ISO 304:1978
(Main)Surface active agents — Determination of surface tension by drawing up liquid films
Surface active agents — Determination of surface tension by drawing up liquid films
Agents de surface — Détermination de la tension superficielle par étirement de films
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Relations
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INTERNATIONAL STANDARD 304
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INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANOARDIZATION*MEWKnYHAPO~HAfl OPrAHMJAUMfl no CTAHLlAPTH3AUHM*ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
L
Surface active agents - Determination of surface tension by
drawing up liquid films
Agents de surface - Détermination de la tension superficielle par étirement de films liquides
First edition - 1978-11-01
~~~
UDC 661.185 : 532.61.08 Ref. No. IS0 304-1978 (E)
Descriptors : surfactants, tests, physical tests, surface tension
Price based on 7 pages
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FOREWORD
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation
of national standards institutes (IS0 member bodies). The work of developing
International Standards is carried out through IS0 technical committees. Every
member body interested in a subject for which a technical committee has been set
up has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated
to the member bodies for approval before their acceptance as International
Standards by the IS0 Council.
International Standard IS0 304 was developed by Technical Committee
ISO/TC 91, Surface active agents, and was circulated to the member bodies in
October 1977.
It has been approved by the member bodies of the following countries :
Australia India Poland
Austria Iran Romania
Belgium Ireland South Africa, Rep. of
Brazil Italy Spain
Bulgaria Japan Switzerland
Egypt, Arab Rep. of Kenya Turkey
France Korea, Rep. of U.S.S.R.
Germany, F.R. Mexico
Hungary Netherlands
No member body expressed disapproval of the document.
O International Organization for Standardization, 1978
Printed in Switzerland
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IS0 304-1978 (E)
I NTE RNATl ON AL STAN DARD
Surface active agents - Determination of surface tension by
drawing up liquid films
O INTRODUCTION 2 REFERENCES
ISO/R 862, Surface active agents - Glossary.
Surface tension is a fundamental property of liquids in
active agents in
general and aqueous solutions of surface
IS0 2456, Surface active agents - Water used as a solvent
particular.
for tests. ' )
The measurement of this characteristic, however, does not
L
allow, in the case of solutions of surface active agents, any
suppositions as to their detergency, wetting, foaming,
3 DEFINITIONS
emulsifying activities, etc. Indeed, no connection can be
established between the performance properties of the
3.1 free surface energy : See ISO/R 862.
surface active agents and the surface tension of their
solutions.
3.2 surface tension : See ISO/R 862.
NOTE - The SI unit of surface tension is the newton per metre
1 SCOPE AND FIELD OF APPLICATION
(N/m). In practice, the submultiple millinewton per metre (mN/m)*
is used.
This International Standard specifies a test method for
the determination, by drawing up liquid films, of the
surface tension of aqueous or organic solutions of surface
4 PRINCIPLE
active agents and mixtures containing one or more surface
active agents.
Measurement of the maximum force which it is necessary
to exert vertically on a stirrup or a ring, in contact with
It also applies to the measurement of surface tension of
the surface of the liquid being examined placed in a
pure liquids or solutions other than those mentioned above.
measuring cup, in order to separate it from this surface, or
NOTE - Numerous methods have been established to determine
on a plate, with an edge in contact with the surface, in
surface tension, such as :
order to draw up the film that has formed.
a) methods by drawing up liquid films by a plate, stirrup or
ring;
L
a capillary tube;
b) methods for measuring the rise of liquid in
5 APPARATUS
c) maximum ball pressure method;
5.1 A tensiometer, which can be fitted with plates, stirrups
d) drop weight method;
and rings, and which shall comprise
drop or sessile ball method;
e)
a) a horizontal platform, which can be moved vertically
f) suspended drop method;
downwards or upwards by means of a micrometer screw;
g) dynamic methods based on measurements of flow
characteristics;
b) a dynamometer to give a continuous measure of
h) methods which study the waves produced in capillary
the force applied to the measuring unit with a precision
jets.
of at least 0,l mN/m;
The methods based on drawing up liquid films have notable
c) a device for indicating or recording the values
advantages in the simplicity of their procedure and the commercial
availability of highly automatic appliances. measured by the dynamometer.
At present at the stage of draft.
1 )
1 mN/m = 1 dynlcm
1
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IS0 304-1978 (E)
5.2 A measuring unit, which shall comprise at least one of 6.1.3 As the surface tension of solutions varies with time,
items a), b) and c) and also item d). it is difficult to recommend a standard ageing period for
the solution, because the nature and purity of the surface
a) A rectangular plate of sheet platinum, 0,l mm thick
active agent, its concentration and its liability to adsorption
and about 30mm long by 20mm wide, roughened
all play a particular part in these variations. It is therefore
using emery paper in such a way that the strokes are
desirable to make several measurements over a period of
perpendicular to the side intended to be submerged.
as a function
time, to construct the surface tension curve
The plate is fixed, preferably by welding but alternating
of time and to determine the position of the level
by any other means, to a suspension rod situated in the
portion, which gives the age at which the solution has
axis of symmetry of the plate (see figure 1).
reached its equilibrium state. Automatic apparatus is very
suitable for carrying out the measurements, the values
b) A stirrup of platinum-iridium wire of diameter not
being recorded as a function of the time.
exceeding 0,l mm; the length of the horizontal arms is
20 to 40 mm and the length of the two vertical branches
is 10 mm. The ends of these branches terminate in two
6.1.4 The surface of the solutions is extremely sensitive to
small platinum balls which act as counterweights (see
contamination by atmospheric dust or by vapours from
figure 2).
solvents handled in the vicinity. Therefore no volatile
products shall be handled in the room where the deter-
c) A ring of platinum-iridium wire, 0,3 mm in diameter.
minations are made and the complete apparatus shall
is generally between 40
The circumference of the ring
be protected by a bell of the kind used for balances. These
and 60mm. It is fixed to a suspending rod by means
precautions also reduce variation in temperature.
of a platinum wire stirrup (see figure 3).
d) A measuring cup, to hold the test portion of the
6.1.5 The method recommended for taking the test
liquid to be examined, consisting of a small glass tank
portion of the liquid examined is to suck it, with a pipette,
capable of containing a sufficient quantity of liquid.
from the centre of the mass of liquid, as the surface may
Watch glasses should not be used.
be liable to soiling by insoluble particles and dust.
In the case of the determination of the surface tension of
solutions of surface active agents, cylindrical tanks with a
6.2 Cleaning the apparatus
diameter of at least 8 cm may be used.
For determinations on pure liquids, the ideal measuring
6.2.1 Cleaning the measuring cup
cup is a small tank in the form of a rectangular paral-
at least 8 cm; this shape enables
lelepiped having sides of If soils such as silicones, which are not removed by
the liquid surface to be cleaned completely by wiping. sulphochromic mixture, phosphoric acid or a solution of
potassium persulphate in sulphonic acid, are present,
NOTE - Geiierally in the case of dilute solutions of surface active
prewash the measuring cup using special products (for
agents, the surface should only be wiped if the concentration of the
example toluene, perchlorethylene or methanolic potassium
surface active agent is close to the critical concentration for micelle
hydroxide).
formation (c.m.c.i.
If these soils are absent, or after cleaning with these
products, wash the measuring cup carefully with hot
6 PROCEDURE sulphochromic mixture and then with concentrated
phosphoric acid [83 to 98 % (rnlm)].
6.1 Preparation of solutions of surface active agents
Finally, rinse in double distilled water until neutral.
6.1.1 The solutions for the determinations shall be
The double distilled water shall be freshly prepared
prepared with all necessary care. The water used for
according to 5.2 of IS0 2456.
preparing them shall be double distilled water (see 5.2 of
IS0 2456) checked by measuring its surface tension. Cork
Before the determination, the measuring cup shall be rinsed
stoppers and, more particularly, rubber stoppers, shall on
several times with the liquid to be examined.
no account be used, either in the construction of the
distillation apparatus or for stoppering containers in which
6.2.2 Cleaning the measuring unit
the water is kept.
If necessary, clean the platinum plate, stirrup or ring (5.2)
with special products as described in 6.2.1. If the soils
6.1.2 The temperature of the solutions shall be maintained
requiring cleaning with these products are absent, or after
to within 0,5 OC.
cleaning with these products, wash the platinum measuring
unit with hot concentrated sulphuric acid (p?, 1,839 g/ml)
NOTE - Determinations carried out in the region of points of
and then rinse with double distilled water until neutral.
critical solubility, such as the Krafft temperature, cloud temperature
of ethylene oxide condensates, etc., are seriously marred by errors.
Plates shall never be dried by passing through a flame.
It is preferable to proceed at a temperature higher than that of the
Avoid touching the measuring units and the inner surface
particular points, or at a temperature lower than the cloud tempera-
ture of ethylene oxide condensates. of the measuring cup with the fingers.
2
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IS0 304-1978 (E)
6.3 Calibrating the apparatus b is the perimeter, in metres, of the plate, stirrup or
ring;
6.3.1 Principle
g is the acceleration due to gravity; in metres per
The apparatus is calibrated by adjusting it so that the
second squared.
indications or recordings of the device [5.1 ci] areexpressed
b) by means of pure substances whose surface tensions
directly in millinewtons per metre (mN/m).
are accurately known. This method is quicker.
6.3.1.1 USING A PLATE AS THE MEASURING UNIT
Adjust the tensiometer, if necessary, using the procedure
described in 6.4 until the observed reading agrees with the
During the determination, the roughened platinum plate,
known value of the calibration liquids.
when submerged in the liquid to be examined, is
surrounded by a layer of liquid which wets it completely;
NOTE - For determinations not requiring very great precision, the
the system behaves as if the liquid were making tangential
tensiometer fitted with the measuring units (plate. stirrup, ring)
contact with a theoretical plate consisting of the plate
may be calibrated with pure subtances whose surface tension is
its wetting sheath. kno
...
NORME INTERNATIONALE 304
~NTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATlON.ME~YHAPOL1HAR OPrAHHJAUMR no CTAHL1APTHJAUHHWRGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
L Agents de surface - Détermination de la tension superficielle
par étirement de films liquides
Surface active agents - Determination of surface tension by drawing up liquid films
Première édition - 1978-11-01
U.
CDU 661.185 : 532.61.08 Réf. no : IS0 304-1978 (F)
-
hripteun : agent de surface, essai, essai physique, tension superficielle,
Prix base sur 7 pages
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AVANT-PROPOS
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de I'ISO). L'élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I'ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I'ISO, participent également aux travaux.
les comités techniques sont
Les projets de Normes internationales adoptés par
soumis aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme
Normes internationales par le Conseil de I'ISO.
La Norme internationale IS0 304 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 91, Agents de surface, et a été soumise aux comités membres en
octobre 1977.
Les comités membres des pays suivants l'ont approuvée :
Afrique du Sud, Rép. d' Espagne
Mexique
Allemagne, R.F. France
Pays-Bas
Australie Hongrie
Pologne
Autriche Inde Roumanie
Belgique I ran Suisse
Brésil Irlande
Turquie
Bulgarie Italie
U.R.S.S.
Corée, Rép. de Japon
J
Egypte, Rép. arabe d' Kenya
Aucun comité membre ne l'a désapprouvée.
O Organisation internationale de normalisation, 1978
Imprimé en Suisse
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NORME INTERNATIONALE IS0 304-1978 (F)
Agents de surface - Détermination de la tension superficielle
par étirement de films liquides
O INTRODUCTION
2 REFERENCES
La tension superficielle est une propriété fondamentale
ISO/R 862, Agents de surface - Vocabulaire.
des liquides en général et des solutions aqueuses d'agents
IS0 2456, Agents de surface - Eau employée comme
de surface en particulier.
solvant pour les essais.'
La mesure de cette Caractéristique ne permet cependant pas
L-
de prévoir, dans le cas des solutions d'agents de surface, leur
activité détergente, mouillante, moussante, émulsifiante,
3 DEFINITIONS
etc. En effet, les propriétés applicatives des agents de
surface peuvent ne pas être directement liées à la tension
3.1 énergie superficielle libre : Voir ISO/R 862.
superficielle de leurs solutions.
3.2 tension superficielle : Voir ISO/R 862.
1 OBJET ET DOMAINE D'APPLICATION
NOTE - L'unité SI de la tension superficielle est le newton par
mètre (Nlm). Dans la pratique, son sous-multiple utilise est le
La présente Norme internationale spécifie une méthode
millinewton par mètre (mN/m)."
d'essai par étirement de films liquides pour la détermina-
tion de la tension superficielle de solutions aqueuses ou
organiques d'agents de surface ou de mélanges contenant
4 PRINCIPE
un ou plusieurs agents de surface.
Mesurage de la force maximale qu'il faut exercer verticale-
Elle est également applicable au mesurage de la tension
ment sur un étrier, ou un anneau, au contact de la surface
superficielle des liquides purs ou des solutions autres que
celles désignées précédemment. du liquide à examiner, placé dans un godet de mesure,
pour le séparer de cette surface, ou sur une lame dont un
NOTES - De nombreuses methodes ont été mises au point pour
côté est en contact avec la surface pour étirer le film liquide
déterminer la tension superficielle, telles que :
formé.
a) méthodes d'étirement de films liquides par une lame, un
étrier ou un anneau;
de mesurage de la montée d'un liquide dans un
b) méthodes
5 APPAREILLAGE
tube capillaire;
5.1 Tensiomètre, pouvant être équipé de lames, étriers et
c) méthode du maximum de la pression de bulle;
anneaux, et comprenant
d) méthode du poids de goutte;
e) méthode de la goutte ou de la bulle sessile;
a) une plate-forme horizontale, pouvant être déplacée
verticalement, dans les deux sens, à l'aide d'une vis
f) méthode de la goutte pendante;
micrométrique;
g) methodes dynamiques basées sur les mesures des caractéris-
tiques d'écoulement;
b) un dynamomètre à mesure continue, servant à
h) méthodes qui étudient les ondes produites dans les jets
mesurer la force qui s'applique au corps de mesure, avec
capillaires.
une précision d'au moins 0,l mN/m;
Les méthodes d'étirement de films liquides présentent de remarqua-
c) un dispositif de lecture ou d'enregistrement des
bles avantages, par la simplicité de leur mode opératoire et par
l'existence, dans le commerce, d'appareils très automatisés. valeurs mesurées par le dynamomètre.
1 ) Actuellement au stade de projet.
1 mNlm = 1 dynlcm
1
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IS0 304-1978 (F)
5.2 Corps de mesure, comprenant au moins l'un des 6.1.3 La tension superficielle des solutions variant au
éléments a), b) etc), et également l'élément d). cours du temps, il est difficile de recommander un âge
étalon pour la solution, car interviennent notamment dans
a) Une lame rectangulaire, constituée par une plaque
ces variations : la nature et la pureté de l'agent de surface,
en platine, d'épaisseur 0,l mm, de longueur 30 mm et
sa concentration, son aptitude a l'adsorption. II est, de ce
de largeur 20 mm environ, dépolie par émerisage, de
fait, souhaitable d'effectuer plusieurs mesurages sur une
façon que les stries soient perpendiculaires au côté des-
période de temps, de façon a construire la courbe repré-
tiné à être immergé. La lame est fixée par soudure de
sentant les variations de la tension superficielle en fonction
préférence, ou par tout autre moyen, à une tige de sus-
du temps, et de déterminer la position du palier, ce qui
pension située dans l'axe de symétrie de la lame (voir
donne l'âge à partir duquel la solution a atteint son état
figure 1).
d'équilibre. Un appareil automatique est très approprié
b) Un étrier, en fil de platine iridié dont le diamètre ne
pour effectuer ces mesurages, les valeurs étant enregistrées
dépasse pas 0,l mm; la longueur des deux bras horizon-
en fonction du temps.
est de 20 à 40mm, et la longueur des deux
taux
10 mm. Ces branches sont termi-
branches verticales de
6.1.4 La surface des solutions est extrêmement sensible
nées à leurs extrémités par deux petites boules en
aux contaminations par les poussières atmosphériques ou
platine servant de contrepoids (voir figure 2).
par les vapeurs de solvants manipulés a proximité. II faut
donc éviter toute manipulation de produits volatils dans
c) Un anneau, en fil de platine iridié de diamètre
la pièce où les déterminations sont effectuées, et protéger
0,3 mm. La circonférence de l'anneau est généralement
l'ensemble de l'appareil par une cloche du genre de celles
comprise entre 40 et 60 mm. II est fixé à une tige de
qui sont utilisées pour les balances. Cette précaution
suspension métallique par un étrier en fil de platine
permet également de réduire les variations de la tempéra-
(voir figure 3).
ture.
d) Un godet de mesure, pour recevoir la prise d'essai
du liquide à examiner, constitué par une petite cuve en
6.1.5 La méthode de prélèvement recommandée pour
.verre pouvant contenir une quantité suffisante de
la prise d'essai du liquide à examiner est d'aspirer, avec une
liquide. Le verre de montre est à éviter.
pipette, au centre de la masse du liquide, la surface pouvant
Dans le cas de déterminations des tensions superficielles éventuellement être souillée par des particules insolubles
de solutions d'agents de surface, on peut utiliser des cuves et des poussières.
le diamètre soit au moins de 8 cm.
cylindriques dont
6.2 Nettoyage de l'appareillage
Pour les déterminations sur des liquides purs, le godet de
est une petite cuve rectangulaire parallélé-
mesure idéal
6.2.1 Nettoyage du godet de mesure
pipédique dont les côtés ont au moins 8 cm de longueur;
En présence de salissures telles que les silicones, qui ne sont
la forme parallélépipédique permet !e nettoyage parfait de
pas éliminées par le mélange sulfochroniique, ni par l'acide
la surface d'un liquide par essuyage.
phosphorique, ni par la solution de persulfate de potassium
NOTE - Généralement dans le cas des solutions diluées d'agents de
dans l'acide sulfonique, laver au préalable le godet de
surface, on ne doit essuyer la surface que si la concentration de
mesure avec des produits spéciaux (par exemple toluène,
l'agent de surface est proche de la concentration critique pour la
perchlorethylene ou solution méthanolique d'hydroxyde de
formation de micelles (c.m.c.).
potassium).
6 MODE OPÉRATOIRE
ces salissures ou après le nettoyage à l'aide
En l'absence de
de ces produits, laver soigneusement le godet de mesure à
6.1 Préparation des solutions d'agents de surface
l'aide d'un mélange sulfochromique chaud, puis avec de
l'acide phosphorique concentré [83 à 98 % (m/m)].
6.1.1 Les solutions destinées aux déterminations doivent
être préparées avec tout le soin nécessaire. L'eau utilisée
Finalement, rincer à l'eau bidistillée jusqu'à neutralité.
pour les préparer doit être de l'eau bidistillée (voir para-
L'eau bidistillée doit être fraîchement préparée selon le
graphe 5.2 de 1'1S0 2456) contrôlée par mesurage de sa
paragraphe 5.2 de I'ISO 2456.
tension superficielle. L'emploi de bouchons en liège, et
surtout en caoutchouc, est a proscrire formellement, aussi
Avant la détermination, le godet de mesure doit être rincé
la construction de l'appareil à distiller que pour
bien dans
plusieurs fois avec le liquide à examiner.
les récipients dans lesquels l'eau est conservée.
boucher
6.2.2 Nettoyage du corps de mesure
6.1.2 La température des solutions doit être maintenue
a 0,5 "C près.
Si nécessaire, laver la lame, l'étrier ou l'anneau (5.2) avec
NOTE - Les déterminations effectuées aux environs des températu- les produits spéciaux comme cela est indiqué en 6.2.1. En
res de solubilité critique, tels que la température de Krafft, la tem-
l'absence de salissures exigeant un nettoyage avec ces
pérature de trouble des condensats d'oxyde d'éthylène, etc., sont
produits spéciaux ou après le nettoyage avec l'un de ces
fortement entachées d'erreur. II est préférable d'opérer à une tempé-
produits, laver le corps de mesure en platine avec de l'acide
rature supérieure à celle des points singuliers, ou à une température
sulfurique concentré chaud (p?? 1,839 g/ml), puis rincer
inférieure à la température de trouble pour les condensats d'oxyde
d'éthylène. a l'eau bidistillée jusqu'à neutralite.
2
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IS0 304-1978 (F)
La lecture de l’instrument, donnant la tension super-
Ne jamais sécher les lames par passage à la flamme. Eviter
de toucher avec les doigts les corps de mesure, aussi bien ficielle, 7, en millinewtons par mètre, est calculée par
que les surface intérieures des godets de mesure. la formule
6.3 Étalonnage de l’appareil
b
où
6.3.1 Principe
m est la masse, en grammes, des cavaliers;
L’appareil est étalonné en le réglant de manière à pouvoir
convertir directement en millinewtons par mètre (mN/m)
b est le périmètre, en mètres, de la lame, de l‘étrier
les indications du dispositif de lecture ou d’enregistrement
ou de l‘anneau;
[5.1 ci].
g est l’accélération due à la pesanteur, en mètres par
seconde carrée.
6.3.1.1 CAS DE LA LAME COMME CORPS DE MESURE
b) Méthode à l’aide de substances pures dont les ten-
Lors de la détermination, la lame de platine dépoli,
sions superficielles sont connues avec précision. Cette
lorsqu’on la plonge au sein du liquide à examiner, s’entoure
méthode est plus rapide.
d’une couche de liquide qui la mouille parfaitement, et
L
tout se passe comme si le liquide se raccordait tangentiel-
Étalonner ie tensiomètre, si c’est nécessaire, en suivant ie
lement à une lame fictive constituée de la lame entourée de
mode opératoire décrit en 6.4, jusqu’à ce q
...
Questions, Comments and Discussion
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