Oberflächenspannung: Tabelle, Bedeutung und Anwendungen
Die Oberflächenspannung beschreibt die molekularen Wechselwirkungen an der Grenzfläche zwischen einem Material und seiner Umgebung. Sie ist ein entscheidender Faktor für die Benetzbarkeit und die Haftung von Flüssigkeiten auf Festkörpern. Besonders in der Industrie spielt sie eine wichtige Rolle, beispielsweise bei der Lackierung, Verklebung oder Beschichtung von Materialien.
Oberflächenspannung verschiedener Materialien
Nachfolgend sind typische Oberflächenspannungswerte für verschiedene Flüssigkeiten und Feststoffe aufgelistet.
Flüssigkeiten
| Flüssigkeit (bei 20 °C) | Oberflächenspannung (mN/m) |
|---|---|
| Wasser | 72,6 mN/m |
| Glycerin | 63,4 mN/m |
| Ethanol | 22,5 mN/m |
| Methanol | 22,6 mN/m |
| Benzol | 28,9 mN/m |
| Ethylenglycol | 48,4 mN/m |
| Aceton | 23,3 mN/m |
Hinweis: Die Werte können je nach Messmethode und Umgebungsbedingungen variieren.
Feststoffe
| Material | Oberflächenspannung (mN/m) |
|---|---|
| Polytetrafluorethylen (PTFE) | < 20 mN/m |
| Silikon | < 20 mN/m |
| Polyvinylfluorid (PVF) | 25 mN/m |
| Naturkautschuk (NR) | 25 mN/m |
| Butylkautschuk (BR) | 27 mN/m |
| Polypropylen (PP) | ca. 29-30 mN/m |
| Polyethylen (PE) | ca. 30-32 mN/m |
| Polystyrol (PS) | ca. 34-38 mN/m |
| Polymethylmethacrylat (PMMA) | ca. 33-44 mN/m |
| Polycarbonat (PC) | ca 35-40 mN/m |
| Polyamid (PA) | ca. 40-43 mN/m |
| Polyethylenterephthalat (PET) | ca. 42-43 mN/m |
| Kupfer (Cu) | 44 mN/m |
| Aluminium (Al) | 46 mN/m |
| Edelstahl | 45 mN/m |
| Gold (Au) | 57,4 mN/m |
| Glas | 47 mN/m |
Hinweis: Die Werte können je nach Messmethode und Umgebungsbedingungen variieren.
Warum ist die Oberflächenspannung wichtig?
Die Oberflächenspannung bestimmt, ob Flüssigkeiten sich gleichmäßig auf einer Oberfläche verteilen oder abperlen. Hohe Oberflächenspannungen sorgen für eine bessere Benetzung, während niedrige Werte oft dazu führen, dass Flüssigkeiten in Tropfenform verbleiben.
Beispiel: Wasser hat eine hohe Oberflächenspannung (72,6 mN/m) und perlt daher auf fettigen oder hydrophoben Oberflächen ab. Im Gegensatz dazu haben Alkohole wie Ethanol oder Methanol eine niedrigere Oberflächenspannung und breiten sich auf vielen Materialien leichter aus.
Einfluss der Oberflächenspannung auf industrielle Prozesse
Die Kontrolle der Oberflächenspannung ist für zahlreiche technische Anwendungen entscheidend:
- Lackieren & Beschichten: Damit Farben und Lacke gut haften, muss die Oberflächenenergie des Materials höher sein als die Oberflächenspannung des Lacks. Kunststoffe mit niedriger Oberflächenenergie müssen deshalb vorbehandelt werden.
- Verkleben & Bedrucken: Für eine optimale Haftung von Klebstoffen oder Druckfarben müssen die Oberflächeneigenschaften des Substrats angepasst werden.
- Reinigung & Hydrophobierung: In der Glas- und Automobilindustrie werden gezielt Oberflächen mit niedriger Energie geschaffen, um Schmutz- und Wasserabweisung zu verbessern (z. B. Lotus-Effekt bei beschichtetem Glas).
Methoden zur Beeinflussung der Oberflächenspannung
- Plasmabehandlung: Erhöht die Oberflächenenergie und verbessert dadurch die Benetzbarkeit und Haftung.
- Coronabehandlung: Hochspannungsentladungen modifizieren die Oberfläche von Kunststoffen und steigern ihre Benetzbarkeit.
- Beflammung: Durch kurzzeitige Hitzeeinwirkung wird die chemische Struktur verändert, sodass Lacke und Klebstoffe besser haften.
- Hydrophobierende Beschichtungen: Senken die Oberflächenspannung, sodass Flüssigkeiten leichter abperlen.
Wir beraten Sie gerne
Tantec ist ihr Experte für Oberflächenbehandlungen mittels Plasma- und Corona-Technologien. Wenn Sie noch Fragen haben oder Hilfe benötigen, beraten wir Sie gerne.
