Beschreibung

Prüfung von Benetzungseigenschaften

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Bestimmung der Benetzbarkeit von Festkörperoberflächen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Test-Kit mit zugehörigem Verfahren mit welchem Benetzungseigenschaften von Flüssigkeiten, bevorzugt Lösungen (Formulierungen) von Wirkstoffen, insbesondere agrochemischen Wirkstoffen, auf einfache Art und Weise geprüft werden können.

Verfahren zur Bestimmung der Benetzung und Benetzbarkeit sind bekannt. Im Gebiet der Grenzflächenphysik wird die Interaktion flüssiger und fester Stoffe durch die Betrachtung der Verhältnisse der Ober- und Grenzflächenspannung der beteiligten Phasen und Phasengrenzen beschrieben.

Die Verhältnisse werden anschaulich durch die Young-Gleichung [Young, T., Phil. Trans. Roy. Soc. (1805), 95, S. 65 und Girifalco, L. A., Good, R. J., J. Phys. Chem. (1957), 61 , S. 904; ibid. (1960), 64, S. 561] beschrieben: Ein Flüssigkeitstropfen auf einem ideal glatten Festkörper bildet an seinem Rand eine Grenzlinie, an der sich die drei Phasen treffen. Die Tropfenform, als sich einstellende Eigenschaft, gibt die herrschenden Verhältnisse der Grenz- und Oberflächenspannungen - d.h. Energien - wieder.

Durch Anlegen einer Tangente an den Punkt, wo der aufgesetzte Flüssigkeitstropfen die Festkörperoberfläche und die Umgebungsphase (meist Luft) berührt, wird der Kontaktwinkel ermittelt. Der Kontaktwinkel Q wird auch Rand-, Young- oder Benetzungswinkel genannt und er kann Werte in den Grenzen 0° < Q < 180° annehmen. Man sagt, eine Flüssigkeit wirkt benetzend bzw. ein Festkörper ist durch sie benetzbar oder ist benetzt, wenn der Kontaktwinkel Q < 90° beträgt. Die Güte der Benetzung ist im Kontaktwinkel indirekt proportional (z.B. der Kontaktwinkel von Quecksilber auf Glas beträgt etwa 138°, da Glas von Quecksilber nicht benetzt wird;

der Fall Q = 0° = totale Benetzung bzw. Spreitung oder Q = 180° = totale Nicht- Benetzung tritt in der Wirklichkeit allerdings nicht auf).

Der Kontaktwinkel zwischen einer Flüssigkeit und einem Festkörper, als Maß für die energetische Wechselwirkung zwischen dem Festkörper und der Flüssigkeit, wird meist nach der Methode des liegenden Tropfens bestimmt. Eine weitere Möglichkeit ist die "captive-bubble'-Methode, die sich für Materialien eignet, die feucht gehalten werden müssen, wie etwa biologische Proben oder manche Membranen. In beiden Fällen wird an den Dreiphasenpunkt eine Tangente angelegt, deren Winkel zu der Festkörperoberfläche als Kontaktwinkel definiert ist. Alternativ kann der

Kontaktwinkel auch aus der Tropfenkontur durch verschiedene rechnerische Verfahren (z.B. über Young-Laplace-Gleichung) bestimmt werden.

Die Messung der Kontaktwinkel erfolgt über spezifische Apparaturen, wie Kontaktwinkel-Messsysteme (z.B. von der Fa. Krüss GmbH, Deutschland; www.kruss.de).

Diese Verfahren liefern genaue Messergebnisse bezüglich der Benetzungseigenschaften. Jedoch sind die Kontaktwinkel-Meßsysteme bei Bestimmungen der Benetzungseigenschaften auf den erfindungsgemäßen und natürlichen Oberflächen, wie Pflanzen- und Insektenkutikula sowie Haut, nicht oder nur bedingt anwendbar, da oft eine zu schnelle Benetzung (Spreitung) stattfindet. Bei biologischen Oberflächen kann andererseits durch Penetration der grenzflächenaktiven Komponenten und/oder weiterer Komponenten das Ergebnis verfälscht werden. Vielmehr werden in diesen Fällen kostengünstige und einfache, vom Laien durchführbare Schnelltests, mit denen Unterschiede in den Benetzungseigenschaften von Flüssigkeiten festgestellt werden können, vorgezogen.

Diese basieren auf definierten Oberflächenprofilen. Messungen der

Benetzungseigenschaften von Flüssigkeiten auf Oberflächen mit definierten Oberflächenprofilen sind aus der Literatur bekannt (Apel-Paz, M. et al. "Spreading of

liquids on rough surfaces" in: Colloids And Surfaces A (Physicochemical and Engineering Aspects), Elsevier Netherlands, Bd. 146, Januar 1999, Nr. 1-3, S. 273- 279; Bikerman JJ. "Surface roughness and contact angle" in: Journal Of Physical And Colloid Chemistry USA, Bd. 54, Mai 1950, S. 653-658). Dabei werden unterschiedliche Materialien (Glass, Edelstahl) mit definierten Rauhigkeiten eingesetzt und der Kontaktwinkel bzw. die mittlere belegte Fläche durch die gespreitete Flüssigkeit bestimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, anhand der bekannten Sachverhalte einen Schnelltest bereitzustellen, mit dem ein unterschiedliches Benetzungsverhalten der zu prüfenden Flüssigkeiten gut erkannt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein spezielles Test-Kit mit dem die Spreitungsverhältnisse auf natürlichen Oberflächen simuliert werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ein Test-Kit bestehend aus einer Grundplatte (Träger), vorzugsweise 8,5 x 12,5 cm, mit kreisförmig aufgerauten Segmenten, vorzugsweise 12, mit einem Durchmesser von je 2-3 cm, und einer Deckelplatte, wobei der Träger dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus Material aus der Gruppe der Thermoplaste besteht und sein Oberflächenprofil im Mittel eine Rillentiefe (MRT) von 2-10 μm und im Mittel eine Rillenbreite (MRB) von 2-10 μm aufweist.

Bevorzugte Träger werden ausgewählt aus der Gruppe der Thermoplaste und besonders bevorzugt aus der Gruppe der Polystyrole und Polyvinylchloride.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der

Benetzungseigenschaften von Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit auf Trägern des erfindungsgemäßen Test-Kits aufgebracht wird, deren Oberflächenprofil und Beschaffenheit (Material) die oben genannten Spezifikationen aufweist.

Form und Größe des Trägers stellen, bei Einhaltung des Mindestmaßes (2,3 cm im Kreisdurchschnitt einer speziell behandelten Fläche) keine Limitation dar und

können daher entsprechend beliebig gewählt werden. Die bevorzugte Form der Trägerplatte hat eine Fläche von 8,5 x 12,5 cm mit insgesamt 12 Kreissegmenten.

Die zur Bestimmung ihrer Benetzungseigenschaften verwendeten Flüssigkeiten müssen nur über eine ausreichende Viskosität verfügen, um im erfindungsgemäßen Test-Kit und zugehörigen Verfahren eingesetzt werden zu können. Ihre Zusammensetzung stellt für die Durchführung des Verfahrens keine Limitation dar und kann daher beliebig sein.

Bevorzugt sind Flüssigkeiten, die als Lösungen Wirkstoffe enthalten. Diese Wirkstoffe können aus den Bereichen Pharma, Tiergesundheit, Kosmetik und Pflanzenschutz stammen, bevorzugt aus dem Bereich Pflanzenschutz, ganz besonders bevorzugt aus dem Bereich Pflanzenschutz-Herbizide. Die Wirkstoffe können entweder unformuliert oder formuliert in den Lösungen angesetzt werden. Bevorzugt ist die Verwendung formulierter Wirkstoffe für den Ansatz der Lösungen.

Zur Aufbringung der Flüssigkeit auf dem Träger können unterschiedliche Techniken verwendet werden. Bevorzugt sind hierbei Tropf- und Pipettiervorgänge, ganz besonders bevorzugt Pipettiervorgänge.

Die Bestimmung der Benetzungseigenschaften erfolgt entweder anhand der Spreitung auf einer festgelegten Fläche aufgrund der gemessenen Zeit oder anhand einer festgelegten Zeit aufgrund der gemessenen Fläche, die die Flüssigkeit benetzt hat. Bevorzugt ist die Bestimmung aufgrund der festgelegten Fläche.

Zur Unterstützung der Bestimmung der Benetzungseigenschaften können Farb- und/oder Fluoreszenz-Stoffe oder ähnliches den zu messenden Flüssigkeiten beigemischt werden.

Die Ermittlung der Benetzung von oben beschriebenen Flüssigkeiten erfolgt mit Hilfe des Test-Kits nach Applikation eines Tropfens in beschriebener Weise und anschließender optischer Beurteilung seines Fließverhaltens.

Das oben beschriebene Test-Kit wird u.a. unter der Bezeichnung 'ODesi-Test-Kit' eingesetzt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Test-Kits, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenprofil durch mechanische und/oder chemische Aufrauhung erzielt wird. Die mechanische Aufrauhung erfolgt bevorzugt durch Schleifpapier, Schleifbürste und/oder Sandstrahlung. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung einer rotierenden Schleifbürste mit folgender Spezifikation:

- Drahtbürste mit ca. 300-500 Borsten auf 2 cm ² ,

- Borstendurchmesser 130 + 10 μm,

- 20 000 Umdrehungen pro Minute,

- 200 -300 g Anpressdruck, - Dauer: 2-3 Minuten.

Weiterhin Gegenstand der Erfindung sind die Verwendung des erfindungsgemäßen Test-Kits und zugehörigen Verfahrens zur Bestimmung von Benetzungseigenschaften von Flüssigkeiten.

Die Erfindung wird durch die Beispiele näher erläutert ohne sie darauf zu beschränken.

Beispiele:

1. Vergleichsversuche zur Ermittlung des Oberflächenprofils eines Trägers zur Simulation von Pflanzenblattoberflächen

1.1 Versuchsdurchführung Unterschiedliches Trägermaterial wurde kreisrund ausgeschnitten (Durchmesser 5 cm). Nach einer Behandlung der Oberfläche zur Erzielung unterschiedlicher Oberflächenprofile wurde mit einer 0,5 - 10 μl Eppendorfpipette jeweils ein Tropfen

von 8 μl_ auf die verschiedenen Träger aufgebracht und das Spreitverhalten in Abhängigkeit von der Zeit gemessen.

Die für die Versuche verwendete Lösung bestand aus einer Spritzbrühe, hergestellt aus der Handelsformulierung des Produktes 'Atlantis OD ¹ (zugelassen in Deutschland unter der Nr. 5938-00, Vertrieb durch Bayer CropScience).

1.2 Tabelle 1 : Ergebnisse (MRT = Mittlere Rillentiefe in μm; MRB = Mittlere Rillenbreite in μm)

Anmerkungen:

(1 ) Behandlung mit rotierender Drahtbürste (gemäß Spezifikationen im Text);

(2) Behandlung mit Schleifpapier (Körnung in Klammern, wie 60er, 150er, 400er); n.b. = Vorversuche, MRT und MRB nicht bestimmt bzw. nicht bestimmbar.

1.3 Tabelle 2: Ergebnisse (MRT = Mittlere Rillentiefe in μm; MRB = Mittlere Rillenbreite μm)

Anmerkungen: ^* ) Blatt der Pflanze Schefflera arboricola;

(1 ) Behandlung mit rotierender Drahtbürste (gemäß Spezifikationen im Text);

(2) Behandlung mit Schleifpapier (Körnung in Klammern); n.b. = nicht bestimmt bzw. nicht bestimmbar; sek. = Sekunden.

1.4 Diskussion der Ergebnisse

Die Ergebnisse in der Tabelle 1 zeigen den Einfluss verschiedener

Oberflächenprofile, die durch verschiedene Verfahren der Träger-Herstellung auf verschiedenartigen Materialien erzielt wurden. So erwies sich das Oberflächenprofil aus Teflon und Glas als ungeeignet für ein Test-Kit und das dazugehörige Verfahren, da keine oder eine zu geringe Spreitung stattfand.

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Bestimmung von Benetzungseigenschaften auf verschiedenenTrägem im direkten Vergleich mit einer natürlichen Oberfläche. In diesem Beispiel wurde versucht ein geeignetes Material und Oberflächenprofil zur Simulation der Spreitung auf einem Pflanzenblatt zu finden. Für diesen Fall scheint das Oberflächenprofil, gekennzeichnet durch eine MRT von 2 - 10 μm und eine MRB 2 - 10 μm am besten geeignet zu sein, so wie es auch im erfindungsgemäßen Test-Kit und zugehörigen Verfahren verwendet wird.

Für andere natürliche Oberflächen können andere erfindungsgemäße Träger mit entsprechenden Oberflächenprofilen, gekennzeichnet jeweils durch spezielle MRT- und MRB-Werte, notwendig sein. Diese Werte können dann wie in den vorliegenden Beispielen ermittelt werden. Dabei ist es unerheblich mit welchen Verfahren der Träger-Herstellung das zur Bestimmung von Benetzungseigenschaften hierfür notwendige Oberflächenprofil erzielt wird.