Studium povrchové energie anorganických pigmentů

Bc. Martin STAVÁREK

Master's thesis

Study of surface energy of inorganic pigments

Abstract:

Cílem práce bylo ověřit použitelnost tabletové metody pro měření celkové povrchové energie práškových anorganických materiálů. Jako modelový práškový vzorek posloužil v této práci modifikovaný anorganický pigment TiO2 vyrobený ve společnosti Precheza a.s. Vzorky pigmentu byly specificky modifikovány silikonovou emulzí (Pragokor 60 %) maximální koncentrace 1,5 hm. %. Výchozí práškový materiál byl lisován pod tlakem 35 kN do formy kompaktních tablet s cílem dosažení maximálně homogenního povrchu. Tablety byly zafixovány na skleněné sklíčko a podrobeny měření smáčivosti vybranými standardními kapalinami na přístroji KRÜSS DSA30E. Pro měření kontaktních úhlů byla zvolena analýza přisedlé kapky. Vyhodnocení kontaktních úhlů s příslušným výpočtem celkové povrchové energie probíhalo v softwaru DSA4, s využitím výpočetních modelů EoS, OWRK, WU. Pro stanovení povrchové energie byly využity tří různě polární kapaliny (destilovaná voda, ethylenglykol, dijodmethan). Bylo zjištěno, že tabletová metoda je technologicky náročná zejména z pohledu získání tablety s vhodnými vlastnostmi po dané měření. Nedokonalost této metodiky nedovolila získat spolehlivé výsledky celkové povrchové energie. Důvodem byla nemožnost získání plně kompaktní, nepórovité struktury vylisované tablety, což znemožňovalo ustanovení rovnovážného kontaktního úhlu a rovněž reprodukovatelnost získaných hodnot byla nízká. Topologie povrchu byla ověřena detailními snímky ze skenovací elektronové mikroskopie (SEM). Na základě analýzy výsledků (naměřených kontaktních úhlů) se ukázal etylenglykol jako nevhodná standardní kapalina, protože výsledky získané z měření s touto kapalinou nekorespondovaly se zbývajícími dvěma kapalinami. Na základě získaných výsledků v této práci tak lze konstatovat, že tabletovou metodu nelze jednoznačně doporučit jako vhodnou metodu pro měření povrchové energie anorganických práškových materiálů.

Abstract:

The aim of this thesis was to verify the usability of the tablet method for measuring the total surface energy of powdered inorganic materials. As a model of sample was used a powder modified inorganic TiO2 pigment produced in Precheza a.s. The samples of pigments were specifically modified with a silicone emulsion (Pragokor 60 %) up to a maximum concentration of 1.5 wt. %. The raw powdered material was compressed under the specific pressure 35 kN into compact tablets with aim to achieve to the maximum of homogeneity of the studied surface. These tablets were fixed and placed on microscope slide and were measured of wettability by using a selected liquids on the equipment KRÜSS DSA30E. For the measurement of the contact angles were utilized the analysis of the sessile drop profile. The subsequent evaluation of contact angles involving measurement of surface energy was utilized to a software DSA4 by using computational models EoS, OWRK and WU. Three different polar liquids (distilled water, ethylene glycol, diiodomethane) were used to determine of the surface energy. We found out the tablet method is technologically demanding process from the view to achieve stable tablets involving a suitable properties for the measurements. The imperfection of the methodology in the process didn't allow to achieve reliable results of the total surface energy. The reason was the impossibility of obtaining a fully compact, uncomplicated structure of the compressed tablet, making it impossible to establish the equilibrium contact angle, as well as the reproducibility of the obtained values which was low. The topology of the surface was determined by comparing of scans of the scanning electron microscope. Based on the analysis of the results (measured contact angles), ethylene glycol was found to be an inappropriate standard liquid since the results obtained from measurements with this liquid did not correspond to the remaining two liquids. Based on the results obtained in this thesis, it can be stated that the tablet method cannot be unambiguously recommended as a suitable method for measuring the surface energy of inorganic powder materials.

Keywords

povrchová energie, smáčivost, kontaktní úhel, práškový anorganický pigment

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2017

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Material Chemistry