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.

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.

- Die 185nm UV Linie spaltet Sauerstoffmoleküle und
führt zur Bildung von Ozon O3. Die 245nm UV Linie
zesetzt das Ozon unter Bildung hochreakiver, freier Sauerstoffradikale
O* (aktivierter Sauerstoff).
- Radikale wie *OH, COO*, CO* und *COOH werden gebildet und
erhöhen die hydrophile Eigenschaft der behandelten Oberfläche.
- Organische Moleküle werden durch UV-Licht gespalten und
durch die Sauerstoffradikale oxidiert. CO2 und H2O
werden gebildet, die von der Oberfläche desorbieren.
- Die Oberfläche wird von organischen Verunrenigungen
befreit und hydrophilisiert.
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:
Kontaktwinkel 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.
Benetzbarkeits-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.
Verwendung 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.
