Benetzbarkeit

Benetzbarkeit bezeichnet die Fähigkeit einer Flüssigkeit, einen festen Untergrund zu benetzen. Sie wird primär durch den statischen Kontaktwinkel theta beschrieben, der am Kontaktpunkt zwischen Flüssigkeit, Feststoff und Gas gemessen wird. Kleinere Winkel bedeuten eine stärkere Benetzung, größere Winkel eine geringere Benetzung. In der Praxis deutet theta nahe 0° auf nahezu vollständige Benetzung hin, während theta größer als 90° typischerweise eine partielle Benetzung anzeigt; sehr große Winkel weisen auf eine stark hydrophobe Oberfläche hin.

Der statische Kontaktwinkel lässt sich theoretisch durch Youngs Gleichung erklären: gamma_sv = gamma_sl + gamma_lv cos theta, wobei gamma_sv, gamma_sl und gamma_lv die Oberflächenfreiheitsenergien der festen Oberflächen-Vakuum-Grenzfläche, der Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche und der Flüssigkeit-Gas-Grenzfläche bezeichnen. Der gemessene Winkel hängt zudem von dynamischen Prozessen ab, wodurch Advancing- und Receding-Winkel sowie Kontaktwinkelhysterese auftreten.

Einflussfaktoren und Modelle: Oberflächenrauheit und chemische Zusammensetzung beeinflussen die Benetzbarkeit maßgeblich. Zwei Hauptmodelle sind das Wenzel-Modell (cos theta* = r cos theta) zur rauen Oberfläche und das Cassie-Baxter-Modell, das Gemische von Oberflächenanteilen berücksichtigt und oft zu erhöhter Hydrophobie führt, wenn Lufttaschen eingeschlossen sind. Weitere Faktoren sind Temperatur, Reinheit, Lösungsmittel und der Zusatz von Oberflächenaktiven (Surfactants).

Messung und Anwendungen: Typische Messmethoden sind die Sessile-Drop-Methode (statischer oder dynamischer Winkel), die Wilhelmy-Platte und die Pendant-Drop-Technik. Benetzbarkeit ist ein zentrales Kriterium in Beschichtungen, Druck- und Lackprozessen, Mikrofluidik, Biologie und Geologie. Beispiele: Wasser auf Glas ca. 10–20°, Wasser auf Teflon deutlich über 100°.