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Geschrieben von Dr. Amit Pratap Singh
Bewertet von Dr. Alidad Amirfazli
Geprüft: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Packaging and Containers Industry.
In diesem brandneuen Leitfaden erfährst du alles über:
Lassen Sie uns gleich eintauchen.
In today’s packaging and container industry, success is determined by factors such as product quality, user experience, and environmental impact. This can be illustrated through a simple yet detailed example: oil and grease-resistant paper, a crucial component of the modern packaging industry. Despite the hydrophobicity and porosity of the base paper making it unsuitable for packaging purposes, a coating with specific properties is applied to impart hydrophobic and oleophobic characteristics. These papers, derived from plant fibers, are light, flexible, recyclable, and compostable materials. Since they are derived from renewable resources they are compatible to environment. Consequently, these papers have become indispensable in the area of packaging, embodying the industry’s commitment to both efficiency and sustainability.
In the preparation of oil and grease-resistant papers, surface properties such as contact angle, sliding angle, surface tension, and surface energy play a crucial role. Therefore, the success of the packaging and container industries lies in how efficiently one can apply these surface properties to produce papers with the desired characteristics.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Packaging and Containers products and improve their quality.
Young – Laplace-Methode
Polynomiale Methode
Dynamischer Kontaktwinkel
Wenn wir einen Tropfen auf eine feste Oberfläche geben, besteht im Idealfall ein einzigartiger Winkel zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche. Den Wert dieses idealen Kontaktwinkels (den sogenannten Young-Kontaktwinkel) können wir mit Hilfe der Young-Gleichung berechnen. In der Praxis ist der Kontaktwinkelwert auf einer Oberfläche aufgrund der Oberflächengeometrie, Rauheit, Heterogenität, Verschmutzung und Verformung nicht unbedingt eindeutig, sondern liegt innerhalb eines Bereichs. Wir nennen die oberen und unteren Grenzen dieses Bereichs den fortschreitenden Kontaktwinkel bzw. den zurückweichenden Kontaktwinkel. Auch die Werte des vor- und zurückgehenden Kontaktwinkels für einen festen Untergrund sind sehr empfindlich. Sie können von vielen Parametern beeinflusst werden, wie z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Homogenität und kleinste Verschmutzung der Oberfläche und der Flüssigkeit. So können z.B. der vor- und zurückgehende Kontaktwinkel einer Fläche an verschiedenen Stellen unterschiedlich sein.
Praktische Oberflächen und Beschichtungen weisen von Natur aus eine Kontaktwinkelhysterese auf, die auf eine Reihe von Gleichgewichtswerten hinweist. Wenn wir statische Kontaktwinkel messen, erhalten wir einen einzigen Wert innerhalb dieses Bereichs. Sich ausschließlich auf statische Messungen zu verlassen, wirft Probleme auf, wie z. B. schlechte Wiederholgenauigkeit und unvollständige Oberflächenbewertung in Bezug auf Haftung, Sauberkeit, Rauheit und Homogenität.
In der Praxis müssen wir die Leichtigkeit der Flüssigkeitsverteilung (Vorschubwinkel) und die Entfernungsleichtigkeit (Rückzugswinkel) einer Oberfläche verstehen, z. B. beim Lackieren und Reinigen. Die Messung von Vorschub- und Rückzugswinkeln bietet eine ganzheitliche Sicht auf die Flüssig-Feststoff-Wechselwirkung, im Gegensatz zu statischen Messungen, die einen beliebigen Wert innerhalb des Bereichs liefern.
Diese Erkenntnisse sind entscheidend für reale Oberflächen mit Variationen, Rauheit und Dynamik und helfen Branchen wie Kosmetik, Materialwissenschaft und Biotechnologie bei der Gestaltung effektiver Oberflächen und der Optimierung von Prozessen.
Erfahren Sie, wie die Kontaktwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Kontaktwinkelmessung lesen Sie unsere Kontaktwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Diese Eigenschaft misst die Kraft, die auf die Oberfläche einer Flüssigkeit wirkt, mit dem Ziel, ihre Oberfläche zu minimieren.
Dynamische Oberflächenspannung
Die dynamische Oberflächenspannung unterscheidet sich von der statischen Oberflächenspannung, die sich auf die Oberflächenenergie pro Flächeneinheit (oder die Kraft, die pro Längeneinheit entlang des Randes einer flüssigen Oberfläche wirkt) bezieht.
Die statische Oberflächenspannung charakterisiert den Gleichgewichtszustand der Grenzfläche von Flüssigkeiten, während die dynamische Oberflächenspannung die Kinetik von Änderungen an der Grenzfläche berücksichtigt. Diese Veränderungen können das Vorhandensein von Tensiden, Additiven oder Schwankungen in Temperatur, Druck und Zusammensetzung an der Grenzfläche beinhalten.
Die dynamische Oberflächenspannung ist essentiell für Prozesse, die schnelle Änderungen an der Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig-Grenzfläche beinhalten, wie z. B. Tröpfchen- und Blasenbildung oder Koaleszenz (Änderung der Oberfläche), Verhalten von Schäumen und Trocknung von Lacken (Änderung der Zusammensetzung, z. B. Verdampfung von Lösungsmittel). Wir messen es, indem wir die Form eines hängenden Tröpfchens im Laufe der Zeit analysieren.
Die dynamische Oberflächenspannung gilt für verschiedene Branchen, darunter Kosmetika, Beschichtungen, Pharmazeutika, Farben, Lebensmittel und Getränke sowie industrielle Prozesse, in denen das Verständnis und die Kontrolle des Verhaltens von Flüssigkeitsgrenzflächen für die Produktqualität und Prozesseffizienz unerlässlich ist.
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenspannung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenspannungsmessung: Der endgültige Leitfaden
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenenergie mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenenergiemessung: Der ultimative Leitfaden
Der Gleitwinkel misst den Winkel, in dem ein flüssiger Film über eine feste Oberfläche gleitet. Es wird häufig verwendet, um die Rutschhemmung einer Oberfläche zu beurteilen.
Erfahren Sie, wie die Gleitwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Gleitwinkelmessung lesen Sie unsere Gleitwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Within the Packaging and Containers industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Herausforderung: Die Sterilität aseptischer Verpackungen kann während der Lagerung und des Vertriebs durch grobe oder unsachgemäße Handhabung beeinträchtigt werden.
Lösung: In einer Studie konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Bestimmung des Schwellendrucks, der erforderlich ist, um ein Leck zu erzeugen. Sie beobachteten signifikant niedrigere Schwellendrücke bei Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenspannung, wie z. B. Safraninrot, im Vergleich zu Flüssigkeiten mit hoher Oberflächenspannung, wie z. B. destilliertem Wasser. Diese Erkenntnisse ermöglichen es Herstellern, Bedingungen, die zu Leckageproblemen führen könnten, proaktiv zu vermeiden. Ein Tensiometer wie das Dropometer von Droplet Lab misst die Oberflächenspannung präzise und ermöglicht es Herstellern, zu erkennen und zu verstehen, wie verschiedene Flüssigkeiten mit Verpackungsmaterialien interagieren. Durch die Bereitstellung genauer Daten zur Oberflächenspannung hilft es bei der Beurteilung der Anfälligkeit von Verpackungen für Leckagen und unterstützt die Entwicklung robusterer Verpackungslösungen, um die Sterilität der Verpackung zu erhalten.
Herausforderung : Printing ink in flexible packaging materials can cause contamination in the mechanical recycling process.
Lösung : The removal of printing ink residue from the surface of flexible plastic packaging can be achieved through detergency, mechanical, and chemical cleaning processes. In this context, contact angle measurements are invaluable for studying the interaction between the polymer and surfactant. These measurements are highly effective in comparing the wetting behavior of surfactants on various printing ink systems and non-printed film surfaces.
Herausforderung : There was a big issue with label adhesion in packages that have curved surfaces, resulting in peeling and poor aesthetics.
Lösung : The manufacturer applied the surface tension measurements that helped in the selection of label materials with appropriate adhesive properties for curved surfaces. These optimized properties of adhesives ensured strong and lasting label adhesion, enhancing the overall visual appeal of the packaging.
Wenn Sie an der Implementierung dieser oder anderer Anwendungen interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte.
In an industry where precision reigns supreme, where do Packaging and Containers manufacturers turn to ensure their products can survive scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides cosmetics manufacturers through the complex maze of quality and performance.
This standard provides guidelines for measuring advancing contact angles to evaluate the wettability of surfaces, which is crucial in assessing how liquids interact with packaging materials.
This ISO standard specifies a method for determining the contact angle of water on plastics, which is important for evaluating how liquids interact with plastic packaging materials.
Wir hoffen, dass dieser Leitfaden Ihnen gezeigt hat, wie Sie die Oberflächenwissenschaft in der Kosmetikindustrie anwenden können.
Nun möchten wir das Wort an Sie übergeben:
Droplet Lab wurde 2016 von Dr. Alidad Amirfazli, Fakultätsmitglied an der York University, und zwei seiner Forscher, Dr. Huanchen Chen und Dr. Jesus L. Muros-Cobos, gegründet.
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