Oberflächenbehandlung von Polymeren

Kontaktwinkelmessungen zur Bestimmung von Benetzbarkeit und Adhäsion

Der Einsatz wasserbasierter Druck-, Verklebungs- oder Beschichtungssubstanzen verlangt optimale Vorbehandlungsschritte für hydrophobe Kunststoffoberflächen. Die unterschiedlichen Methoden wie Koronaverfahren, Flammbehandlung oder Plasmabehandlung sowie chemische Einwirkung von Ozon oder Fluor erhöhen die freie Oberflächenenergie und sorgen so für verbesserte Benetzung, Anfangshaftung und Langzeitstabilität.

Unsere Messinstrumente zur Tropfenkonturanalyse bestimmen den Kontaktwinkel als Maß für die Benetzbarkeit. Anhand einer Charakterisierung der freien Oberflächenenergie kann der Effekt der Behandlung für Benetzung und Adhäsion genau erfasst und auf die für den Kontakt vorgesehenen Stoffe hin optimiert werden.

 

 

Einsatzbereiche der Oberflächenvorbehandlung von Kunststoffen
  • Lackierungen oder andere Beschichtungen
  • Bedrucken von Kunststoffteilen und Folien
  • Verkleben und Dichten
  • Erhöhung der Biokompatibilität von Implantaten

 

 

Charakterisierung der Benetzbarkeit anhand des Kontaktwinkels

Die hohe Oberflächenspannung von Wasser führt im Kontakt mit den in der Regel niedrigenergetischen Polymeroberflächen zu einer geringen Benetzung. Durch die Vorbehandlung wird die freie Oberflächenenergie erhöht und dadurch die Wasserbenetzung verbessert.

Der Unterschied in der Benetzung vor und nach der Behandlung kann anhand des Kontaktwinkels mit unseren Instrumenten zur Tropfenkonturanalyse gemessen werden. Mit Hilfe unserer mobilen Messtechnik kann zur Qualitätssicherung der Kontaktwinkel direkt vor Ort und auch bei großen Proben zerstörungsfrei gemessen werden.

 

 

Bestimmung der freien Oberflächenenergie

Aus Kontaktwinkeldaten mit mehreren Flüssigkeiten kann die freie Oberflächenenergie berechnet  werden. Unsere Messinstrumente mit Dosiereinheiten für bis zu acht Flüssigkeiten quantifizieren so den Erfolg einer Vorbehandlung. Wiederholungsmessungen in größeren Zeitabständen erlauben eine Einschätzung der Langzeitwirkung der Behandlung.

Erhöht wird die freie Oberflächenenergie vor allem durch den Einbau polarer Gruppen in die Polymeroberfläche. Die Aufspaltung der freien Oberflächenenergie in einen polaren und einen dispersiven Anteil beschreibt den genauen Grad der Anpassung an polare, wässrige Medien.

 

 

Berechnung der Adhäsion und der Langzeitstabilität

Ein vollständiges grenzflächenchemisches Bild des Kontaktes zwischen Polymer und benetzender Substanz entsteht, wenn auch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit charakterisiert wird. Dann können die Adhäsionsarbeit als Maß für die Anfangsfestigkeit einer Verklebung oder Beschichtung und die Grenzflächenspannung als destabilisierender Faktor berechnet werden.

Mit Hilfe der Pendant-Drop-Methode messen unsere Instrumente die Oberflächenspannung ohne Änderung des Versuchsaufbaus. Die Vorgehensweise für die Gesamtcharakterisierung von Beschichtungsstoff und beschichtetem Material wurde in der Norm DIN 55660 niedergelegt.

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