Washburnova metóda stanovenia povrchovej energie

Pochopenie zmáčacích vlastností práškových materiálov je nevyhnutné na predpovedanie ich správania v kontakte s kvapalnou fázou. V oblasti keramiky, ílov, farmaceutických výrobkov alebo kozmetiky zohráva znalosť zmáčavosti kľúčovú úlohu pri vývoji nových výrobkov. Washburnova metóda sa v tejto súvislosti používa na určenie dynamických kontaktných uhlov, z ktorých možno vypočítať povrchovú energiu (SE).

Washburnova metóda považuje prúdenie stúpajúcej kvapaliny cez práškový materiál alebo vlákno za prúdenie cez sériu paralelných malých kapilár. Washburnova metóda používa na výpočet prúdenia vo valcových kapilárach Hagenovu-Poiseuilovu rovnicu:

kde h je vzdialenosť prekonaná čelnou stranou kvapaliny, σ je povrchové napätie kvapaliny, r je polomer kapiláry, Θ_adv je postupujúci kontaktný uhol, η je viskozita kvapaliny a t je čas toku kvapaliny.
Výška náplne h je pomerne náročná na meranie, preto sa uprednostňuje prístup založený na hmotnosti, ktorú možno veľmi presne merať pomocou tenzometra. Keďže prášok alebo vlákna sa merajú v skúšobnej komore , výška kvapaliny h a hmotnostný prírastok absorbovaný kvapalinou sa riadia jednoduchým vzťahom.

Za predpokladu, že kvapalina s hustotou ρ tvorí valcový stĺpec s polomerom R, výškou h a s pórovitosťou vzorky Φ, je hmotnostný zisk m daný rovnicou:

Kombináciou rovníc 1 a 2 dostaneme modifikovanú Washburnovu rovnicu:

v ktorej C je tzv. geometrický faktor alebo kapilárna konštanta, ktorá závisí od rozmerov častí vzorky a ich balenia. Geometrický faktor C možno určiť pomocou referenčného experimentu a s kvapalinou s veľmi nízkym povrchovým napätím, ako je n-hexán (σ = 18,43 mN/m), pri ktorom sa predpokladá úplné zmáčanie (Θadv = 0°) takmer každej pevnej látky.

Po určení geometrického faktora C ho môžeme dosadiť do modifikovanej Washburnovej rovnice na výpočet kontaktného uhla pre iné kvapaliny.