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Oberflächenbehandlung von Holz

Oberflächenspannung und Kontaktwinkel zur Optimierung des Schutzes und der Verklebung von Holz

Holzoberflächen werden zur Dekoration oder um die Haltbarkeit zu steigern vorbehandelt und beschichtet. Für die Formulierung von Primern, Lasuren oder Lacken sind Kenntnisse der oberflächenchemischen Eigenschaften dieser Stoffe und der verschiedenen Holzarten hilfreich. Messungen der Oberflächenspannung und des Kontaktwinkels helfen bei der Optimierung der chemischen Veredelung sowie der Verklebung von Holz.

Benetzung bei der Behandlung und Beschichtung von Holz

Für das Auftragen von Beschichtungsstoffen ist die Benetzbarkeit des Holzes besonders wichtig, da Holzschutzmittel, Lacke und Lasuren auch in die Rauigkeit der Maserung gelangen müssen.

Tenside in Beschichtungsstoffen verringern die Oberflächenspannung und verbessern auf diese Weise die Benetzung. Unsere Tensiometer messen die Oberflächenspannung präzise und charakterisieren Tenside anhand der kritischen Mizellbildungskonzentration (CMC). Diese ist ein Maß für die Effizienz und beschreibt die Konzentration, oberhalb derer die Oberflächenspannung nicht weiter reduziert wird. Durch Tensidzugabe genau bis zu dieser Konzentration kann kostensparend und umweltschonend dosiert werden.

Messungen des Kontaktwinkels zur Untersuchung der Benetzbarkeit

In Ergänzung zur Benetzungsmessung des flüssigen Holzschutzmittels kann die Benetzbarkeit des Holzes gemessen werden. Aufschlussreich ist auch die Analyse von bereits vorbehandelten Holzoberflächen, die zum Beispiel gebeizt oder grundiert wurden. Die Benetzbarkeit ermitteln unsere Messinstrumente anhand des Kontaktwinkels. Die optische Konturanalyse von Tropfen, die auf die Oberfläche dosiert werden, ist dabei eine zuverlässige Methode.

Als natürliches Material weist Holz zum Teil große lokale Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung und in der Oberflächentextur auf. Zur Oberflächencharakterisierung bieten sich Kontaktwinkelmessungen nach der Wilhelmy-Methode mit unserem Force Tensiometer – K100 an, da hier ein Mittelwert über eine größere Fläche gemessen wird.

Die Differenz zwischen dem bei der Benetzung (Fortschreitwinkel) und der Entnetzung (Rückzugswinkel) gemessenen Kontaktwinkel wird als Hysterese bezeichnet. Diese Größe beschreibt den Einfluss der bei Holz sehr wichtigen Rauigkeit auf die Benetzung.

Die Benetzung an Spänen oder Holzmehl kann mit unserem Tensiometer K100 mittels der Washburn-Methode zur Kontaktwinkelmessung untersucht werden. Zum Beispiel kann die Benetzung zwischen zerkleinertem Holz und Bindemitteln untersucht werden, um die Homogenität von Holzwerkstoffen zu optimieren.

Berechnung der Haftung und der Langzeitstabilität

Bei der Lackschicht und besonders beim Verkleben der Holzoberfläche ist die Haftung des Beschichtungsstoffes entscheidend. Diese kann durch Oberflächenspannungsmessung des flüssigen Beschichtungsstoffs und durch Messung der freien Oberflächenenergie und –polarität des Holzes in Form der Adhäsionsarbeit berechnet werden. Mit Hilfe dieser Informationen können Beschichtungsstoffe auf das Oberflächenenergieprofil des Holzes oder etwa eines Primeranstrichs hin optimiert werden.

Ein weiteres Ergebnis der Messungen ist die Grenzflächenspannung an der Schichtgrenze, welche die inhärente Instabilität der Beschichtung beschreibt. So kann eingeschätzt werden, wie leicht die Beschichtung durch Wasser abgelöst werden kann, das durch feine Risse eindringt (Delamination).

Qualitätskontrolle von beschichteten Holzoberflächen

Die Schutzfunktion von Holzbeschichtungen besteht darin, dass das ursprünglich hydrophile Material eine hydrophobe Oberfläche erhält und so gegen Nässe geschützt wird. Der Beschichtungseffekt kann unmittelbar durch Messung des Wasserkontaktwinkels überprüft werden, um die Qualität der Beschichtung zu optimieren. Unser Instrument Mobile Surface Analyzer – MSA ermöglicht solche Tests direkt vor Ort, zerstörungsfrei, auf sehr großen Flächen und selbst auf senkrechten Wänden. Wiederholungsmessungen im Zuge von Bewitterungstests geben Aufschluss über den Langzeitschutz durch die Beschichtung.

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.

AR263: Der Nässe keine Chance! Grenzflächenwissenschaft für optimalen Holzschutz

Mittels Kontaktwinkelmessungen werden Grenzflächenspannungen zwischen unterschiedlich vorbehandelten Hölzern und zwei Coatings untersucht. Eines der Coatings eignet sich insgesamt weniger und ist nur bei stark vorbehandeltem Schiffsbauholz überlegen.

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