Élévation capillaire
La mesure directe courante des angles de contact d’une goutte de liquide sur un solide plat et lisse ne s’applique pas aux poudres et aux aliments poreux secs. La méthode courante pour mesurer l’angle de contact dans l’élévation capillaire dans les milieux poreux consiste à utiliser l’équation de Lucas-Washburn qui est dérivée de la loi de Poiseulle sur l’écoulement du liquide dans l’élévation capillaire:
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Où:
- h – hauteur du liquide ascendant
- w – gain de poids de l’échantillon (provoqué par l’eau absorbée dans celui-ci)
- γ – tension superficielle du liquide testé (N /m)
- ρ – densité du liquide testé (kg/m3)
- θ – angle de contact du liquide sur le solide (N/m) º)
- r – rayon statique moyen des pores (m)
- η – viscosité liquide (Pa s)
- c – facteur géométrique (m5)
La méthode courante pour mesurer les angles de contact dans ce cas consiste à effectuer des expériences de remontée capillaire où votre échantillon est suspendu sous une balance et que vous le plongez dans le liquide testé. La principale lacune de cette approche (utilisant l’équation de Washburn) est son incapacité à séparer ces deux variables (r et cos θ ou c et cos θ). La méthode courante pour résoudre le problème du terme inconnu r*cos(θ) consiste à utiliser un liquide de référence qui mouille complètement l’échantillon (θ = 0, cos(θ) = 1). Il a cependant été découvert que l’angle de contact dynamique d’avancement est généralement plus grand que l’angle statique, même pour un liquide de mouillage total et de ce fait cette méthode peut être erronée.
Seibold et al, (2000) ont suggéré un moyen de surmonter ce problème. Il a été observé que ce terme constant varie en fonction du liquide utilisé, en contradiction avec l’approche de Washburn qui utilise l’hexane comme liquide complètement mouillant pour trouver le rayon des pores. Dans cette étude, il a été proposé d’obtenir le terme constant réel r dans l’équation de Washburn en traçant la valeur mesurée r cos θ en fonction de la vitesse de montée des alcanes (la pente dans les équations \ref{4} et \ref{5}). L’interception à vitesse nulle donne la valeur de r. Siebold el al. (2000) ont réalisé des expériences de remontée capillaire avec différents n-alcanes, qui sont tous considérés comme complètement mouillants, en raison de leur faible tension superficielle. Dans chaque cas, une relation linéaire a été obtenue entre la hauteur au carré du liquide montant et le temps, leurs résultats du terme r*cos(θ) ont été calculés à partir des pentes de ces courbes. Cette découverte a été transformée en une méthode de calcul ou de mesure de l’angle de contact à vitesse nulle. Siebold et coll. (2000) ont suggéré que pour les milieux poreux, le terme r• cos(θ) pour chaque alcane (le terme a été calculé à partir de l’équation de Washburn) peut être représenté par rapport à la vitesse initiale initiale de chaque liquide. La courbe qui a été créée peut être extrapolée à la vitesse zéro (et donc, cos(θ) = 1) et cela permet de déterminer le rayon représentatif r. Après avoir trouvé r, qui est une propriété de l’échantillon solide et ne change pas en fonction des liquides utilisés, nous pouvons effectuer une expérience de montée capillaire avec notre liquide de test et calculer les angles de contact que ce liquide crée avec l’échantillon poreux solide.