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Warum Testtinten nicht die ganze Wahrheit über die freie Oberflächenenergie sagen

Eine Vergleichsstudie zwischen Testtinten und Kontaktwinkelmessungen aus unserem Labor

Für die Behandlung von Materialien vor der Beschichtung, Verklebung oder Bedruckung gibt es eine Reihe von Verfahren zur Aktivierung der Oberfläche. Dazu gehören thermische oder elektrische Verfahren wie Plasma-, Flamm- oder Koronabehandlung sowie die chemische Behandlung mit oxidierenden Gasen. Ebenso wichtig sind Reinigungsschritte, welche hydrophobe Substanzen von der Oberfläche entfernen. All diese Methoden erhöhen die freie Oberflächenenergie (SFE) und verbessern so die Benetzbarkeit und Haftung.

 

Normen wie DIN 55660 für Beschichtungsstoffe und DIN EN 828 für Klebevorgänge legen die Kontaktwinkelmessung als Methode fest, um die SFE von Oberflächen zu bestimmen und den Effekt einer aktivierenden oder reinigenden Vorbehandlung zu prüfen. Daneben werden häufig noch Testtinten eingesetzt, welche die SFE anhand von Flüssigkeiten mit eingestellter Oberflächenspannung (OFS) wiedergeben sollen.

 

Gemäß der Testtintenmethode kommt es bei Wertegleichheit zwischen SFE des Festkörpers und OFS der Flüssigkeit immer zu vollständiger Benetzung. Viele wissenschaftliche Autoren haben diese Benetzungstheorie widerlegt und gezeigt, dass erst eine Analyse der polaren und dispersiven Wechselwirkungsanteile der SFE und der OFS ein vollständiges Bild der Benetzung ergeben. Kontaktwinkelmessungen, welche diese Wechselwirkungen einbeziehen, und Tintentests sollten demnach zu abweichenden Bewertungen von Oberflächen und damit auch zu unterschiedlichen Einschätzungen der Qualität einer Vorbehandlung führen.

 

In der vorliegenden Studie haben wir für 13 sehr unterschiedliche Materialien SFE-Ergebnisse aus Kontakt­winkelmessungen mit denen aus Tintentests verglichen. Darüber hinaus nahmen wir Vergleichsmessungen an drei plasmabehandelten Kunststoffen vor. Sowohl die wenigen übereinstimmenden Ergebnisse als auch die große Zahl von Abweichungen können wir dabei schlüssig erklären, indem wir den Einfluss polarer und dispersiver Wechselwirkungen berücksichtigen. Es zeigt sich, dass das SFE-Ergebnis eines Tintentests für viele Proben in Frage gestellt werden muss. Daneben weisen wir in diesem Artikel auf einige in der Messpraxis liegende Vorteile der Kontaktwinkelmethode hin.      

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