HORUS: Optische Charakterisierung des Trocknungsverhaltens von Schichten auf beliebigen Trägermaterialien

(PresseBox) ( Odelzhausen, )
Mit dem HORUS hat die Firma FORMULACTION (Frankreich) eine Weltneuheit zur Charakterisierung von dünnen Filmen und Beschichtungen entwickelt. Erstmals ist es möglich, durch ein nichtzerstörendes Messverfahren, das Kurz- und Langzeittrocknungsverhalten von Beschichtungen auf beliebigen Substraten messtechnisch zu erfassen. Der zu untersuchende Film kann auf beliebiges Material aufgebracht und sofort untersucht werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber bisherigen Messverfahren, die sich auf das Auftragen von Filmen auf Glas oder auf die Langzeitcharakterisierung beschränken.

Mit der HORUS-Innovation wird der Weg beschritten, das Trocknungsverhalten von Farben und Lacken, aber auch von Tinten, Harzen und anderen Beschichtungen, wie das Aushärten von Klebstoffen oder den Einfluss von Additiven, durch ein optisches Messverfahren zu untersuchen. Messtechnische Grundlage ist die natürliche Bewegung kleiner Partikel oder Tropfen in einer aufgebrachten Flüssigkeitsschicht. Diese Partikelbewegungen verursachen bei Einwirkung von Laserlicht Interferenzen des zurückgestreuten Lichts, welche in ihrer Gesamtheit sogenannte Speckle-Muster erzeugen. Diese weisen keine systematischen Strukturen auf, da sich die Partikel in der Flüssigkeitsschicht ungeordnet bewegen. Jedes Partikel ist Streuzentrum für das Laserlicht, wobei von den Partikeln Kugelwellen unterschiedlicher Phase ausgehen. Diese gestreuten Wellen führen zu Interferenzbildern auf dem Detektor, wobei zufällig verteilte Intensitätsminima und Intensitätsmaxima entstehen. Das patentierte HORUS-Prinzip nutzt die Eigenschaft, dass sich die Speckle-Intensitäten ändern, wenn sich Partikel oder Tröpfchen in der Beschichtung aufgrund von Trocknungsprozessen langsamer und letztendlich gar nicht mehr bewegen. Diese Änderung der Speckle-Rate wird mit der zum Patent angemeldeten A.S.I.I.-Technologie (Adaptive Speckle Imaging Interferometry) zur eigentlichen Charakterisierung der zeitabhängigen Trocknungsprozesse genutzt. Hierbei führt die zeitabhängige Speckle-Muster-Deformation zur quantitativen Speckle-Rate-Bestimmung als Maß für das Trocknungsverhalten der Beschichtung. So sind sowohl schnelle (< 1 s) als auch langsame Trocknungsvorgänge (einige Tage) charakterisierbar.

Das HORUS-Analysegerät besteht aus einer vibrationsfreien Platte und dem eigentlichen Messsystem, welches Laserlicht aussendet und die Speckle-Bilder erfasst. Ein beliebiges Trägermaterial kann unter die Messköpfe des HORUS-Analysesystems gebracht werden. Der zu untersuchende Film wird durch manuelle oder automatische Beschichtung aufgetragen und befindet sich während der Messung jeweils unter einem Messkopf (s. Abbildung 1). In der dargestellten Gerätekonfiguration wird ein HORUS-Analysesystem mit zwei Messköpfen verwendet. Auf diese Weise können zwei verschiedene Beschichtungen gleichzeitig charakterisiert und auch miteinander verglichen werden. Die Anzahl der Messköpfe ist beim HORUS von 1 bis 4 wählbar.

In Abbildung 2 erkennt man an der Messkurve der Speckle-Rate über die Zeit, wie sich das Trocknungsverhalten der untersuchten Farbe darstellt. Eingezeichnet sind die für eine Beschichtung charakteristischen Zeiten: Beim Zeitpunkt 1 haftet kein Staub mehr an der betreffenden Farbschicht, beim Zeitpunkt 2 ist die Farbschicht handtrocken und beim Zeitpunkt 3 hat sie ihre Trockenhärte erreicht.

Abbildung 3 zeigt das Kurzzeit-Trocknungsverhalten von wasser- und lösungsmittelbasierenden Stoffsystemen. Solche Untersuchungen können mit dem HORUS-Analysesystem zur Erfassung unterschiedlicher kinetischer Trocknungsprofile führen und wesentliche Rückschlüsse für eine Optimierung der Stoffsysteme hinsichtlich des Einsatzes von Additiven zur Optimierung von Trocknungseigenschaften führen.

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