Oberflächenenergie, Grenzflächenenergie, Polarität

Das Bedrucken oder Verkleben von Kunststoffteilen fordert eine hohe Benetzbarkeit der Kunststoffoberfläche. Dabei wird die Benetzbarkeit mit der Oberflächenenergie beschrieben. Hochenergetische (polare) Oberflächen bieten der Druckfarbe oder dem Klebstoff eine bessere Haftung als niederenergetische (unpolare) Oberflächen.

Beim Bedrucken gilt im Allgemeinen, dass die Grenzflächenenergie der zu bedruckenden Oberfläche mindestens so groß sein sollte wie die Oberflächenspannung der Druckfarbe.

Der Test mit dem Wassertropfen



HOCH ODER FLACH:
Der Wasserstropfen
offenbart, ob eine Oberfläche
niederenergetisch (oben)
oder hochenergetisch (unten) ist
Die Benetzbarkeit von Kunststoffen lässt sich schnell und einfach mit Hilfe eines auf die Oberfläche aufgebrachten Wassertropfens beurteilen. Bildet sich ein Wassertropfen, ist die Oberfläche niederenergetisch. Verläuft der Wassertropfen, handelt es sich um eine hochenergetische Oberfläche.

Der Test mit Testtinten

Zur genaueren Betrachtung der Benetzbarkeit verwendet man Testtinten und misst den Randwinkel des Tropfens (Messmethoden nach DIN 53 364 oder ASTM D 2578-84).

Zum Bedrucken oder Kleben von Kunststoffoberflächen sollte der Randwinkel möglichst klein sein. Es gilt die Young'sche Gleichung.

Young'sche Gleichung


Der Randwinkel q des Flüssigkeitstropfens hängt ab von der Oberflächenenergie der Flüssigkeit sl und der Kunststoffoberfläche ss.

Die Energie der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Kunststoffoberfläche ist ssl.
cosq  =  
(ssssl)
—————
sl

Durch Zusammenfassen des Zählers der Formel erhält man die kritische Oberflächenenergie sc.
cosq  =  
sc
——
sl

Tabelle: Kritische Oberflächenenergie
Kurzzeichen
DIN 7728

kritische Grenzflächenenergie sc
[mN/m]1)
Werkstoff-
datenblatt
Polytetrafluorethylen PTFE 18,0
Polyethylen
niedriger Dichte
PE-LD 31,0
Polypropylen PP 32,0
Polymethylmethacrylat PMMA 33 - 44
Polyvinylchlorid PVC 39,5
Polyamid 6 PA 6 43,0
Polyethylenterephthalat PET 43,0
Aluminium Al 1200  
Chrom Cr 2400  
Eisen Fe 2550  
Wasser H2O 72,8  

1) Die Messergebnisse sind nur unverbindliche Anhaltswerte und abhängig von der verwendeteten Prüfflüssigkeit

 
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