Kontaktikulman mittaus

Mikä on kontaktikulma?

Kontaktikulma on arvo, joka mittaa kiinteän materiaalin kostuvuutta. Kontaktikulma kuvaa sitä, miten neste leviää tutkittavan materiaalin pinnalla. Teoriassa kontaktikulma voi saada arvoja 0° - 180° välillä. Hyvin pieni kontaktikulman arvo tarkoittaa sitä, että näytemateriaali kostuu lähes täydellisesti. 45 asteen kontaktikulma tarkoittaa hyvää kostuvuutta. Yli 90 asteen arvot tarkoittavat, että materiaali ei ole kostuva. Jos kosketuskulma ylittää 150 asteen rajan, voidaan tutkittava materiaali luokitella superhydrofobiseksi.

Kontaktikulma voidaan määrittää muutamalla eri menetelmällä, ja menetelmän valinta riippuu eri parametreista. Soveltuvia menetelmiä ovat esimerkiksi drop shape analysis -menetelmä, Wilhelmyn levy -menetelmä ja top view distance -menetelmä.

Miksi määrittää kontaktikulma?

Kontaktikulman määritys on tärkeää eri teollisuuden aloilla, kuten maali-, pinnoite-, tekstiili- ja rakennusmateriaaliteollisuudessa. Esimerkiksi itsepuhdistuville materiaaleille ja vedenpitäville kankaille on määritettävä kontaktikulma niiden suorituskyvyn arvioimiseksi.

Miten kontaktikulma määritetään?

Staattisen kontaktikulman määrityksessä hyödynnetään sessile drop -menetelmää. Menetelmässä käytetään kontaktikulmagoniometriä ja korkearesoluutioista kameraa. Pisarasta muodostetun kuvan perusteella määritetään rajapintojen välinen kontaktikulma. Staattisen kontaktikulman määrityksessä kolmen eri faasin rajapintojen välinen raja on staattinen eli liikkumaton.

Dynaaminen kontaktikulma mittaa kiinteän materiaalin pinnalla liikkuvan nestepisaran ominaisuuksia. Dynaamiset kosketuskulmat esitetään vetäytyvänä (receding) ja etenevänä (advancing) kulmana riippuen siitä, mihin suuntaan nestepisara liikkuu. Dynaamisen kontaktikulman määritys käynnistetään kallistamalla kiinteää pintaa, jolle pisara on asetettu. Sitä kontaktikulmaa, jossa pisara aloittaa liikkeensä, kutsutaan vierintäkulmaksi.

Mitkä tekijät vaikuttavat kontaktikulmaan?

Kontaktikulman määritys on erittäin herkkä erilaisille sisäisille ja ulkoisille tekijöille. Esimerkiksi pinnan karheus, tiheys ja suhteellinen kosteuspitoisuus voivat vaikuttaa määritettyihin kontaktikulman arvoihin. Sekä näytemateriaalin kontaminaatiolla että puhdistuksella voi olla merkittävä vaikutus mittaustuloksiin. Esimerkki tyypillisestä epäpuhtaudesta on sormenjälkien aiheuttamat rasvatahrat. Ei ole koskaan suositeltavaa puhdistaa näytettä pinta-aktiivisilla aineilla, koska ohut estekerros saattaa jäädä näytteen pinnalle huuhtelun jälkeen ja siten vaikuttaa merkittävästi tuloksiin. Myös staattinen sähkö voi vaikuttaa kontaktikulman mittaukseen. Jos näytteen pinta huuhdellaan ja sitten hangataan kuivaksi, voi pinnalle kertyä staattista sähköä, joka vääristää tuloksia.

Määritykseen käytetyllä nesteellä on merkittävä vaikutus kontaktikulmiin. Vesi on yleisimmin käytetty neste ja on suositeltavaa käyttää erittäin hyvin puhdistettua vettä, esimerkiksi HPLC-laatuista vettä tai kaksi kertaa tislattua vettä. Sama koskee muita nesteitä. Kontaktikulman määritykseen käytettävät nesteet tulee aina säilyttää siten, että nesteen koostumus tai ominaisuudet eivät muutu ajan myötä. Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että näkyvälle valolle herkkiä nesteitä tulee säilyttää valolta suojaavissa astioissa pimeässä tilassa. Kontaktikulman määritykseen käytettäviä nesteitä ei ole suositeltavaa säilyttää muoviastioissa, koska muovin pehmittimet voivat kulkeutua nesteeseen ja vaikuttaa sen ominaisuuksiin.

Optisissa määrityksissä on useita tekijöitä, jotka vaikuttavat kontaktikulman määritykseen, kuten kuvan koko, resoluutio, kontrasti, valotasot ja syväterävyys.

Soveltuvat näytteet ja esivalmistelu

Tarkimpien ja luotettavimpien tulosten saamiseksi näytteet on valmisteltava erittäin huolellisesti. Kuten edellisessä osiossa todettiin, on näytteen puhdistuksella suuri vaikutus kontaktikulman mittauksesta saatuihin tuloksiin. Hyvä käytäntö on puhdistaa ja kuivata näytemateriaali siten, että siitä tulee mahdollisimman puhdas ja neutraali. Toistuvissa määrityksissä tulee aina valita puhdas ja koskematon kohta näytteestä. Jopa huolellisesta käsittelystä, puhdistuksesta ja kuivauksesta huolimatta pinnalle asetettu pisara vaikuttaa näytteeseen ja seuraavat mittaukset täysin samasta kohdasta voivat tuottaa epätarkkoja tuloksia.

Tarvitsetko kontaktikulmamäärityksen?

Me tarjoamme laadukasta kontaktikulman määritystä kilpailukykyiseen hintaan. Asiantuntijamme ovat myös aina valmiita auttamaan jos sinulla on kysymyksiä näytteisiisi tai niiden soveltuvuuteen liittyen. Ota meihin yhteyttä alla olevan lomakkeen kautta tai sähköpostitse info@measurlabs.com.