• Klebeband

    Klebeband

Adhäsion im Allgemeinen

Messung der Benetzung und Haftung beim Verkleben oder Beschichten

Als einer der zentralen Begriffe der Grenzflächenchemie bezeichnet Adhäsion das Aneinanderhaften zweier Phasen, die an einer Grenzflächenschicht in Kontakt stehen. Für Vorgänge wie Kleben, Beschichten oder Drucken beschreiben grenzflächenchemische Größen wie freie Oberflächenenergie und Adhäsionsarbeit die Haftungseigenschaften. Tensiometrische Analysen und Kontaktwinkelmessungen tragen außerdem zur Qualitätssicherung von vorbereitenden Reinigungsschritten sowie von Antihaftbeschichtungen bei.

Fragestellungen rund um die Adhäsion

  • Haftung beim Kleben
  • Stabilität von Farb-, Lack- und anderen Beschichtungen auf festen Oberflächen
  • Drucken und Bedruckbarkeit
  • Qualitätsprüfung von Reinigungsschritten vor dem Kleben oder Beschichten
  • Entwicklung und Prüfung von Antihaftbeschichtungen
  • Haftung von Partikeln und Fasern

Qualitätssicherung von Lösungen für die vorbereitende Reinigung

Verschmutzungen durch Fette und andere Substanzen mit niedriger freier Oberflächenenergie beeinträchtigen die Haftung erheblich. Daher geht dem Verkleben oder Beschichten in der Regel eine Reinigung voraus. Die verwendeten Reinigungsmittel sind in der Regel Tensidlösungen, die durch unsere Tensiometer charakterisiert werden können. Die mit unseren Force Tensiometern gemessene Oberflächenspannung ist ein Maß für die benetzenden Eigenschaften der Lösung. Gute Benetzung ist für einen guten Kontakt mit allen Flächenbereichen des Materials notwendig.

Die Reinigungswirkung von Tensiden beruht auf der Einlagerung hydrophober Stoffe in Tensidmolekülverbände, so genannte Mizellen. Die Konzentration, bei der diese entstehen, heißt kritische Mizellbildungskonzentration (CMC). Sie ist ein Maß für die Effizienz von Tensiden. Unser Force Tensiometer – K100 bestimmt die CMC vollautomatisch und gibt dadurch Informationen für die geeignete Auswahl und Dosierung eines Tensids an die Hand.

Mit unseren Blasendruck-Tensiometern kann der Tensidgehalt von Reinigungsbädern überprüft werden. Dazu kann mit unserem Laborinstrument Bubble Pressure Tensiometer – BP100 eine Eichkurve erstellt werden, die dann an Ort und Stelle für Schnelltests mit unserem mobilen Instrument Bubble Pressure Tensiometer – BP50 verwendet wird.

Kontaktwinkelmessung zur Überprüfung der Reinigung und der Benetzbarkeit

Um zu überprüfen, ob eine Reinigung erfolgreich war, helfen unsere Kontaktwinkelmessinstrumente. Da der Kontaktwinkel sehr sensibel auf chemische Unterschiede an der Oberfläche reagiert, zeigt er bei Messungen an verschiedenen Positionen die Homogenität der Reinigung an. Unser mobiles Instrument Mobile Surface Analyzer – MSA ermöglicht die einfache Prüfung sogar direkt vor Ort, zerstörungsfrei und auf beliebig großen Flächen.

Die Benetzung im Verklebungs- oder Beschichtungsprozess kann unmittelbar anhand des Kontaktwinkels zwischen den beteiligten Stoffen gemessen werden. Möglich sind auch temperierte Messungen, zum Beispiel Untersuchungen der Benetzung eines Schmelzklebers bei der Verarbeitungstemperatur.

Einen großen Einfluss auf die Benetzbarkeit hat auch die Rauigkeit des Festkörpers, weshalb zur Vorbehandlung häufig das Aufrauen der Oberfläche gehört. Kombinierte Messungen des Kontaktwinkels beim Benetzen (Fortschreitwinkel) und beim Entnetzen (Rückzugswinkel) charakterisieren den Einfluss der Rauigkeit auf das Benetzungsverhalten.

Berechnung der Haftung und Langzeitstabilität

Die freie Oberflächenenergie ist eine der wichtigsten Einflussgrößen für die Haftung an einem Festkörper. Festkörper mit hoher freier Oberflächenenergie, wie zum Beispiel viele Metalle, lassen sich in der Regel leichter beschichten oder verkleben. Bei Materialien mit niedriger freier Oberflächenenergie, besonders bei Kunststoffen, wird diese häufig durch Verfahren wie Corona,- Plasma- oder Flammbehandlung sowie chemische Behandlung erhöht.

Die freie Oberflächenenergie kann anhand von Kontaktwinkelmessungen mit mehreren Flüssigkeiten bestimmt werden. Mit Hilfe einer getrennten Charakterisierung beider Phasen kann die Adhäsionsarbeit als Maß für die Haftung berechnet werden. Auf diese Weise können beide Phasen auf ein Klebe- oder Beschichtungsergebnis hin optimiert werden. Den Erfolg einer Vorbehandlung gibt besonders der polare Anteil der freien Oberflächenenergie wieder, welcher häufig durch das Einbringen polarer Gruppen in die Oberfläche erhöht wird.

Die Grenzflächenspannung zwischen Material und Beschichtungsstoff ist ein Maß für die inhärente Stabilität der Verbindung. Dieser Wert sollte möglichst gering sein; bei hoher Grenzflächenspannung kann sich die Beschichtung leichter ablösen (delaminieren), zum Beispiel wenn Wasser durch kleine Risse eindringt.

Alle genannten Größen können auch an Pulvern oder Fasern bestimmt werden. Mit dieser Methode lassen sich zum Beispiel auch die Faserhaftung bei Verbundwerkstoffen oder die Haftung von Schmutzpartikeln an Wänden berechnen.

Charakterisierung von Antihaftbeschichtungen und selbstreinigenden Oberflächen

Bei Kochgeschirr oder Sanitärkeramik beispielsweise ist eine möglichst geringe Haftung erwünscht. Die Qualität von Antihaftbeschichtungen, etwa aus PTFE oder Silikon, kann ebenfalls anhand des Kontaktwinkels oder der freien Oberflächenenergie bestimmt werden. Dabei sind ein hoher Wasserkontaktwinkel und eine niedrige freie Oberflächenenergie erforderlich.

Für sehr hydrophobe, selbstreinigende Oberflächen mit minimaler Haftung ist der Abrollwinkel maßgeblich. Dieser wird mit Hilfe von Neigeeinrichtungen für unsere Tropfenkonturanalyse-Instrumente gemessen. Der Abrollwinkel sagt aus, bei welcher Oberflächenneigung ein aufdosierter Tropfen von der Oberfläche rollt oder gleitet.

KRÜSS Applikationsberichte

AR272: Warum Testtinten nicht die ganze Wahrheit über die freie Oberflächenenergie sagen

Bei 16 Materialien und plasmabehandelten Polymeren wird die SFE mit Kontaktwinkeln und Testtinten bestimmt. Die zum Teil großen Unterschiede beim Methodenvergleich erklären sich dadurch, dass Tintentests die polaren Anteile der SFE nicht berücksichtigen.

AR271: Wettability of carbon fibres using single-fibre contact angle measurements - a feasibility study

Die sehr geringen Benetzungskräfte an einer Carbonfaser können mit Hilfe eines Einzelfaser-Kontaktwinkelmessgerätes K100SF gemessen werden. Unterschiede im Mittelwert gehen über die Streubreite hinaus und quantifizieren somit die Benetzbarkeit der Fasern.

AR264: Leichtes Metall, schwer zu kleben

Untersucht werden Aluminiumlegierungen, die in Konversionsbädern auf die Verklebung im Fahrzeugbau vorbereitet werden. Verweilzeit und Temperatur haben bei verschiedenen Legierungen unterschiedliche Auswirkungen auf die gemessene freie Oberflächenenergie.

AR264: Leichtes Metall, schwer zu kleben

Untersucht werden Aluminiumlegierungen, die in Konversionsbädern auf die Verklebung im Fahrzeugbau vorbereitet werden. Verweilzeit und Temperatur haben bei verschiedenen Legierungen unterschiedliche Auswirkungen auf die gemessene freie Oberflächenenergie.

AR262: Der Einfluss einer Sauerstoff-Helium-atmosphärischen Plasmabehandlung auf Kunststoffe für den medizinischen Einsatz

Oberflächenmodifikation von Polymeren mittels Plasmabehandlung verbessert die Benetzbarkeit durch Wasser deutlich. Dieser Befund lässt eine höhere Biokompatibilität der Kunststoffe beim medizinischen Einsatz erwarten.

AR256: Wie Kunststoffe ihre Wasserscheu verlieren

Die Erhöhung der Oberflächenpolarität durch Ozonbehandlung wird bei den Kunststoffen POM und PBT anhand von Kontaktwinkelmessungen nachgewiesen. Die Ergebnisse zeigen zudem einen unterschiedlichen Einfluss der Einwirkdauer auf die Oberflächenaktivierung.

AR207: Druckprozesse aus der Sicht der Grenzflächenphysik

Feuchtmittel, Farben und die druckenden und nicht druckenden Bereiche von Druckplatten werden hinsichtlich der Oberflächenspannung bzw. -energie charakterisiert. Der Artikel zeigt, wie die Qualität dieser Komponenten auf Basis der Ergebnisse beurteilt werden kann.