Mouillabilité des surfaces

Pour fonctionner efficacement, la surface du garnissage doit idéalement être entièrement recouverte d'une pellicule liquide. Le débit nécessaire pour obtenir ce résultat dépend de la surface à mouiller et de la mouillabilité du matériau.
Le liquide au contact de la surface du garnissage tend à former une goutte plus ou moins étalée. Ceci est caractérisé par l'angle de contact.
Si le matériau du garnissage est plus difficilement mouillé par le liquide, le débit minimum d'arrosage devra être supérieur. C'est généralement le cas des matières plastiques qui sont généralement plus difficilement mouillées par les fluides aqueux que les métaux ou les céramiques.
Certains traitements de surface permettent d'augmenter la mouillabilité du matériau.

Angle de contact

Lorsqu'une interface existe entre un liquide et un solide, l'angle entre la surface du liquide et l'extérieur de la surface de contact est décrit comme l'angle de contact "θ".

L'angle de contact (ou angle de mouillage) est une mesure de la mouillabilité d'un solide par un liquide. Un angle de contact faible signifie que le liquide couvre bien la surface du matériau; le matériau est bien mouillé. Un angle élévé indique que le liquide tend à se ramasser en une goutte sphérique, laissant une large portion du garnissage nu.

L'angle de contact peut être mesuré, ou estimé au moyen des tensions superficielles:

• du liquide (σ_l)
• du solide (σ_s)
• interfaciale liquide-solide (σ_sl)

cos(θ) = (σ_s - σ_sl) ⁄ σ_l

La tension superficielle du liquide peut être mesurée tandis que les tensions superficielles du solide et interfaciale, doivent être estimées:

• la tension superficielle du solide est supposée égale à la tension superficielle critique qui peut être déterminée par la méthode de Zisman.
• la tension interfaciale liquide-polymère solide peut être estimé par la méthode de Girifalco et Good

σ_sl = σ_s + σ_l - 2Φ × (σ_s × σ_l)^½

Φ = 4(V_s × V_l)^⅓ ⁄ (V_s^⅓ + V_l^⅓)^²

avec:
V_s: volume molaire du solide = M_s ⁄ ρ_s [cm³/mole]
V_l: volume molaire du liquide = M_l ⁄ ρ_l [cm³/mole]

Tension superficielle critique

La tension superficielle critique caractérise la mouillabilité du matériau par le liquide.

La méthode selon Zisman permet d'analyser la mouillabilité d'un solide en déterminant la tension superficielle critique à l'aide de l'angle de contact.

Le cosinus de l'angle de contact θ est représenté par rapport à la tension superficielle du liquide approprié. La valeur de la tension superficielle extrapolée à cos θ = 1 (angle de contact = 0°) est la tension superficielle critique σ_crit.

Cette valeur est la tension superficielle qu'un liquide doit avoir pour mouiller complètement un solide.

Valeurs pour des matériaux constituant du garnissage

matériau	tension superficielle critique [mN/m]
verre	73
céramique	61
PVC	40
graphite	60-65
acier	71

Valeurs pour des polymères