Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

MethodenM23: Oberflächenenergie von BeschichtungenM23: Oberflächenenergie vonBeschichtungen als Kenngrößeder Adhäsionsneigung intechnischen AnwendungenUnter Oberflächenenergie wird die an einerflüssigen oder festen Oberfläche definierter Größewirkende Spannung verstanden, die bestrebt ist,die Oberfläche zu verkleinern, um die energetischgünstigste Form der Oberfläche (Kugel) einzunehmen.Diese wird bestimmt durch die chemischenund physikalischen Eigenschaften der Oberflächeund des umgebenden Mediums. Während die Messungvon Oberflächenenergien von Flüssigkeiten relativeinfach ist, ist diese an Feststoffen nicht direktmöglich, weshalb auf indirekte Methoden zurückgegriffenwird – meist auf die Randwinkelmessungenvon benetzenden Flüssigkeiten. Grundsätzlich gilt,dass eine erfolgreiche Benetzung nur möglich ist,wenn die Oberflächenenergie der benetzendenFlüssigkeit geringer ist als die des Feststoffes.Der Messung zugänglich ist nur die „kritischeOberflächenspannung“ nach Zismann, welche denGrenzwert für die Benetzungsfähigkeit der Oberflächedurch die Flüssigkeit definiert. Diese ist keineMaterialkenngröße sondern nur eine Kenngrößefür das jeweilige System Flüssigkeit–Basismaterialim gerade vorliegenden Oberflächenzustand (metallischblank, Oxidschichten, Adsorbatschichten).Daher ist die Vorhersage der Benetzbarkeit einerOberfläche damit nicht möglich – vielmehr erfordertdie Ermittlung dieser „kritischen Oberflächenenergie“,z.B. nach der häufig verwendeten Methodenach Owens und Wendt, die Verwendung mehrererTestflüssigkeiten.Diese Methode wird zusammen mit einemKaelble-Plot zur Trennung des dispersen und polarenAnteils an der Oberflächenenergie angewendet,um für Beschichtungen praxisrelevante Oberflächenparameterzur Verfügung stellen zu können.Dabei werden unterschiedliche Testflüssigkeitenauf die zu prüfende Oberfläche in genau definierterMenge aufgebracht und die Randwinkel der Tropfenzur Materialoberfläche ausgemessen. Der disperseAnteil in der Messung beschreibt dabei den Anteilder Wechselwirkung, welcher durch London’scheKräfte, d.h. Moleküle mit Dipolmoment, bedingt ist.Im Gegensatz dazu beschreibt der polare Anteil dieWechselwirkung zwischen polaren Molekülen derOberfläche mit der Umgebung.Index Kontakte Institute Lösungen MethodenHandbuch der Nanoanalytik Steiermark 200559