DIN 55660-4-2012 Paints and varnishes - Wettability - Part 4 Determination of the polar and dispersive fractions of the surface tension of liquids from an interfacial tension《油漆和清漆.pdf

1、April 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Beschichtungsstoffe und Beschichtungen (NAB) im DINPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 87.040!$yd“1866557ww

2、w.din.deDDIN 55660-4Beschichtungsstoffe Benetzbarkeit Teil 4: Bestimmung des polaren und dispersen Anteils derOberflchenspannung von Flssigkeiten aus einerGrenzflchenspannungPaints and varnishes Wettability Part 4: Determination of the polar and dispersive fractions of the surface tension of liquids

3、from an interfacial tensionPeintures et vernis Mouillabilit Partie 4: Dtermination des fractions polaires et disperses de la tension de surface desliquides partir de la tension interfaciableAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 12 SeitenDIN 55660-4:2

4、012-04 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Kurzbeschreibung 4 4 Gerte und Prfmittel . 5 5 Probenahme 7 6 Durchfhrung 7 7 Auswertung . 9 8 Przision 10 9 Prfbericht . 11 Literaturhinweise . 12 DIN 55660-4:2012-04 3 Vorwort Die vorliegende Norm wurde vom Arbe

5、itskreis NA 002-00-07-15 AK Benetzbarkeit/Kontaktwinkel“ des NA 002-00-07 AA Allgemeine Prfverfahren fr Beschichtungsstoffe und Beschichtungen“ ausgearbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht da

6、fr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 55660 Beschichtungsstoffe Benetzbarkeit besteht aus: Teil 1: Begriffe und allgemeine Grundlagen Teil 2: Bestimmung der freien Oberflchenenergie fester Oberflchen durch Messung des Kontaktwinkels mit optischen Meth

7、oden Teil 3: Bestimmung der Oberflchenspannung von Flssigkeiten mit der Methode des hngenden Tropfens Teil 4 Bestimmung des polaren und dispersen Anteils der Oberflchenspannung von Flssigkeiten aus einer Grenzflchenspannung Teil 5: Bestimmung des polaren und dispersen Anteils der Oberflchenspannung

8、von Flssigkeiten aus Kontaktwinkelmessungen auf einem Festkrper mit rein dispersem Anteil der Oberflchenenergie DIN 55660-4:2012-04 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt ein Prfverfahren mit optischen Methoden zum Bestimmen des polaren und dispersen Anteils der Oberflchenspannung von Flssigkeiten fe

9、st. Das Verfahren kann zur Charakterisierung von flssigen Beschichtungsstoffen eingesetzt werden, insbesondere in dem Fall, wenn whrend der Messung Trocknungseffekte an der Luft auftreten. Im Falle von Flssigkeiten mit nicht-newtonschem Flieverhalten1)knnen Einschrnkungen der Anwendbarkeit auftreten

10、. Dieser Teil der Norm setzt die Kenntnis der Oberflchenspannung sowohl der zu prfenden Flssigkeit als auch mindestens einer geeigneten Referenzflssigkeit als bekannt voraus. Verfahren zum Bestimmen siehe neben DIN 55660-3 auch DIN EN 14370 und DIN ISO 1409. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zi

11、tierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 55660-3, Beschichtungsstoffe Benetzba

12、rkeit Teil 3: Bestimmung der Oberflchenspannung von Flssigkeiten mit der Methode des hngenden Tropfens DIN EN 14370, Grenzflchenaktive Stoffe Bestimmung der Oberflchenspannung DIN EN ISO 2808, Beschichtungsstoffe Bestimmung der Schichtdicke DIN EN ISO 15528, Beschichtungsstoffe und Rohstoffe fr Besc

13、hichtungsstoffe Probenahme DIN ISO 1409, Kunststoffe/Kautschuk Polymerdispersionen und Kautschuklatices (natrliche und synthe-tische Bestimmung der Oberflchenspannung mit dem Ringverfahren 3 Kurzbeschreibung Jeweils ein Tropfen der zu untersuchenden Flssigkeit wird innerhalb einer optischen Kvette,

14、die fast vollstndig mit einer Referenzflssigkeit gefllt ist, an einer Kanle hngend oder aufsteigend abgebildet. Der gebildete Tropfen muss auf Grund seines Differenzgewichtes in der Referenzflssigkeit dabei signifikant von der Kugelform abweichen. Die Grenzflchenspannung wird nach der Young-Laplace-

15、Gleichung aus der Form des dabei gebildeten hngenden bzw. aufsteigenden Tropfens berechnet. Aus der ermittelten Grenzflchen-spannung und den bekannten Oberflchenspannungen der zu untersuchenden und der Referenzflssigkeit lassen sich der polare und der disperse Anteil der Oberflchenspannung der zu un

16、tersuchenden Flssigkeit bestimmen. 1) Begriff siehe DIN 1342-1. DIN 55660-4:2012-04 5 4 Gerte und Prfmittel bliches Laborgert zusammen mit: 4.1 Tropfenkonturanalysesystem fr Messungen der Oberflchenspannung von hngenden Tropfen Beliebiges Tropfenkonturanalysesystem, dem Stand der Technik entsprechen

17、d mit digitaler Bilderfassung und -analyse. In den Bildern 1 und 2 ist jeweils ein Beispiel eines Tropfenkonturanalysesystems schematisch dargestellt. Legende 1 Lichtquelle 2 Dosiereinrichtung mit graduierter Mikroinjektionsspritze 3 Kvette 4 Bildaufnahme- und Auswerteeinheit 5 Bildschirm Bild 1 Tro

18、pfenkonturanalysesystem mit hngendem Tropfen DIN 55660-4:2012-04 6 Legende 1 Lichtquelle 2 Dosiereinrichtung mit graduierter Mikroinjektionsspritze 3 Kvette 4 Bildaufnahme- und Auswerteeinheit 5 Bildschirm Bild 2 Tropfenkonturanalysesystem mit aufsteigendem Tropfen ANMERKUNG 1 Die Bildaufnahmeeinhei

19、t sollte so zu orientieren sein, dass das optimale Bildauflsungsverhltnis (Verhltnis von Breite zu Hhe) genutzt werden kann. ANMERKUNG 2 Das verwendete Gert kann sich hinsichtlich des Strahlenganges und der Anordnung der Komponenten von dem Schema unterscheiden. 4.2 Dosiereinrichtung mit der es mgli

20、ch ist, einen auf Grund seines Eigengewichtes von der Kugelform signifikant abweichenden Flssigkeitstropfen an einer kreiszylindrischen Kanle mit konstanter Wanddicke im Erfassungsbereich der Kamera zu dosieren. Die verwendete Kanle kann gerade oder U-frmig gebogen sein. ANMERKUNG 1 U-frmig gebogene

21、 Kanlen, deren freies Ende nach oben weist, sind dann erforderlich, wenn die zu untersuchende Flssigkeit eine kleinere Dichte als die Referenzflssigkeit aufweist. ANMERKUNG 2 Fr die Messung der Oberflchenspannung am hngenden bzw. aufsteigenden Tropfen wird meist ein grerer Kanlenauendurchmesser bent

22、igt als fr die Messung des Kontaktwinkels am liegenden Tropfen. Verwendete Kanlen sollten in einem Auendurchmesserbereich zwischen 0,5 mm und 2 mm liegen. Der ideale Kanlenauen-durchmesser hngt vom Verhltnis zwischen der Grenzflchenspannung LRund der Dichtedifferenz LR= L Rund der zu testenden Flssi

23、gkeit Lund der Referenzflssigkeit Rab: Je grer der Quotient LR/LRist, desto grer sollte der Kanlenauendurchmesser sein. 4.3 Optische Kvette Die benutzte Kvette muss ebene und paarweise zueinander parallel verlaufende Seitenwnde besitzen. Durch diese Seitenwnde aus optisch einwandfreien, klar durchsi

24、chtigen Materialien (z. B. aus Glas oder unlslichem, optisch verwendbarem Kunststoff) erfolgt die Beobachtung des gebildeten Tropfens so, dass eine Darstellung ohne optische Fehler mglich ist. Die Wnde der Kvette mssen zudem innen und auen frei von Verunreinigungen (z. B. Fingerabdrcke, anhaftende P

25、artikel und Tenside) sein. DIN 55660-4:2012-04 7 4.4 Referenzflssigkeiten Die einzusetzende Referenzflssigkeit und die zu prfende Flssigkeit drfen nicht mischbar sein und mssen einen Meniskus ausbilden knnen. Referenzflssigkeiten mssen chemisch homogene, rein disperse und farblose Flssigkeiten mit e

26、inem Schmelzpunkt kleiner als 20 C sein. Vorzugsweise knnen von polaren Verunreinigungen befreite flssige Kohlenwasserstoffe oder Perfluorkohlenwasserstoffe verwendet werden. Als Referenzflssigkeiten unter den Kohlenwasserstoffen eignen sich insbesondere n-Decan, n-Dodecan, n-Tetradecan und n-Hexade

27、can. Alternativ dazu sind als Testflssigkeiten auch Perfluoralkane wie n-Perfluorhexan und n-Perfluoroctan verwendbar. Die Perfluoralkane knnen dann als Referenzflssigkeiten eingesetzt werden, wenn die zu untersuchende Flssigkeit eine zu starke Lslichkeit gegenber den Kohlenwasserstoffen aufweist. A

28、NMERKUNG Die Viskositt der genannten Referenzflssigkeiten bei 23 C liegt im Bereich der des Wassers. Dies ist vorteilhaft fr die Gleichgewichtseinstellung. 5 Probenahme Eine reprsentative Probe von der zu prfenden Flssigkeit nach DIN EN ISO 15528 nehmen. 6 Durchfhrung 6.1 Allgemeines 6.1.1 Aufstellu

29、ng des Tropfenkonturanalysegertes Den Stellplatz des Tropfenkonturanalysegertes so whlen, dass es keinen Erschtterungen, keinen strkeren Luftstrmungen (z. B. durch Lftungsanlagen), keiner greren Auenlichteinwirkung (z. B. Fenster, helle Raumbeleuchtung) ausgesetzt ist. Das Tropfenkonturanalysegert h

30、orizontal ausrichten. Den Wert der lokalen Schwerebeschleunigung des Aufstellortes ermitteln und an der entsprechenden Stelle in der Herstellersoftware eintragen. 6.1.2 Prfbedingungen Die Prfung bei (23 2) C durchfhren (siehe DIN EN 23270) und sicherstellen, dass alle Prfmedien diese Temperatur habe

31、n. DIN 55660-4:2012-04 8 6.1.3 Reinigung und Konditionierung der Referenzflssigkeit Die messbare Grenzflchenspannung gegenber Wasser muss nach der Reinigung der empfohlenen n-Alkane (siehe 4.4) mindestens 52 mN/m bei 23 C als Kontrollwert betragen 1. ANMERKUNG 1 Insbesondere der Restgehalt an Ketone

32、n in den n-Alkanen kann durch die folgende Reinigungsprozedur entfernt werden. Die Reinigung der als Referenzflssigkeiten benutzten Kohlenwasserstoffe kann in Chromatographiesulen mit einer Mindestlnge von 60 cm erfolgen, die mit Kieselgelkgelchen (z. B. Teilchengre Mesh 60) gefllt sind. Die benutzt

33、en Kieselgele mssen selbst polare Oberflchen besitzen, um die aus dem Herstellungsprozess stammenden polaren Verunreinigungen beim Durchlaufen der Kohlenwasserstoffe ausreichend adsorbieren zu knnen. Eine destillative Reinigung ist ebenfalls mglich. Die gereinigten n-Alkane sind in lichtdichten Glas

34、flaschen bei hchstens 4 C im Khlschrank aufzubewahren. ANMERKUNG 2 Die alternativ benutzbaren Perfluorkohlenwasserstoffe brauchen nicht vorher gereinigt zu werden, da nach dem blichen industriellen Herstellungsprozess (Elektrofluorierung) dieser Flssigkeiten kein merklicher Gehalt an polaren Verunre

35、inigungen mehr zu erwarten ist. Als Grenzflchenspannung gegenber Wasser bei 23 C ist bei den vorzugsweise verwendeten Perfluoralkanen (n-Perfluorhexan und n-Perfluoroctan) mindestens 54 mN/m bei 23 C als Kontrollwert einzuhalten 2. 6.2 Bestimmung der Grenzflchenspannung der Flssigkeit 6.2.1 Vorberei

36、tungen Sofern sie nicht bekannt ist, ist die Dichte der zu prfenden Flssigkeit und der Referenzflssigkeit zu ermitteln und die Dichtedifferenz zu berechnen. Die Kvette mit der Referenzflssigkeit zu etwa 80 % befllen. Den Auendurchmesser der Kanle auf 0,005 mm, z. B. mikroskopisch oder mit einer Bgel

37、messschraube nach DIN EN ISO 2808, bestimmen. ANMERKUNG Es ist darauf zu achten, dass insbesondere bei U-frmig (engl. J-shaped) gebogenen Dosiernadeln das Ende der Kanle kreiszylindrisch ausluft. Das Dosiersystem mit der zu prfenden Flssigkeit fllen. Dabei auf kontaminations- und blasenfreies Beflle

38、n achten. Die Kanle bei hngendem Tropfen an den oberen bzw. bei aufsteigenden Tropfen an den unteren Bildrand bewegen und die Rnder der Kanle fokussieren. Den Zoom des Tropfenkonturanalysegertes so einstellen, dass der Kanlendurchmesser mindestens ein Achtel der Bildbreite einnimmt, eventuell nachfo

39、kussieren. Eine bezglich Helligkeit und Kontrast geeignete Bilddarstellung einstellen (die Herstellerangabe beachten). Falls mglich, die Beleuchtungsquelle des Tropfenkonturanalysegertes so justieren, dass die Grauwerte innerhalb eines Tropfens in der Nhe der Phasengrenze den Wert 40 (bezogen auf 25

40、6 Grauwertstufen) nicht bersteigen und auerhalb eines Tropfens zwischen 170 und 200 liegen. DIN 55660-4:2012-04 9 6.2.2 Durchfhrung Einen mglichst groen hngenden bzw. aufsteigenden Tropfen innerhalb der Kvette erzeugen. Der Tropfen darf dabei aber weder die untere Kvettenbegrenzung noch den Meniskus

41、 der umgebenden flssigen Phase im oberen Bereich der Kvette berhren. ANMERKUNG 1 Um Strungen des hngenden bzw. aufsteigenden Tropfens sowie Bildunschrfen auf Grund von Konvektionsstrmungen zu verhindern, muss die Gleichgewichtseinstellung in der Kvette abgewartet werden. Die Einstellung des vollstnd

42、igen Gleichgewichtes bei der Grenzflchenspannung kann je nach Viskositt und Lslichkeit der zu prfenden Flssigkeit zustzliche Wartezeit bentigen. Die konkrete Zeit bis zur Einstellung des (thermodynamischen) Gleichgewichtes hngt von der Gre der Kvette, der umgebenden Thermostatisierung und den Eigens

43、chaften der Flssigkeiten selbst ab. Sollten sich einzelne Bestandteile der zu prfenden Flssigkeit in der Referenzflssigkeit lsen, ist die Referenzflssigkeit zu wechseln. In diesem Fall knnen Perfluoralkane als Referenz verwendet werden. Eine weitere Mglichkeit stellt das Messen auf dispersen Referen

44、zoberflchen dar (siehe DIN 55660-5). Nach abschlieendem Fokussieren/Zoomen eine Lngenkalibrierung der bildgebenden Einheit durchfhren. Gegebenenfalls die Beleuchtung nachfhren. Nach dieser Mastabsbestimmung den Zoom und den Fokus nicht mehr verndern. Ein Bild des hngenden bzw. aufsteigenden Tropfens

45、 aufnehmen. ANMERKUNG 2 Aus Grnden der Rckverfolgbarkeit sollte das Originalbild gespeichert werden. Die Messung an mindestens zwei weiteren Tropfen wiederholen. Den Mittelwert und die Standardabweichung der Grenzflchenspannung ber alle Einzelmesswerte berechnen. 6.3 Bestimmung der Oberflchenspannun

46、g bei Flssigkeiten Die Oberflchenspannung der zu prfenden Flssigkeit als auch der Referenzflssigkeit nach DIN 55660-3, DIN EN 14370 oder DIN ISO 1409 messen. 7 Auswertung 7.1 Allgemeines Der Wert der Oberflchenspannung fr jede Flssigkeit wird als arithmetischer Mittelwert der Messwerte berechnet. De

47、r Wert der Grenzflchenspannung zwischen den beiden Flssigkeiten wird ebenfalls als arithmetischer Mittelwert der Messwerte berechnet. Die Standardabweichungen sollten folgende Werte nicht berschreiten: Fr die Oberflchenspannung der untersuchten Flssigkeit: 1 %. Fr die Oberflchenspannung der Referenz

48、flssigkeit: 0,5 %. Fr die Grenzflchenspannung der untersuchten Flssigkeit gegenber der Referenzflssigkeit: 1 %. Als Berechnungsverfahren der dispersen und polaren Anteile der Oberflchenspannung wird vorzugsweise das Owens-Wendt-Rabel-Kaelble-Verfahren verwendet. Werden dabei negative polare Anteile errechnet, wird empfohlen, beispielsweise das Wu-Verfahren anzuwenden. DIN 55660-4:2012-04 10 7.2 Berechnung des dispersen Anteils der Oberflchenspannung nach Owens-Wendt-Rabel-Kaelble Den dispersen Anteil der Obe