Determination of the surface tension
Test inks can be used to determine the surface tension of solids made
of plastic, metal, glass, ceramics and others.
The adhesion possibility of the surfaces in particular for printing, bonding and painting should also be determined based on the wetting pattern .
The surface tension is determined by applying a stroke of ink measuring just a few centimetres in length to the surfaces to be evaluated and observing the behaviour of the stroke of ink.
If the line contracts within 2 or 4 seconds – depending on the ink specification – the surface tension of the test area is lower than that of the test ink.
Conversely, if the stroke spreads, this would show that the surface tension of the applied ink is lower than that of the surface.
If the stroke remains unchanged during the observation period, the value of the surface tension has been reached exactly or is slightly higher.
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In this application example, is tested with test ink PINK from 10 ml bottles with cotton swabs. Take a new cotton swab after each use.
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In this application example, the PINK 38 Jumbo test pen is used to check the surface tension on black PE plastic.
Cleanliness of materials
The terms cleanliness and purity of materials need to be defined in more detail. As the materials, whether as moulded parts or film, are present in their surface, the term cleanliness may be appropriate here because purity of materials may refer to their structure, i.e. including the internal framework of an aggregate object.
Contaminations of materials may have multiple causes and may present themselves in various ways. You need to consider particle contaminations as well as film-type contaminations. Particle contamination may be present as individual irregular or intermittent dots.
Film-type contamination may, however, completely or partially cover surfaces. These may, if clean, also be described as pure, which would have to be subject to a relevant definition, e.g. of the surface tension / surface energy.
These definitions cannot refer to the internal framework of a workpiece, which, if anything, can only be described by purity. As it is the surfaces that will be further processed, we must also define the cleanliness states; this is generally possible using the term surface tension.
Processing may be printing, painting or gluing. The procedures used are simple solutions such as to test surfaces using test inks and measure contact angles. The first procedure is straightforward and therefore hands-on because ink can be easily applied to testing surfaces during production processes. The latter procedure requires a machine capable of displaying the surface tension components as polar and dispersive ones.
The test ink procedure only shows the sum of both values, which is mostly sufficient for assessing surfaces. Neither procedure is contactless or continuously applicable. The latter means that for manufacturing processes, in particular those using film, measurements can only be performed when systems are idle, i.e. webs are not moving.
In exceptional cases, a measurement may even require a very slow speed. The terms cleanliness and purity can be used optionally, but cleanliness can only be applied to surfaces. Try not to mix the terms to avoid confusion.
The term pre-treatment refers to cleaning surfaces using mechanical means, most commonly washing with or without a solvent. For a few decades, pre-treatment has also included physical treatment using corona, plasma and flames, where electrical influence modifies the surfaces, boosts their polar ratio, increases surface tension and significantly improves adhesion.
For example, plastics from polyolefins, whose natural surface tension values are 30mN/m, can be relatively easily increased to values exceeding 45mN/m, delivering very good adhesive values for printing, gluing and painting. There is no way you can achieve these values using traditional cleaning procedures, but we can see that mechanical pre-cleaning is required in most cases to enable viable pre-treatment using physical procedures.
This is especially true for metal surfaces contaminated with, e.g. oils used for manufacturing film or moulded parts.
Test inks for efficient adhesion testing
Test inks are used to record the surface tension of solids, which can be flat or molded. Surface tension is tested using inks whose image can be read within a few seconds of being applied to the surfaces.
Mittels Testtinten-Prüfung erhält man ein Bild, das als Benetzbarkeit der Oberfläche erscheint. Dieses kann als Indikator für die Haftfestigkeit von Beschichtungen verwendet werden. Ebenso kann damit die Sauberkeit der Oberflächen geprüft werden.
Zieht sich die Tinte innerhalb der Beobachtungszeit, z.B. 2 Sekunden, zusammen und bildet Einzelpunkte, so liegt die OFS des Objekts unterhalb derjenigen der Testtinte.
Bleibt die Tinte stehen, wie aufgetragen,oder fängt sie an auseinanderzufließen, so liegt die OFS bei oder oberhalb derjenigen
der Testtinte.
Der Wert der einzusetzenden Testtinte wird nach Erfahrungswerten bestimmt. Als Richtwert für die OFS, welche eine Haftung ermöglicht, kann 38 mN/m angenommen werden. Dieser Richtwert kann z.B. für 2 – Komponentensysteme als Auftragsmedium stimmen, für wasserbasierende Beschichtungen müssen mit Sicherheit höhere Richtwerte, z.B. 48 mN/m, herangezogen werden.
Prüftinten sind in einem breiten Spektrum herstellbar, wie 18 mN/m bis 105 mN/m. Es zeigt sich jedoch, dass der Bereich 30 mN/m bis etwa 70 mN/m für Prüfungen sehr gut geeignet ist. Die Tinten sind als Schreibmarker lieferbar oder in Flaschen zum Auftrag auf die Oberflächen mit Pinsel oder Wattestäbchen oder auch aus Sprühflaschen für größere Flächen.
Zweckorientierte Tinten-Zusammensetzung
Die Tinten werden in verschiedener Zusammensetzung zubereitet, je nach Anwendungszweck.
Tinten nach DIN 53364 bzw. ISO 8296 werden seit mehr als 50 Jahren eingesetzt. Sie enthalten in geringen Mengen heute als giftig eingestufte Komponenten, sind aber bei ordnungsgemäßem Gebrauch harmlos.
Zwischenzeitlich werden giftfreie Tinten hergestellt, die aber als gesundheitsschädlich zu kennzeichnen sind. Neueste Entwicklungen bieten kennzeichnungsfreie Tinten an. Die Tinten müssen nach der Messung von den Oberflächen wieder abgereinigt werden.
Spezielle Tinten, die nach dem Auftragen in Sekundenschnelle antrocknen, können belassen werden oder müssen mit Lösemittel abgewischt werden. Sie dienen vor allem im Folienbereich zur Ermittlung der vorbehandelten Seite. Diese Tinten können auch zur Archivierung in der Qualitätssicherung
eingesetzt werden.
Die Verwendbarkeit der Tinten ist von ihrem Gebrauch abhängig. Sie können durch den Eintrag von Substanzen, die von verschmutzten Oberflächen herrühren, ungenau oder damit unbrauchbar werden.
Ungeöffnete Tinten können über viele Monate gelagert und dann noch eingesetzt werden. Da die Tinten meistens Lösemittel enthalten, sind empfindliche Oberflächen dahingehend zu prüfen. Grundsätzlich können alle Festkörper wie Metall, Kunststoff, Glas und Keramik geprüft werden. Die Tinten können, wenn
sie nicht mehr verwendet werden, zur Entsorgung zurückgeliefert werden.
Preisgünstig und präzise
Die Prüfung der OFS entbindet den Verwender nicht davor, das Haftungsergebnis gerade beim Ersteinsatz zu bestätigen, also den richtigen Testwert der Tinte für seine Anwendung, sei es Bedruckung, Lackierung, Reinigung oder Verklebung zu ermitteln. Dies kann dann einmalig durch eine Haftungsprüfung der Beschichtung durch Klebebandabriss, Kratztest oder Gitterschnitt
– Prüfung oder andere Methoden festgestellt werden. Die Verwendbarkeit von Tinten, die längere Zeit in Gebrauch sind kann im Zweifelsfalle durch eine Gegenprüfung mit frischen Tinten festgestellt werden.
Die Tintenmessung wird auch vielfach in der Vorstufe der Vorbehandlung / Aktivierung der Oberflächen verwendet. Testtinten sind ein preisgünstiges und genaues Mittel, das unmittelbar in der Praxis eingesetzt werden kann, ohne dass eine aufwendige Laboruntersuchung
nötig ist.