Kontaktwinkelmessgerät Dataphysics OCA 15

Die Bestimmung der Oberflächenenergie dient dazu, Benetzungs- und Adhäsionseigenschaften von Materialien zu charakterisieren und gezielt zu beeinflussen. Sie ist ein wichtiger Parameter, um das Verhalten von Flüssigkeiten auf festen Oberflächen zu bewerten und zu optimieren, beispielsweise in Drucktechnologien, Lacken, Farben und Beschichtungen. Zudem ermöglicht die Messung der Oberflächenenergie die Entwicklung und Kontrolle von Oberflächenmodifikationen, um gewünschte Eigenschaften wie Hydrophilie oder Hydrophobie einzustellen. Darüber hinaus wird sie in der Qualitätskontrolle eingesetzt, um konstante Oberflächeneigenschaften sicherzustellen, und trägt in der Tribologie zur Optimierung von Reibungs-, Verschleiß- und Schmiereigenschaften bei.

Die Oberflächenenergie, d.h. die „Oberflächenspannung“ eines Festkörpers, ist eine im Bauteil gespeicherte Energie. Ihre Größe bestimmt die Benetzbarkeit des Festkörpers durch flüssige Stoffe, z. B. Schmierstoffe, Lacke, Klebstoffe und die Adhäsionsneigung (Fresserneigung) von Bauteilen. Diese wird indirekt durch die Messung des Kontaktwinkels bestimmt, den eine Flüssigkeit mit einer Oberfläche ausbildet. Bei dieser Methode wird ein Flüssigkeitstropfen fein dosiert auf die Bauteiloberfläche aufgebracht und anschließend der sich ausbildende Kontaktwinkel mit einer Kamera bestimmt.

• Kontaktwinkelmessung (Sessile-Drop-Methode): ISO 19403-1, -2, -5
• Messung des hängenden Tropfens (Pendant-Drop-Methode): ISO 19403-1, -3, -4, ISO 9101

Die Oberflächenenergie wird indirekt durch die Messung des Kontaktwinkels bestimmt, den eine Flüssigkeit mit einer Oberfläche ausbildet. Bei dieser Methode wird ein Flüssigkeitstropfen fein dosiert auf die Bauteiloberfläche aufgebracht und anschließend der sich ausbildende Kontaktwinkel mit einer Kamera bestimmt.

Die Methode des hängenden Tropfens (pendant drop) dient zur Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. Mit Hilfe eines manuellen oder elektronischen Spritzenmoduls wird ein Tropfen aus einer Nadel dosiert. Der Tropfen bildet sich am unteren Ende der Dosiernadel.

Durch die Pendant-Drop-Methode kann auch die Grenzflächenspannung zwischen zwei Flüssigkeiten zu bestimmt werden, indem die eine in eine andere Flüssigkeit dosiert wird. Die Grenzflächenspannung bezeichnet Kräfte, die in der Grenze zwischen zwei verschiedenen Phasen auftreten, die miteinander in Kontakt stehen. Sie bilden eine gemeinsame Grenzfläche, die unter Grenzflächenspannung steht, z.B. Wasser und Öl.

Dosiert man einen Tropfen in eine disperse Testflüssigkeit, lassen sich die und polaren (chemischen) und dispersen (physikalischen) Anteile einer Flüssigkeit getrennt bestimmen. Der polare Anteil hat seine Ursache in der Dipol-Dipol-Wechselwirkung und den Wasserstoffbrückenbindungen. Der unpolare, disperse Anteil hat seine Ursache in der van der Waals-Wechselwirkung.

Da die Oberflächenspannung auf Kräften zwischen Atomen oder Molekülen beruht, ist auch die Bestimmung der Polarität, d.h. der polaren (chemischen) und der unpolaren dispersen (physikalischen) Anteile der Oberflächenspannung von Bedeutung. Die polaren Anteile sind unter anderem ein Maß für den Reinigungszustand einer Oberfläche. Indem die Kontaktwinkel von drei verschiedenen Testflüssigkeiten im Kontakt mit der Oberfläche bestimmt werden, können auch die polaren (chemischen) und die dispersen (physikalischen) Anteile der Oberflächenenergie bestimmt werden. Der polare Anteil hat seine Ursache in der Dipol-Dipol-Wechselwirkung und den Wasserstoffbrückenbindungen. Der unpolare, disperse Anteil hat seine Ursache in der van der Waals-Wechselwirkung.

• Tropfengröße: 2 bis 6 µl
• Kontaktwinkel: 0 – 180° (Genauigkeit: 0.1°)
• Oberflächenenergie: 0.01 – 2000 mN/m