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Écrit par Dr Amit Pratap Singh
Évalué par Dr Alidad Amirfazli
Revu: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Packaging and Containers Industry.
Dans ce tout nouveau guide, vous apprendrez tout sur :
Plongeons dans le vif du sujet.
In today’s packaging and container industry, success is determined by factors such as product quality, user experience, and environmental impact. This can be illustrated through a simple yet detailed example: oil and grease-resistant paper, a crucial component of the modern packaging industry. Despite the hydrophobicity and porosity of the base paper making it unsuitable for packaging purposes, a coating with specific properties is applied to impart hydrophobic and oleophobic characteristics. These papers, derived from plant fibers, are light, flexible, recyclable, and compostable materials. Since they are derived from renewable resources they are compatible to environment. Consequently, these papers have become indispensable in the area of packaging, embodying the industry’s commitment to both efficiency and sustainability.
In the preparation of oil and grease-resistant papers, surface properties such as contact angle, sliding angle, surface tension, and surface energy play a crucial role. Therefore, the success of the packaging and container industries lies in how efficiently one can apply these surface properties to produce papers with the desired characteristics.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Packaging and Containers products and improve their quality.
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
Découvrez comment la mesure de l’énergie de surface est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de l’énergie de surface : le guide définitif
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
Within the Packaging and Containers industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Défi: The sterility of aseptic packages can be compromised during storage and distribution due to rough or improper handling.
Solution: In one study, scientists focused on determining the threshold pressure required to create a leak. They observed significantly lower threshold pressures in the case of low surface tension liquids, such as safranin red dye, compared to high surface tension liquids, like distilled water. This insight allows manufacturers to proactively avoid conditions that could lead to leakage issues. A tensiometer like Droplet Lab’s Dropometer precisely measures surface tension, enabling manufacturers to identify and understand how different liquids interact with packaging materials. By providing accurate data on surface tension, it helps in assessing the susceptibility of packaging to leaks and supports the development of more robust packaging solutions, thus maintaining package sterility.
Défi : Printing ink in flexible packaging materials can cause contamination in the mechanical recycling process.
Solution : The removal of printing ink residue from the surface of flexible plastic packaging can be achieved through detergency, mechanical, and chemical cleaning processes. In this context, contact angle measurements are invaluable for studying the interaction between the polymer and surfactant. These measurements are highly effective in comparing the wetting behavior of surfactants on various printing ink systems and non-printed film surfaces.
Défi : There was a big issue with label adhesion in packages that have curved surfaces, resulting in peeling and poor aesthetics.
Solution : The manufacturer applied the surface tension measurements that helped in the selection of label materials with appropriate adhesive properties for curved surfaces. These optimized properties of adhesives ensured strong and lasting label adhesion, enhancing the overall visual appeal of the packaging.
Si vous êtes intéressé par la mise en œuvre de ces applications ou de toute autre application, veuillez nous contacter.
In an industry where precision reigns supreme, where do Packaging and Containers manufacturers turn to ensure their products can survive scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides cosmetics manufacturers through the complex maze of quality and performance.
This standard provides guidelines for measuring advancing contact angles to evaluate the wettability of surfaces, which is crucial in assessing how liquids interact with packaging materials.
This ISO standard specifies a method for determining the contact angle of water on plastics, which is important for evaluating how liquids interact with plastic packaging materials.
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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