Meniskus-Methode
Die Meniskus-Methode ist ein optisches Verfahren zur Messung der Faserbenetzbarkeit anhand des Kontaktwinkels des Meniskus, der aufgrund der Kapillarkraft an einer senkrecht eingetauchten Faser entsteht.
Für welche Fragestellungen ist der Faserkontaktwinkel relevant?
Bei vielen Vorgängen und Produkten kommt es zu einem Kontakt zwischen Fasern und Flüssigkeiten. Oft spielt dabei die Benetzbarkeit eine große Rolle. Zum Beispiel ist es bei der Entwicklung von Haarpflegeprodukten wichtig zu wissen, ob und wie sich das Verhalten gegenüber Wasser nach einer Haarwäsche verändert. Bei Verbundwerkstoffen muss die Faser mit der Polymermatrix kompatibel sein, was an der Benetzbarkeit erkennbar ist. Auch für die Herstellung und Pflege von Textilien ist der Kontaktwinkel von Bedeutung.
Wie funktioniert die Meniskus-Methode?
Bei der Meniskus-Methode wird eine an einem Faserhalter befindliche Probe senkrecht in die Flüssigkeit eingetaucht. Der an der Faser entstehende Meniskus bildet am Dreiphasenpunkt einen von der Benetzbarkeit abhängigen, charakteristischen Kontaktwinkel aus. Der Eintauchvorgang wird von einer Kamera aufgenommen und das Videobild analysiert, um anhand einer Konturanalyse den Kontaktwinkel zu bestimmen.
Der von KRÜSS konzipierte Faserhalter ist bei Instrumenten vom Typ Drop Shape Analyzer zu jedem Nadeldosiersystem kompatibel, das dank direkter Befestigung an der Nadel ohne Umbau genutzt werden kann. Ist das Dosiersystem über die Software höhenverstellbar, kann der Kontaktwinkel auch dynamisch während des Eintauchens und Herausziehens der Faser gemessen werden – zur Bestimmung des Fortschreitwinkels und des Rückzugswinkels.
Der Faserkontaktwinkel ist auch mit einem Tensiometer bestimmbar. Wozu eine neue Methode?
Tatsächlich ist die Messung anhand der Benetzungskraft mit der Wilhelmy-Methode eines Tensiometers das Standardverfahren für Faserkontaktwinkel. Die Meniskus-Methode wird den Wilhelmy-Kontaktwinkel sicher nicht ablösen, ist aber eine gute Ergänzung für Nutzer optischer Kontaktwinkelinstrumente, die damit ihr Probenspektrum erweitern können – ohne Umbau und mit geringem Investitionsaufwand. Dabei profitieren Anwender auch von methodischen Vorteilen: Anders als bei der Wilhelmy-Methode muss weder der Faserdurchmesser noch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bekannt sein, da der Kontaktwinkel unmittelbar optisch erfasst wird. Das verringert den Vorbereitungsaufwand und es entfallen zwei mit Messfehlern behaftete Eingangsparameter.
Wann sollte der Faserkontaktwinkel auf jeden Fall mit dem Tensiometer gemessen werden?
Die Meniskus-Methode ist kaum geeignet für wenig benetzbare Proben, etwa für wasserabweisende Textilien, deren Kontaktwinkel bei über 90° liegt. In diesem Fall liegt keine Kapillaradhäsion, sondern Kapillardepression vor, d. h. der Meniskus kehrt sich um und der Dreiphasenpunkt liegt unter dem Oberflächenspiegel. In dieser Situation ist eine optische Messung schwierig zu bewerkstelligen. Das andere Extrem, nämlich ein besonders kleiner Kontaktwinkel, ist ebenfalls eine Hürde, weil dann der Dreiphasenpunkt per Bildanalyse nicht gut erfasst werden kann. Für die Wilhelmy-Methode bei einem Tensiometer stellen weder sehr gute noch extrem geringe Benetzbarkeit ein Problem dar.
