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Geschrieben von Dr. Amit Pratap Singh
Bewertet von Dr. Alidad Amirfazli
Geprüft: 28
Dies ist ein praktischer Leitfaden zur Oberflächenforschung für Forscher, die in der Kunststoffindustrie arbeiten.
In diesem brandneuen Leitfaden erfährst du alles über:
Lassen Sie uns gleich eintauchen.
Die Kunststoffindustrie steht vor einer großen Herausforderung: Sie muss die richtige Haftung zwischen den verschiedenen Arten von Polymeren gewährleisten. Dies kann entweder eine unerwünschte oder unzureichende Haftung sein. Um diese Hürden zu überwinden, ist das Verständnis der Oberflächen- und Grenzflächeneigenschaften entscheidend. Kunststoffhersteller analysieren aktiv Oberflächeneigenschaften wie Kontaktwinkel, Gleitwinkel, Oberflächenenergie und Oberflächenspannung. Durch die sorgfältige Untersuchung dieser Parameter können sie genau vorhersagen, wie Kunststoffe mit ihrer Umgebung und anderen Materialien interagieren. Dieses Wissen ermöglicht es ihnen, die Haftung, das Benetzungsverhalten, die Beschichtung, den Druck und letztendlich die Gesamtleistung ihrer Produkte einfach zu bewerten.
Wir nutzen die unten aufgeführten wichtigen Oberflächeneigenschaften, um das Verhalten von Kunststoffprodukten zu verstehen und ihre Qualität zu verbessern.
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
In der Kunststoffindustrie gibt es mehrere Fallstudien, die die Vorteile der Messung von Oberflächeneigenschaften veranschaulichen.
Ein Verpackungsunternehmen kämpft mit einer schlechten Farbhaftung auf seinen Kunststoffbehältern, was zu Etikettenverschmierungen und einer geringeren Attraktivität im Regal führt. Um dies zu beheben, messen sie die Oberflächenenergie des Kunststoffs. Dies zeigt, dass der Kunststoff eine geringe Oberflächenenergie aufweist, was die Benetzung erschwert und zu einer schlechten Farbhaftung führt. Das Unternehmen modifiziert dann die Oberflächenchemie durch Plasmabehandlung, um die Oberflächenenergie zu erhöhen. Dies erhöht die Oberflächenenergie, verbessert die Haftung der Tinte und verbessert das Erscheinungsbild der Verpackung.
Ein Hersteller von Medizinprodukten ist bestrebt, einen Kunststoffkatheter mit überlegener Biokompatibilität zu entwickeln, der das Risiko der Bildung von Blutgerinnseln minimiert. Sie haben die entscheidende Rolle der Oberflächeneigenschaften erkannt und nutzen Messungen der Oberflächenenergie und des Kontaktwinkels, um die Oberflächenenergie des Kathetermaterials strategisch zu optimieren. Durch das präzise Auftragen einer hydrophilen Beschichtung erhöhen sie erfolgreich die Oberflächenenergie, was zu einem geringeren Risiko der Gerinnselbildung und einer verbesserten Gesamtbiokompatibilität des Geräts führt.
Hydrophobe Oberflächen mit Mikrostrukturen sind für selbstreinigende und widerstandsreduzierende Anwendungen sehr gefragt. Um solche Oberflächen auf Mikroplastikteilen herzustellen, verwendet ein Hersteller die Mikro-Ultraschall-Pulverformtechnik (Micro-UPM). Sie analysieren und optimieren akribisch Schlüsselparameter wie Ultraschallenergie, Schweißdruck, Druckhaltezeit und Replikationsrate, um den gewünschten Oberflächenkontaktwinkel und damit die gewünschten hydrophoben Eigenschaften zu erreichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Micro-UPM-Verfahren eine effiziente und schnelle Lösung für die Herstellung von hydrophoben Mikroplastikkomponenten bietet.
Wenn Sie an der Implementierung dieser oder anderer Anwendungen interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte.
Wohin wenden sich Kunststoffhersteller in einer Branche, in der Präzision an erster Stelle steht, um sicherzustellen, dass ihre Produkte einer genauen Prüfung standhalten? Die Antwort liegt in Normen und Richtlinien: dem Kompass, der Kosmetikhersteller durch das komplexe Labyrinth von Qualität und Leistung führt.
Diese Norm enthält Richtlinien für Oberflächenbehandlungen, die anwendbar, wenn die Fähigkeit von Polymerfolien, Druckfarben, Beschichtungen, Klebstoffe usw. werden erforscht. Der Kontaktwinkel von Wasser kann als Richtfaktor zur Definition der Wirksamkeit von Oberflächenoberflächen Behandlungen auf Polymerfolien. Der Wasserkontaktwinkel wird gemessen indem ein Bild eines Flüssigkeitstropfens aufgenommen wird, der auf einen Feststoff gelegt wird, und dann sie zu analysieren. Gemäß der Norm ist ein führender Kontaktwinkelbereich von Definieren Sie den Grad der Oberflächenbehandlungen wie folgt:
|
Marginale oder keine Behandlung |
>90° |
|
Geringe Behandlung |
85 bis 90° |
|
Mittlere Behandlung |
78 bis 84° |
|
Hohe Behandlung |
71 bis 77° |
|
Sehr hohe Behandlung |
<71° |
Diese Norm enthält auch die Einzelheiten für die Messung von Der Kontaktwinkel von Wassertröpfchen auf koronabehandelter Polymerfolie Oberflächen und bestimmen auf diese Weise die Benetzungsspannung der Folie. Gemäß dieser Norm kann die Oberflächenenergie als Energie definiert werden, die steht im Zusammenhang mit den intermolekularen Kräften an der Grenzfläche zwischen zwei Oberflächen und wird als freie Energie pro Flächeneinheit gemessen. Auch Der statische Kontaktwinkel ist definiert als ein Winkel zwischen einem ebenen Volumenkörper Fläche und die Tangente, die in der vertikalen Ebene an der Grenzfläche gezeichnet wird zwischen der ebenen festen Oberfläche und der Oberfläche eines Flüssigkeitstropfens auf der Oberfläche ruhend.
Diese Norm stellt ein Verfahren zur Bestimmung der Benetzung Spannung von Kunststofffolienoberflächen und -folien in Kontakt mit Tropfen von spezifischen Testlösungen. Die Bewertung der Oberflächenspannung kann durchaus nützlich in verschiedenen Oberflächenbehandlungstechniken zur Verbesserung der von Kunststofffolien zum Aufbewahren von Farben, Beschichtungen, Klebstoffen usw.
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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