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Zusammenfassung
  • Die vorliegende Forschungsarbeit untersucht das Adhäsionsverhalten einer radikalisch aushärtenden UV-Farbe in Abhängigkeit von Silan-funktionalisierten Floatglasoberflächen. Der angewendete alkalische Reinigungsprozess führte zu einer beidseitigen Hydrophilie (H2O: ~1°) und weitestgehenden Egalisierung der Floatglasoberflächen (Feuer- und Zinnseite) hinsichtlich ihrer Benetzbarkeit und Rauigkeit. Mittels des Disilazans HMDS und der Silane APTES, MPS und MPTMS wurden die gereinigten Floatglasoberflächen funktionalisiert (Gas-/Flüssigphase). Aus Vorversuchen erlangte Erkenntnisse definierten die drei final angewendeten Funktionalisierungen zur Erzielung drei differenzierbarer Benetzungszustände im Bereich der „guten“ Benetzung je Disilazan bzw. Silan. Die funktionalisierten Oberflächen wiesen. H2O im Bereich < 10,0 – > 80, 5°. und OFEs im Bereich von 34,5 –62,7 mJ/m² auf. Eine weitere Charakterisierung der funktionalisierten Oberflächen erfolgte über die dynamische Kontaktwinkelmessung (Hysterese, Tropfenalter). Ausgewählte funktionalisierte Floatglasproben wurden mittels Spin Coating-Verfahren mit der eingesetzten UV-Farbe beschichtet und unter Atmosphären- und Inertgasbedingungen (Stickstoff) UV-gehärtet. Die Haftkraft der Floatglasoberflächen wurde mittels 90. Peel-Test ermittelt und entsprechende Daten evaluiert. Die Gegenüberstellung der statischen Kontaktwinkel (Median) eingesetzter Testflüssigkeiten und der evaluierten Haftkräfte (Median) zeigte keine eindeutige Korrelation. Dies gilt auch für die Gegenüberstellung der ermittelten Oberflächenenergien und der Haftkräfte. Die Gegenüberstellung der statischen und dynamischen Kontaktwinkel-Mediane zeigte bei allen eingesetzten Silanen keine eindeutige Abhängigkeit in Bezug auf den erzeugten Benetzungszustand. Nur die HMDS-funktionalisierten Oberflächen zeigten mit steigender Hydrophobie der Oberflächen auch steigende Aqua Dest.-Hysteresen. Die dynamischen Kontaktwinkeldaten zeigen die eingeschränkte Sensitivität der dynamischen Kontaktwinkelmessung in Bezug auf den Benetzungszustand auf. Die Gegenüberstellung dynamischer Kontaktwinkeldaten (Hysterese, Tropfenalter) funktionalisierter Oberflächen mit der evaluierten Haftkraft zeigte keine eindeutige Korrelation. Eine große Hysterese und ein langes Tropfenalter stellen keine verlässlichen Indikatoren für eine große Haftkraft dar. Unter Atmosphärenbedingungen UV-gehärtete Proben zeigten Haftkräfte zwischen 7,3 N und 9,4 N und unter Inertgasbedingungen eindeutig reduzierte Haftkräfte (bis zu 1,9 N) zwischen 6,4 N und 8,2 N. Die funktionalisierten, beschichteten und UV-gehärteten Zinnseitenzeigten mehrheitlich höhere Haftkräfte, als die Feuerseiten. Die Untersuchungen zeigten die Vorteilhaftigkeit der Verwendung des Silans MPS zur Bindung der radikalisch aushärtenden UV-Farbe an das eingesetzte Floatglas auf.
Abstract
  • The present research work investigates the adhesion behaviour of a radical-curing UV ink as a function of silane-functionalised float glass surfaces. The alkaline cleaning process used led to hydrophilicity on both sides (H2O: ~1°) and the greatest possible equalisation of the float glass surfaces (fire and tin side) in terms of their wettability and roughness. The cleaned float glass surfaces were functionalised (gas/liquid phase) using the disilazane HMDS and the silanes APTES, MPS and MPTMS. Knowledge gained from preliminary tests defined the three final functionalisations used to achieve three different wetting states in the range of „good“ wetting per disilazane or silane. The functionalized surfaces exhibited. H2O in the range < 10.0 – > 80.5° and OFEs in the range of 34.5 – 62.7 mJ/m². Further characterisation of the functionalised surfaces was carried out using dynamic contact angle measurement (hysteresis, drop age). Selected functionalised float glass samples were coated with the UV ink using the spin coating process and UV-cured under atmospheric and inert gas conditions (nitrogen). The adhesive strength of the float glass surfaces was determined using the 90° peel test and the corresponding data was evaluated. The comparison of the static contact angles (median) of the test liquids used and the evaluated adhesive forces (median) showed no clear correlation. This also applies to comparingof the determined surface energies and the adhesive forces. The comparison of the static and dynamic contact angle medians showed no clear dependency to the wetting state generated for all silanes used. Only the HMDS-functionalised surfaces showed increasing Aqua Dest.-hysteresis with increasing hydrophobicity of the surfaces. The dynamic contact angle data show the limited sensitivity of the dynamic contact angle measurement to the wetting state. The comparison of dynamic contact angle data (hysteresis, drop age) of functionalised surfaces with the evaluated adhesive force showed no clear correlation. A large hysteresis and a long drop age are unreliable indicators of a high adhesive force. UV-cured samples under atmospheric conditions showed adhesion forces between 7.3 N and 9.4 N and under inert gas conditions clearly reduced adhesion forces (up to 1.9 N) between 6.4 N and 8.2 N. The majority of the functionalised, coated and UV-cured tin sides showed higher adhesive forces than the fire sides. The tests showed the advantages of using the silane MPS to bind the radical-curing UV ink to the float glass used.
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