Methode nach Wu

Die Methode nach Wu (Wu-Methode) ist eine Methode zur Berechnung der freien Oberflächenenergie eines Festkörpers aus dem Kontaktwinkel mit mehreren Flüssigkeiten. Die freie Oberflächenenergie wird dabei in einen polaren Anteil und einen dispersiven Anteil aufgespaltet.

Hintergund

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.
Anknüpfend an die 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 harmonischer Mittelwert eines dispersiven Anteils σD und eines polaren Anteils σP der Oberflächenspannung bzw. freien Oberflächenenergie interpretiert:

Zur Bestimmung der freien Oberflächenenergie des Festkörpers werden mindestens zwei Flüssigkeiten mit bekannten dispersiven und polaren Anteilen der Oberflächenspannung benötigt, wobei mindestens eine der Flüssigkeiten einen polaren Anteil > 0 aufweisen muss.
Zur Berechnung wird für jede mögliche Kombination zweier Flüssigkeiten eine Gleichung aufgestellt – aus n Flüssigkeiten ergeben sich (n2-n)/2 Gleichungen mit entsprechend vielen Teilergebnissen. Die resultierende freie Oberflächenenergie ist der arithmetische Mittelwert aus den Teilergebnissen.
Die empirische Grundlage der Methode bilden Grenzflächenspannungsmessungen zwischen Polymerschmelzen, also Materialien mit vorwiegend geringer Oberflächenspannung der Einzelphasen. Entsprechend wird die Wu-Methode zur Oberflächenenergie-Berechnung meist für Polymere mit geringer Oberflächenenergie verwendet (bis 40 mN/m).

Literatur

S. Wu, Calculation of Interfacial Tensions in Polymer Systems. In: J. Polym. Sci. 43 (1971), P.19-30.
S. Wu, Polar and Nonpolar Interaction in Adhesion. In: J. Adhesion 5 (1973), P. 39-55.