à mousser et, si cela est le cas, quelle est la nature de la mousse ?

Nos tensiomètres mesurent la tension superficielle et déterminent donc l'efficacité et le rendement des tensioactifs. Ils mesurent avec précision la tension interfaciale et aident ainsi au développement et à l'optimisation des émulsions. Nos tensiomètres dynamiques vous offrent le savoir-faire dont vous avez besoin pour utiliser des tensioactifs dans des processus rapides. Les analyses réalisées avec nos instruments de mesure d'angle de contact vous fournissent des informations fiables sur le degré de mouillage. Nos instruments d'analyse de mousse vous aident également à optimiser votre produit de moussage ou à empêcher la mousse.

Mesure de la tension superficielle

La tension superficielle est un paramètre important pour de nombreuses tâches et processus, par exemple :

  • Impression, revêtement, collage
  • Mouillage pendant le nettoyage
  • Bains galvaniques
  • Protection incendie
  • Protection des plantes
  • Dispersion des poudres et des pigments, par exemple dans la crème solaire, le latex, le béton

Les surfaces et particules hydrophobes sont peu mouillées en raison de la tension superficielle élevée de l'eau. Les tensioactifs réduisent la tension superficielle et améliorent ainsi le mouillage des surfaces solides et la dispersabilité des poudres.
Nos tensiomètres évaluent l'effet du tensioactif en se basant sur la mesure précise, semi-automatique ou entièrement automatique de la tension superficielle. La mesure optique de la goutte pendante réalisée avec nos instruments d'analyse de profil de goutte permettent d'analyser de plus petits volumes d'échantillon.

Mesure de la concentration micellaire critique (CMC)

La mesure de la CMC fournit des informations importantes pour l'utilisation des tensioactifs, par ex. :

  • Efficicacité de l'effet nettoyant des tensioactifs
  • Optimisation du dosage des agents mouillants

La concentration micellaire critique (CMC) est la concentration à laquelle la surface est complètement saturée par les molécules de tensioactifs. Au-delà de cette concentration, des agrégats de tensioactifs, appelés micelles, se forment dans la solution. Les micelles sont entre autres responsables de l'effet nettoyant d'un tensioactif, car elles peuvent incorporer et mobiliser des substances hydrophobes. La mesure de la CMC permet de déterminer la concentration des tensioactifs à partir de laquelle l'effet nettoyant commence.

Au-delà de la CMC, la tension superficielle cesse de diminuer en ajoutant des tensioactifs. Dans le cas des agents mouillants, il n'est pas utile d'augmenter le dosage au-dessus de la CMC pour des raisons de coûts et de respect de l'environnement. Le dosage d'un tensioactif comme agent mouillant peut être optimisé en mesurant la CMC.

Notre Force Tensiometer – K100 mesure la CMC de manière entièrement automatique. La mesure peut être réalisée à un volume constant sur une très grande plage de concentration. La CMC est ainsi mesurée de manière très précise.

Mesure de la tension interfaciale entre les liquides

Les mesures de la tension interfaciale entre les liquides sont souvent réalisées dans les domaines suivants et pour répondre aux questions suivantes :

  • Émulsions pour denrées alimentaires, cosmétiques ou médicaments
  • Vieillissement des liquides hydrophobes, par exemple l'huile pour transformateur
  • Micro-émulsions pour la récupération tertiaire du pétrole, le dégraissage sans solvant, la biodisponibilité des produits pharmaceutiques hydrophobes

Utilisés comme émulsifiants, les tensioactifs réduisent la tension interfaciale entre les phases qui ne sont pas solubles l'une dans l'autre et améliorent donc la capacité de mélange. Dans un même temps, ils facilitent la formation de petites gouttes et agissent pour stabiliser l'émulsion, car ils ralentissent ou empêchent le regroupement de gouttelettes.

La tension interfaciale d'un liquide par rapport à l'eau est une mesure de son hydrophobie. La mesure de la tension interfaciale est donc utilisée pour garantir la qualité des liquides avec lesquels un mélange de phase avec de l'eau est indésirable. Un exemple est l'analyse des huiles isolantes pour transformateur selon la norme ASTM D-971.

Nos tensiomètres mesurent la tension interfaciale entre deux liquides à l'aide de la méthode de l'anneau, de la lame ou de la tige. Des mesures optiques peuvent également être réalisées avec nos instruments d'analyse de profil de goutte sur de petits volumes.

Notre Spinning Drop Tensiometer – SDT est conçu pour des tensions interfaciales très faibles, allant jusqu'à 10-6 mN/m, qui surviennent par exemple dans la récupération tertiaire du pétrole (récupération assistée des hydrocarbures, RAH). Ces mesures aident à développer et doser les combinaisons de tensioactifs pour les micro-émulsions.

Mesure de la tension superficielle et interfaciale dynamique

La tension superficielle et interfaciale dynamique, est importante par exemple dans les applications de tensioactifs suivantes :

  • Processus de mouillage industriel rapide comme l'impression, la peinture, le revêtement, le collage
  • Capacité d'atomisation et mouillage lors de la vaporisation
  • Mélange des liquides pour l'émulsification
  • Contrôle de la teneur en tensioactifs des bains de nettoyage

Les surfaces et interfaces se forment rapidement dans de nombreuses applications et processus de production. Cependant, les tensioactifs requièrent un certain temps pour être diffusés et adsorbés. La tension superficielle et la tension interfaciale dépendent donc du temps qui s'est écoulé depuis la formation d'une nouvelle interface. En conséquence, la tension interfaciale ou la tension superficielle peut être considérablement plus élevée avec des processus dynamiques qu'à l'état stable. La situation affecte considérablement le choix et le dosage appropriés d'un tensioactif. Nos Bubble Pressure Tensiometers – BP100 et BP50 peuvent mesurer la tension superficielle dynamique à des âges de surface de seulement quelques millisecondes.

La méthode de la pression de bulle peut également être utilisée pour déterminer la teneur en tensioactifs des bains avec des concentrations au-delà de la CMC. Dans cette plage, la tension superficielle statique ne dépend plus de la concentration. Pour réaliser les tests, une courbe d'étalonnage peut être produite avec notre instrument de mesure de laboratoire BP100, puis utilisée pour des tests ultérieurs sur site avec notre instrument mobile BP50.

Avec des processus liquide-liquide dynamiques tels que l'émulsification, la valeur de la tension interfaciale en fonction du temps est déterminante. Notre Drop Volume Tensiometer – DVT50 mesure cette valeur dynamique sur une grande plage de vitesse. Le résultat vous aidera à choisir et doser correctement le tensioactif approprié pour optimiser votre produit ou processus.

Mesure de l'angle de contact

La mesure de l'angle de contact est utilisée pour caractériser les tensioactifs et pour répondre aux problématiques suivantes :

  • L'effet de l'ajout de tensioactifs sur la mouillabilité
  • Mouillabilité des solides contenant des tensioactifs

L'angle de contact est une indication du degré avec lequel le mouillage d'un liquide est amélioré en ajoutant un tensioactif. Nos instruments d'analyse de profil de goutte mesurent l'angle de contact avec un niveau d'automatisation élevé selon les exigences. Les mesures à basse ou haute température, à humidité contrôlée ou la flexibilité des dynamiques de dosage variable simulent les conditions de votre processus de mouillage.

Les solides sont souvent mélangés avec des tensioactifs pour améliorer la mouillabilité par l'eau. Un exemple est l'utilisation de tensioactifs pour favoriser et accélérer la dissolution des comprimés. Le changement de l'angle de contact en fonction du temps est particulièrement important pour rechercher l'effet du tensioactif. Cette dépendance au temps reflète la vitesse à laquelle les tensioactifs adsorbent à l'interface du liquide et agissent pour améliorer la solubilité.

Analyse de mousses

Les analyses de mousse sont importantes dans les domaines suivants pour optimiser la formation et la stabilité de la mousse ou pour empêcher le moussage :

  • Formation de mousse délibérée : Soins du corps, mousses culinaires, flottation, lutte contre les incendies
  • Prévention de la mousse : Impression et revêtement, lubrifiants réfrigérants, transport de liquides, nettoyage industriel

Les tensioactifs forment généralement de la mousse et sont parfois utilisés spécifiquement pour produire de la mousse. Les exigences en terme de pouvoir moussant, de stabilité de la mousse, de teneur en humidité et de taille des bulles dans la mousse diffèrent selon les domaines d'application. Notre instrument d'analyse de la mousse Dynamic Foam Analyzer – DFA100 utilise des techniques de formation de mousse reproductibles et des méthodes pour mesurer la hauteur de la mousse en fonction du temps. La teneur en humidité de la mousse, à différentes hauteurs dans la colonne et en fonction du temps peut être mesurée avec notre module de conductivité. Le module optique d'analyse de la structure de la mousse détermine la distribution granulométrique des bulles en fonction du temps afin d'optimiser spécifiquement la nature de la mousse.

Le moussage des tensioactifs a souvent des effets indésirables sur les processus et la qualité du produit. Des tensioactifs peu moussants sont souvent utilisés et des substances anti-mousse sont ajoutées afin d'empêcher le moussage. La mousse formée à partir de ces mélanges, qui se déstructure rapidement, peut être analysée de manière fiable à l'aide du DFA100 afin d'optimiser la prévention de la mousse.

Analyses rhéologiques de la surface

Les analyses rhéologiques de la surface vous fournissent des informations sur les tensioactifs dans les domaines suivants :

  • Mobilité des tensioactifs
  • Stabilité du film
  • Stabilité de la mousse
  • Stabilité de l'émulsion

La rhéologie de surface analyse le changement de tension superficielle ou interfaciale en fonction de la vitesse et de la variation d'aire de surface. Nos instruments mesurent les propriétés rhéologiques de surface telles que l'élasticité de l'interface (module de stockage) et la viscosité de l'interface (module de perte). Ces propriétés permettent de tirer des conclusions sur la mobilité des tensioactifs et la stabilité des films liquides ainsi que des gouttelettes dans les émulsions. Les résultats peuvent souvent être corrélés également avec les paramètres de mousse comme la vitesse de drainage et la stabilité des bulles dans la mousse.
La rhéologie interfaciale fournit des informations sur le comportement des tensioactifs dans les émulsions et les mousses. Cela peut ensuite contribuer à optimiser des produits et des processus dans lesquels les tensioactifs jouent un rôle.

Rapports d'application KRÜSS

AR285: Interfacial rheology of emulsifiers in food

Le comportement rhéologique interfacial, c'est-à-dire l'impact de la déformation d'une limite de phase sur la tension de surface ou la tension interfaciale, a une forte influence sur la stabilité des émulsions de mousses. Ce rapport d'application montre comment les paramètres pertinents du module d'élasticité E 'et du module visqueux E'' peuvent être facilement mesurés pour les solutions de tensioactifs généralement utilisées dans l'industrie alimentaire.

AR283: Benchmarking the foaming properties of a new, mild surfactant formulation according to ASTM D 1173-07

La moussabilité et la stabilité de la mousse de trois tensioactifs utilisés pour les produits de soins corporels ont été comparées en utilisant l'analyse de mousse Ross-Miles, reproductible et automatique, selon ASTM D 1173-07. Notre note applicative est extrait d'une étude de référence complète réalisée pour évaluer un nouveau tensioactif.

AR269 : Investigating the foam-inhibiting effect of antifoaming agents in printing lacquers

Des agents anti-mousse sont ajoutés afin d'éviter les problèmes de qualité en raison de la formation de la mousse dans les encres et vernis d'impression. L'efficience des deux agents anti-mousse à base de silicone est comparée en se basant sur des mesures de la hauteur de la mousse en fonction du temps.

AR268 : Kinetic investigations into the effectiveness of surfactants

Cinq tensioactifs ont été analysés afin d'évaluer leur efficacité et leur efficience à réduire la tension de surface à l'aide de mesures statiques et dynamiques. Le choix du tensioactif le plus adapté dépend de la vitesse du processus.

AR267 : Foam behavior and foam stability of aqueous surfactant solutions

Le comportement du moussage et la stabilité de la mousse de trois tensioactifs peu moussants sont caractérisés. Les données obtenues à partir des mesures rhéologiques de l'interface montrent une bonne corrélation avec les résultats de la mesure de la hauteur de la mousse.

AR249 : Characterization of liquid foams by the determination of surface rheological properties of surfactant solutions

Les mesures de la hauteur de la mousse et les mesures du module d'élasticité et du module de viscosité sont réalisées sur deux produits de soins pour le corps. Un lien peut être démontré entre l'élasticité plus élevée de la surface et une stabilité de la mousse plus élevée.

AR231 : Assessing the cleaning ability of queous surfactant solutions on soiled hydrophobic textile fabrics by using contact angle and surface tension measurements

Un système de modèle est utilisé pour montrer l'effet nettoyant des mélanges des solutions de tensioactifs et une action du mouillage peut être déterminée. La composition affecte l'angle de contact sur une fibre et la tension interfaciale concernant la contamination du modèle.

AR204 : Synergistic aspects of surfactant mixtures

Les mesures de la CMC réalisées sur des mélanges de tensioactif anionique SDS et de tensioactif cationique TMAB montrent que, dans chaque cas, le nombre le plus élevé de molécules de la micelle survient lorsque la teneur en molécules du tensioactif est de 50 % (le même nombre de particules dans les deux tensioactifs).

AR202 : Surface Tensiometry as a technique for the study of polymer/surfactant interactions in solution

Une analyse complète des interactions possibles entre les tensioactifs et les polymères dans la solution et les conclusions qui peuvent être tirées en lien avec les mesures rhéologiques.

AR201 : Critical micelle concentration as a function of head group size for alkyl alcohol ethoxylates

Les mesures sur les éthoxylates d'alcool alkylique montrent une corrélation de la CMC avec la taille du groupe de tête d'éthoxylates. Les résultats peuvent être utilisés par exemple pour déterminer le degré d'éthoxylation d'échantillons inconnus en se basant sur la CMC.

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