Washburnova metoda stanovení povrchové energie
Pochopení vlastností smáčení práškových materiálů je zásadní pro predikci jejich chování při kontaktu s kapalnou fází. V oblasti keramiky, jílů, farmaceutických nebo kosmetických přípravků hraje znalost smáčivosti zásadní roli během vývoje nových produktů. Washburnova metoda se v této souvislosti používá ke stanovení dynamických kontaktních úhlů, z nich lze vypočítat povrchová energie (SE).
Washburnova metoda průtok stoupající kapaliny skrz práškový materiál nebo vlákna jako průtok řadou paralelních drobných kapilár. Washburnova metoda využívá Hagenovu-Poiseuilovou rovnici k výpočtu průtoku v cylindrických kapilárách:
kde h je vzdálenost uražená čelem kapaliny, σ povrchové napětí kapaliny, r poloměr kapiláry, Θadv postupující kontaktní úhel, η viskozita kapaliny a t doba toku kapaliny.
Výška plnění h je poměrně náročná na změření, proto se upřednostňuje přístup založený na hmotnosti, kterou lze velmi přesně změřit pomocí tenziometru. Jelikož je prášek nebo vlákna měří v testovací cele , se výška kapaliny h a přírůstek hmotnosti absorbovanou kapalinou řídí jednoduchým vztahem.
Za předpokladu, že kapalina o hustotě ρ tvoří válcový sloupec o poloměru R, výšce h a při pórovitosti vzorku Φ je hmotnostní přírůstek m dán vztahem:
Kombinací rovnice 1 a 2 získáme modifikovanou Washburnovu rovnici:
v níž je C tzv. geometrický faktor neboli kapilární konstanta, která závisí na rozměrech částí vzorku a na jejich balení. Geometrický faktor C lze určit za pomoci referenčního experimentu a s kapalinou s velmi nízkým povrchovým napětím, jako je n-hexan (σ = 18,43 mN/m), u kterého se předpokládá úplné smáčení (Θadv = 0°) na témeř každé pevné látce.
Po určení geometrického faktoru C jej můžeme dosadit do modifikované Washburnovy rovnice a vypočítat tak kontaktní úhel pro ostatní kapaliny.
