• Plasmabehandlung (Foto: Diener electronic)

    Plasmabehandlung (Foto: Diener electronic)

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.

KRÜSS Applikationsberichte

TN318: Inline-Prozesskontrolle der Benetzbarkeit durch Kontaktwinkelmessung auf sich bewegenden Oberflächen

Mit einer Machbarkeitsstudie zeigen wir, wie Kontaktwinkelmessungen für unterbrechungsfreie Inline-Prozesskontrollen eingesetzt werden können. Im Mittelpunkt stehen die schnelle Liquid Needle Dosiereinheit und die Software-Schnittstelle ADVANCE API zur Anbindung an Informationssysteme.

AR280: Flammaktivierung von Polymeroberflächen optimieren

Ein Zulieferer für die Automobilindustrie war beim Aufbringen einer Dekorfolie auf flammaktiviertes Polypropylen mit hohen Ausschussraten konfrontiert. Nach ergebnislosen Prüfungen mit Test­tinten gaben Messungen der freien Oberflächenenergie vor Ort Aufschluss über die Ursache des Problems.

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.

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

Oberflächenmodifikation von Polymeren mittels Plasmabehandlung verbessert im Vergleich zu den unbehandelten Materialien 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.

AR253: Correlation of receding water contact angle data with moisture vapor transition rate on corona treated polypropylene packaging film

Die Erhöhung der freien Oberflächenenergie einer PP-Folie durch Corona-Behandlung wird durch Kontaktwinkelmessungen quantifiziert. Die unerwünschte Erhöhung der Feuchtedurchlässigkeit bei zu langer Behandlungsdauer korreliert gut mit dem gemessenen Rückzugswinkel.

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