ISO/TS 14778 Papier und Pappe – Messung des Wasserkontaktwinkels mit optischen Methoden

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Norm „ISO/TS 14778 Papier und Pappe – Messung des Wasserkontaktwinkels durch optische Methoden“ beschreibt ein Verfahren zur optischen Bewertung des Kontaktwinkels zwischen Wasser und der Oberfläche von Papier und Pappe . Dabei wird der Prozess der Tropfenbildung, des Aufbringens auf ebene Substrate oder der Messung der Tropfenform im Kontakt mit dem Feststoff durch automatisierte Geräte durchgeführt.

Die Messgrenzen werden durch die Fähigkeiten der verwendeten Instrumente bestimmt. Die in dieser Norm definierten instrumentellen Fähigkeiten nutzen ein digitales Bilderfassungssystem, das mit einer Rate von mindestens 50 Bildern pro Sekunde arbeitet, und erfordern die Fähigkeit, die erste Messung nach nicht mehr als 20 ms bis 40 ms Kontakt zwischen Tröpfchen und Substrat durchzuführen . Diese Prüfmethode kann auf die meisten Papier- oder Kartonsorten angewendet werden, nicht jedoch auf strukturierte Materialien.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Die Basislinie, die Kontaktlinie zwischen dem Wassertropfen und der Papier- oder Kartonoberfläche, wird optisch bestimmt und gilt als Ebene, auf der der Kontaktwinkel gemessen wird. Eine präzise Messung des Kontaktwinkels erfordert eine genaue Beurteilung der Basislinie. Damit das optische System die beste Schätzung der Basislinie erhält, kann es erforderlich sein, die Kamera zu neigen, um das Tröpfchen leicht von oben in einem flachen Winkel (typischerweise 0–0 Grad relativ zur Horizontalen) zu betrachten, anstatt direkt von der Seite ( 3 Grad). Die Erfahrung zeigt, dass diese kleine Änderung des Betrachtungswinkels keinen Einfluss auf den gemessenen Kontaktwinkelwert hat, aber die Wahrnehmung der Grundlinie verbessern kann.
• Der Kontaktwinkel bezieht sich auf den Winkel von einem der drei Phasenpunkte zu einer Basislinie, die durch eine Tangente an die Tropfenkontur zum angegebenen Kontaktzeitpunkt entsteht. Der Kontaktwinkel wird in Grad ausgedrückt.
• Die Kontaktzeit, die Dauer des Kontakts zwischen dem Wassertropfen und der Oberfläche des Prüflings, wird vom Auslösen des Zeitmechanismus bis zum Zeitpunkt der Messung automatisch gemessen.
• Die Tröpfchenhöhe ist der Abstand von der Spitze des Tröpfchens, der die Oberfläche des Prüfstücks berührt, gemessen von der Grundlinie zur angegebenen Kontaktzeit. Die Tropfenhöhe wird in Millimetern angegeben.
• Tropfenbodendurchmesser, die maximale Breite des Tropfenbodens in Kontakt mit der Oberfläche des Prüfstücks, gemessen entlang der Grundlinie zur angegebenen Kontaktzeit. Der Durchmesser der Tröpfchenbasis wird in Millimetern angegeben.
• Der Dreiphasenpunkt bezieht sich auf den Schnittpunkt der Grenzlinien Flüssigkeit/Feststoff, Flüssigkeit/Gas und Feststoff/Gas.

Wenn ein Wassertropfen auf die horizontale ebene Oberfläche von Papier oder Pappe aufgetragen wird, wird im Prinzip der Kontaktwinkel des Tropfens mit dem Material durch optische digitale Bildgebung ausgewertet.

Als Reagenz wird destilliertes Wasser mit einer Oberflächenspannung von mindestens 13530 mN/m bei 23 Grad gemäß der Norm ISO 72 verwendet. Dieses Verfahren kann mit anderen Flüssigkeiten angewendet werden, sofern diese durch das in dieser Norm beschriebene Flüssigkeitsverteilungssystem in Tröpfchenform verteilt werden können und keine nennenswerte Schwellung des Substrats verursachen, so dass die Basislinie über die Zeitskala der Messungen nicht mehr erkennbar ist . Bei Flüssigkeiten mit hohem Dampfdruck kann die Verdampfungsgeschwindigkeit außerdem zu hoch sein, um die Technik anwenden zu können, sofern sie nicht in einer dampfgesättigten Atmosphäre (z. B. einer geschlossenen Glasküvette mit einigen Tropfen Lösungsmittel) durchgeführt wird. Mit anderen Flüssigkeiten ermittelte Kontaktwinkelwerte sind nicht mit den mit Wasser ermittelten Werten vergleichbar.

Einige Kontaktwinkelmessgeräte verfügen über die Fähigkeit, Flüssigkeiten vor der Tröpfchenbildung zu erhitzen. Durch Erhitzen verändern sich sowohl die Oberflächenspannung als auch die Viskosität, was sich beide auf den Kontaktwinkel auswirken kann. Wird die Flüssigkeit erhitzt, ist dies eine Abweichung vom Standard.

Viele Kontaktwinkelmessgeräte können auch die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten messen und zur Untersuchung der Wasseroberflächenspannung verwendet werden. Es wird empfohlen, regelmäßig zu überprüfen, ob das Wasser nicht verunreinigt ist, da dies einen direkten Einfluss auf die Kontaktwinkelwerte hat.

Zu den Hauptgeräten, die bei diesen Tests verwendet werden, gehören:

• Plattform mit Haltemechanismus
• Lichtquelle
• Flüssigkeitsabgabesystem
• Drop-Anwendungssystem
• Bilderfassungssystem
• Zeitmesssystem
• Passende Bildanalysesoftware

Es werden ausreichend Teststücke vorbereitet, um auf jeder Seite mindestens fünf gültige Messungen unter den gleichen atmosphärischen Bedingungen durchzuführen, die zur Konditionierung der Probe vor Beginn der Tests verwendet wurden. Der Kontakt des Testbereichs mit Händen oder Fingern wird vermieden und es müssen Falten, Knicke, Risse und andere Mängel, einschließlich Wasserzeichen, vermieden werden.

Neben den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die es für Unternehmen in verschiedenen Branchen anbietet, bietet unsere Organisation mit ihrem geschulten und fachkundigen Personal und ihrer fortschrittlichen technologischen Ausrüstung auch Testdienstleistungen an, die in der „ISO/TS 14778 Papier und Pappe – Messung“ definiert sind des Wasserkontaktwinkels mit optischen Methoden“-Standard. gibt.