Determinação exata dos valores de tensão superficial de equilíbrio com testes de perturbação de área

A determinação da tensão superficial de equilíbrio (EST), ou a tensão interfacial de equilíbrio (EIFT), de uma dada interface ar/água ou óleo/água é um passo crítico para aplicações em uma ampla gama de áreas industriais, como detergência, recuperação de óleo reforçada , produtos de consumo e farmacêutica^1,2,3,4. Tais valores de tensão devem ser determinados indiretamente da tensão de superfície dinâmica (DST) ou da tensão interfacial dinâmica (DIFT), porque somente os valores dinâmicos da tensão são diretamente mensuráveis. Os valores de tensão de superfície dinâmicos (ou seja, medir os valores de tensão em função do tempo) são determinados em intervalos de tempo regulares. Os valores de tensão de equilíbrio são considerados como determinados quando os valores de DST estão em estado estacionário. Valores de tensão de superfície de equilíbrio verdadeiros são melhor estabelecidos quando são estáveis contra perturbações⁵. Diversas observações do abrandamento da tensão após a compressão da área de superfície foram relatadas previamente por Miller e por lunkenheimer, que usaram dois métodos clássicos do tensiometria, o anel de du noüy e os métodos da placa de Wilhelmy^{6,7 ,8}. Esses métodos são menos precisos do que os utilizados neste estudo, e esses DSTs foram medidos a cada poucos minutos. Inúmeras técnicas foram desenvolvidas para medir os valores de tensão superficial (ST) ou tensão interfacial (IFT) de interfaces, mas há apenas um punhado de técnicas que podem ser usadas para medir valores de DST ou DIFT e permitir que se aplique perturbações para testar a estabilidade dos valores de tensão de estado estacionário adquiridos⁹. Se a solução aquosa contiver misturas de surfactante, e quando um dos componentes adsorba muito mais rápido do que os outros, então pode haver um planalto temporário nas curvas de DST¹⁰. Em seguida, os métodos apresentados podem não funcionar bem no curto período de tempo-escalas como para um componente surfactantes, mas eles ainda podem trabalhar se os procedimentos são estendidos ligeiramente para cobrir mais tempo-escalas.

Os protocolos aqui descritos mostram dados representativos apenas para valores de tensão superficial de uma solução aquosa/ar. No entanto, estes protocolos também se aplicam para o IFT de uma solução aquosa contra um segundo líquido, como um óleo, que é immiscível com a solução aquosa e tem uma densidade menor do que a solução aquosa. Aqui, apresentamos dois métodos robustos que atendem a esses critérios, o método emergente da bolha (EBM) e o método da bolha de fiação (SBM). Em ambos os métodos, um determina os valores do ST que são baseados em formas da bolha e não exigem a informação do ângulo de contato, que pode introduzir incertezas e erros significativos às medidas. Para o EBM, as perturbações da área são introduzidas abruptamente mudando o volume da bolha emergindo de uma ponta da agulha da seringa. Para o SBM, as alterações na frequência de rotação das amostras são usadas para perturbações de área. Os protocolos detalhados destinam-se a orientar os pesquisadores no campo, de forma que possam evitar erros ou equívocos comuns na tensiometria dinâmica e de equilíbrio e ajudar a evitar interpretações imprecisas dos dados adquiridos.