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DCAT – Dynamische Kontaktwinkel­messgeräte und Tensiometer

Die dynamischen Kontaktwinkelmessgeräte und Tensiometer der DCAT-Serie sind universelle Messgeräte, mithilfe derer zahlreiche unterschiedliche Ober- und Grenzflächeneigenschaften untersucht werden können. Im Folgenden lernen Sie die Möglichkeiten, welche die Tensiometrie bietet und unsere DCAT-Modelle mit ihrem umfangreichen Zubehörportfolio und intuitiv bedienbaren Software kennen.

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Tensiometrie – Eine Einführung

Ober- und Grenzflächenspannung

Flüssigkeitsoberflächen versuchen sich aufgrund ihrer Oberflächenspannung zusammenzuziehen. Dies kann man spüren – und messen – wenn eine Flüssigkeitsoberfläche im Kontakt mit einem Probenkörper, üblicherweise einer Wilhelmy-Platte oder einem Du Noüy-Ring, vergrößert wird: die anspringende Flüssigkeitslamelle übt eine Zugkraft auf den Probenkörper aus. Diese Kraft wird im Tensiometer durch eine hochgenaue Wägezelle erfasst. So kann die Oberflächenspannung der Flüssigkeit berechnet werden.

Du Noüy-Ring mit Flüssigkeitslamelle

Du Noüy-Ring mit Flüssigkeitslamelle

Analog ist es möglich, mit dem Tensiometer die Grenzflächenspannung zwischen zwei Flüssigkeiten zu bestimmen. Da Tensiometrie auf einer Kraftmessung beruht, ist es dabei – anders als bei der optischen Untersuchung hängender Tropfen – nicht nötig, dass eine der Flüssigkeiten transparent ist oder sich die Flüssigkeiten deutlich im Brechungsindex unterscheiden. Tensiometrie ist somit in vielen Fällen eine nützliche Alternative zur optischen Messung von Ober- und Grenzflächenspannungen.

Benetzungsphänomene

Mithilfe der Tensiometrie ist es auch möglich, Benetzungsphänomene zu untersuchen und dynamische Kontaktwinkel an einer als Probenkörper eingesetzten Festkörperprobe zu messen. Dazu wird die Probe in eine Testflüssigkeit mit bekannter Oberflächenspannung eingetaucht und wieder herausgezogen. Die Wägezelle detektiert in diesem Fall neben dem Lamellengewicht auch den Auftrieb des Probenkörpers. Letzterer wird in der Auswertung eliminiert, sodass anschließend anhand der Wilhelmy-Gleichung für den Eintauchvorgang der Fortschreitewinkel und für den Vorgang des Herausziehens der Rückzugswinkel bestimmt werden kann. Der Fortschreitewinkel an Pulvern und Faserbündeln lässt sich darüber hinaus mit der Washburn-Methode ermitteln.

Kontaktwinkelmessung an einem Pulver

Kontaktwinkelmessung an einem Pulver

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Bei anderen tensiometrischen Methoden wird die gemessene Auftriebskraft ausgenutzt. So etwa zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten und Festkörpern. DataPhysics Instruments bietet dafür spezielle Probenkörpersets an. Weitere spezifische Probenkörper und Zubehörmodule zum Tensiometer erlauben die Untersuchung von Sedimentations- und Penetrationseigenschaften, der Adhäsion oder des Oberflächendrucks.

Langmuir-Trog-Modul LTM

Langmuir-Trog-Modul LTM

Wilhelmy-Platte

Eine gängige Methode zur Bestimmung von Ober- und Grenzflächenspannungen mit einem Tensiometer ist die Wilhelmy-Platten-Methode. Hier wird als Probenkörper eine Wilhelmy-Platte, die in der Regel wenige Zentimeter lang und hoch und aus Platin-Iridium gefertigt ist, verwendet. Diese wird an der Waage des Tensiometers befestigt und an der Flüssigkeitsoberfläche positioniert, sodass eine Flüssigkeitslamelle anspringt. Gemessen wird dann die Gewichtskraft der Lamelle, die gerade dem senkrechten Anteil der durch die Oberflächenspannung hervorgerufenen Zugspannung entspricht. Mit der Definition der Oberflächenspannung als Zugkraft pro Länge der Kontaktlinie ergibt sich die Wilhelmy-Gleichung:

Wilhelmy Gleichung

Wilhelmy-Platte mit Flüssigkeitslamelle

Tenside und CMC

Grenzflächenaktive Substanzen, wie Tenside, sind aus einem hydrophilen und einem hydrophoben Teil aufgebaut, weshalb sie sich bevorzugt an Ober- und Grenzflächen anlagern. Dabei setzen sie die Ober- bzw. Grenzflächenspannung herab, was essentiell ist für eine gute Waschwirkung oder auch für die Stabilität von Schäumen. Die Anzahl der Tensidmoleküle, die an einer Oberfläche Platz finden, ist begrenzt. „Überschüssige“ Tensidmoleküle können ihre hydrophoben Molekülteile nur vom Wasser abschirmen, indem sie sich zu Mizellen zusammen lagern.

Die charakteristische Tensidkonzentration, bei der dieser Überschuss erreicht ist, wird als Kritische Mizellbildungskonzentration (CMC) bezeichnet. Sie kann anhand einer Messreihe mit variierender Tensidkonzentration leicht ermittelt werden: Unterhalb der CMC nimmt die Oberflächenspannung mit zunehmender Konzentration ab, da sich mehr und mehr Tensid an der Oberfläche anlagert. Oberhalb der CMC hingegen bilden sich Mizellen und die Oberflächenspannung bleibt konstant.

Oberflächenspannung in Abhängigkeit der Tensidkonzentration

Die DCAT-Modelle

Die dynamischen Kontaktwinkelmessgeräte und Tensiometer der DCAT-Serie sind universelle Messgeräte, mithilfe derer zahlreiche unterschiedliche Ober- und Grenzflächeneigenschaften untersucht werden können (vgl. Einführung Tensiometrie). Das kompakte Produktdesign und der modulare Aufbau erlauben es, für jede Anforderung das passende Modell mit dem benötigten Zubehör individuell zusammenzustellen.

Höchste Präzision und Reproduzierbarkeit der Messergebnisse sind durch bewährte Messtechnik und Waagentechnologie garantiert. Dank modernster elektronischer Komponenten bieten alle DCAT-Modelle einen besonders schnellen und präzisen Antrieb, einen automatischen Kollisionsschutz und können mit Hilfe des TP 50 Steuergeräts intuitiv bedient werden.

Für eine kompakte Übersicht über die DCAT-Modelle laden Sie unsere Produktbroschüre herunter oder nutzen Sie unseren praktischen Online-Vergleich der Modelle.

DCAT 9 & DCAT 9T

Das DCAT 9 ist das leistungsfähige Einstiegsmodell für die gewichtsbasierte Messung von Ober- und Grenzflächenspannung sowie der Dichte von Flüssigkeiten und Festkörpern. Um auch temperaturabhängig messen zu können umfasst das DCAT 9T ein integriertes Digitalthermometer und eine Flüssigkeits-Thermostatisiereinrichtung TV 70.

Hauptmerkmale

  • elektrodynamisches Kompensations-Wägesystem mit automatischer und manueller Kalibrierfunktion
  • softwaregesteuerte, motorische Höhenpositionierung der Probengefäße mit variabler Geschwindigkeit
  • automatische Waagenarretierung
  • automatischer Kollisionsschutz für Probenkörper während der Messung
  • beleuchteter Probenraum
  • integrierter Magnetrührer
  • Digitalthermometer mit Anschlüssen für zwei Pt100 Temperatursensoren (DCAT 9T)
  • Flüssigkeits-Thermostatisiereinrichtung TV 70 mit Pt100-Temperatursensor (DCAT 9T)

Software

Die DCATSoftware ist in verschiedenen separat nutzbaren Modulen verfügbar. Für das DCAT 9 & DCAT 9T sind folgende Softwaremodule verfügbar:

Erfahren Sie mehr über die DCATS Module.

Zubehör

Dank unserer modularen Produktphilosophie ist das DCAT 9 / 9T mit einer Vielzahl an Zubehöroptionen aus der vielfältigen DCAT Zubehörpalette kombinierbar. Erfahren Sie mehr über das verfügbare Zubehör.

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Bestimmung der Oberflächenspannung mit einem DCAT 9 mit Wilhelmy-Platte PT 11

Bestimmung der Oberflächenspannung mit einem DCAT 9 mit Wilhelmy-Platte PT 11

DCAT 9T mit Flüssigkeits-Thermostatisiereinrichtung TV 70

DCAT 9T mit Flüssigkeits-Thermostatisiereinrichtung TV 70

DCAT 15

Das DCAT 15 ermöglicht weitere Messmethoden. So kann es zusätzlich zur Bestimmung dynamischer Kontaktwinkel, der Oberflächenenergie von Festkörpern oder von Sedimentations- und Penetrationseigenschaften eingesetzt werden. Auch kann das DCAT 15 mit einem Flüssigkeitsdosiersystem LDU 25 erweitert werden und so automatisiert Konzentrationsreihen z.B. von Tensidlösungen herstellen. Ohne manuelles Eingreifen des Benutzers, ist es damit möglich in einem Versuchsablauf softwaregesteuert die Kritische Mizellbildungskonzentration (CMC) zu bestimmen.

Hauptmerkmale

  • elektrodynamisches Kompensations-Wägesystem mit automatischer und manueller Kalibrierfunktion
  • softwaregesteuerte, motorische Höhenpositionierung der Probengefäße mit variabler Geschwindigkeit
  • automatische Waagenarretierung
  • automatischer Kollisionsschutz für Probenkörper während der Messung
  • beleuchteter Probenraum
  • integrierter Magnetrührer
  • Digitalthermometer mit Anschlüssen für zwei Pt100 Temperatursensoren
  • Kompatibel mit dem Flüssigkeitsdosiersystem LDU 25

Software

Die DCATSoftware ist in verschiedenen separat nutzbaren Modulen verfügbar. Für das DCAT 15 sind folgende Softwaremodule verfügbar:

Erfahren Sie mehr über die DCATS Module.

Zubehör

Dank unserer modularen Produktphilosophie ist das DCAT 15 mit einer Vielzahl an Zubehöroptionen aus der vielfältigen DCAT Zubehörpalette kombinierbar. Erfahren Sie mehr über das verfügbare Zubehör.

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DCAT 15 mit LDU 25

DCAT 15 mit LDU 25

LDU 25 mit SH-LDU und RRS 25

LDU 25 mit SH-LDU und RRS 25

DCAT 25

Das dynamische Kontaktwinkelmessgerät und Tensiometer DCAT 25 ist das multifunktionale Allround-Gerät der DCAT-Serie. Das Wägesystem ist noch präziser als beim DCAT 9 & 15 und bietet somit höchste Genauigkeit bei der Bestimmung von Ober- und Grenzflächenspannungen. Ein vollständig geschlossener Probenraum erlaubt es unter Inertgas oder ionisierter Atmosphäre sowie bei geregelter relativer Luftfeuchtigkeit zu messen.

Dank des größeren Verfahrwegs der Probenbühne kann in das DCAT 25 eine elektrische Thermostatisiereinheit montiert werden, welche Messungen bei Temperaturen bis zu 250 °C erlaubt. Außerdem kann das Langmuir-Trog-Modul verwendet werden um den Oberflächendruck und die Grenzflächenrheologie von Monolagen zu untersuchen. Bei Messungen der Adhäsionskraft bietet die Videosystem-Erweiterung die Möglichkeit mit der Messung korrelierte Videosequenzen aufzuzeichnen und somit Kontaktwinkel, Kontaktfläche, etc. zusätzlich zur Kraft auszuwerten. Damit die Gerätebedienung auch bei komplexen Messungen schnell und intuitiv vonstatten geht, ist das TP 50 Steuergerät im Lieferumfang des DCAT 25 bereits enthalten.

Hauptmerkmale

Software

Die DCATSoftware ist in verschiedenen separat nutzbaren Modulen verfügbar. Für das DCAT 25 sind folgende Softwaremodule verfügbar:

Erfahren Sie mehr über die DCATS Module.

Zubehör

Dank unserer modularen Produktphilosophie ist das DCAT 25 mit einer Vielzahl an Zubehöroptionen aus der vielfältigen DCAT Zubehörpalette kombinierbar. Erfahren Sie mehr über das verfügbare Zubehör.

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DCAT 25 mit elektrischer Thermostatisiereinheit TEC 250/DCAT

DCAT 25 mit elektrischer Thermostatisiereinheit TEC 250/DCAT

DCAT 25SF

Das DCAT 25SF enthält eine Höchstpräzisions-Waage mit einer Auflösung von 0,1 μg, die Messungen selbst mit Einzelfasern ermöglicht. Als ideales Einzelfasertensiometer ist das DCAT 25SF dank des modularen Aufbaus der DCAT-Produktlinie dennoch nicht auf diese spezielle Anwendung beschränkt.

Hauptmerkmale

  • elektrodynamisches Kompensations-Wägesystem höchster Auflösung mit automatischer und manueller Kalibrierfunktion
  • softwaregesteuerte, motorische Höhenpositionierung der Probengefäße mit variabler Geschwindigkeit
  • automatische Waagenarretierung
  • automatischer Kollisionsschutz für Probenkörper während der Messung
  • geschlossener beleuchteter Probenraum
  • Digitalthermometer mit Anschlüssen für zwei Pt100 Temperatursensoren
  • umfasst ein TP 50 Steuergerät mit Touchscreen und Präzisions-Steuerrad
  • Kompatibel mit dem Flüssigkeitsdosiersystem LDU 25
  • Kompatibel mit dem Langmuir-Trog-Modul LTM

Software

Die DCATSoftware ist in verschiedenen separat nutzbaren Modulen verfügbar. Für das DCAT 25SF sind folgende Softwaremodule verfügbar:

Erfahren Sie mehr über die DCATS Module.

Zubehör

Dank unserer modularen Produktphilosophie ist das DCAT 25SF mit einer Vielzahl an Zubehöroptionen aus der vielfältigen DCAT Zubehörpalette kombinierbar. Erfahren Sie mehr über das verfügbare Zubehör.

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Messung an einer Faser mit dem DCAT 25SF

Messung an einer Faser mit dem DCAT 25SF