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

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

Die Energie der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Kunststoffoberfläche ist s_sl.

cosq  =

(ss − ssl) ————— sl

Durch Zusammenfassen des Zählers der Formel erhält man die kritische Oberflächenenergie s_c.

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