Modell OCA 15
Optisches Kontaktwinkelmess- und Konturanalysesystem für die Bestimmung der Oberflächenenergie Festkörpern und Oberflächenspannung Flüssigkeiten
Mit dem optischen Kontaktwinkelmess- und Konturanalysesystem werden der Kontaktwinkel des auf eine Oberfläche aufgebrachten Testflüssigkeit gemessen und die Kontur eines an einer Kanüle hängenden Tropfens. Der Kontaktwinkel ist eine indirekte Messgröße für die Oberflächenenergie des Festkörpers als Maß für die Benetzbarkeit einer Oberfläche. Die Oberflächenenergie ist ein Maß für die Intensität des Phasenkontakts zwischen flüssigen und festen Stoffen und spielt eine wichtige Rolle zur Bewertung von Oberflächenstrukturen in Zusammenhang mit Schmierstoffen, Lacken, Klebstoffen und Reinigungsmitteln. Die optimale Benetzbarkeit hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Des Weiteren können mit diesem Messgerät auch über die Pendant-Drop-Methode die Oberflächenspannungen von Flüssigkeiten bestimmt werden.
Wir führen als Labor an der Hochschule in Karlsruhe Messungen der Oberflächenenergie und der Oberflächenspannung als Dienstleistung durch.
Analysen
- Oberflächenenergie Festkörper (sessile drop)
- Oberflächenspannung Flüssigkeit (pendant drop)
Normen
- DIN EN 828
- DIN EN ISO 19403
Beispiel
- Tropfenkonturanalyse und Kontaktwinkel θ
Testflüssigkeiten Kontaktwinkelmessung
- Destilliertes Wasser
- Ethylenglycol
- Diiodmethan
Spezifikation Kontaktwinkelmessung
- Tropfengröße: 1 bis 6 µl
- Kontaktwinkel: 0 – 180° (Genauigkeit: 0.1°)
- Oberflächenenergie: 0.01 – 2000 mN/m
Oberflächenenergie (sessile drop)
Die Oberflächenenergie von Festkörpern erfolgt durch eine Kontaktwinkelmessung gemessen. 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. Mit Hilfe mehrerer Testflüssigkeiten kann dann die Oberflächenenergie als Maß für die Benetzbarkeit berechnet werden.
Oberflächenspannung (pendant drop)
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 und dieser sollte möglichst groß sein.
Oberflächen und Benetzbarkeit
Die Benetzbarkeit von Oberflächen mit Flüssigkeiten bzw. Klebstoffen hat viele technische Auswirkungen. Keine industrielle Lackierung wie zum Beispiel auf Kunststoffbauteilen für Automobile wäre denkbar, ohne dass die Oberfläche in ihrer Benutzbarkeit optimiert worden ist. Technische Verklebungen, wie sie beispielsweise im Automobilbau vorkommen, müssen eine definierte Mindestklebekraft aufweisen. Viele Lackier- und Klebeprozesse funktionieren nur, wenn die Oberfläche eine Mindest-Oberflächenenergie hat.
Die Benetzbarkeit von Oberflächen wird durch verschiedene Größen bestimmt. Die molekulare Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit und Festkörper entscheidet darüber, ob sich eine Flüssigkeit auf einer Oberfläche ausbreitet oder einen Tropfen bildet. Ergänzend zu den molekularen Wechselwirkungen spielt auch die Oberflächenrauheit eine Rolle. Ein bekanntes Beispiel dafür ist der sogenannte Lotus-Effekt, bei dem eine wasserabstoßende Oberfläche gepaart mit einer gewissen Rauheit dafür sorgt, dass Wassertropfen praktisch wie Kugeln abrollen. Beim Langzeitverhalten der Benetzbarkeit denn beispielsweise Kunststoffe können direkt nach einer Modifikation der Oberfläche sehr benetzbar sein, nach einiger Zeit nimmt dieser Effekt wieder ab. Um dieses Verhalten bewerten zu können, müssen die Oberflächenenergien über einen längeren Zeitraum beobachtet werden.