Kontaktwinkel
Der Kontaktwinkel ist der Winkel, den die Oberfläche eines Flüssigkeitstropfens mit der Oberfläche eines Festkörpers bildet, wobei das Volumen des mit Flüssigkeit gefüllten Tropfens im Kontaktwinkel eingeschlossen ist. Somit ist der Kontaktwinkel ein Indikator zur Überprüfung, ob eine Oberfläche hydrophil oder hydrophob (wasserabweisend) ist. Der Wasserkontaktwinkel ist ein wichtiger Parameter, um die Benetzbarkeit eines Materials zu charakterisieren und es als hydrophil oder hydrophob zu klassifizieren. Auf Materialien, die sehr hydrophil sind, breitet sich Wasser vollständig auf der Oberfläche aus, und es wird ein Kontaktwinkel von 0° erreicht.
Für viele Prozesse wie Verkleben, Bedrucken oder Beschichten ist eine hydrophile Oberfläche erforderlich, so dass sich Kleber, Tinte oder Beschichtung optimal auf der Oberfläche verteilen. Allerdings sind viele Materialien hydrophob. Hier kommt die Plasmabehandlung ins Spiel. Durch eine vorherige Plasmabehandlung können hydrophobe Oberflächen hydrophil gemacht werden und so optimal für nachgelagerte Prozesse vorbereitet werden.
Anwendungsbeispiel im Bereich Bedrucken
Die Abbildung zeigt das Zusammenspiel von Oberflächenenergie, Druckfarbe und Plasma. Im oberen Bild sieht man einen Tropfen Tinte, der auf eine Oberfläche aufgetragen wurde, und darunter das daraus resultierende Druckergebnis. Der erste Tropfen hat einen sehr großen Kontaktwinkel von über 90° und benetzt daher die Oberfläche sehr schlecht, was dazu führt, dass sich die Tinte auf der Oberfläche zusammenzieht und nicht gleichmäßig benetzt. Die beiden Tropfen in der Mitte haben bereits einen flacheren Kontaktwinkel, wodurch sich das Druckergebnis verbessert. Das beste Ergebnis wird erzielt, wenn der Kontaktwinkel 0° beträgt, da dann die Tintentropfen auf der Oberfläche gut benetzen und ein gleichmäßiges Druckbild entsteht.
Wie lässt sich der Kontaktwinkel messen?
Zur einfachen und zuverlässigen Quantifizierung dieser Größen dienen sogenannte Kontaktwinkelmessgeräte (z.B. von https://www.kruss-scientific.com/de/ ). Hierbei kommen zwei Testflüssigkeiten (z.B. Wasser und Diiodmethan) zum Einsatz, von denen Tropfen auf die zu prüfende Oberfläche aufgebracht werden. Aus den vermessenen Kontaktwinkeln kann so mit hoher Genauigkeit die Oberflächenenergie des Substrats ermittelt werden.
