2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

29
terizarea fizica a interfete utilizand tensiometria Drd Mihaela Alexandru

Transcript of 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Page 1: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Caracterizarea fizica a interfetelor

utilizand tensiometria

Drd Mihaela Alexandru

Page 2: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Specificatii tehnice

Domeniul de masurare: 0.001 - 2000 mN/m

Rezolutie (proba standard): 0.001 mN/m

Incarcarea maxima: 210 g

Precizia de cantarire 0.01 mg

Rezolutia fortei: 0.1 μN

Domeniul de masurare al unghiului de contact: 0-180°

Precizia de masurare a unghiului de contact: 0.01°

Calibrare si blocare: automata

Viteza platformei: 0.01-500 mm/min

Domeniul de temperatura: -10 ÷ +80°C

Dimensiuni: 240 x 330 x 620 mm

Module soft

Tensiometru Sigma700

(KSV Instruments, Finlanda)

Page 3: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Softuri tensiometru

Tensiunea superficiala/interfaciala

Unghi dinamic de contact

Concentratia critica micelara

Capacitatea de udare a pulberilor

Densitatea lichidelor

Page 4: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Electrobalanta Aparat deinregistrare

Capac

Celula de masurare lichid

Platformamonitorizata

Suportul clemei

Placuta/bara pentru masurare

Page 5: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Tensiunea superficiala

Tensiunea superficiala – este o masura a energiei de coeziune prezenta la interfata

provenind din dezechilibrul de forte dintre moleculele de la interfata (g/l, l/l).

Masurarea tensiunii superficiale/interfaciale cu ajutorul tensiometriei se bazeaza

pe masurarea fortelor de interactiune dintre o proba solida cu suprafata sau

interfata a doua fluide.

Metoda placutei Wilhemy - Se bazeaza pe interactiunea dintre placuta de platina si interfata lichidului de testat. Calculele pentru aceasta tehnica se bazeaza pe geometria placutei complet umede aflata in contact cu lichidul dar nu imersata in acesta.

Metoda inelului Du Nouy - utilizeaza interactiunea dintre inelul de platina cu interfata lichidului de testat. Inelul este imersat sub interfata si imediat ridicat. Atunci cand inelul este ridicat se formeaza un menisc al lichidului. In cele din urma acest menisc se desprinde de inel si revine la pozitia initiala.

Page 6: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

toluen, DMF, acetona, benzen, apa, 1,2- dicloretan, cloroform, etanol,

hexan, diiodmetan, etandiol, diclormetan, alcool benzilic, piridina,

ciclohexan, tetracolura de carbon, dimetilsulfoxid, glicerol, Etc.

Page 7: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...
Page 8: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...
Page 9: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Valorile tensiunii superficiale determinate prin utilizarea tehnicii placutei Wilhemy pentru o serie de copolimeri siloxan-organici (solvent: DMF-

25 = 37,5 mN/m)

30.10,5S-O5

22.570,1S-O4

32,670,1S-O3

33.00,5S-O2

32.40,5S-O1

Tensiuneasuperficiala,

mN/ m

Concentratiasolutiei,

g/ dl

StructuraProba

CH3 CH3

CH3CH3

SiO

SiN N

- CH2 -

HCCH

-OHHO-

n

OH

HO

SiO

N N =

n

Si

CH3CH3

CH3CH3

SiO

N N =n

Si

CH3CH3

CH3CH3OHHO

Si SiO O

Si m

N N =

n

CH3CH3 CH3

CH3 CH3CH3OHHO(m=12)

CH3 CH3

CH3CH3

SiO

SiNH NH -

n

- CO - CO -

30.10,5S-O5

22.570,1S-O4

32,670,1S-O3

33.00,5S-O2

32.40,5S-O1

Tensiuneasuperficiala,

mN/ m

Concentratiasolutiei,

g/ dl

StructuraProba

30.10,5S-O5

22.570,1S-O4

32,670,1S-O3

33.00,5S-O2

32.40,5S-O1

Tensiuneasuperficiala,

mN/ m

Concentratiasolutiei,

g/ dl

StructuraProba

CH3 CH3

CH3CH3

SiO

SiN N

- CH2 -

HCCH

-OHHO-

n

OH

HO

SiO

N N =

n

Si

CH3CH3

CH3CH3

SiO

N N =n

Si

CH3CH3

CH3CH3OHHO

Si SiO O

Si m

N N =

n

CH3CH3 CH3

CH3 CH3CH3OHHO(m=12)

CH3 CH3

CH3CH3

SiO

SiNH NH -

n

- CO - CO -

Page 10: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Concentratia critica micelara CMC

Concentratia critica micelara reprezinta concentratia critica a unei substante amfifile

la care se formeaza micele

Moleculele amfifile contin doua componente ce difera prin afinitatea lor fata de solventi.

- partea hidrofila are afinitate pentru solventii polari, cum ar fi apa.

- partea hidrofoba are afinitate pentru solventii nepolari, cum ar fi hidrocarburile.

Moleculele unei substante amfifile se orienteaza la suprafata apei astfel incat partea polara interactioneaza cu apa iar cea nepolara este mentinuta deasupra suprafetei (aer sau lichid nepolar).

Prezenta acestor molecule perturba energia de coeziune de la suprafata, ceea ce duce la micsorarea tensiunii superficiale.

Page 11: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...
Page 12: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Surfactant siloxanic neionicCMC= 5,4*10-2 g/l

Page 13: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Si SiO O

Si m

N N =

n

CH3CH3 CH3

CH3 CH3CH3OHHO(m=12)

Dependenta tensiunii superficiale de concentratia ligandului siloxanic in DMF

CMCS-O4=67mg/l

S-O4

C. Racles, M. Cazacu, A.Ioanid, A. Vlad, Macromol. Rapid Commun. 2008, 29, 1527–1531

Page 14: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Unghiul de contact

• masura cantitativa a udarii unui solid de catre un lichid

• unghiul format de lichid la granita celor trei faze: lichida, gazoasa si solida

• forma picaturii si marimea unghiului de contact sunt controlate de cele trei forte de interactiune a tensiunii interfaciale a fazelor participante (gaz, lichid, solid).

• ecuatia Young se aplica pentru solide omogene, netede si rigide

Ecuatia Young

Page 15: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Unghiul de contact dinamic

Histerezisul unghiului de contact

H = a r

Principalul dezavantaj:

Proba trebuie sa fie simetrica si sa aiba o forma regulata:

• bara

• cub

• bara cilindrica

• dreptunghiulara

• sarma

• Etc.

Page 16: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...
Page 17: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...
Page 18: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Principalii parametri ai masuratorilor unghiurilor de contact cu apa

Proba θa θr H

A 85.52 42.12 43.40

B 96.03 51.19 44.84

Hamciuc, E., Hamciuc, C., Cazacu, M., Ignat, M., Zarnescu, G., Eur. Polym. J. 45 (1), 182-190, 2009.

COO

COOCO

OC

O

NH2 O O NH2

CN

NH2 CH2

CH2

CH2

Si O

CH3

CH3

Si CH2

CH2

CH2

NH2

CH3

CH3

p

CH2

CH2

CH2

SiO

CH3

CH3

SiCH2

CH2

CH2

p CO

NCO OC

NOC

Om

CH3

CH3

CON

COOCN

OC

OO O

CN

n

+

A: x = 1.00, y = 0.00, z = 1

B: x = 0.80, y = 0.20, z = 1

x y

z

Page 19: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Polimer Unghiurile dinamice cu apa

θaa θr

b Hc

C 86.75 42.49 44.26

D 89.50 44.77 44.73

CON

COOCN

OC

O R OO O n

CH3

CH3

CF3

CF3

C: R = D: R = ;

Page 20: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Unghiul dinamic de contact

Principalii parametri obtinuti din masuratorile unghiului de contact:

Proba % SiO2 Unghiul de contact dinamic Hc

θaa θr

b

Apa EG Apa EG Apa EG

P1 13,2 92.1 94.0 82.6 83.0 9.5 11.0

P2 52,8 102.6 80.9 77.4 65.5 22.5 15.4

a valoarea maxima a unghiului de contact la intrare; b valoarea maxima a unghiului de contact la iesire; c H = θa – θr

Page 21: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Ecuatiile Owens si Wendt

(1+cosθ) L = 2(sd L

d)1/ 2 + 2((sp L

p )1/ 2

Valorile tensiunii superficiale pentru cele doua lichide si componentele lor (mN/m) sunt

Apa: L1=72.8, L1p=51, L1

d=21.8

Etilen glicol: L2=48, L2p=19, L2

d=29

Valorile energiei libere de suprafata determinate pe baza unghiului de contact dinamic:

Proba Energia libera de suprafataa, mN/m

sd s

p s

P1 0.13 21.79 21.92

P2 16.88 1.69 18.57

acalculata pe baza ecuatiilor Owens si Wendt luand in considerare valorile unghiului de contact dinamic.

Page 22: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Capacitatea de udare a pulberilor

Metoda Washburn – se bazeaza pe masurarea gradului de penetrare a unui

lichid intr-un pat de pulbere comprimata rezultand o valoare medie a unghiului

de contact a particulei.

T = [/C2 cos]M2

T – timpul dupa contact

– viscozitatea lichidului

C – constanta materialului caracteristica probei solide

– densitatea lichidului

– tensiunea superficiala a lichidului

– unghiul de contact

M – masa de lichid adsorbita de solid

Un grafic Timp vs. Masa2 ar trebui sa conduca la o linie dreapta a carei panta este /C 2 cos

Page 23: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...
Page 24: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...
Page 25: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

0,0014

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Time (s)

Mas

s 2 (g

)

Graficul utilizat pentru a calcula capacitatea de udare a pulberilor

S-O

OH

HO

SiO

N N =

n

Si

CH3CH3

CH3CH3

S-O2

Capacitatea de udare a pulberilor

Page 26: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Sedimentarea materialelor solide

Determinarea cineticii de sedimentare a solidelor în lichid

Dispozitivul de sedimentare este un disc rotund, acesta este cufundat la o anumită adâncime în lichidul ce contine materialul solid, simultan lichidul este supusagitarii magnetice. După ce agitarea este oprita soft-ul înregistreaza cantitatea departicule solide care sedimenteaza pe disc în lichid şi înregistreaza cresterea de masa funcţie de timp.

Page 27: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...
Page 28: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Determinarea densitatii lichidelor•Calibrarea dispozitivului de densitate

Dispozitivul de masurare

´lichid necunoscut = (F´/F) × apa

• Determinarea densitatii unui lichid necunoscut

Page 29: 2-Prezentare metoda caracterizare fizica a interfetelor utilizand ...

Proiect CEEX-MATNANTECH 52/2006 Materiale siliconice nanostructurate multifunctionale (NANOSIMAT)

Director Proiect : Dr. Maria Cazacu

Proiect IDEI 5/2007Compusi siloxanici ca precursori pentru nanomateriale

Director Proiect: Dr. Carmen Racles