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Écrit par Dr Amit Pratap Singh
Évalué par Dr Alidad Amirfazli
Revu: 28
Il s’agit d’un guide pratique de la science des surfaces pour les chercheurs travaillant dans l’industrie des produits de consommation.
Dans ce tout nouveau guide, vous apprendrez tout sur :
Plongeons dans le vif du sujet.
Les produits de consommation exploitent diverses propriétés de surface pour obtenir des fonctionnalités spécifiques. Les matériaux d’emballage alimentaire, par exemple, nécessitent une résistance à l’eau, une résistance à la graisse et des propriétés antimicrobiennes pour prolonger la durée de conservation et minimiser les déchets. Pour améliorer la durabilité et la facilité d’entretien des vêtements et des textiles, les tissus sont souvent traités pour leur résistance à l’eau, aux taches et aux plis.
Les ustensiles de cuisine antiadhésifs utilisent des revêtements de surface pour empêcher les aliments de coller, même lorsqu’ils sont cuits sans huile ni beurre. Les lunettes anti-rayures sont recouvertes d’un matériau dur et durable qui résiste aux rayures, prolongeant ainsi leur durée de vie et préservant leur apparence. Les fenêtres bénéficient d’un revêtement en dioxyde de titane qui décompose la saleté et la crasse sous la lumière du soleil, simplifiant ainsi le nettoyage.
Ces exemples montrent comment la manipulation des caractéristiques de surface permet d’obtenir les résultats souhaités sur une large gamme de produits de consommation.
Nous utilisons les propriétés de surface importantes ci-dessous pour comprendre le comportement des produits de consommation et améliorer leur qualité.
Young – Méthode Laplace
Méthode polynomiale
Angle de contact dynamique
Idéalement, lorsque nous plaçons une goutte sur une surface solide, il existe un angle unique entre le liquide et la surface solide. Nous pouvons calculer la valeur de cet angle de contact idéal (ce qu’on appelle l’angle de contact de Young) à l’aide de l’équation de Young. En pratique, en raison de la géométrie de surface, de la rugosité, de l’hétérogénéité, de la contamination et de la déformation, la valeur de l’angle de contact sur une surface n’est pas nécessairement unique mais se situe dans une plage. Nous appelons les limites supérieure et inférieure de cette plage l’angle de contact qui avance et l’angle de contact qui s’éloigne, respectivement. Les valeurs des angles d’avancement et de recul des angles de contact pour une surface solide sont également très sensibles. Ils peuvent être affectés par de nombreux paramètres, tels que la température, l’humidité, l’homogénéité et la contamination infime de la surface et du liquide. Par exemple, les angles de contact d’avancement et de recul d’une surface peuvent différer à différents endroits.
Les surfaces et les revêtements pratiques présentent naturellement une hystérésis d’angle de contact, indiquant une gamme de valeurs d’équilibre. Lorsque nous mesurons les angles de contact statiques, nous obtenons une seule valeur dans cette plage. S’appuyer uniquement sur des mesures statiques pose des problèmes, tels qu’une mauvaise répétabilité et une évaluation incomplète de la surface en ce qui concerne l’adhérence, la propreté, la rugosité et l’homogénéité.
Dans les applications pratiques, nous devons comprendre la facilité d’étalement du liquide (angle d’avancement) et la facilité d’évacuation (angle de retrait) d’une surface, comme dans la peinture et le nettoyage. La mesure des angles d’avancement et de recul offre une vue holistique de l’interaction liquide-solide, contrairement aux mesures statiques, qui produisent une valeur arbitraire dans la plage.
Ces informations sont cruciales pour les surfaces du monde réel avec des variations, une rugosité et une dynamique, aidant des industries telles que les cosmétiques, la science des matériaux et la biotechnologie à concevoir des surfaces efficaces et à optimiser les processus.
Découvrez comment la mesure de l’angle de contact est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de contact, lisez notre mesure de l’angle de contact : le guide définitif
Cette propriété mesure la force qui agit à la surface d’un liquide, dans le but de minimiser sa surface.
Tension superficielle dynamique
La tension superficielle dynamique diffère de la tension superficielle statique, qui fait référence à l’énergie de surface par unité de surface (ou à la force agissant par unité de longueur le long du bord d’une surface liquide).
La tension superficielle statique caractérise l’état d’équilibre de l’interface liquide, tandis que la tension superficielle dynamique tient compte de la cinétique des changements à l’interface. Ces changements peuvent impliquer la présence de tensioactifs, d’additifs ou de variations de température, de pression et de composition à l’interface.
La tension superficielle dynamique est essentielle pour les processus qui impliquent des changements rapides à l’interface liquide-gaz ou liquide-liquide, tels que la formation de gouttelettes et de bulles ou la coalescence (changement de surface), le comportement des mousses et le séchage des peintures (changement de composition, par exemple, évaporation du solvant). Nous le mesurons en analysant la forme d’une gouttelette suspendue au fil du temps.
La tension superficielle dynamique s’applique à diverses industries, notamment les cosmétiques, les revêtements, les produits pharmaceutiques, la peinture, l’alimentation et les boissons, ainsi que les processus industriels, où la compréhension et le contrôle du comportement des interfaces liquides sont essentiels pour la qualité du produit et l’efficacité des processus.
Apprenez comment la mesure de la tension superficielle est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de la tension superficielle : le guide définitif
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L’angle de glissement mesure l’angle auquel un film liquide glisse sur une surface solide. Il est couramment utilisé pour évaluer la résistance au glissement d’une surface.
Apprenez comment la mesure de l’angle de glissement est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de glissement, lisez notre Mesure de l’angle de glissement : le guide définitif
Dans l’industrie des produits de consommation, plusieurs études de cas illustrent les avantages de la réalisation de mesures de propriétés de surface.
La fluctuation des prix du pétrole représentait un défi majeur pour les fabricants qui dépendaient des adhésifs à base de pétrole. Cela les a forcés à chercher des solutions alternatives. Les chercheurs ont identifié l’adhésif à base d’eau au latex de caoutchouc naturel (NRL) comme une alternative prometteuse. Pour s’assurer de sa mise en œuvre réussie, ils ont étudié les forces de décollement et de maintien de différents supports en papier sur des substrats en acier inoxydable et en verre. Grâce à des expériences d’énergie de surface et d’angle de contact sur différents papiers de support, ils ont découvert que le papier mahjong avait l’énergie de surface la plus élevée (59,50 mN/m), ce qui en fait un substrat idéal pour un mouillage optimal de l’adhésif.
Défi: Les produits alimentaires collés à leur emballage peuvent augmenter le risque que des composés nocifs de l’emballage migrent dans les aliments ou que des mauvais goûts indésirables soient absorbés.
Solution: Les chercheurs ont identifié que pour résoudre ce problème, les films d’emballage doivent être à la fois hydrophobes (hydrofuges) et avoir une faible énergie de surface. Cependant, le même film doit également bien adhérer à la couche extérieure de l’emballage. Par conséquent, pour améliorer l’adhérence aux autres couches de plastique, ils ont décidé d’augmenter l’énergie de surface du film d’emballage. Ils ont utilisé le traitement des décharges corona (CDT) largement utilisé à cette fin. Pour évaluer le niveau d’adhérence atteint, l’équipe de R&D a mesuré l’angle de contact du film traité, ce qui permet de déterminer de combien l’énergie de surface a augmenté en introduisant des groupes polaires à la surface.
Une entreprise de lunettes a été confrontée à un problème de buée sur ses lunettes de sport, ce qui gênait la visibilité des athlètes pendant leurs activités. Pour lutter contre cela, ils ont activement développé des revêtements hydrophobes en utilisant des mesures d’angle de contact. Leur objectif était d’obtenir un angle optimal qui minimise l’adhérence de l’eau, le facteur clé de la formation du brouillard. En minimisant l’adhérence, ils ont réussi à créer des lunettes anti-buée, améliorant considérablement l’expérience utilisateur dans divers sports.
Le PDMS, bien qu’hydrophobe, absorbe étonnamment jusqu’à ~30 mM d’eau au contact. Les chercheurs ont relevé ce défi en mesurant les angles de contact ascendants et reculés des gouttelettes d’eau sur des PDMS réticulés. Ils ont découvert que le PDMS s’adapte à l’eau en enrichissant l’interface avec des oligomères libres, entraînant une diminution nette de la tension superficielle. Ces informations cruciales nous aident à développer des stratégies pour minimiser l’affinité avec l’eau et améliorer les performances des matériaux PDMS.
Pour relever le défi de la mauvaise adhérence, l’équipe technique du fabricant de protecteurs d’écran a mesuré activement l’énergie de surface de différents matériaux. Cela leur a permis de sélectionner des matériaux avec des énergies de surface compatibles, assurant une forte adhérence entre l’écran et le protecteur. Cette approche proactive a considérablement amélioré la fiabilité de leurs protecteurs d’écran, répondant directement aux attentes des consommateurs en matière de protection durable et durable des appareils.
Si vous êtes intéressé par la mise en œuvre de ces applications ou de toute autre application, veuillez nous contacter.
Dans un secteur où la précision règne en maître, vers qui les fabricants de produits de consommation se tournent-ils pour s’assurer que leurs produits peuvent résister à un examen minutieux ? La réponse se trouve dans les normes et les directives : la boussole qui guide les fabricants de cosmétiques dans le labyrinthe complexe de la qualité et de la performance.
Cette norme explique la mesure de l’angle de contact sur une goutte de liquide appliquée sur une surface revêtue, un substrat ou un disque préformé de pigment. Il est à noter que cette norme ne s’applique qu’aux angles de contact avancés. Cette norme peut être utilisée pour caractériser la mouillabilité des surfaces.
ASTM D5946-17 Méthode d’essai standard pour les films polymères traités Corona utilisant des mesures d’angle de contact avec l’eau
Cette norme est identique à la norme ISO 15989. Cette méthode d’essai explique la mesure de l’angle de contact des gouttelettes d’eau sur les surfaces d’un film polymère traité Corona. Le traitement par décharge électrique, tel que le traitement corona, augmente la tension de mouillage d’un film polymère. Par conséquent, il est possible d’établir un lien entre l’angle de contact de la surface d’un film polymère et sa capacité à accepter et à retenir des encres, des revêtements, des adhésifs, etc.
Plastiques/caoutchouc (dispersions de polymères et latex de caoutchouc (naturels et synthétiques)) Détermination de la tension superficielle : Cette norme fournit la méthode de mesure de la tension superficielle des dispersions de polymères et des lateces de caoutchouc (naturels et synthétiques). La norme propose deux méthodes de détermination de la tension superficielle, la méthode A et la méthode B.
Nous espérons que ce guide vous a montré comment appliquer la science des surfaces dans l’industrie cosmétique.
Maintenant, nous aimerions vous céder la parole :
Droplet Lab a été fondé en 2016 par le Dr Alidad Amirfazli, membre du corps professoral de l’Université York, et deux de ses chercheurs, le Dr Huanchen Chen et le Dr Jesus L. Muros-Cobos.
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