Wanneer spreekt men van SFE, wanneer van oppervlaktespanning?
De termen SFE en oppervlaktespanning (SFT) zijn fysisch gelijkwaardig. SFE wordt gewoonlijk gebruikt voor vaste oppervlakken en SFT voor vloeibare oppervlakken. Af en toe wordt echter ook de SFT van een vaste stof genoemd.
De SFE heeft de eenheid mJ/m2 (millijoule per vierkante meter) als energie per oppervlakte, waarbij de equivalente eenheid mN/m (millinewton per meter), die gewoonlijk voor de SFT wordt gebruikt, ook vaak wordt gebruikt. Het formule-symbool is σ (kleine sigma), zeldzamer γ (kleine gamma).
Het woord “vrij” geeft aan dat dit het deel van de energie is dat in mechanische arbeid kan worden omgezet, in tegenstelling tot de inwendige energie, die ook de warmte-gerelateerde entropie bevat. In de praktijk wordt de term “vrij” vaak weggelaten.
Wat is het verband tussen SFE en bevochtigbaarheid?
Elk systeem streeft naar een toestand van vrije energie die zo laag mogelijk is. Vloeistoffen nemen daarom bij een gegeven volume een zo klein mogelijke oppervlakte als gevolg van de SFE; in gewichtloosheid vormen zij bolvormige druppels. Vaste stoffen kunnen hun oppervlak echter niet verkleinen door vervorming, maar zij kunnen wel een grensvlak vormen met een vloeistof om de vrije energie te verminderen, d.w.z. zij kunnen bevochtigd worden. Daarom is de SFE van een vaste stof nauw verbonden met zijn bevochtigbaarheid.
Hoe kan SFE worden beïnvloed?
Een goede bevochtigbaarheid en een dienovereenkomstig hoge SFE zijn bijvoorbeeld vereist bij het hechten, coaten of bedrukken. Op andere gebieden, zoals corrosie- en vochtbescherming, moet de bevochtigbaarheid worden verminderd. Een groot aantal technische processen bereiden vaste oppervlakken voor op contact met vloeistoffen – de meeste daarvan veranderen direct of indirect de SFE.
Verhoging van de SFE is van centraal belang voor kunststofoppervlakken. De bekendste methoden zijn plasma-, vlam- en coronabehandeling, alsmede chemische processen met oxiderende middelen. Industriële reiniging verwijdert laag-energetische vervuiling door vetten of oliën. Het oppervlak vertoont dan een hogere SFE.
Een lage SFE en dienovereenkomstige lage bevochtiging wordt gewoonlijk bereikt door coating met laagenergetische stoffen. Voorbeelden hiervan zijn kookgerei met PTFE-coating of het gebruik van oliën ter bescherming tegen corrosie.
Hoe verhouden de SFE en de contacthoek zich tot elkaar?
De maat voor bevochtigbaarheid is de contacthoek (CA) θ (kleine theta), die gewoonlijk optisch wordt bepaald als de hoek op het snijpunt van de omtrek van een druppel met het vlak van het oppervlak (= basislijn). Volgens de vergelijking van Young is de CA het resultaat van een krachtenevenwicht van drie spannings- of energiecomponenten, die er elk naar streven het oppervlak of de interface zo klein mogelijk te houden: