Der Kontaktwinkel ist ein quantitatives Maß für die Benetzung eines Festkörpers durch eine Flüssigkeit. Der Kontaktwinkel ist geometrisch definiert als der Winkel, den die Flüssigkeit an der Dreiphasengrenze bildet, wo Flüssigkeit, Gas und Feststoff sich schneiden. An dieser dreiphasigen Kontaktstelle zwischen fest, flüssig und gasförmig bzw. fest, flüssig und flüssig wirken drei unterschiedliche Kräfte. Kontaktwinkel können in statische, dynamische und rauheitskorrigierte Kontaktwinkel unterteilt werden.
Die Kontaktwinkelmessung wird in den unterschiedlichsten Industrien und Forschungsbereichen wie Chemie, Pharma, Elektronik, Lebensmittel, Energie, Papier und Verpackung eingesetzt.
Statische Kontaktwinkel werden gemessen, während sich das Tröpfchen an der Oberfläche befindet und sich die Dreiphasengrenze nicht bewegt. Statische Kontaktwinkel sind die mit Abstand am häufigsten gemessenen Benetzbarkeitswerte. Bestens geeignet für relativ glatte und homogene Oberflächen. Statische Kontaktwinkel werden auch verwendet, um die freie Oberflächenenergie des Substrats, also die Oberflächenspannung des Festkörpers, zu beschreiben.
Der dynamische Kontaktwinkel kann gemessen werden, wenn sich die Dreiphasengrenze bewegt, und diese werden Fortschreit- und Rückzugswinkel genannt. Der fortschreitende Kontaktwinkel wird gemessen, während sich die Tröpfchenfront fortbewegt und die Tröpfchenfront zurückweicht. Auf einer idealen Oberfläche liegen diese beiden Werte nahe beieinander. Oft hängt der gemessene Kontaktwinkel jedoch von der Richtung ab, in die sich die Kontaktlinie bewegt. Der Unterschied zwischen fortschreitenden und zurückgehenden Kontaktwinkeln ist hauptsächlich auf chemische und topografische Heterogenität der Oberfläche, an der Oberfläche absorbierte Lösungsverunreinigungen oder Quellen, Umlagerung oder Veränderung der Oberfläche durch das Lösungsmittel zurückzuführen.
Kontaktwinkel werden durch Rauheit beeinflusst. Oberflächen mit gleicher chemischer Zusammensetzung, aber unterschiedlicher Rauheit haben unterschiedliche Kontaktwinkel. Rauheitskorrigierte Kontaktwinkel sind Kontaktwinkelwerte, bei denen der Effekt der Rauheit eliminiert ist. Rauheitskorrigierte Kontaktwinkel werden insbesondere bei der Bestimmung freier Oberflächenenergien verwendet.
Optische Tensiometer werden verwendet, um statische, dynamische und rauheitskorrigierte Kontaktwinkel zu messen. Die Hauptkomponenten des optischen Tensiometers sind eine Kamera, ein Diffusor zum Zerstreuen eines Tropfens, der Probenteller und die Lichtquelle zum Beleuchten des Tropfens auf dem Probenteller.
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