| Dokumentenidentifikation |
DE4113523A1 29.10.1992 |
| Titel |
Verfahren zur Behandlung von Oberflächen |
| Anmelder |
ABB Patent GmbH, 6800 Mannheim, DE |
| Erfinder |
Esrom, Hilmar, Dr., 6803 Edingen-Neckarhausen, DE; Kogelschatz, Ulrich, Dr., Hausen, CH; Baier, Michael, 6800 Mannheim, DE |
| DE-Anmeldedatum |
25.04.1991 |
| DE-Aktenzeichen |
4113523 |
| Offenlegungstag |
29.10.1992 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
29.10.1992 |
| IPC-Hauptklasse |
B29C 59/16
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| IPC-Nebenklasse |
C08J 7/12
B29C 71/04
B05D 3/06
B05D 3/10
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| IPC additional class |
// C09J 5/02
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| Zusammenfassung |
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung oder Modifizierung von Oberflächen (2) von Substraten (2), die als Fasern, Vliese, Gewebe oder Folien ausgebildet sein können. Zur Reinigung bzw. Modifizierung der Oberflächen (2S) werden reaktive Radikale durch Bestrahlung von Gasmolekülen mit UV-Licht gebildet, das eine Wellenlänge zwischen 60 und 350 nm aufweist. Die so gebildeten Radikale werden mit der Oberfläche (2S) des Substrats (2) zur Reaktion gebracht.
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Behandlung von Oberflächen von Substraten aus anorganischen
oder organischen Werkstoffen.
Bis jetzt wurden Oberflächen von Bauelementen mit Hilfe
von Säuren, Laugen oder Halogen-Kohlenwasserstoffen für
die Weiterbearbeitung gereinigt oder vorbehandelt. Die
Kontrolle dieser Behandlung ist jedoch schwierig und mit
einer großen Umweltbelastung verbunden. Zusätzlich
bringt eine solche Behandlung unsaubere
Arbeitsplatzbedingungen mit sich. Mit Hilfe von Plasmaverfahren wurde
ebenfalls schon versucht, Oberflächen von Bauteilen oder
Werkstoffen für die Weiterbehandlung zu reinigen oder
vorzubereiten. Die Anwendung des Plasmaverfahrens ist
jedoch mit hohem Aufwand verbunden. Je nach Anregungsart
des Plasmas wird nur eine schwache Wirkung auf die
Oberfläche erzielt bzw. die Anwendung des Verfahrens ist
aufwendig und oftmals wegen der Wärmebelastung von nicht
temperaturbeständigen Substraten, beispielsweise aus
Kunststoff, nicht anwendbar.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren aufzuzeigen, mit dem Oberflächen von
Substraten aus organischen und anorganischen Werkstoffen für
die Weiterbehandlung gereinigt oder modifiziert werden
können, wobei die Nachteile der bekannten Verfahren
vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die
Oberflächen von Substraten, auch wenn sie aus
wärmeempfindlichen Materialien hergestellt sind, gereinigt bzw.
modifiziert werden. Das Verfahren erlaubt neben der
Reinigung auch die Entfernung dünner organischer Schichten.
Durch die Behandlung der Oberflächen wird die
Haftfestigkeit für ein nachfolgendes Metallisieren, Bedrucken,
Lackieren oder Verkleben erhöht. Die Modifizierung bzw.
Reinigung der Oberflächen ist bei faserförmigen
Materialien, Vliesstoffen, Geweben oder Folien möglich.
Erfindungsgemäß werden je nach zu reinigender Oberfläche
reaktive Radikale von Sauerstoff, Ammoniak, Chlor, Fluor,
Kohlenwasserstoff, Fluorwasserstoff und
Distickstoffmonoxid erzeugt. Diese Radikale reagieren mit der
Oberfläche des zu behandelnden Substrats. Hierbei wird entweder
eine Oxidationsschicht ausgebildet, oder es kommt zur
Reaktion der Radikale mit Atomen des
Oberflächenmaterials derart, daß eine Abspaltung und damit Abtragung
von Material erfolgt. Erfindungsgemäß werden die
Radikale mit Hilfe einer UV-Strahlung erzeugt, die eine
definierte Wellenlänge aufweist.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand einer schematischen Zeichnung wird das Verfahren
näher erläutert.
Die einzige zur Beschreibung gehörende Zeichnung zeigt
einen Reaktor 1, in dem ein Substrat 2 angeordnet ist.
Ferner ist innerhalb des Reaktors 1 ein
UV-Hochleistungsstrahler 3 installiert, der nachfolgend auch
Excimerstrahler genannt wird. Der Reaktor 1 weist ferner die
Zuleitung 4 für ein Gas auf. Der
UV-Hochleistungsstrahler 3 ist ausführlich in der EP-OS 02 54 111 offenbart.
Er besteht aus einem durch eine einseitig gekühlte
Metallelektrode (hier nicht dargestellt) und ein
Dielektrikum (ebenfalls nicht dargestellt) begrenzten und mit
einem Edelgas oder Gasgemisch gefüllten Entladungsraum
(hier nicht dargestellt). Das Dielektrikum und die auf
der dem Entladungsraum abgewandten Oberfläche des
Dielektrikum liegende zweite Elektrode (hier nicht
dargestellt) sind für die durch stille elektrische Entladung
erzeugte Strahlung transparent. Durch die Konstruktion
und durch eine geeignete Wahl der Gasfüllung wird ein
großflächiger UV-Hochleistungsstrahler 3 mit hohem
Wirkungsgrad geschaffen. Mit Hilfe einer Gasfüllung aus
Helium und Argon kann eine UV-Strahlung mit einem
Wellenlängenbereich zwischen 60 und 100 nm bzw. 107 und 165
nm erzeugt werden. Mit einer Gasfüllung aus Xenon kann
mit dem Hochleistungsstrahler 3 UV-Strahlung mit einer
Wellenlänge zwischen 160 und 190 nm erzeugt werden,
wobei das Maximum hierbei bei 172 nm liegt. Eine
Gasfüllung aus Argonfluorid bzw. Kryptonfluorid erlaubt die
Erzeugung einer UV-Strahlung im Bereich von 180 bis 200
nm bzw. 240 bis 255 nm. Mit einem Gasgemisch aus Xenon
und Chlor läßt sich mit dem Hochleistungsstrahler eine
UV-Wellenlänge von 300 bis 320 nm und mit einem Gemisch
aus Krypton und Chlor eine Wellenlänge von 222 nm
erzeugen. Der Hochleistungsstrahler 3 arbeitet im quasi
gepulsten Betrieb. Soll das in dem Reaktor 1 angeordnete
Substrat auf seiner gesamten Oberfläche behandelt
werden, so wird ein Hochleistungsstrahler 3 verwendet,
dessen Strahlungsfeld ebenso groß ist, wie die
Substratoberfläche 2S. Über die Zuleitung 4 kann Luft,
Sauerstoff, Ammoniak, Chlor, Fluor, Chlorwasserstoff,
Fluorwasserstoff oder ein anderes Gas eingeleitet werden, das
durch Bestrahlung mit UV-Strahlung in reaktive Radikale
aufgespalten wird. Das Substrat 2 ist beispielsweise aus
einer Polycarbonat/Styrol-Polymerlegierung (PC/ABS)
hergestellt. Der Hochleistungsstrahler 3 wird mit einer
Gasfüllung aus Xenon versehen. Die Xenonentladung führt
durch Elektronenstoß zur Bildung angeregter Xenonatome
und im Anschluß daran zur Excimerbildung. Die erzeugte
UV-Strahlung weist eine Wellenlänge von 172 nm auf. Wird
nun über die Zuleitung 4 Luft oder Sauerstoff in den
Reaktor 1 eingeleitet, so werden die Sauerstoffmoleküle
gespalten. Die Strahlung wird bei Atmosphärendruck
bereits in einer dünnen Sauerstoffschicht von etwa 1 mm
Dicke absorbiert. Durch Herabsetzung des Druckes bis in
den Vakuumbereich (10-6 mbar) oder Beimischung eines in
diesem Spektralbereich nicht absorbierbaren inerten Gas,
wie beispielsweise Argon oder Helium, kann die
Absorptionslänge so eingestellt werden, daß die UV-Strahlung
bis zur Substratoberfläche durchdringt. Bei der Spaltung
der Sauerstoffmoleküle mit der UV-Strahlung entstehen
die sehr reaktiven Fragmente O (3P) und O (1D), die mit
der freien Substratoberfläche bzw. adsorbierenden
Schichten der Oberfläche reagieren. Ferner bildet sich
aus Reaktionen der Sauerstoffatome mit den
Sauerstoffmolekülen Ozon, das ebenfalls sehr reaktionsfreudig ist,
und mit der Oberfläche des Substrats 2 ebenfalls
reagiert. Die Behandlung der Substratoberfläche 2S dauert
etwa 0,05 bis 10 Minuten. Das Substrat kann dann weiter
bearbeitet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können nicht nur Bauteile aus Metall, sondern auch aus
Kunststoff, Keramik sowie faserförmigen Materialien,
Glas, Vliesstoffen, Geweben oder Folien behandelt
werden.
Anstelle von Sauerstoff können auch andere Gase in Form
von Ammoniak, Chlor, Fluor, Chlorwasserstoff,
Fluorwasserstoff und Distickstoffmonoxid in den Reaktor
eingeleitet werden. Die Wahl des einzuleitenden Gases richtet
sich zum einen danach, aus welchem Material das Substrat
gefertigt ist, und zum anderen danach, welche
Oberflächenbehandlung vorgesehen ist. Ob beispielsweise die
Ausbildung einer Oxidschicht gewünscht wird bzw. das
Abtragen von Material vorgesehen ist. Eine drastische
Erhöhung der Haftfestigkeit von stromlos abgeschiedenem
Kupfer auf PC/ABS kann durch Belichtung dieses
Werkstoffes im Grobvakuum bei 10-3 mbar erzielt werden. Die
Belichtungszeiten liegen zwischen ca. 1 und 3 min bei
300 W und einer UV-Wellenlänge von 172 nm. Bei
Verwendung stärkerer UV-Eximerstrahler kann die
Belichtungszeit wesentlich verkürzt werden.
Auch im Vakuum zwischen 10-1 bis 10-6 mbar kann durch
die UV-Bestrahlung die Oberfläche gereinigt und reaktiv
werden. Hierbei kommt es zum Aufbrechen von einzelnen
Bindungen von Kunststoffmolekülen an der Oberfläche.
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| Anspruch[de] |
- 1. Verfahren zur Behandlung von Oberflächen von
Substraten (2) aus organischen oder anorganischen
Werkestoffen, dadurch gekennzeichnet, daß reaktive Radikale
erzeugt und mit der Oberfläche (2S) des Substrats (2)
zur Reaktion gebracht werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der Radikale Moleküle von Sauerstoff,
Ammoniak, Chlor, Fluor, Chlorwasserstoff,
Fluorwasserstoff und Distickstoffmonoxid mit UV-Strahlung bestrahlt
werden.
- 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle zur Bildung der
Radikale mit UV-Strahlung einer Wellenlänge zwischen 60
nm und 350 nm bestrahlt werden.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der UV-Strahlung
ein in der EP-OS 02 54 111 beschriebener
UV-Hochleistungsstrahler (3) verwendet wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der UV-Hochleistungsstrahler (3) mit einer
Gasfüllung aus Helium, Argon, Xenon, Argonfluorid,
Kryptonfluorid oder einem Gasgemisch aus Xenon und Chlor bzw.
Krypton und Chlor versehen und damit UV-Strahlung mit
einer Wellenlänge zwischen 60 und 350 nm erzeugt wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in einem
Reaktor unter Atmosphärendruck oder im Vakuum durchgeführt
wird.
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