Mouillabilité des surfaces
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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.
Illustration de la répartition du liquide sur une surface peu mouillableLe 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".
Représentation schématique de la mouillabilité des solidesEn cas de mouillage complet (étalement), l'angle de contact est 0°. Le solide est mouillable entre 0° et 90° et non mouillable au-delà de 90°.
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 (σl)
  • du solide (σs)
  • interfaciale liquide-solide (σsl)

cos(θ) = (σs - σsl) ⁄ σl

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

σsl = σs + σl - 2Φ × (σs × σl)½

Φ = 4(Vs × Vl) ⁄ (Vs + Vl)²

avec:
Vs: volume molaire du solide = Ms ⁄ ρs [cm³/mole]
Vl: volume molaire du liquide = Ml ⁄ ρl [cm³/mole]

Tension superficielle critique

Représentation d'un graphe selon la méthode de Zisman
Graphe pour la détermination de la tension superficielle critique du PMMA , selon la méthode de Zisman, en utilisant plusieurs types de liquides
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 σcrit.
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

Source: www.accudynetest.com
Polymère
CAS
number
σcrit
[mN/m]
θ
avec l'eau
[deg]
Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) 9003-56-9 38.5 80.9
Epoxies - 44.5 76.3
Fluorinated ethylene propylene (FEP) 25067-11-2 19.1 108.5
Hexatriacontane 630-06-8 20.6 108.5
Nylon 6 (polycaprolactum, aramid 6) 25038-54-4 43.9 62.6
Nylon 6,6 32131-17-2 42.2 68.3
Nylon 7,7 - 43 70
Nylon 8,8 - 34 86
Nylon 9,9 - 34 86
Nylon 10,10 - 32 94
Nylon 11 25587-80-8 35.6 82
Nylon 12 24937-16-4 37.1 72.4
Paraffin 8002-74-2 24.8 108.9
Polybutadiene 9003-17-2 29.3 96
Poly n-butyl methacrylate (PnBMA) 25608-33-7 29.8 91
Poly t-butyl methacrylate (PtBMA) 25189-00-9 18.1 108.1
Polycarbonate (PC) 24936-68-3 44 82
Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) 9002-83-9 30.8 99.3
Polydimethylsiloxane (PDMS) 9016-00-6 20.1 107.2
Polyethylene (PE) 9002-88-4 31.6 96
Polyethylene oxide (PEO, PEG, polyethylene glycol) 25322-68-3 43 63
Polyethylene terephthalate (PET) 25038-59-9 39 72.5
Poly(hexafluoropropylene) - 16.9 112
Polyisobutylene (PIB, butyl rubber) 9003-27-4 27 112.1
Polymethyl methacrylate (PMMA, acrylic, plexiglas) 9011-14-7 37.5 70.9
Polyoxymethylene (POM, polyacetal, polymethylene oxide) 24969-26-4 37 76.8
Polyphenylene sulfide (PPS) 26125-40-6 38 80.3
Polypropylene (PP) (a) 30.5 102.1
Polystyrene (PS) 9003-53-6 34 87.4
Polysulfone (PSU) 25135-51-7 42.1 70.5
Polytetrafluoroethylene (PTFE) 9002-84-0 19.4 109.2
Polytrifluoroethylene 24980-67-4 26.5 92
Polyvinyl acetate (PVA) 9003-20-7 35.3 60.6
Polyvinyl alcohol (PVOH) 25213-24-5 37 51
Polyvinyl chloride (PVC) 9002-86-2 37.9 85.6
Polyvinyl fluoride (PVF) 24981-14-4 32.7 84.5
Polyvinylidene chloride (PVDC, Saran) 9002-85-1 40.2 80
Polyvinylidene fluoride (PVDF) 24937-79-9 31.6 89





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