Détermination de l'énergie de surface d'un solide par mouillabilité

Résumé du document

TP tentant de déterminer l'énergie de surface de 3 solides (acier, PVC et verre) par mouillabilité en utilisant quatre liquides différents : tétradécane, diiodométhane, glycérol et eau. Applications et comparaisons des méthodes de Fowkes, Owens et Wendt. Présence de tableaux et de graphiques.

Extraits

[...] En comparant les mouillabilités de liquides de différentes tensions superficielles (et polarités), il sera possible de déterminer l'énergie libre de surface du solide. Les 2 méthodes que nous utiliserons seront Fowkes et Owens Wendt. Page 1 sur 7 MAURIZIO Julien Détermination de l'énergie de surface d'un solide par mouillabilité 2 MANIPULATIONS Pour chacun des essais, une série de 5 mesures a été effectuée de manière à pouvoir vérifier la bonne répétabilité et ainsi, éviter les erreurs. Entre chaque essai de mesures, le substrat est préalablement nettoyé à l'éthanol pour fuir toute pollution. [...]

[...] Nous pouvons les considérer comme plutôt apolaires. Page 3 sur 7 MAURIZIO Julien Détermination de l'énergie de surface d'un solide par mouillabilité 3 CALCULS ANALYTIQUES Vérification des résultats obtenus précédemment : Méthode de Fowkes cos θ = 2 γ D S P γ LD I SL γL γL De la forme y = A.x + B (équation d'une droite) Avec A = 2 γ D S et B = + P I SL γL P B = 0 lorsque les liquides utilisés sont apolaires, la composante polaire est nulle ( I SL = Donc nous pouvons déterminer la pente à partir des liquides : diiodométhane et tétraoctane. [...]

[...] MAURIZIO Julien Détermination de l'énergie de surface d'un solide par mouillabilité DETERMINATION DE L'ENERGIE DE SURFACE D'UN SOLIDE PAR MOUILLABILITE Objectif : Le but de ce TP est de déterminer l'énergie de surface de 3 solides (acier, PVC et verre) en utilisant 4 liquides différents : tétradécane, diiodométhane, glycérol et eau PRINCIPE Lorsqu'une goutte de liquide est déposée sur un solide, celle-ci adopte une configuration particulière reflétant les interactions entre le solide et le liquide. La forme adoptée par la goutte à l'équilibre correspond à l'énergie libre minimale du système. Fig : Schéma explicatif de différentes mouillabilités Lorsque l'angle de contact est petit, on dit qu'il y a mouillabilité parfaite. S'il est compris entre 0 et 90 on dit qu'il y a une bonne mouillabilité. Si l'angle est supérieur à 90 on dit qu'il y a une mauvaise mouillabilité. [...]

[...] Méthode de Owens et Wendt Relation : γ L + cos θ ) 2 γ D L = γ SP γ LP γ D L + γ SD Equivalente à une droite de type y = A.x + B Avec A = γ SP et B = γ SD Page 6 sur 7 MAURIZIO Julien Détermination de l'énergie de surface d'un solide par mouillabilité eau glycérol Composantes D 21,6 ND 51 D 37 ND 26,4 Origine B θ eau 29,2 Verre glycérol 39 eau 78,3 Acier glycérol 76,2 eau 76,2 PVC glycérol 72,8 cosθ θ y x Pente A racine(γγ racine(γγ D P SL) γ D SL Pour cette méthode aussi, les valeurs que nous retrouvons sont légèrement différentes de celles calculées par le logiciel d'acquisition des angles de goutte. Nous pouvons conclure que le modèle de Fowkes est beaucoup moins précis et plus fastidieux à utiliser tandis que le modèle de Owens et Wendt est plus simple pour de meilleurs résultats. L'avantage d'utiliser les 2 méthodes permet tout de même de réduire les erreurs et offre une source de comparaison. [...]

[...] Le volume de goutte de l'eau et du glycérol a été fixé à 1 microlitre. Le volume pour le diiodométhane et le tétradécane a lui été fixé à 0,5 microlitre. L'attente avant prise photo a été réglée à 2000 ms sauf pour le glycérol qui aura pour paramètre 3000 ms. Informations supplémentaire sur les liquides : Tétradécane Etotal = 26.13 m ED = 26.13 m EP = 0 m Formule chimique : C14H30 Densité : 0.76 g/cm3 Diiodométhane Etotal = 50.80 m ED = 50.80 m EP = 0 m Formule chimique : CH2I2 Densité : 3.32 g/cm3 Glycérol Etotal = 63.4 m ED = 37 m EP = 26.4 m Formule chimique : C3H8O3 Densité : 1.261 g/cm3 Eau Etotal = 63.4 m ED = 37 m EP = 26.4 m Formule chimique : H2O Densité : 1 g/cm3 Nous disposons donc de liquides très polaires (eau) et très apolaires (tétradécane). [...]