Méthodes dynamiques Tensioactifs sur les interfaces La méthode

Méthodes dynamiques
On appelle tensions superficielles et interfaciales “dynamiques” les
tensions dont les valeurs mesurées diminuent de façon significative malgré la constance des conditions externes et compte tenu
de l’âge de l’interface concernée. En d’autres termes, elles ne se
trouvent donc pas dans l’équilibre thermodynamique. Les méth-
odes les plus communes pour la détermination de ces valeurs dynamiques sont la méthode du volume de goutte et la méthode à
pression de bulle. La méthode du volume de goutte utilise le poids
d’une goutte pendante pour déterminer la tension superficielle ou
interfaciale dynamique.
Tensioactifs sur les interfaces
Les substances actives en surface préfèrent séjourner dans les
Phase d'air/huile
surfaces ou les interfaces en raisons de leur structure. Les pro-
Interface
priétés de déplacement de ces molécules font qu’au bout d’un
Phase Liquide
Material transport
„Subsurface“
Desorption
Pavoi de récipient
Cause du “dynamisme”
certain temps, elles se rassemblent à la surface ou l’interface
provocant une diminution de la tension superficielle resp. interfaciale. Simultanément, quelques molécules quittent la surface ou
Composant
hydrophobe
Composant hydrophyle
l’interface. Si le nombre des molécules qui arrivent en surface est
pratiquement égal à celui des molécules qui en repartent, alors on
parle d’une valeur de tension superficielle ou interfaciale stable.
Ces effets dynamiques ne sont autres que des propriétés ten-
sioactives qui n’ont pas été suffisamment prises en considération jusqu’à présent. Dans un grand nombre de cas, l’analyse avec des
tensiomètres conventionnels (anneau ou lame) conduit à des erreurs de mesures gravissimes. L’analyse de ces effets est particulièrement importante lors des effets tensioactifs limités dans le temps comme par ex. les procédés de revêtement rapides, la formation
de goutte dans les aérosols et jet de liquide, procédés de mouillage ou stabilité des émulsions.
La méthode du volume de goutte
Détermination de la tension superficielle et interfaciale dynamique entre des liquides non miscibles
Tension superficielle:
Un dispositif approprié forme des gouttes. Ces gouttes grandis2rfHB
sent jusqu’à ce que leur poids atteigne le poids nécessaire à l’ar-
V
rachement du capillaire. Au moment de l’arrachement le volume
de la goutte est mesuré. On détermine alors la tension superficielle en utilisant l’équation suivante:
=
g V
2 r fHB
Tension interfaciale:
Application courante:
Un premier liquide d’une certaine densité, par exemple de l’eau,
– Particulièrement adaptée pour les tensions interfaciales
est injecté dans un deuxième liquide de densité différente, par ex-
– Tensions superficielles et interfaciales
dynamiques
emple de l’huile. Les deux liquides ne sont pas miscibles. Le volume de la goutte est mesuré dès qu’elle a atteint le volume néces-
Exemples d’échantillons typiques:
saire à l’arrachement. On détermine alors la tension interfaciale à
– Solutions tensioactives, huiles et systèmes visqueux
l’aide de l’équation suivante:
– Particulièrement pour les émulsifiants, tensioactifs
 = g(1 - 2 )V
2r fHB
“semi rapides” et concentrations tensioactives moyennes
Appareils appropriés pour cette méthode:
– Tensiomètre LAUDA TVT 2 – utilisation facile, robuste et à
commande PC)
: densité de l’échantillon · g: accélération due à la pesanteur · fHB: densité de l’échantillon spécifiquement lourd · 1 : densité de l’échantillon spécifiquement léger
2 : density of specific lighter sample · : tension superficielle et interfaciale
Méthodes dynamiques
En ce qui concerne la méthode à pression de bulle, on détermine la
tension superficielle dynamique en mesurant la pression dans une
petite bulle de gaz. Comme dans la méthode de mesure du volume
de goutte, l’âge de la goutte/bulle être variée ici aussi. On peut ainsi
analyser les effets dynamiques à volonté. Les tensiomètres LAUDA
TVT 2 et MPT 2 fonctionnent dans de larges domaines temporels
qui se chevauchent. En raison de son procédé spécialement
développé pour ces applications, le tensiomètre LAUDA MPT 2
autorise une détermination exacte de la tension superficielle
dynamique pour des âges de surface jusqu’à <1ms. Le tensiomètre
LAUDA TVT 2 permet de mesurer les tensions interfaciales pour
des âges de surfaces au-delà de plusieurs heures.
La méthode de la pression de bulle maximale
Détermination de la tension superficielle des liquides
Principe de mesure:
On insuffle de l’air dans le liquide à mesurer à l’aide d’un capillaire. Dans les bulles d’air qui se forment la pression augmente. Lorsque la bulle forme une demi sphère (demi bulle), la pression atteint son maximum. C’est exactement à ce moment là que le rayon de la demi bulle correspond au rayon du capillaire. Une fois cette phase
terminée, la pression sert à la formation de la bulle jusqu’à l’arrachement. Selon Laplace, on peut calculer la tension superficielle à partir de la pression maximale et du rayon de la bulle. Le temps de formation jusqu’à la demi
bulle (pression maximum) correspond à l’âge de surface de la tension superficielle. Le temps entre la demi bulle
et l’arrachement est appelé temps mort et doit être saisi très précisément en particulier dans le cas de formation
de bulles à haute fréquence.
Cette méthode de mesure occasionne de grands problèmes lorsqu’on utilise des tensiomètres à pression de
bulle conventionnels, par exemple lors de la détermination de la pression maximale de bulle ou de la saisie extrêmement rapide des changements de pressions. Problèmes que le tensiomètre LAUDA MPT 2 ignore, étant
spécialement conçu à ces fins.
2
– ·g·h
Pmax =
r kap
h: profondeur d’immersion · : densité de l’échantillon · g: accélération due à la pesanteur · : tension superficielle · r kap : rayon intérieur du capillaire · Pmax : pression maximale
Applications courantes:
Exemples d’échantillons typiques:
– Tension superficielle dynamique
– Tensioactifs extrêmement rapides et/ou à haute concentration
– Système contenant des agents tensioactifs
Appareils appropriés pour cette méthode:
Tensiomètre à pression de bulle LAUDA MPT 2 à commande PC: il permet une détermination extrêmement précise de la tension superficielle dynamique avec des âges de surfaces dans la plage temporelle allant d’une fraction de millième de seconde jusqu’à 50s
ou la tensiomètre MPT C.
Les tensiomètres LAUDA sont complémentaires
La courbe en S du report logarithmique de la tension superficielle et des âges de
surface est caractéristique des tensioactifs et de leur concentration. Pour des
Tension superficielle α [mN/m]
90
raisons physico techniques, chaque modèle de tensiomètre LAUDA couvre un
MPT 2/MPT C
domaine particulier d’âge de surface. Le domaine exigé par l’application sera
70
donc le critère de choix du type d’appareil. En combinant les tensiomètres
LAUDA on obtient une recouvrement quasiment total du domaine temporel.
50
TE 3/TD 2
30
0
0.001
TVT 2
0.01
0.1
1
10
Age de surface [s]
100
1000