07.06.2018
Dosierung fallender Tropfen mit definiertem Volumen für Kontakt- und Abrollwinkel
Stefan Benn, Ming Jin, Thomas Willers, Krüss GmbH
Bei Messungen mit fallenden Tropfen müssen Tropfengröße und Fallhöhe konstant gehalten werden, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Bei gleichem Durchmesser der Dosiernadel sind die herunterfallenden Tropfen derselben Flüssigkeit zwar immer gleich groß, aber es ist kaum möglich, das Volumen vorzugeben oder unterschiedliche Flüssigkeiten mit gleichem Volumen zu dosieren. In dieser Technical Note stellen wir eine Methode vor, mit deren Hilfe Tropfen mit exakt definiertem Volumen erzeugt und gezielt von der Nadel abgelöst werden können.
Hintergrund
Wenngleich die Messung mit fallenden Tropfen keine Standardmethode für den Kontaktwinkel ist, gibt es doch einige Fälle, bei denen ihr Einsatz sinnvoll ist. Zum Beispiel lässt sich bei stark absorbierenden Proben der Kontaktwinkel häufig nur anhand eines auf die Probe fallenden Tropfens messen - meist unter Zuhilfenahme einer Hochgeschwindigkeitskamera. Auch zur Simulation der Benetzung im Regen können fallende Tropfen zum Einsatz kommen. So ist etwa das Fallenlassen von Tropfen auf eine geneigte Oberfläche eine gängige Methode zur Messung des Abrollwinkels, zum Beispiel für die Analyse selbstreinigender Oberflächen.
Für solche Fragestellungen ist die Arbeit mit definierten Versuchsparametern wichtig. Die Fallhöhe einzustellen ist dabei keine technische Herausforderung. Größere Schwierigkeiten bereitet die Messung mit einem definierten Volumen. Wird einfach so lange dosiert, bis der Tropfen fällt, dann ist das Volumen nur bei derselben Flüssigkeit und demselben Nadeldurchmesser konstant. Gezielt einstellen ließe sich das Volumen nur durch feinste Änderungen des Kapillardurchmessers, also mit verhältnismäßig großem Aufwand. Dieser Umstand erschwert nicht nur die Variation von Versuchsparametern, zum Beispiel bei Zugabe von Tensiden, welche die Oberflächenspannung reduzieren. Er verringert auch die Wiederholbarkeit von Benetzungsuntersuchungen mit fallenden Tropfen.