Medição de ângulo de contato – Estudos de molhabilidade

Compreender os fenômenos relacionados à molhabilidade de superfícies é fundamental para o entendimento e o desenvolvimento de inúmeras soluções no âmbito da Engenharia de Superfícies. Este ramo da Engenharia de Materiais envolve um conjunto de técnicas dedicadas à solução de problemas afetos à proteção de superfícies contra a ação do meio envolvente. Enquadram-se aí os fenômenos físico-químicos da oxidação e da corrosão, à temperaturas ambiente ou não, assim como as modificações microestruturais induzidas por tratamentos termo-químicos ou adição de camadas de materiais selecionados para desempenhar funções específicas, inclusive tribológicas. As soluções de engenharia visando diminuir o desgaste de materiais – fenômeno, essencialmente superficial, decorrente da interação com o meio – recorrem a tratamentos em que a interação entre as superfícies sólidas e o material protetor na fase líquida ou gasosa é fortemente dependente da qualidade do molhamento da superfície sólida.

A avaliação da molhabilidade de superfícies vem ganhando destaque com o advento dos materiais compósitos, das junções metais/cerâmicas, cerâmicas/cerâmicas, e o estudo da sinterização.  Destaque também para o setor de Flotação. O estudo do comportamento ao molhamento constitui um dos aspectos científicos mais importantes para o processamento das superfícies dos materiais em que fases líquidas estão presentes. A molhabilidade depende diretamente do balanço das energias interfaciais sólido-líquido-vapor, sendo que a superfície de um sistema tem sempre um excesso de energia comparado ao seu interior e os átomos superficiais têm energia mais alta que os internos que estão rodeados de vizinhos.

A molhabilidade pode ser estudada a partir de várias técnicas experimentais, sendo as mais conhecidas a elevação de um líquido em um capilar e o espalhamento de uma gota líquida sobre uma superfície sólida. Os métodos para caracterizar a molhabilidade são diversos e incluem algumas técnicas como a da gota séssil (“sessile drop” – SD), gota distribuída (“dispensed drop” – DP), gota transferida (“transferred drop” – TD), gota pendente (“pendant drop” -PD), máxima pressão da bolha (“maximum bubble presure” – MBP), peso da gota (“drop weight” – DW), entre outras. Fundamentalmente, a determinação experimental dos ângulos de contato é feita a partir de: medidas diretas do ângulo formado pela tangente da gota líquida com a superfície sólida do substrato (Fig. 1c) e/ou medidas das dimensões da gota (h; r) a partir de sua imagem (Fig. 1a),

Figura 1: Ângulos de contato (A. Contreras, 2007)

Os principais fatores que podem afetar o comportamento de molhabilidade de um sólido por um líquido são: rugosidade e heterogeneidade da superfície do substrato, reações entre líquido e o sólido, meio ambiente, tempo e a temperatura.