Benetzbarkeitstest

Farbe ist eine flüssige Substanz, die auf Oberflächen aufgetragen wird, um ihnen Farbe zu verleihen, sie vor Korrosion oder Verschleiß zu schützen und ihnen ein dekoratives Finish zu verleihen. Farben bestehen im Allgemeinen aus Pigmenten, Bindemitteln, Lösungsmitteln und Additiven. Die Farben sind in verschiedenen Farbtönen erhältlich und können einen festen, deckenden Anstrich ergeben. Es kann die Farbe und das Aussehen einer Oberfläche vollständig verändern. Es wird im Allgemeinen in mehreren Schichten aufgetragen, um die gewünschte Farbe und Deckkraft zu erzielen.

Farben bieten sowohl dekorative als auch schützende Eigenschaften. Sie können eine Barriere gegen Feuchtigkeit, UV-Strahlung und Umwelteinflüsse bilden. Einige Farben sind speziell für bestimmte Oberflächen formuliert, beispielsweise Außenfarben, die wetterfest sein sollen. Darüber hinaus können Farben so formuliert werden, dass sie je nach Verwendungszweck unterschiedliche Flexibilitätsgrade aufweisen.

Eine der wichtigsten Eigenschaften bei der Entwicklung eines Lacksystems, die die einfache Verarbeitung und die endgültigen Leistungseigenschaften bestimmt, ist die Benetzbarkeit der Substrate, Pigmente und anderer Komponenten. Die Hauptfaktoren, die die Benetzbarkeit bestimmen, sind Oberflächenspannung und Oberflächenenergie. Wenn beispielsweise die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit geringer ist als die Oberflächenspannung an der Schnittstelle (Grenze) zweier Materialien, kommt es zur Benetzung. Überlegungen zur Oberflächenspannung wirken sich auf folgende Aspekte aus: Pigmentverteilung, Farbfluss und -verlauf, Sprühbarkeit (leichte Zerstäubung der Flüssigkeit), Latexkoaleszenz, Pulverkoaleszenz und Haftung. Eine Flüssigkeit mit einem hohen Grad an Kohäsionskräften aufgrund von Polarität oder anderen anziehenden intermolekularen Kräften hat eine höhere Oberflächenspannung als eine Flüssigkeit mit einem geringeren Grad an Kohäsionskräften. Beispielsweise wird der Grad der Benetzung eines bestimmten Feststoffs durch eine Flüssigkeit durch das Kräfteverhältnis zwischen den Kohäsions- und Adhäsionskräften dieser Flüssigkeit bestimmt.

Die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit ist die Tendenz einer ruhenden Flüssigkeit, sich auf eine möglichst kleine Oberfläche zusammenzuziehen. Beispielsweise weist flüssiges Wasser im Vergleich zu weniger polaren Flüssigkeiten höhere Kohäsionskräfte und damit eine höhere Oberflächenspannung auf.

Auf molekularer Ebene neigen Molekülsegmente, die die Oberflächenspannung minimieren, dazu, sich an der Oberfläche auszurichten.

Auch die Oberflächenspannung nimmt mit sinkender Temperatur zu. Die dynamische Oberflächenspannung stellt die Wechselwirkungen besser dar, wenn ein Netzmittel in ein Lacksystem eingearbeitet wird. Die dynamische Oberflächenspannung kann als die Zeit definiert werden, die benötigt wird, um nach dem Ende des Schüttelns ein Gleichgewicht zu erreichen. Die zum Erreichen dieses Gleichgewichts erforderliche Zeit hängt von mehreren Faktoren ab, darunter Farbzusammensetzung, Viskosität und Temperatur. Beispielsweise erreichen kleinere und flexiblere Moleküle schneller ein Gleichgewicht. Darüber hinaus erfolgt der Ausgleich schneller, wenn große Unterschiede in der Oberflächenspannung der Komponenten vorliegen, wie beispielsweise bei wasserbasierten Beschichtungen. Und schließlich haben Lösungsmittel im Allgemeinen eine geringere Oberflächenspannung als Polymere. Wenn das Lösungsmittel während der Filmbildung verdunstet, steigt die Oberflächenspannung und der Fluss nimmt ab.

Netzmittel ist ein umfassendes Konzept, das Folgendes umfasst:

• Tenside
• Fließ- und Glättemittel
• Entschäumer
• Pigmentdispergatoren
• Emulgatoren

Die beiden wichtigsten internationalen Normen für die Benetzbarkeit von Farben und Lacken sind:

• Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Norm „ISO 19403 Farben und Lacke – Benetzbarkeit“ besteht aus den folgenden Abschnitten mit gleichem Titel:
  • ISO 19403-1 Teil 1: Vokabular und allgemeine Grundsätze
  • ISO 19403-2 Teil 2: Bestimmung der freien Oberflächenenergie fester Oberflächen durch Messung des Kontaktwinkels
  • ISO 19403-3 Teil 3: Bestimmung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten mit der Methode des hängenden Tropfens
  • ISO 19403-4 Teil 4: Bestimmung der polaren und dispersiven Anteile der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten aus einer Grenzflächenspannung
  • ISO 19403-5 Teil 5: Bestimmung der polaren und dispersiven Anteile der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten aus Kontaktwinkelmessungen an einem Festkörper mit ausschließlich dispersivem Beitrag zur Oberflächenenergie
  • ISO 19403-6 Teil 6: Messung des dynamischen Kontaktwinkels
  • ISO 19403-7 Teil 7: Messung des Kontaktwinkels auf einer geneigten Plattform (Abrollwinkel)

Diese Norm umfasst folgende optische Prüfverfahren:

• Bestimmung des Kontaktwinkels
• Bestimmen Sie die freie Oberflächenenergie einer festen Oberfläche, einschließlich polarer und dispersiver Anteile.
• Bestimmen Sie die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten, einschließlich polarer und dispersiver Anteile.
• Überprüfung des Messaufbaus mit Referenzmaterialien

Dieses Normenwerk kann zur Charakterisierung von Substraten, Beschichtungen und Beschichtungsmaterialien eingesetzt werden. Für Flüssigkeiten mit nicht-Newtonscher Rheologie kann die Anwendbarkeit eingeschränkt sein.

• Die vom Deutschen Institut für Normung (DIN) veröffentlichte Norm „DIN 55660 Beschichtungsstoffe – Benetzbarkeit“ besteht unter gleichem Titel auch aus folgenden Abschnitten:
  • DIN 55660-1 Teil 1: Begriffe und allgemeine Grundsätze
  • DIN 55660-2 Teil 2: Bestimmung der freien Oberflächenenergie fester Oberflächen durch Messung des Kontaktwinkels
  • DIN 55660-3 Teil 3: Bestimmung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten mit der Methode des hängenden Tropfens
  • DIN 55660-4 Teil 4: Bestimmung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten aus den polaren und dispersiven Anteilen einer Grenzflächenspannung
  • DIN 55660-5 Teil 5: Bestimmung des polaren und dispersiven Anteils der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten aus Kontaktwinkelmessungen an einem Festkörper, der nur einen dispersiven Beitrag zur Oberflächenenergie liefert
  • DIN 55660-6 Teil 6: Messung des dynamischen Kontaktwinkels
  • DIN 55660-7 Teil 7: Messung des Kontaktwinkels (Rollwinkel) im Schrägtischversuch

Dieser Normensatz umfasst verschiedene Prüfverfahren zur Messung von Kontaktwinkeln, zur Bestimmung der freien Oberflächenenergie einer Festkörperoberfläche inklusive des polaren und dispersiven Anteils, zur Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten inklusive des polaren und dispersiven Anteils sowie zur Validierung des Messaufbaus anhand von Referenzmaterialien mittels optischer Methoden.

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 Unternehmen auch Dienstleistungen im Bereich Benetzbarkeitstests angeboten.