Oberflächen-Grenzschichten

Auf den meisten Oberflächen findet man festgebundene chemische Reaktionsschichten, die ihrerseits von losen Adsorptionsschichten und Verunreinigungen bedeckt sind. Diese äußeren Grenzschichten, ob nun Verunreinigungen oder andere Fremdstoffschichten, verhindern die ungestörte und gute Haftung zum tiefer liegenden Grundwerkstoff. Der Unterschied zwischen der Bindungsenergie der Atome auf den äußeren Schichten zu den Atomen im Inneren des Werkstoffes resultiert in der spezifischen Oberflächenenergie.

Oberflächenspannung – Oberflächenenergie

Mit Oberflächenspannung wird die an einer flüssigen oder festen Oberfläche wirkende Spannung benannt. Sie entspricht der Oberflächenenergie, die bestrebt ist, die Oberfläche zu verkleinern, um den energetisch günstigsten Zustand des vorhandenen Volumens einzunehmen. Die Oberflächenspannung bzw. Oberflächenenergie wird üblicherweise in mN/m angegeben. Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen den Oberflächenenergien der Werkstoffe und des Farb- oder Beschichtungsstoffes. Für das Beschichten oder Bedrucken ist es also erstrebenswert, eine möglichst hochenergetische „Druckoberfläche“ mit einer Farbe zu benetzen, dessen Oberflächenenergie kleiner ist.

Als Minimalforderung sollte die Oberflächenenergie des Werkstoffes mindestens so groß sein wie die des Lackes.

Überblick Oberflächenenergie verschiedener Werkstoffe

Überblick über typische Vorbehandlungsverfahren

Mechanische Vorbehandlung:
Bürsten, Schleifen, Sandstrahlen, Schmirgeln
Chemische Vorbehandlung:
Beizen (Säuremattieren), Lösungsmittel, Phosphatieren, Ozonisieren,Chlor-Ionen-Verfahren
Physikalische Vorbehandlung:
Beflammen (mit sauberer Gasflamme), Entladung (Korona-Verfahren), Niederdruck-Plasma-Verfahren, Silan/Pyrosil/Uvitro

Ein Maß für die Benetzbarkeit der Oberflächen ist die Oberflächenenergie, welche in mN/m angegeben wird. Je höher der Wert der Oberflächenenergie liegt, desto besser ist die Benetzbarkeit. Die Verwendung der Gasflamme für die Vorbehandlung hat zum Ziel, durch die Wärmeeinwirkung Molekülketten an der Oberfläche des Substrates aufzubrechen und in der Flamme enthaltene Sauerstoffbestandteile an diese Bruchstellen anzubinden. Auf diese Weise entstehen im ursprünglich unpolaren Material polare Moleküle, an die sich Druckfarben, Lacke, Klebstoffe usw. anbinden können. Die Gasflamme ist somit eine chemische Vorbehandlung, bei welcher die Hitze der Flamme nur benötigt wird, um den Prozess in Gang zu setzen. Für die Oxidation der Oberfläche muss dem Brenner ein Luft-Gas-Gemisch zugeführt werden, dessen Zusammensetzung bei der Verbrennung einen Sauerstoffüberschuss erzeugt.

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oberflächenenergie
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UVitro® durch Flammenpyrolyse
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UVitro® durch Flammenpyrolyse
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behälterglas
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