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Traitement de surface - généralités

Angle de contact et tension superficielle dans l'optimisation du mouillage et du revêtement

La nature des surfaces des matériaux finis est tout aussi importante pour le traitement et l'utilisation finale que les propriétés individuelles qui les composent. La propreté, l'énergie de surface et la rugosité sont des facteurs décisifs pour l'adhésion lors du collage, de l'impression ou du revêtement. Le comportement de la mouillabilité et de l'adhésion en présence de saleté et d'eau est également important pour de nombreux matériaux et applications. Les étapes de préparation et l'amélioration de la surface peuvent être optimisées en utilisant les méthodes de la chimie des surfaces et nos instruments de mesure.

Caractérisation des liquides de nettoyage et des surfaces nettoyées

Les stations de traitement et les bains de nettoyage des surfaces sont souvent à base d'eau, où des tensioactifs sont utilisés pour améliorer le mouillage et récupérer les substances hydrophobes. Les tensioactifs améliorent le mouillage en réduisant la tension superficielle élevée de l'eau. Un contrôle qualité peut être réalisé en se basant sur des mesures précises de la tension superficielle à l'aide de nos Force Tensiometers – K20 ou K100 semi-automatiques ou entièrement automatiques.

Pendant le processus de nettoyage, les substances hydrophobes sont récupérées en les intégrant dans des agrégats de molécules de tensioactifs, appelés micelles. Notre Force Tensiometer – K100 mesure la concentration en tensioactifs à laquelle les micelles sont formées et caractérise ainsi l'efficacité des tensioactifs en terme de nettoyage.

La teneur en tensioactifs des bains de nettoyage peut être déterminée en se basant sur la tension superficielle dynamique, qui dépend de la concentration, grâce à nos tensiomètres à pression de bulle. Pour cela, une courbe d'étalonnage est créée en laboratoire en utilisant un instrument statique comme le Bubble Pressure Tensiometer – BP100. La conformité aux limites spécifiées peut ensuite être contrôlée sur site à l'aide de notre instrument mobile, le Bubble Pressure Tensiometer – BPT Mobile.

L'analyse de la mouillabilité en mesurant l'angle de contact indique le succès du nettoyage de la surface. Avec une surface uniforme nettoyée de manière homogène, l'angle de contact est le même partout. Les zones contaminées hydrophobes peuvent être détectées par l'augmentation de l' angle de contact. Notre instrument de mesure mobile Mobile Surface Analyzer – MSA contrôle la qualité sur site, de manière non destructive et sur des échantillons de toute taille.

Augmentation de l'énergie de surface

Plus l'énergie de surface d'un solide est élevée, meilleures seront l'adhésion et le mouillage. Les matériaux à faible énergie de surface, en particulier les plastiques, sont souvent soumis à un pré-traitement d'activation avant le collage, le revêtement ou l'impression. Les méthodes les plus courantes sont le traitement au plasma, le traitement corona, le traitement à la flamme ou encore l'action chimique de gaz oxydants comme le fluor et l'ozone.

Nos instruments de mesure d'angle de contact déterminent l'énergie de surface et évaluent l'efficacité du processus de traitement. Un résultat partiel important de ces mesures est la fraction polaire de l'énergie de surface. Cela décrit dans quelle mesure la surface en plastique s'est approchée de la fraction polaire du liquide, l'eau, du point de vue de la chimie de surface. La fraction polaire caractérise l'affinité d'un substrat avec des peintures et des revêtements à base d'eau.

De plus, mesurer la tension superficielle d'un revêtement permet de calculer le travail d'adhésion comme une mesure de l'adhésion et la tension interfaciale comme paramètre pour la stabilité à long terme. La qualité du revêtement peut être optimisée spécifiquement en se basant sur ces résultats.

Modification de la rugosité de la surface

Dans de nombreux cas, le mouillage et l'adhésion peuvent être améliorés en grattant la surface. L'effet de l'augmentation de la rugosité peut être mesuré en se basant sur la différence entre l'angle de contact lors du mouillage (angle à l'avancée) et lors du démouillage (angle au retrait). Nos unités de dosage automatisées de nos instruments de mesure d'angle de contact permettent d'augmenter et de réduire le volume (et donc la taille) de goutte fournie de manière contrôlée. Les angles à l'avancée et au retrait peuvent aussi être mesurés à l'aide de notre Force Tensiometer – K100 en immergeant et retirant l'échantillon (méthode de Wilhelmy).

Galvanisation

Les tensioactifs sont dissous dans des bains galvaniques pour améliorer le mouillage. Un meilleur mouillage est obtenu en réduisant la tension superficielle. L'effet des tensioactifs peut donc être déterminé en mesurant la tension superficielle. La teneur en tensioactifs d'un bain peut être déterminée en mesurant la tension superficielle dynamique avec nos Bubble Pressure Tensiometers BP100 et BPT Mobile.

Revêtements hydrophobes et anti adhésifs

Il est souvent préférable que les surfaces aient une mouillabilité faible. Cela s'applique à toutes les surfaces qui doivent rester propres et ne pas présenter une surface couverte de substances adsorbantes après être entrées en contact avec d'autres substances. Par exemple les murs des bâtiments, des carrosseries de véhicules peintes, des verres de lunettes et des carreaux pour fenêtres, des ustensiles de cuisine et des instruments médicaux. Ces surfaces sont généralement dotées d'un revêtement hydrophobe.

L'angle de contact permet de déterminer si un revêtement est optimal ou non. Les surfaces hydrophobes ont un angle de contact élevé avec l'eau. La faible adhésion est indiquée par une énergie de surface faible du solide.

Les revêtements super-hydrophobes favorisent l'effet d'auto-nettoyage où les gouttes d'eau s'écoulent sur la surface en entraînant les particules de saleté (effet Lotus). Ce comportement peut être mesuré à l'aide des tables d'inclinaison de nos Drop Shape Analyzers – DSA30 et DSA100 en étudiant l'angle de décrochement et ainsi optimiser ces revêtements. L'angle de décrochement est l'angle d'inclinaison de la surface avec lequel une goutte posée coule ou glisse sur la surface.

Rapports d'application KRÜSS

TN318: Inline process control of wettability by means of contact angle measurement
on moving surfaces

Grâce une étude de faisabilité, nous montrons comment les mesures d'angle de contact peuvent être utilisées pour des contrôles en cours de processus ininterrompu, en utilisant notre rapide unité de dosage Aiguille liquide et l'interface logicielle ADVANCE API pour l'intégration des systèmes d'information.

AR280: Optimizing flame treatment of polymer surfaces

Un fournisseur de l'industrie automobile était confronté à un taux très élevé de rebuts lors de l'application d'une feuille décorative sur une surface polypropylène activée par flammage. Après des essais non concluants avec des encres test, les mesures non destructives de l'énergie de surface ont démontré la source du problème.

AR272 : Why test inks cannot tell the full truth about surface free energy

Le SFE est déterminé pour 16 matériaux et polymères traités au plasma. Les différences, qui peuvent être relativement importantes dans certains cas, s'expliquent par le fait que les tests d'encre ne tiennent pas compte de la partie polaire dans le SFE.

AR264 : Light metal, but difficult to bond

Les analyses portent sur les alliages en aluminium qui sont préparés dans le domaine automobile pour le liage dans des bains de conversion. Avec différents alliages, le temps de maintien et la température ont différents effets sur l'énergie de surface mesurée.

AR256 : How plastics lose their hydrophobia

L'augmentation de la polarité de surface en raison du traitement à l'ozone est démontrée sur les plastiques POM et PBT en se basant sur les mesures de l'angle de contact. Les résultats démontrent également un effet différent de la durée sur l'activation de la surface.

AR253 : Correlation of receding water contact angle data with moisture vapor transition rate on corona treated polypropylene packaging film

L'augmentation de l'énergie de surface d'un film en polypropylène en raison du traitement corona est évaluée à l'aide des mesures d'angle de contact. L'augmentation non souhaitée de la perméabilité à l'humidité avec une durée de traitement excessive correspond à l'angle au retrait mesuré.

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