Modell OCA 15
Kontaktwinkelmessgerät zur Bestimmung der Oberflächenenergie und Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeiten
Mit dem optischen Kontaktwinkelmessgerät wird die Oberflächenenergie bzw. Oberflächenspannung von Feststoffen durch eine Kontaktwinkelmessung bestimmt. Dabei wird der Kontaktwinkel (Randwinkel) eines auf die Oberfläche aufgebrachten Flüssigkeitstropfens bestimmt (sessile drop method). Als Steinbeis-Transferzentrum bieten wir diese Art der Bestimmung der Oberflächenenergie als Dienstleistung an.
Mit dem Kontaktwinkelmessgerät wird auch die Oberflächenspannung und die Grenzflächenspannung von Flüssigkeiten bestimmt. Dazu wird mittels lichtoptischer Vermessung die Kontur des an einer Kanüle hängenden Tropfens bestimmt (pendant drop method). Wird diese in eine andere Flüssigkeit eingebracht, so kann die Grenzflächenspannung zwischen diesen beiden bestimmt werden, z.B. Öl in Wasser.
Oberflächenenergie Feststoff
- Kontaktwinkelmessung (Sessile-Drop-Methode): ISO 19403-1, -2, -5
Oberflächenspannung Flüssigkeit
- Messung des hängenden Tropfens (Pendant-Drop-Methode): ISO 19403-1, -3, -4
Grenzflächenspannung Flüssigkeit/Flüssigkeit
- Messung des hängenden Tropfens (Pendant-Drop-Methode): ISO 9101
Beispiel
- Tropfenkonturanalyse und Kontaktwinkel θ
Spezifikation Kontaktwinkelmessung
- Tropfengröße: 2 bis 6 µl
- Kontaktwinkel: 0 – 180° (Genauigkeit: 0.1°)
- Oberflächenenergie: 0.01 – 2000 mN/m
Kontaktwinkelmessung
(sessile drop methode)
Die Oberflächenenergie von Feststoffen wird indirekt durch eine Kontaktwinkelmessung bestimmt. Diese Methode liefert mehr Informationen als die Methode der Testtinte, die nur für Schnelltests geeignet ist. Der Kontaktwinkel wird auch als Randwinkel oder Benetzungswinkel bezeichnet und ist ein Maß für das Benetzungsverhalten. Dazu wird der sich auf der Festkörperoberfläche ausbreitende Flüssigkeitstropfen durch eine Tropfenkonturanalyse vermessen. Dieser wird fein dosiert aufgebracht und anschließend mit über eine Kamera der Kontaktwinkel gemessen.
Indem die Kontaktwinkel von drei verschiedenen Testflüssigkeiten im Kontakt mit der Oberfläche bestimmt werden können auch die dispersen (physikalischen) und polaren (chemischen) Anteile der Oberflächenenergie bestimmt werden. Der polare (chemische) Anteil hat seine Ursache in der Dipol-Dipol-Wechselwirkung und den Wasserstoffbrückenbindungen. Der unpolare disperse (physikalische) Anteil hat seine Ursache in der van der Waals-Wechselwirkung. Das Verhältnis dieser Anteile zu den der Flüssigkeit bestimmten die Haftfestigkeit.
Messung des hängenden Tropfens
(pendant drop methdod)
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 polaren und dispersen Anteile einer Flüssigkeit getrennt bestimmen. Der polare (chemische) Anteil hat seine Ursache in der Dipol-Dipol-Wechselwirkung und den Wasserstoffbrückenbindungen. Der unpolare disperse (physikalische) Anteil hat seine Ursache in der van der Waals-Wechselwirkung.