Kontaktwinkelmessung oder Testtinten?

Eine Vergleichsstudie aus unserem Labor zu Testtinten

Die Qualität beim Fügen, Beschichten oder Bedrucken von Werkstoffoberflächen wird wesentlich durch die Benetzbarkeit bestimmt, die eng mit der freien Oberflächenenergie (SFE) verbunden ist. Die Bestimmung der SFE ist daher eine wichtige Aufgabe der Qualitätssicherung. Die Messung des Kontaktwinkels löst hierbei zunehmend die Oberflächenprüfung mit Testtinten als Messmethode ab. Dafür gibt es gute Gründe, wie Dr. Thomas Willers, Leiter des unseres KRÜSS Schulungszentrums, und sein Team anhand einer umfangreichen Studie demonstrieren konnten. Mit beiden Methoden untersuchten sie eine Fülle von Materialien wie Kunststoffe, Glas und Silizium sowie Glimmer bis hin zu Aluminium. Zusätzlich verglichen die Wissenschaftler unbehandelte und plasmabehandelte Oberflächen. Die Ergebnisse der Studie hat Dr. Willers erstmalig auf der 10. europäischen Adhäsions-Konferenz EURADH (22. bis 25. April 2014) in Alicante vorgestellt.

Die beiden untersuchten Testtintensets bestanden jeweils aus einer Reihe von Flüssigkeiten mit eingestellter Oberflächenspannung. Der Tintentest beruht auf der Annahme, dass die SFE des Festkörpers mit der Oberflächenspannung derjenigen Tinte übereinstimmt, die auf der Probe gerade einen stabilen Film bildet. Kontaktwinkelmessungen mit mehreren Flüssigkeiten charakterisieren die Oberfläche näher, indem die SFE in polare und dispersive Wechselwirkungskomponenten gesplittet wird. Im Rahmen der Studie wurden für die Kontaktwinkelmethode die Standard-Testflüssigkeiten Wasser und Diiodmethan verwendet.

Der Methodenvergleich ergab für viele der untersuchten Materialien deutlich unterschiedliche Ergebnisse, die durch eine Betrachtung der Wechselwirkungen verständlich werden. Dem Modell nach OWRK zufolge kann es bei Wertegleichheit zwischen Oberflächenspannung und SFE - entgegen der Annahme beim Tintentest - zu unvollständiger Benetzung kommen. Nur wenn Flüssigkeit und Festkörper auch hinsichtlich ihrer polaren und dispersiven Wechselwirkungsanteile gleich sind, ist die Benetzung vollständig.

Die Kenntnis des polaren Anteiles der SFE ist besonders wichtig für Oberflächenaktivierungen wie Plasma- oder Flammbehandlung. Diese Verfahren polarisieren die Oberfläche und bereiten sie auf den Kontakt mit polaren Flüssigkeiten vor. Darüber hinaus können auf Basis des Zweikomponentenmodells die Adhäsion eines Beschichtungsstoffs und die Grenzflächenspannung berechnet werden, welche mit der Langzeitstabilität einer Verbindung einhergehen kann.

Unser neuer, innovativer Mobile Surface Analyzer – MSA misst die freie Oberflächenenergie mit zwei Flüssigkeiten mobil und vollautomatisch nach der von uns entwickelten „One-Click SFE“ Methode. Mit einem Klick dosiert das MSA zwei parallele Tropfen mit anschließender Messung der Kontaktwinkel und Berechnung der freien Oberflächenenergie. Das alles geschieht vollautomatisch innerhalb einer Sekunde. Dadurch ist die SFE-Messung mit dem MSA nicht nur aussagekräftiger, sondern zumeist sogar deutlich schneller als ein Tintentest. Im Gegensatz zum Tintentest sind Messungen selbst an senkrechten Flächen und über Kopf sowie auf konkaven Oberflächen möglich.

Weitere Informationen: Applikationsbericht zu Testtinten