Fowkes-Methode

Die Methode nach Fowkes dient der Berechnung der freien Oberflächenenergie eines Festkörpers aus dem Kontaktwinkel mit mehreren Flüssigkeiten. Die freie Oberflächenenergie wird dabei in einen dispersiven Anteil und einen nicht dispersiven Anteil aufgespaltet.

Hintergrund

Gemäß der Young’schen Gleichung besteht ein Zusammenhang zwischen dem Kontaktwinkel θ, der Oberflächenspannung der Flüssigkeit σl, der Grenzflächenspannung σsl zwischen Flüssigkeit und Festkörper und der freien Oberflächenenergie σs des Festkörpers:

Um die freie Oberflächenenergie aus dem Kontaktwinkel berechnen zu können, muss die zweite unbekannte Größe σsl bestimmt werden.
Bei der Methode nach Fowkes wird die Grenzflächenspannung σsl anhand der beiden Oberflächenspannungen σs und σl und der gleichartigen Wechselwirkungen zwischen den Phasen berechnet. Diese Wechselwirkungen werden als geometrischer Mittelwert eines dispersiven Anteils σD und eines – von Fowkes nicht näher beschriebenen - nicht dispersiven Anteils σnD der Oberflächenspannung bzw. freien Oberflächenenergie interpretiert:

Die Bestimmung der freien Oberflächenenergie des Festkörpers aus Kontaktwinkeldaten erfolgt in zwei Schritten: Zunächst wird der dispersive Anteil mit Hilfe von mindestens einer rein dispersiven Flüssigkeit bestimmt. Anschließend wird der nicht-dispersive Anteil mit mindestens einer weiteren Flüssigkeit mit polaren Anteilen ermittelt.
Mit diesem zweiten Schritt geht die Methode nach Fowkes über die Original-Literatur hinaus und beschreitet einen ähnlichen Weg wie die Methode nach Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK). Letztere konkretisiert den nicht-dispersiven Anteil als polaren Anteil und erfordert aufgrund eines anderen Rechengangs nur zwei Flüssigkeiten. Die OWRK-Methode wird in der Praxis häufiger angewendet als die Methode nach Fowkes.

Literatur

F. M. Fowkes, Attractive Forces at Interfaces. In: Industrial and Engineering Chemistry 56,12 (1964), P. 40-52.