Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Oberfl\u00e4chen von Produkten werden aus \u00e4sthetischen oder informellen Gr\u00fcnden oder um das Substrat zu sch\u00fctzen oder ihm funktionelle Eigenschaften zu verleihen mit verschiedenen Verfahren veredelt. Gem\u00e4\u00df dem Stand der Technik werden am h\u00e4ufigsten nasschemische Verfahren zur Vorbehandlung von Oberfl\u00e4chen angewandt, die zu lackieren, beschichten oder verkleben sind. Auf Kunststoffe werden z. B. fl\u00fcssige Primer aufgetragen, die L\u00f6sungsmittel zum Anquellen des Polymers und starke Oxidationsmittel enthalten, wie Chrom- oder Salpeters\u00e4ure, damit eine g\u00fcnstige Wechselwirkung zwischen der modifizierten Oberfl\u00e4che und einer Beschichtung entsteht. \u00d6kologisch bedenklich sind bei nasschemischen Verfahren die verwendeten (chlorierten) L\u00f6sungsmittel sowie weitere, teilweise aggressive Chemikalien, die z.B. bei galvanischen Beschichtungen aus den nicht mehr verwendbaren Prozessl\u00f6sungen ausgef\u00e4llt werden m\u00fcssen und in Form von Galvanikschl\u00e4mmen als Sonderm\u00fcll anfallen.
\nDie Umweltrelevanz des Vorhabens besteht im Ersatz von umweltbedenklicher Nasschemie durch erweiterte Einsatzm\u00f6glichkeiten von Plasmaverfahren. Chemische (Vor-)Behandlungsschritte, wie z. B. das Primern oder Reinigen, sollen eingespart, der Anfall von Abwasser und Abfall soll reduziert werden. Heutige Plasma-Anwendungen arbeiten meist bei Niederdruck oder bei max. 15 mm Arbeitsbreite im Atmosph\u00e4rendruckbereich, wobei die n\u00f6tige Vakuumtechnik aufwendig und teuer ist oder die Arbeitsbreite zu gering und zu inhomogen. Ziel sind deshalb Normaldruckprozesse bei gro\u00dfen Arbeitsbreiten, die f\u00fcr kontinuierliche Prozesse eine wichtige Voraussetzung sind. Es soll ein Breitstrahlplasmasystem realisiert werden, mit dem Vorbehandlungen von Materialien in Breiten von 30 mm bis zu mehreren 100 mm reali-siert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie im Vorhaben entwickelte Entladungstechnik baut auf der bekannten Mittelfrequenzplasmatechnologie der dielektrisch behinderten Entladung (Korona) auf und f\u00fchrt diese weiter zu einer elektrisch behinderten Entladung. Bei Arbeitsfrequenzen zwischen 20-50 kHz wird der Stromfluss bei den Kurzschlussentladungen elektrisch begrenzt. Es werden viele D\u00fcsen, deren Form es zu optimieren galt, in einem Profil kombiniert (Multiblaster). Dadurch entsteht quasi ein Plasmavorhang mit hoher Homogenit\u00e4t. Diese M\u00f6glichkeit der Kombination ist neu. Sie wird dadurch erreicht, dass jede Plasmad\u00fcse \u00fcber eine eigene Netzwerkkomponente mit einem einstellbaren Leistungsbereich zwischen 60 und 300 W verf\u00fcgt. Auch der Luftvolumenstrom kann individuell eingestellt werden. Zur Pr\u00fcfung der Homogenit\u00e4t des Breitplasmas wurden verschiedene Oberfl\u00e4chenuntersuchungen durchgef\u00fchrt, wie Pr\u00fcfung der Benetzbarkeit mit Testtinten, Tesatest und chemische Kraftmikroskopie. Auch die Homogenit\u00e4t der Plasmaerzeugung wurde untersucht.
\nMit Prototypen des Breitplasmas wurden verschiedene Anwendungen getestet: Aktivierung von Oberfl\u00e4chen vor dem Bedrucken, Vorbehandlung von Folien f\u00fcr einen Druckmaschinenhersteller, Vorbehandlung zur Beschichtung von Fotopapier, Reinigung von Leiterplatten usw.
\nIm Vorhaben wurden Unterauftr\u00e4ge an die Firma Gerstelectron GmbH, Braunschweig, zur Anpassung der Stromversorgung und an die Firma NanoCarft, Engen, f\u00fcr nanotechnologische Oberfl\u00e4chenuntersuchungen vergeben.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In dem Vorhaben wurde ein Breitplasmasystem aus vielen nebeneinander angeordneten Plasmad\u00fcsen (Multiblaster) entwickelt und erprobt, das bei Atmosph\u00e4rendruck und im Niedertemperaturbereich betrieben werden kann und Behandlungsbreiten von 1.000 mm und mehr erreicht. TIGRES hat sich die Technik der Mehrfachd\u00fcsen patentrechtlich sch\u00fctzen lassen. Mit den gesteuerten elektrischen Entladungen k\u00f6nnen Barriereentladungen ersetzt und ein potenzialfreies, zeitlich und r\u00e4umlich homogenes Plasma er-reicht werden. Gegen\u00fcber dem Vorhabensziel, die Vorschubgeschwindigkeit mit einer Breitstrahlplasmaanlage auf mindestens 30 m\/min zu steigern, konnten in Versuchen sogar Prozessgeschwindigkeiten von 150 m\/min bei der Vorbehandlung von Folien erreicht werden. Durch Hintereinanderschaltung wer-den noch h\u00f6here Geschwindigkeitsbereiche m\u00f6glich, die mit anderen Technologien nicht erreichbar sind. Damit wurden erhebliche Effizienzsteigerungen durch h\u00f6here Durchs\u00e4tze erschlossen.
\nAbweichungen der Ergebnisse von der urspr\u00fcnglichen Zielsetzung sind dahingehend aufgetreten, dass anstelle des geplanten Breitstrahlplasmas mit einer einzigen, sehr breiten D\u00fcse ein Breitplasma aus vielen nebeneinander angeordneten D\u00fcsen entwickelt wurde (Multiblaster). Die geforderte Homogenit\u00e4t des Plasmas war mit einer einzigen, breiten D\u00fcse nicht zu erreichen. Gleichwohl erf\u00fcllt der jetzt realisierte Multiblaster die urspr\u00fcnglichen Vorhabensziele in vollem Umfang.
\nAls Ergebnisse von Homogenit\u00e4tsuntersuchungen sind festzuhalten, dass sich bei Fotopapier eine homogene Benetzung nach der Plasmabehandlung einstellt und dass der Tesatest eine perfekte Haftung von Farbe auf einer mit ca. 100 m\/min plasmabehandelten Folie zeigt. Nanotechnologische Untersuchungen von Aluminium- und Konststoffoberfl\u00e4chen belegen die reinigende Wirkung der Plasmabehandlung, wobei sich auch eine Hydrophilierung der Oberfl\u00e4che einstellt.
\nDie Umweltrelevanz des Vorhabens besteht im Ersatz umweltbedenklicher chemischer (Vor-) Behandlungsschritte durch erweiterte Einsatzm\u00f6glichkeiten von Plasmaverfahren. Soweit Metalloberfl\u00e4chen bisher in \u00d6fen entfettet wurden, erschlie\u00dft das Breitplasma durch eine kalte Verbrennung erhebliche Energieeinsparungen. Nicht zuletzt bietet das Breitplasma Vorteile gegen\u00fcber Koronabehandlungen, da es kaum Ozon erzeugt und keine Gegenelektrode erfordert. Diese Vorteile wurden in verschiedenen An-wendungen, z. B. in der Vorbehandlung f\u00fcr Klebe- und Druckprozesse, untermauert. Das Breitplasma er-reicht eine hohe Prozesssicherheit und funktioniert nahezu wartungsfrei.
\nMit der Vorbehandlung von Leiterplatten mit dem Multiblaster wurde eine neue Anwendung erschlossen, indem ein elektrisch inhomogenes Substrat behandelt werden kann. Dies gelingt nur aufgrund der Potenzialfreiheit des Plasmas, da die Leiterbahnen ansonsten Strom aufnehmen w\u00fcrden. Das Vorhaben bereitet den Weg, k\u00fcnftig auch fl\u00e4chige Anwendungen mit Precursorn zu entwickeln, wie z. B. f\u00fcr die Plasmapolymerisation.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Breitplasma wurde und wird von den Kooperationspartnern auf folgenden Veranstaltungen vorgestellt: International Converting Exhibition ICE, Hannovermesse, LIGNA 2007, PLASTPOL 2007, K 2007. Auf den Internetseiten http:\/\/www.tigres.de\/ und http:\/\/www.siegrunreis.de\/ wurden Hinweise auf das Breitplasma geschaltet. Anzeigen in diversen Zeitschriften sind erfolgt, Ver\u00f6ffentlichungen in der COA-TING und der K-Zeitung sind vorgesehen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Wie durch funktionsf\u00e4hige Prototypen gezeigt werden konnte, wurden die Zielstellungen vollumf\u00e4nglich erreicht, so dass das Vorhaben erfolgreich abgeschlossen wurde. Es bestehen die Optionen, gr\u00f6\u00dfere Behandlungsbreiten und h\u00f6here Behandlungsgeschwindigkeiten zu erreichen, als zun\u00e4chst angestrebt. Zuk\u00fcnftige f\u00fcr n\u00f6tig erachtete Arbeiten sind die Integration des Breitplasmas als inline-Prozess in die bereits untersuchten, erfolgversprechenden Anwendungen sowie die Erschlie\u00dfung weiterer Einsatzbereiche.
\nDie im Vorhaben entwickelte Technik zur fl\u00e4chigen Behandlung von Oberfl\u00e4chen mit Breitplasmen bezieht sich bisher ausschlie\u00dflich auf die Vorbehandlung und Reinigung. Gleichwohl bietet sie eine gute Basis f\u00fcr weitere vom Markt nachgefragte Entwicklungen, wie insbesondere die Precursor-Technik. Precursor-Substanzen k\u00f6nnten in das Breitplasma zudosiert werden, um auf Substraten hydrophile, hydrophobe oder andere funktionale Schichten zu erzeugen. Wichtige Anwendungen, die in n\u00e4chster Zukunft angegangen werden sollen, sind in diesem Zusammenhang die Plasmapolymerisation unter Atmosph\u00e4rendruck, um polymere Schichten aus der Gasphase auf Substrate aufzubringen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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