Oberflächenreinigung von Glas, Kunststoff und anderen Materialien durch UV Licht.
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Oberflächenreinigung und Oberflächenmodifikation durch UV Licht

Mittels kurzwelligem, ultraviolettem UV Licht können Oberflächen gereinigt oder modifiziert werden, so dass folgende Beschichtungs-, Adhesions- oder Klebeprozesse effektiv erfolgen können. So lassen sich Glas, Kunststoff, Metall, Keramik, Gummi und andere Materialien reinigen. Für diese Anwendung werden hauptsächlich Niederdruck-Quecksilberlampen mit hoher Lichtausbeute eingesetzt. Entsprechende Lampen sind in einer Vielzahl von Beleuchtungsanlagen der Fa. SenLights integriert.
Ein bedeutendes Einsatzgebiet ist die Reinigung von Gläsern bei der LCD-Herstellung.

Die Technologie

Die Sonne emmitiert UV Licht. Das Ozon unserer Atmosphere wird durch eine chemische Reaktion die von UV-Licht ausgelöst wird, erzeugt. Die gleiche chemische Reaktion kann auch in UV-Lichtanlagen genutzt werden, um Oberflächen zu bahandeln.

Sonnenlicht - Ozonbildung

Die eigentliche Oberflächenreinigung findet durch Oxidation und Spaltung organischer Oberflächenverunreinigungen statt. Hierbei entsteht im Wesentlichen Kohlendioxid und Wasser. Die hierfür eingesetzten Sauerstoffradikale werden durch Spaltung von Ozonmolekülen erzeugt, die selbst wiederum durch Bestrahlung mit UV-Licht aus Sauerstoffmolekülen entstehen. Sowohl die Bildung des Ozons wie auch seine Spaltung werden durch die hochenergetische UV-Lichtbestrahlung der Niederdruckquecksilberdampflampen ausgelöst. Diese Lampen sind folglich ideal geeignet für solche Anwendungen zur Oberflächenreinigung.

Ozon durch UV-Licht

Reinigungseffekte

Man unterscheidet grundsätzlich zwei verschiedene Effekte, die durch das UV-Licht auf einer Oberfläche ausgelöst werden, die Oberflächenreinigung und die Obrflächenveränderung. Es besteht ein Unterschied im jeweiligen Reaktionsmechanismus, aber beide Prozesse wirken sich positiv auf die Adhesivkräfte und die Haftungseigenschaften der behandelten Oberfläche aus. UV Licht und auch Plasmaätzung haben einen wesentlich höheren Reinigungsefekt auf Oberflächen als eine gewöhnliche Nassreinigung. Es können im Wesentlichen organische Sustanzen und insbesondere Fette zuverlässig und gründlich entfernt werden. Dies gilt jedoch nur für dünne Schichten. Daher besteht die effektivste Reingung in einer Kombination aus herkömmlihcer Nassreinigung und anschließender Photoreinigung durch UV-Behandlung. Eine Nachreinigung mit ultrareinem Wasser kann bei Bedarf nachgeschaltet werden, um bei der Photreinigung evt. entstandene Partikel zu entfernen. Das ist der letzte Stand der Reinigungstechnologie.

Oberflächenmodifikation

Im Vergleich mit der Plasmabehandlung bietet die Photoprozessierung der Oberfläche den Vorteil der einfacherern Handhabbarkeit. Weiterhin kann eine Bestrahlung mit UV-Licht durch die Anordnug von Lampen oder die Gestaltung der Lampenform auf nahezu alle geometrischen Formen angewendet werden. Die Methode kann daher z.B. auf Gußteile angewendet werden. Auch Kunststoffteile lassen sich aufgrund der niedrigen Prozesstemperaturen effektiv behandeln. Der Behandlungserfolg hängt natürlich auch vom Material und dessen Eigenshaften ab. Der Reinigungseffekt kann unter sauberen Bedingungen über Wochen anhalten.

Haftungseffekte

Nach der Behandlung mit UV-Licht ist die Oberfläche gereinigt bzw. modifiziert und die Adhesionskräfte wurden erhöht. Damit ändert sich auch die Benetzbarkeit der Oberfläche und dieser Umstand wird für die Messung des Reinigungsefffektes genutzt. Es kommen mehrere Methoden zur Anwendung:

KontaktwinkelKontaktwinkel eines Wassertropfens. Eine gute Methode zur Bestimmung der hydrophilen Natur einer Oberfläche besteht in der Messung des Kontaktwinkels eines aufgebrachten Wassertropfens. Mit zunehmender Benetzbarkeit wird der Winkel, den der Wassertropfen mit der Oberfläche einschließt immer kleiner. Die Methode ist sehr genau und kann auch automatisiert werden.

wet surfaceBenetzbarkeits-Reagens. Eine weitere Methode stellt die Nutzung eines speziellen Benetzungsmittels dar, dessen Ausbreitung auf der Oberfläche beobachtet wird. Es ist in diesem Fall nötig, Referenzoberflächen zu benetzen und die Ausbreitung des Benetzungsmittel auf der Referenzoberfläche mit der Ausbreitung des Mittels auf der zu messeden Oberfläche zu vergleichen. Die Genauigkeit der Testmethode hängt von der Erfahrung der Testperson ab.

BentzungsgitterVerwendung von Benetzungsgittern. Bei dieser Methode wird auf die Oberfläche ein Acryllack aufgebracht und quadratisch eingekerbt. Eine Zellophanfolie wird auf den Lack aufgebracht und anschließend abgezogen. Entsprechend der Haftung lösen sich dabei mehr oder weniger Lackquadrate von der Oberfläche. Die Zahl der abgelösten Quadrate wird ausgezählt.

Anwendungen

Die Entwicklung immer neuer High-Tech Produkte erfordert immer öfter auch eine exakte Definition der Oberflächeneigenschaften. Kurzwelliges UV-Licht ist in der Lage durch Reiniguns- ud Modifikationseffekte eine reproduzierbare Oberflächeneigenschaft zu produzierten. Diese Methode ist heutzutage eine nicht mehr weg zu denkende Möglichkeit. Auf diese Weise lassen sich Produktionsausbeuten erhöhen. Dies gilt für viele verschiedene Anwendungen von optoelektonischen Baulementen, über Halbleiter- und LCD-Anwendungen bis hin zur Vorbereitung von Oberflächen zur Verklebung oder Anwendungen in der Medizintechnik und der Umwelttechnologie.
Die Methode kann zur Trockenreinigung in normaler Atmosphere angewendet werden, zeigt sehr hohe Wirksamkeit, ist vielseitig anwendbar und eine Beschädigung des Produkts ist kaum zu befürchten.

Erhöhung der Haftungskräfte. Die Oberflächenverbesserung kann auf unterschiedliche Materialien wie Kunststoffe, Metalle und anorganische Materialien angewandt werden. Einige Anwendungen sind beispielsweise die Abdichtung von Aquarien, Verklebung von Kunststoff- oder Gummiteilen, Aufbringung von Akluminiumfolien bei der Kondensatorherstellung, Montage von Magnetköpfen, Halbleiter Lead Frames, ...

Verbesserung der Haftungseigenschaften. Optimale Fixierung von Schmierstoffen, Linsenschutzfilmen, Hinterleuchtungen für Flüssigkristallanzeigen, etc.

Verbesserung von Beschichtungen. Dieser Effekt kann z.B. bei der Beschichtung von Karosserieteilen oder bei der Beschichtung von supraleitenden Linearmotorspulen eingesetzt werden.

Reinigungseffekte. Die Reinigung von Gläsern oder keramischen Produkten wie auch Metalloberflächen gehört zu den Standardanwendungen der UV-Bestrahlung. Sie wird bei der Herstellung von LCDs und bei der Produktion von Plasmabildschirmen, bei der Reinigung lithographischer Masken, der Herstellung von Quarzoszillatoren, Reinigung optischer Linsen, Prismen, Spiegel, piezoelektrischen Bauteilen  und vielen anderen Teilen eingesetzt.

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