ISO 15989 Kunststoffe – Folien und Beschichtungen – Messung des Wasserkontaktwinkels von Corona-beschichteten Folien

Die von der International Organization for Standardization (ISO) entwickelte Norm „ISO 15989 Kunststoffe – Folien und Beschichtungen – Messung des Wasserkontaktwinkels von Corona-behandelten Folien“ beschreibt eine Testmethode zur Bestimmung des Kontaktwinkels von Wassertropfen auf Corona-Polymer-behandelten Folien Oberflächen und anschließende Bestimmung der Benetzungsspannung des Films. Diese Methode kann auf fast jeden Polymerfilm angewendet werden. Wenn die Oberfläche der Folie jedoch eine chemische Affinität zu Wasser aufweist, ist diese Testmethode nicht gültig.

Für die Zwecke dieser Norm gilt

• Unter Oberflächenenergie versteht man die mit intermolekularen Kräften an der Grenzfläche zwischen zwei Oberflächen verbundene Energie, gemessen als freie Energie pro Flächeneinheit.
• Unter Benetzungsspannung versteht man die Spannung, die der Oberflächenspannung der Flüssigkeit entspricht, die einen Kontaktwinkel von Null mit der Oberfläche des Filmpolymers aufweist. Dies wird verwendet, um eine Schätzung der Oberflächenenergie des Films zu erhalten.
• Unter Polarität versteht man den Wert, der die Konzentration polarer funktioneller Gruppen auf der Oberfläche eines Polymerfilms misst. Sie wird als polare Komponente der Oberflächenenergie im Verhältnis zur Gesamtoberflächenenergie ausgedrückt.
• Der statische Kontaktwinkel bezieht sich auf den Winkel zwischen einer flachen festen Oberfläche und der Tangente, die in der vertikalen Ebene an der Grenzfläche zwischen der flachen festen Oberfläche und der Oberfläche eines auf der Oberfläche ruhenden Flüssigkeitströpfchens gezogen wird.

Bei der Prüfung werden im Prinzip Wassertropfen auf eine Folienprobe gegeben und der Kontaktwinkel gemessen. Anschließend wird die Benetzungsspannung des Films anhand einer Umrechnungstabelle ermittelt. Einzelheiten zur Bedeutung und Verwendung von Kontaktwinkelmessungen und Interferenzeffekten bei der Kontaktwinkelmessung sind in den Standardanhängen (Anhang A und Anhang B) enthalten.

Bei diesen Tests wird ein Kontaktwinkelmesser (Goniometer) verwendet, der eine Lichtquelle, ein optisches System, einen Probentisch und ein Flüssigkeitsverteilungssystem umfasst. Die Lichtquelle kann eine Halogen-, Glüh- oder Glasfaserlampe sein, solange die Probe oder Flüssigkeit nicht durch die Wärme der Lichtquelle beeinträchtigt wird. Bei den Abbildungsoptiken kann es sich um Video-, CCD-Kamera-, Okular- oder Projektionsoptiken handeln, und die Vergrößerungen müssen für die Verwendung konfiguriert werden.

Der Probentisch muss so beschaffen sein, dass die Probe so positioniert werden kann, dass die Testoberfläche flach und horizontal ist. Wenn die Probe bewegt wird, um einen neuen Bereich zu betrachten, sollte es möglich sein, den zuvor benetzten Bereich zu meiden.

Das Flüssigkeitsabgabesystem ist eine pumpenbetriebene oder manuelle Mikrospritze. Für höchste Genauigkeit der Tröpfchenbildung werden kleine Kapazitäten wie Mikrospritzen verwendet. Um Flüssigkeiten zu testen, die unterschiedliche Tröpfchengrößen erfordern, werden Nadeln mit flacher Spitze verwendet. Nadeln aus rostfreiem Stahl werden bevorzugt, es können jedoch auch andere Arten verwendet werden, beispielsweise mit Polytetrafluorethylen beschichtete Nadeln.

Bei den Tests kommt alternativ auch ein Tropfenprojektions-Kontaktwinkelmessgerät zum Einsatz. Dieses Gerät ist in der Lage, das Bild eines Flüssigkeitströpfchens auf der Oberfläche des Substrats auf einen Bildschirm zu projizieren, sodass der Tangentenwinkel des Tröpfchens auf der Substratoberfläche gemessen werden kann.

Bei den Tests kommen auch computergestützte Systeme zum Einsatz. Dabei handelt es sich um PC-basierte Systeme mit automatischer Bildanalyse zur Kontaktwinkelmessung.

Zur Durchführung der Tests wird destilliertes Wasser oder Reinstwasser verwendet. Es kann auch entionisiertes Wasser in Reagenzienqualität verwendet werden, die Ergebnisse sind jedoch nicht so genau. Darüber hinaus wirken sich alle in das Wasser eingemischten Verunreinigungen negativ auf die Ergebnisse aus.

Die für diesen Test erforderliche Mindestfolienmenge beträgt etwa einen breiten und langen Streifen. Wenn die Probe von einer Rolle entnommen wird, sollte die Ausrichtung der Probe relativ zur Maschinenrichtung des Stoffes notiert werden. In den Bereichen, in denen Tests durchgeführt werden, ist äußerste Vorsicht geboten, um zu vermeiden, dass die Oberfläche der Probe berührt oder berührt wird. Die Anzahl der Messungen pro Probe wird anhand veröffentlichter Tabellen für Probenahmepläne ermittelt. Die empfohlene Anzahl an Messungen pro Probe beträgt zehn.

Für routinemäßige Qualitätssicherungs- oder Prozesskontrollmessungen ist eine Konditionierung in der Regel nicht erforderlich, da sie den Messwert so beeinflusst, dass er nicht mehr den tatsächlichen Bedingungen entspricht. Für Ringversuche zum Vergleich der Ergebnisse ist eine Konditionierung erforderlich. In solchen Fällen werden die Proben bei einer relativen Luftfeuchtigkeit konditioniert, die nicht unter dem Wert vor der Prüfung liegt. Wann immer möglich, werden die Tests unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, die auch für die Konditionierung verwendet wurden. Für die routinemäßige Qualitätssicherung sind in der Regel keine besonderen Prüfbedingungen erforderlich.

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