Het bepalen van de oppervlaktespanning (oppervlakte-energie) is een belangrijke stap bij het beoordelen van oppervlakken vóór processen zoals bedrukken, verlijmen, lakken en coaten. Met testinkten of teststiften kan snel worden gecontroleerd of een oppervlak voldoende schoon of voorbehandeld is voor de volgende processtap.
De meting wordt uitgevoerd door een testinkt met een bekende waarde in mN/m (dyne/cm) op het oppervlak aan te brengen. Het gedrag van de aangebrachte lijn binnen de voorgeschreven observatietijd geeft aan of de oppervlaktespanning lager, gelijk aan of hoger is dan de waarde van de gebruikte testinkt.
Deze meetmethode is geschikt voor onder andere kunststoffen, metalen, glas en keramiek en kan zowel tijdens productie en kwaliteitscontrole als in laboratoriumomgevingen worden toegepast.
De oppervlaktespanning (oppervlakte-energie) van een vast oppervlak kan met testinkten of teststiften worden beoordeeld. Hiervoor wordt een testinkt met een bekende oppervlaktespanning als een gelijkmatige lijn op het te beoordelen oppervlak aangebracht.
Vervolgens wordt het gedrag van de aangebrachte lijn gedurende de voorgeschreven observatietijd beoordeeld. Blijft de lijn gedurende deze tijd homogeen en gelijkmatig staan, dan heeft het oppervlak de aangegeven waarde van de testinkt bereikt of ligt de oppervlaktespanning iets hoger.
Trekt de testinkt samen of ontstaat druppelvorming, dan is de oppervlaktespanning van het materiaal lager dan de waarde van de gebruikte testinkt. Spreidt de testinkt zich juist verder over het oppervlak uit, dan ligt de oppervlaktespanning hoger.
Een voldoende hoge en gelijkmatige oppervlaktespanning is belangrijk voor de bevochtiging en hechting van inkten, lijmen, coatings en lakken. Een oppervlak met een te lage oppervlaktespanning kan leiden tot slechte bedrukbaarheid, onvoldoende verlijming, slechte lakhechting of loslatende coatings.
Vooral kunststoffen zoals PE en PP hebben van nature een relatief lage oppervlaktespanning. Voor toepassingen zoals bedrukken, verlijmen of coaten worden deze materialen daarom vaak voorbehandeld met corona, plasma of vlam. Met een oppervlaktespanningsmeting kan vervolgens worden gecontroleerd of de gewenste behandeling voldoende effect heeft gehad.
Voor het bepalen van de oppervlaktespanning zijn verschillende typen testinkten en teststiften beschikbaar. De keuze is afhankelijk van het gewenste meetbereik, de toepassing en de eisen die aan de testvloeistof worden gesteld.
| Testinktreeks | Meetbereik | Kenmerken |
|---|---|---|
| ORGANIC | 30–46 mN/m | Testinkten voor veelgebruikte oppervlaktespanningsmetingen, zonder verplichte gevarenetikettering volgens CLP. |
| PINK | 22–60 mN/m | Roze testinkten voor een breed meetbereik en nauwkeurige beoordeling van verschillende oppervlakken. |
| BLUE | 18–105 mN/m | Traditionele testinktreeks met een zeer groot meetbereik. |
Voor vergelijkbare en reproduceerbare resultaten is het belangrijk om een meetreeks met hetzelfde type testinkt uit te voeren. Meetresultaten van verschillende testinktreeksen of verschillende applicatiemethoden moeten niet zonder meer rechtstreeks met elkaar worden vergeleken.
Het te meten oppervlak mag vóór de meting niet met de blote hand worden aangeraakt. Vingerafdrukken, olie, stof, glijmiddelen, siliconen, scheidingsmiddelen en andere verontreinigingen kunnen het meetresultaat beïnvloeden.
Bij het beoordelen van een gereinigd of voorbehandeld oppervlak moet de meting daarom zo snel mogelijk en onder reproduceerbare omstandigheden worden uitgevoerd.
Testinkt uit een flesje kan met een geschikt kwastje of wattenstaafje worden aangebracht. Breng een gelijkmatige hoeveelheid testinkt aan in een doorgaande lijn. Bij gebruik van een teststift wordt de lijn met geringe druk rechtstreeks op het oppervlak aangebracht.
Bij vervuilde of oliehoudende oppervlakken wordt geadviseerd een wattenstaafje slechts eenmaal te gebruiken. Hierdoor wordt voorkomen dat verontreinigingen vanaf het testoppervlak terug in het flesje terechtkomen en de testinkt beïnvloeden.
Voor reproduceerbare metingen wordt een omgeving- en materiaaltemperatuur van ongeveer 20 °C aanbevolen. Temperatuurverschillen kunnen de oppervlaktespanning en daarmee het gemeten resultaat beïnvloeden.
Na het aanbrengen moet de testinkt gedurende de voorgeschreven observatietijd worden beoordeeld. Deze observatietijd verschilt per testinktreeks en waarde.
| Testinktreeks | Waarde | Observatietijd |
|---|---|---|
| ORGANIC | 30–46 mN/m | 2 seconden |
| BLUE | 18–105 mN/m | 2 seconden |
| PINK | 22–26 mN/m | 2 seconden |
| 28–44 mN/m | 4 seconden | |
| 45–60 mN/m | 2 seconden |
| Gedrag van de testinkt | Betekenis |
|---|---|
| De lijn blijft homogeen en gelijkmatig | De oppervlaktespanning heeft de waarde van de gebruikte testinkt bereikt of ligt iets hoger. |
| De lijn trekt samen of vormt druppels | De oppervlaktespanning is lager dan de waarde van de gebruikte testinkt. |
| De testinkt spreidt zich verder uit | De oppervlaktespanning is hoger dan de waarde van de gebruikte testinkt. |
Trekt de lijn binnen de observatietijd samen, herhaal de meting dan met de eerstvolgende lagere waarde. Spreidt de testinkt zich uit, dan kan met een hogere waarde verder worden getest. Zo kan de oppervlaktespanning stapsgewijs worden bepaald.
Kunststoffen kunnen van nature een lage oppervlaktespanning hebben. Vooral polyolefinen zoals polyethyleen (PE) en polypropyleen (PP) moeten voor veel industriële toepassingen worden voorbehandeld om een goede bevochtiging en hechting mogelijk te maken.
Hiervoor kunnen onder andere corona-, plasma- en vlambehandeling worden toegepast. Omdat het effect van een oppervlaktebehandeling in de tijd kan afnemen, is het verstandig de oppervlaktespanning zo dicht mogelijk vóór de verdere verwerking te controleren.
Bij metalen wordt een oppervlaktespanningsmeting vaak gebruikt als praktische controle op de reinheid van het oppervlak. Olie, vet, stof en andere verontreinigingen kunnen de bevochtiging verminderen en daarmee de hechting tijdens verdere verwerking beïnvloeden.
De meting kan daardoor worden gebruikt om reinigingsprocessen te controleren en om vast te stellen of een oppervlak voldoende schoon is voor bijvoorbeeld verlijmen, lakken of coaten.
Materialen hebben van nature verschillende oppervlakte-eigenschappen. Onderstaande waarden zijn richtwaarden. De werkelijk gemeten oppervlaktespanning kan onder andere worden beïnvloed door materiaalreceptuur, additieven, vervuiling, opslag, temperatuur, veroudering en voorbehandeling.
| Materiaal | Afkorting | Richtwaarde bij 20 °C |
|---|---|---|
| Polyethyleen | PE | 32 mN/m |
| Polypropyleen | PP | 30 mN/m |
| Polyvinylchloride | PVC | 40 mN/m |
| Polystyreen | PS | 38 mN/m |
| Polyurethaan | PUR | 37 mN/m |
| Polyethyleentereftalaat | PET | 44 mN/m |
| Polytetrafluorethyleen | PTFE | 21 mN/m |
| Polycarbonaat | PC | 42 mN/m |
| Silicone | – | 22 mN/m |
| Epoxyhars | – | 45 mN/m |
| Aluminiumfolie | – | 41 mN/m |
| Glas | – | 73 mN/m |
| Staal | – | 43–46 mN/m |
De oppervlaktespanning van een materiaal is geen waarde die onder alle omstandigheden gelijk blijft. Vooral na een oppervlaktebehandeling kan de bereikte waarde tijdens opslag geleidelijk afnemen.
Belangrijke invloedsfactoren zijn onder andere:
Daarom is het belangrijk om de oppervlaktespanning niet alleen direct na reiniging of voorbehandeling te meten, maar waar nodig ook vlak vóór de daadwerkelijke verdere verwerking.
Testinkten en teststiften moeten na gebruik direct goed worden afgesloten. Componenten van de testvloeistof kunnen verdampen, waardoor de samenstelling en uiteindelijk de meetwaarde kunnen veranderen.
Ook vervuiling is een belangrijke oorzaak van afwijkende meetresultaten. Vooral bij testinkten in flesjes moet worden voorkomen dat verontreinigingen vanaf het oppervlak in de testinkt terechtkomen. Het gebruik van geschikte wattenstaafjes voor eenmalig gebruik helpt dit risico te beperken.
In onderstaande video ziet u hoe de oppervlaktespanning van een oppervlak met testinkt wordt gecontroleerd en hoe het gedrag van de aangebrachte testinkt wordt beoordeeld.
