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Präzisionstensiometer

Dynamisches Kontaktwinkeltensiometer (DCAT 11, DataPhysics, Filderstadt)

Allgemeines / Verwendung

Die Benetzungseigenschaften eines Bodens, also das Verhalten gegenüber Wasser, wirken sich auf die hydrau-lischen Funktionen (z.B Infiltration, Wasserverteilung) und damit korrelierte Parameter wie Pflanzenwachstum oder mikrobiellen Abbau aus. Man unterscheidet spontanes Spreiten (CA=0°; “hydrophil“), nicht-spontanes Spreiten (CA>0<90°; “subkritische Benetzungshemmung“) und Tropfenbildung (CA≥90°). Bestimmt werden die Benetzungseigenschaften häufig über den Kontaktwinkel (CA), der sich an der 3-Phasen-Grenze fest/flüssig/gasförmig ausbildet.

Mit dem DCAT werden CA nach der Kapillaraufstiegsmethode (CRM) und der Wilhelmy-Platte-Methode (WPM) bestimmt. Die Verwendung von Flüssigkeiten mit verschiedenen Oberflächenspannungen und Polaritäten erlaubt die Berechnung der freien Oberflächenenergie (SFE).

Außerdem kann mit dem DCAT die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten mit der Wilhelmy-Platte oder dem DuNoüy-Ring gemessen werden.

 

Funktionsprinzip

Das DCAT ist eine Präzisionswaage (Auflösung 10-5g), die die Gewichtszunahme der Probe als Funktion der Zeit aufzeichnet, bei der CRM durch kapillaren Aufstieg von H2O und n-Hexan (vollständig benetzende Flüssigkeit) in der Probe, bei der WPM durch Eintauchen eines Objektträgers, auf dem die Probe mit doppelseitigem Klebeband fixiert ist (Abb. 2). Der CA wird rechnerisch über die Steigung des linearen Bereichs der m2[g2]=f(t)-Kurve von H2O und n-Hexan (bzw. weiterer Flüssigkeiten) und die Flüssigkeitskonstanten (CRM), bzw. durch Extrapolation der Messkurve auf die Eintauchtiefe Null und Bestimmung der Benetzungskraft (WPM) ermittelt. Bei hydrophobem Material (CA>90°) kann die Wasseraufnahme über kapillaren Aufstieg als Funktion der Zeit als Langzeitmessung (>12h) bestimmt werden.

Möglichkeiten / Limitationen

Für die CRM eignet sich sowohl pulverisiertes als auch aggregiertes Material. Auch können die Benetzungseigenschaften von Einzelaggregaten bestimmt werden. Naturgemäß ist die CRM auf CA<90° limitiert. Die Bestimmung der Flüssigkeitsaufnahme als Funktion der Zeit ist auch für massive poröse Probenkörper möglich (bis ca. 15g). Für CA-Bestimmungen von Bodenproben, bzw. körnigem Material allgemein mit der WPM müssen die Proben pulverförmig und trocken sein. Abgedeckt ist hier der gesamte CA-Bereich (theoretisch 0-180°). Möglich ist auch die CA-Bestimmung von definierten geometrischen Körpern mit nicht-poröser Oberfläche (z.B. Glasplatte mit definiert veränderten Oberflächeneigenschaften).