Netzmittel

Netzmittel oder Benetzungsmittel sind Substanzen, die in wässrigen Lösungen und Gemischen für eine bessere Benetzung und/oder Durchdringung von festen Materialien sorgen. Es handelt sich dabei um Tenside, d.h. um Stoffe, welche die Oberflächenspannung von Wasser reduzieren. Sie werden in einer Vielzahl industrieller Produkte und Prozesse genutzt und kommen auch in der Natur vor.

Wozu werden Netzmittel benötigt?

Überall dort, wo eine Flüssigkeit nicht abperlen, sondern eindringen, haften oder sich verteilen soll, sind Netzmittel im Einsatz. Insbesondere beim Kontakt wässriger Flüssigkeiten mit Kunststoffen und anderen, schlecht benetzbaren Materialien mit geringer freier Oberflächenenergie sind Netzmittel ein wichtiger Bestandteil der Formulierung. Beispiele dafür sind Tinten und Lacke oder auch Pflanzenschutzmittel.  

Worauf beruht die Wirkung von Netzmitteln?

Wasser hat eine hohe Oberflächenspannung und zieht sich deshalb eher zu Tropfen zusammen, statt mit anderen Materialien eine gemeinsame Grenzfläche zu bilden. Die als Netzmittel verwendeten Tenside verringern die Wasser-Oberflächenspannung und im Zuge dessen auch die Grenzflächenspannung im Kontakt mit dem festen Material. So sorgen Netzmittel für eine bessere Ausbreitung auf der Oberfläche und eine effektivere Durchdringung poröser Materialien.

Wo werden Netzmittel eingesetzt?

Bei unzähligen technischen Vorgängen ist es erforderlich, die Oberflächenspannung wässriger Lösungen zu reduzieren, um die Benetzung und Durchdringung von Feststoffen zu verbessern. Häufig erfüllen die als Netzmittel eingesetzten Tenside dabei mehr als eine Aufgabe.

Farben, Lacke & andere Coatings 

In flüssigen Formulierungen für Druck-, Lackier- und Beschichtungsvorgänge verbessern Netzmittel die Ausbreitung und in der Folge auch die Endhaftung auf dem Substrat. Sind Farbpigmente und andere Pulver enthalten, verbessern dieselben Tenside als Dispergiermittel auch die Verteilung in der Flüssigkeit und wirken Klumpenbildung entgegen.

Pflanzenschutz

Viele Nutzpflanzen sind zur Abwehr von Schimmel und Pilzbefall von Natur aus schlecht benetzbar. Pestizidformulierungen müssen sich hingegen auf den Blättern ausbreiten, damit der Schutz gewährleistet ist und möglichst geringe Mengen des Wirkstoffs in den Boden gelangen. Daher spielen Netzmittel in der Agrarchemie eine wichtige Rolle.

Brandbekämpfung

Für das Löschen von Bränden wird oft so genanntes Netzwasser verwendet, dessen Tensidzusätze schon in geringer Konzentration die Benetzung und Durchdringung brennbarer Materialien verbessern. So steigern Netzmittel die Lösch- und Kühlwirkung und verhindern, dass sich das Brandgut erneut entzündet. Die erforderliche Wassermenge reduziert sich durch den Wirkstoff um bis zu 50%, wodurch u. A. Folgeschäden durch das Löschwasser eindämmt werden.

Galvanik

Bei galvanischen Beschichtungen verhindern Netzmittel Lufteinschlüsse und das Anhaften von Gasblasen, die ggf. im chemischen Prozess entstehen. Zugleich sorgen sie für die Reinigung der Materialien und mobilisieren anhaftende Öle und Fette durch Einbindung in Mizellen.

Textilindustrie

Netzmittel werden beim Färben von Textilien eingesetzt, um eine schnelle, vollständige Benetzung des Gewebes zu ermöglichen. Davon zu unterscheiden sind Egalisiermittel, die den Färbeprozess steuern und verlangsamen. Sie adsorbieren entweder direkt auf die Faser auf oder binden an den Farbstoff, wodurch sie für ein ‚egales‘ (= gleichmäßiges) Ergebnis sorgen und lokale Überfärbungen verhindern. In der Regel handelt es sich bei beiden Hilfsstoffen um Tenside und häufig wird sogar ein und dieselbe Substanz für beide Zwecke verwendet.  

Reinigen und Waschen

Als Detergenzien verwendete Tenside kombinieren die benetzungsfördernde Wirkung mit der Fähigkeit, hydrophobe Partikel und Flüssigkeiten zu binden und in der Spüllösung oder Waschlauge zu mobilisieren.

Wie wird die Wirkung von Netzmitteln gemessen?

Die Wirksamkeit eines Netzmittels und das Benetzungsverhalten flüssiger Formulierungen können anhand verschiedener Methoden der Grenzflächenanalytik untersucht werden.

Kraft-Tensiometrie: Messung der Oberflächenspannung

Da die Wirkung eines Netzmittels darin besteht, die Oberflächenspannung zu reduzieren, ist die OFS einer Formulierung das wichtigste Kriterium. Force Tensiometer bieten dafür verschiedene Messverfahren, zum Beispiel die Plattenmethode nach Wilhelmy.

Ein Netzmittel ist umso effektiver, je niedriger der minimale OFS-Wert einer wässrigen Lösung des Wirkstoffs ist. Wie effizient ein Netzmittel ist, richtet sich nach der Konzentration, bei welcher der minimale OFS-Wert erreicht wird. Dieser Tensidgehalt wird als kritische Mizellbildungskonzentration (CMC) bezeichnet und kann anhand von Konzentrationsreihen automatisch bestimmt werden.

Kontaktwinkelmessung: Charakterisierung der Benetzung

Der Kontaktwinkel beschreibt die „Rundheit“ eines dosierten Tropfens auf einer Oberfläche und ist ein direktes Maß für die Benetzbarkeit durch eine Flüssigkeit. Die entsprechende Messmethode heißt Tropfenkonturanalyse. Sie ermöglicht zum einen direkte Messungen flüssiger Formulierungen auf dem Feststoff. Zum anderen kann das Material anhand von Standard-Testflüssigkeiten charakterisiert werden, um mithilfe der freien Oberflächenenergie ein Benetzbarkeitsprofil zu erstellen. Dieser Wert gibt einen Anhaltspunkt, um optimal benetzender, flüssige Formulierungen gezielt herzustellen.

Blasendruck-Tensiometrie: Bestimmung des Zeitverhaltens

Nach der Entstehung einer neuen Oberfläche benötigen die Tensidmoleküle Zeit, um sich an dieser Oberfläche anzureichern und dort ihre Wirkung zu entfalten – die OFS hängt also vom Oberflächenalter ab. Bei dynamischen Prozessen wie Sprühlackierung oder dem Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln ist es wichtig, dieses Zeitverhalten bei der Formulierung zu berücksichtigen.

Für Messungen der zeitabhängigen, dynamischen Oberflächenspannung werden Blasendrucktensiometer verwendet, welche die OFS in einem breiten Oberflächenalterbereich erfassen. An der resultierenden Messkurve lässt sich ablesen, ob die OFS in der jeweiligen Tropfenflugzeit bis zum Kontakt mit der Oberfläche weit genug gesunken ist und mit einer guten Benetzung gerechnet werden kann.