Oberflächenspannung

Die Oberflächenspannung von Folien stellt ein entscheidendes Merkmal dar

Die Spannung der jeweiligen Oberfläche ist bei bestimmten Einsätzen von Folien ein wichtiger Faktor. Nur wenn die Oberflächenspannung - mitunter alternativ auch als Oberflächenenergie bezeichnet - bei Folien hoch genug ist, haften Klebstoffe oder Druckfarben sicher an der Oberfläche der Folien.

Wie kommt es zu einer Oberflächenspannung?

Bei Flüssigkeiten treten Molekularkräfte auf, mittels derer die jeweiligen Oberflächen klein gehalten werden. Aus diesem Vorgang resultiert die Spannung der Oberfläche. Diese fällt je nach Flüssigkeit unterschiedlich aus. So hat zum Beispiel die Oberfläche von Wasser eine relativ große Spannung, während Öl eine demgegenüber geringere Oberflächenenergie bzw. -spannung aufweist. Das Ausmaß der Spannung einer Oberfläche lässt sich dabei in eine Faustformel einbetten: Je stärker sich die Teilchen anziehen, desto größer stellt sich die Oberflächenspannung dar.

Die Temperatur von Flüssigkeiten beeinflusst die Spannung der Oberfläche

Abhängig ist die Spannung der Oberfläche dabei auch von der Temperatur der Flüssigkeit. In der Regel nimmt die Oberflächenspannung bei steigender Temperatur ab. In diesem Fall sorgt die Wärme für eine Ausdehnung, sodass die Teilchen in der Flüssigkeit ihren Abstand zueinander vergrößern. Gleichzeitig verringert sich dadurch auch die Anziehungskraft zwischen den Teilchen.

Grundsätzlich verhält sich die Oberfläche von Flüssigkeiten ähnlich wie eine gespannte, elastische Folie. In der Natur ist dieser Effekt zum Beispiel für die Tropfenbildung von Wasser ursächlich verantwortlich. Auch das Phänomen, dass einige Insektenarten über Wasser laufen, hängt mit den Molekularkräften und den dadurch klein gehaltenen Oberflächen unmittelbar zusammen.

Unterschiede der Oberflächenenergie bei Flüssigkeiten und festen Körpern

Die Spannung der Oberfläche wird bei einem Festkörper entweder durch abstoßende oder durch anziehende Kräfte beeinflusst. Dies liegt an den nicht beweglichen Teilchen, die fest fixiert an eine Position gebunden sind. Handelt es sich demgegenüber um eine Flüssigkeit, sind die Moleküle allesamt beweglich. Das bedeutet, dass sich die jeweiligen Abstände zwischen den einzelnen Teilchen verändern können. Dadurch ist es möglich, dass anziehende und abstoßende Kräfte auf die Flüssigkeitsmoleküle wirken. Veranschaulicht werden kann dieser Sachverhalt auch in einem Lennard-Jones-Potenzial, das die Bindungsenergie beschreibt.

Eine hohe Spannung von Folienoberflächen sorgt für eine gute Haftung

Die Oberflächenenergie bzw. -spannung ist bei Folien insbesondere beim Auftragen von Farben, Lacken, Klebstoffen und Beschichtungen von wesentlicher Bedeutung. Denn die Stärke der Spannung beeinflusst die jeweilige Haftbarkeit von zusätzlichen Materialien auf der Folie. Dies gilt auch für die Benetzbarkeit von Folien- bzw. Kunststoffoberflächen. Ein typisches Beispiel stellen hier Polyethylen-Folien dar, die als Verpackungsmaterial für wasserhaltige Lebensmittel genutzt werden.

Typisches Beispiel für die Bedeutung der Oberflächenenergie

Bei Folien dieser Art können sich an der Folieninnenseite aus dem Lebensmittel ausgetretenes Wasser in Form kleiner Wassertropfen ablagern. Dieser Vorgang lässt sich durch eine gezielte Veränderung der Oberflächenenergie verhindern, wodurch die Transparenz der Folien bestehen bleibt.

Bleher Folientechnik hat sich in diesem Zusammenhang auf industriell kompostierbare, lebensmittelechte und aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellte PLA-Folien fokussiert. Diese verfügen nicht nur über eine sehr gute Transmissionsrate für Feuchtigkeit und eine gute Transparenz für UV-Licht, sondern auch über ein hohes Niveau an Oberflächenspannung.

Mit dieser spezifischen Vorbehandlung lässt sich die Oberflächenspannung steigern

Bei Bedarf lässt sich die Oberflächenspannung durch eine spezifische Vorbehandlung der Folien zusätzlich erhöhen. So erhöht die so bezeichnete Corona-Behandlung gezielt die natürliche Spannung der Folienoberfläche und anderen Plastik-, Papier- und Polymerobjekten. Durch das Verstärken der Spannung von Oberflächen wird sowohl die Benetzbarkeit der Werkstoffe als auch die Haftkraft von Klebstoffen, Druckertinten und Beschichtungen mitunter deutlich erhöht. 

Zusätzlich steigert die Corona-Behandlung die Druckqualität, gewährleistet eine schnellere Pressgeschwindigkeit und reduziert den Ausschuss. In der Summe bedeutet dies eine Optimierung von Qualität und Produktivität.

So profitieren Polymerfolien von einer Verbesserung der Oberflächenenergie

Insbesondere die Oberflächen von Polymerfolien präsentieren sich unbehandelt als porenfrei sowie chemisch inert und weisen eine vergleichsweise geringe Oberflächenspannung. Dadurch kann sich die jeweilige Folie nur schwer mit Drucktinten, Substraten, Klebstoffen und Beschichtungen verbinden. Die Corona-Behandlung schafft genau hier Abhilfe und vergrößert die Spannung der Folienoberfläche und verbessert damit gleichzeitig eben auch die Haftung.