Bestimmung der Oberflächenenergie eines Festkörpers

Zur Bestimmung der Oberflächenenergie eines Festkörpers misst man die Kontaktwinkel von Testflüssigkeiten, deren Oberflächenspannung inkl. dispersem und polarem Anteil bekannt ist. Diese Anteile gehen in die Grenzflächenenergie zwischen Festkörper und Flüssigkeit ein, für die ein geeignetes Modell zugrunde gelegt wird. Häufig verwendet man das Modell von Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK-Modell), das die geometrischen Mittel der dispersen und polaren Anteile von Oberflächenspannung der Flüssigkeit und Oberflächenenergie des Festkörpers beinhaltet:

Gleichung Modell von Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK)

Wird dieser Ausdruck in die Young-Gleichung eingesetzt, so kann zu einer Geradengleichung der Form y=mx+c umgestellt werden:

Gleichung OWRK als Geradengleichung

In dieser Gleichung enthalten y und x die bekannten Größen, also den gemessenen Kontaktwinkel sowie den dispersen und polaren Anteil der Oberflächenspannung der Testflüssigkeit. Die gesuchten dispersen und polaren Anteile der Oberflächenenergie des Festkörpers sind im Achsenabschnitt c und der Steigung m enthalten. Diese Parameter lassen sich graphisch über eine Regressionsgerade ermitteln (vgl. Abbildung), wenn mit mindestens zwei Testflüssigkeiten Kontaktwinkelmessungen durchgeführt werden. Da eine Regressionsgerade basierend auf nur zwei Punkten allerdings keinerlei Aussage über die Genauigkeit des Ergebnisses erlaubt, werden zur Bestimmung der Oberflächenenergie eines Festkörpers Kontaktwinkelmessungen mit mindestens drei Testflüssigkeiten empfohlen. Gute Ergebnisse werden in der Regel mit Diiodmethan, Ethylenglycol und Thiodiglycol erzielt.

Das SCA 21 Software-Modul kann die Auswertung vollautomatisch ausführen und bietet neben der Auswertung gemäß des OWRK-Modells noch acht weitere Theorien als Grundlage für die Bestimmung der Oberflächenenergie eines Festkörpers an.

  • Regressionsgerade gemäß des OWRK-Modells