Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Methoden
M23: Oberflächenenergie von Beschichtungen
M23: Oberflächenenergie von
Beschichtungen als Kenngröße
der Adhäsionsneigung in
technischen Anwendungen
Unter Oberflächenenergie wird die an einer
flüssigen oder festen Oberfläche definierter Größe
wirkende Spannung verstanden, die bestrebt ist,
die Oberfläche zu verkleinern, um die energetisch
günstigste Form der Oberfläche (Kugel) einzunehmen.
Diese wird bestimmt durch die chemischen
und physikalischen Eigenschaften der Oberfläche
und des umgebenden Mediums. Während die Messung
von Oberflächenenergien von Flüssigkeiten relativ
einfach ist, ist diese an Feststoffen nicht direkt
möglich, weshalb auf indirekte Methoden zurückgegriffen
wird – meist auf die Randwinkelmessungen
von benetzenden Flüssigkeiten. Grundsätzlich gilt,
dass eine erfolgreiche Benetzung nur möglich ist,
wenn die Oberflächenenergie der benetzenden
Flüssigkeit geringer ist als die des Feststoffes.
Der Messung zugänglich ist nur die „kritische
Oberflächenspannung“ nach Zismann, welche den
Grenzwert für die Benetzungsfähigkeit der Oberfläche
durch die Flüssigkeit definiert. Diese ist keine
Materialkenngröße sondern nur eine Kenngröße
für das jeweilige System Flüssigkeit–Basismaterial
im gerade vorliegenden Oberflächenzustand (metallisch
blank, Oxidschichten, Adsorbatschichten).
Daher ist die Vorhersage der Benetzbarkeit einer
Oberfläche damit nicht möglich – vielmehr erfordert
die Ermittlung dieser „kritischen Oberflächenenergie“,
z.B. nach der häufig verwendeten Methode
nach Owens und Wendt, die Verwendung mehrerer
Testflüssigkeiten.
Diese Methode wird zusammen mit einem
Kaelble-Plot zur Trennung des dispersen und polaren
Anteils an der Oberflächenenergie angewendet,
um für Beschichtungen praxisrelevante Oberflächenparameter
zur Verfügung stellen zu können.
Dabei werden unterschiedliche Testflüssigkeiten
auf die zu prüfende Oberfläche in genau definierter
Menge aufgebracht und die Randwinkel der Tropfen
zur Materialoberfläche ausgemessen. Der disperse
Anteil in der Messung beschreibt dabei den Anteil
der Wechselwirkung, welcher durch London’sche
Kräfte, d.h. Moleküle mit Dipolmoment, bedingt ist.
Im Gegensatz dazu beschreibt der polare Anteil die
Wechselwirkung zwischen polaren Molekülen der
Oberfläche mit der Umgebung.
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