Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM D5946-17 Standardtestmethode für coronabehandelte Polymerfilme unter Verwendung von Wasserkontaktwinkelmessungen“ beschreibt eine Testmethode zur Messung des Kontaktwinkels von Wassertropfen auf coronabehandelten Polymerfilmoberflächen. Diese Norm entspricht im Wesentlichen der Norm „ISO 15989 Kunststoffe – Folien und Platten – Messung des Wasserkontaktwinkels von Corona-behandelten Folien“, die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) veröffentlicht wurde.
Im Sinne dieser Norm bezieht sich der statische Kontaktwinkel auf den Winkel zwischen der Tangente an die Tropfenoberfläche an den drei Phasenpunkten und der Substratoberfläche, wenn ein Flüssigkeitstropfen auf einer flachen, festen Oberfläche ruht. Die Kontaktwinkelwerte können wie folgt ermittelt werden:
Die erste Methode kann aufgrund der subjektiven Natur der visuellen Suche nach einer Tangente zum Tropfenbild am Dreiphasenpunkt verzerrt sein. Wenn diese Methode verwendet werden soll, muss die Messabweichung der einzelnen Bediener ermittelt werden. Da bei der zweiten Methode die gemessenen Abmessungen des Tröpfchens verwendet werden, ist mit einer geringeren Verzerrung zu rechnen. Vergleichende Analysen mit diesen verschiedenen Verfahren wurden nicht durchgeführt. Daher ist beim Vergleich von Daten aus diesen verschiedenen Methoden Vorsicht geboten. Die zweite Methode ist in Sonderfällen, in denen der Kontaktwinkel größer als 90 Grad ist, möglicherweise nicht anwendbar.
Bei der Standardtestmethode ASTM D5946-17 werden Wassertropfen auf die Oberfläche einer Filmprobe gegeben und die Kontaktwinkelwerte gemessen und gemittelt.
Die Fähigkeit von Polymerfilmen, Tinten, Beschichtungen, Klebstoffe usw. aufzunehmen, hängt in erster Linie von der Beschaffenheit ihrer Oberfläche ab und kann durch eine von mehreren Oberflächenbehandlungstechniken verbessert werden. Es wurde festgestellt, dass eine elektrische Entladungsbehandlung, beispielsweise eine Koronabehandlung, die Benetzungsspannung eines Polymerfilms erhöht. Je stärker der Prozess, desto aktiver reagiert die Oberfläche mit unterschiedlichen polaren Grenzflächen. Daher ist es möglich, den Kontaktwinkel einer Polymerfilmoberfläche mit ihrer Fähigkeit in Beziehung zu setzen, Tinten, Beschichtungen und Klebstoffe aufzunehmen und zu behalten, wenn die Tinte, Beschichtung oder der Klebstoff polare Funktionen enthält. Der Kontaktwinkel allein ist kein völlig akzeptables Maß für die Haftung von Tinte, Beschichtung oder Klebstoff.
Die Benetzungsspannung eines Polymerfilms gehört zu einer Gruppe physikalischer Parameter, für die es keinen Genauigkeitsstandard gibt. Die Benetzungsspannung eines Polymers kann nicht direkt gemessen werden, da Feststoffe als Reaktion auf Oberflächenenergie ihre Form nicht messbar verändern. Es wurden viele indirekte Methoden vorgeschlagen. Verschiedene Testmethoden führen bei denselben Proben häufig zu unterschiedlichen Ergebnissen. Die praktische Bestimmung der Oberflächenenergie eines Festkörpers nutzt diese Wechselwirkung des Festkörpers mit den Testflüssigkeiten.
Obwohl der Oberflächengütegrad von Polymerfilmen in der Industrie traditionell in Dyn/cm angegeben wird, basieren diese Werte auf einer subjektiven Interpretation des beobachteten Verhaltens der Testflüssigkeit.
Die in der Norm angegebenen Bereiche der Wasserkontaktwinkelwerte können als Richtlinie zur Definition des Oberflächenbehandlungsgrads von Polyolefinen und vielen anderen Polymerfilmen mit anfänglich niedriger Oberflächenenergie verwendet werden. Die Eignung der Prüfung für die Spezifikationsakzeptanz, die Produktionskontrolle und die Endverwendung von Polymerfolien sollte durch Fähigkeitsstudien für jede spezifische Folie und jeden spezifischen Prozess ermittelt werden.
Bei fast allen Materialien kommt es zu Kontaktwinkeländerungen, wenn man sich von einem Punkt zum anderen bewegt. Auch eine ungleichmäßige Filmverarbeitung mit Corona-Behandlungsgeräten kann zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Daher sind mehrere Messungen erforderlich, um Änderungen im Prozess und der Oberflächenrauheit zu berücksichtigen.
Die Benetzungsspannung eines Polymerfilms, der in Gegenwart von Luft mit einem Flüssigkeitstropfen in Kontakt kommt, ist eine Funktion der Oberflächenenergien sowohl der Luft-Film- als auch der Film-Flüssigkeits-Grenzflächen. Jegliche Spuren von Tensidverunreinigungen in der Testflüssigkeit oder im Film können die Ergebnisse beeinflussen. Daher ist es wichtig, dass kein Teil der zu testenden Filmoberfläche berührt oder gerieben wird, alle Geräte peinlich sauber sind und die Reinheit des Wassers sorgfältig gewahrt wird. Insbesondere Glasgeräte können durch Reinigungsmittel mit sehr geringer Oberflächenspannung verunreinigt werden, sofern nicht besondere Vorkehrungen getroffen werden, um dies zu verhindern, wie etwa das Reinigen mit Chromschwefelsäure und das Spülen mit destilliertem Wasser.
Das Vorhandensein von Antirutsch-, Antistatik- oder Antiblockiermitteln und anderen Additiven kann die Oberfläche der Folie verändern, da diese Additive mit der Zeit in die Oberfläche austreten. Dünne geprägte Folien sorgen für mehr Variabilität bei den Messungen.
Bei der Verarbeitung von Polymerfolien kommt es häufig zu statischer Aufladung. Eine Corona-Behandlung verschlimmert die Probleme oft. Bei Oberflächenmessungen kann die Filmprobe die während der Verarbeitung erzeugte statische Belastung aushalten oder durch Reibung Belastung aufnehmen, wenn sie über die Oberfläche des Probenhalters gleitet.
Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Zusammenhang werden für Unternehmen auch Prüfdienstleistungen nach der Norm „ASTM D5946-17 Standard test method for corona-treated polymer films using water contact angle measurements“ angeboten.
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