Die verwendeten ADP-Generatoren (Bild: relyon plasma GmbH)
31.10.2025 Sanfte Vorbehandlung
Aktivieren und Reinigen mit Atmosphärendruck-Fernplasma und UV
In bestimmten Anwendungen ist besonders behutsames Vorgehen erforderlich, wie z.B. bei der Aktivierung von Polymeroberflächen oder der Feinstreinigung von Metalloberflächen. In solchen Fällen bieten sich Atmosphärendruck-Fernplasmen und UV-Behandlungen als vielversprechende Lösungen an.
Die Oberflächenvorbehandlung mit einem Atmosphärendruckplasma (ADP) ist eine breit verwendete Methode zur Verbesserung der Haftung nach einem Kleb- oder Vergussvorgang [1]. Im Allgemeinen wirkt eine Gasentladung auf eine Oberfläche mit dem Beschuss der elektrisch geladenen Partikel (Ionen und Elektronen), dem Licht (Ultraviolett - UV, sichtbar, Infrarot - IR), der Wärme, der von angeregten Teilchen übertragenen Energie und der chemischen Wirkung der im Plasma erzeugten Spezies. Unter Atmosphärendruck sind die freien Weglängen von Elektronen und Ionen sehr kurz. Deshalb spielen diese Teilchen für die Wirkung auf das organische Material nur eine untergeordnete Rolle. Am wichtigsten sind die in der Gasentladung erzeugten reaktiven
Sauerstoff- und Stickstoff-Spezies (RONS). Die RONS wirken auf die Polymer Oberflächen über zahlreiche Reaktionskanäle. Die gemeinsame Basis dieser Wirkungen ist die Oxidation von Wasserstoff und Kohlenstoff und das Zufügen der sauerstoffhaltigen Gruppen in die Polymerstruktur. Die Andockung von chemischen Radikalen an die organische Oberfläche führt zu einer Erhöhung des polaren Anteils der freien Oberflächenenergie (FOE). Die anderen Plasmakomponenten – der Eintrag der thermischen Energie und die Wirkung der elektromagnetischen Felder über einem bestimmten Schwellenwert – sind für viele Substratarten schädlich. Solche ungewollte Beeinträchtigung lässt sich durch die Anwendung eines Fernplasmas vermeiden. Im Fernplasma wechselwirken nur die im ADP erzeugten stabilen chemischen Spezies mit dem Substrat. Die kurzlebigen, sehr wirksamen chemischen Radikale, wie atomarer Sauerstoff, Stickstoff oder Hydroxyl-Radikale, sind im Fernplasma nicht mehr vorhanden. Das Erreichen einer Aktivierung der Polymeroberfläche mit ausschließlich langlebigen chemischen Spezies erfordert deshalb eine wesentlich längere Behandlungszeit im Minutenbereich. Deren Wirkung lässt sich jedoch durch die UV-Bestrahlung signifikant verstärken und beschleunigen. Nachfolgend werden zwei Anwendungsbeispiele der Wirkung des Fernplasmas gezeigt. Im ersten Beispiel wird ein Rippelschlauch aus Polypropylen von der Innenseite mit einem in Luft piezoelektrisch generierten Fernplasma hydrophiliert. Im zweiten Beispiel kommt die synergetische Wirkung von einem mit hybrider dielektrischer Barrieren-Entladung (HDBD) erzeugten Fernplasma und einer mit lichtemittierenden Dioden (LED) generierten UV-Bestrahlung auf eine Titanoberfläche zum Tragen.
