Wissenschaftliche Studie zum KRÜSS Stood-up Drop veröffentlicht

Mit dem Stood-up Drop hat KRÜSS jüngst eine neue Methode zur Messung des Rückzugs-Kontaktwinkels entwickelt. Eine jetzt veröffentlichte Forschungsarbeit belegt, dass der Stood-up Drop wissenschaftlichen Ansprüchen an Robustheit und Reproduzierbarkeit standhält.

Stood-up Drop: eine schnelle, benutzerunabhängige Methode

Der Rückzugswinkel beschreibt die Entnetzung einer Flüssigkeit von einer Probe. Dieser Winkel konnte bisher nur umständlich durch Verkleinerung eines dosierten Tropfens mithilfe einer Dosiernadel gemessen werden. Beim Stood-up Drop wird der Tropfen stattdessen mit hoher Geschwindigkeit mittels Drucks auf die Oberfläche dosiert, wo er sich in Sekundenbruchteilen ausbreitet und sofort wieder zu einem wohldefinierten Tropfen zusammenzieht. Der resultierende Rückzugsabschlusswinkel (recently receded contact angle, RRCA) wird mithilfe einer Videobildanalyse des Tropfens gemessen. Das Ergebnis liegt sehr viel schneller vor als bei der klassischen Methode und ist außerdem weitaus weniger abhängig von Benutzerentscheidungen, somit besser reproduzierbar.

Wissenschaftliche Relevanz durch neue Studie belegt

Die Entwicklung der Stood-up Drop Methode war von Anfang an von wissenschaftlichen, kooperativen Untersuchungen begleitet, deren Ergebnisse jetzt veröffentlicht wurden. Beteiligt an der Studie waren neben Thomas Willers von KRÜSS u. a. renommierte Forscherteams unter Leitung von Hans-Jürgen Butt und Doris Vollmer vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) sowie Detlef Lohse von der Universität Twente.

Im Rahmen der Untersuchungen wurde der Stood-up Drop mit dem klassischen dynamischen Rückzugswinkel (DRCA) bei Verkleinerung des dosierten Volumens verglichen. Die Messwerte zeigten für eine große Zahl unterschiedlicher Materialien eine gute Übereinstimmung, sodass die neue Methode eine zuverlässige Alternative darstellt.

Einen weiteren Schwerpunkt bildeten strömungsmechanische Modellrechnungen, welche die Bildung eines Stood-up Drop simulierten. Dabei ergab die numerische Berechnung des Kontaktwinkels eine exzellente Übereinstimmung mit der experimentellen Untersuchung des Tropfens anhand von Hochgeschwindigkeitsvideos. Ferner wurden die Grenzen und Gültigkeitsbereiche hinsichtlich der Tropfeneigenschaften (Volumen, Oberflächenspannung, Dichte, Viskosität) sowie der Benetzbarkeit (Kontaktwinkel θ unterhalb und oberhalb von 90°) strömungsmechanisch berechnet.

Die Ergebnisse bescheinigen eine hohe Zuverlässigkeit der Methode bei der Messung mit der Standard-Testflüssigkeit Wasser, insbesondere bei benetzbaren Oberflächen. Auch für leicht hydrophobe Proben (θ>90°) ist die Methode geeignet, während bei superhydrophoben Materialien (θ⨠90°) tendenziell keine geregelte Entnetzung stattfindet, sondern der Tropfen sich von der Probe ablöst. In diesem Bereich sollte auf klassische Messmethoden zurückgegriffen werden.

Industriell und wissenschaftlich vielseitig verwendbar

Der Stood-up Drop korreliert hervorragend mit vielen empirischen, manuellen Methoden wie dem Tintentest für Benetzbarkeit oder dem Crosshatch-Verfahren (Gitterschnittprüfung) zur Abschätzung der Haftung eines Coatings. Die neue Methode wird in der Industrie bereits verwendet, um die Zahl aufwändigerer Prüfungen zu reduzieren oder diese ganz zu ersetzen. Die jetzt veröffentlichte Studie belegt, dass der Stood-up Drop auch wissenschaftlichen Kriterien standhält und das Instrumentarium der Oberflächenforschung ergänzt und bereichert.

Quelle

D. Diaz, A. Bhargava, F. Walz, A. Sharifi, S. Summaly, R. Berger, M. Kappl, H.-J. Butt, D. Lohse, T. Willers, V. Sanjay, D. Vollmer: Stood-up Drop to Determine Receding Contact Angles. In: Soft Matter, 2025. DOI: 10.1039/d5sm00985e.

▶  Lesen Sie die frei zugängliche Studie

The title image was reproduced from the aforementioned reference with permission from the Royal Society of Chemistry.