Oberflächenbehandlungen dienen in der Regel dazu, eine Tiefenreinigung durchzuführen, organische Rückstände auf den Materialien zu entfernen und die Oberflächenenergie zu erhöhen, so dass das Material besser geklebt oder bedruckt werden kann.
Corona Behandlung
Bei der Corona-Behandlung wird eine elektrische Entladung mit hoher Spannung und hoher Frequenz in einem begrenzten (1 oder 2 mm), linearen und gleichmäßigen Raum (Luftspalt) zwischen einer Elektrode, die mit Hochspannung beaufschlagt wird (mit Hilfe eines Stromgenerators, der an einen spannungserhöhenden Transformator angeschlossen ist), und einer Gegenelektrode, die mit isolierendem Material (in der Regel eine Walze) beschichtet und mit der Erde verbunden ist, erzeugt.
Die elektrische Entladung bewirkt eine Ionisierung durch Aufprall: Einige Ionen in der Luft, die durch das angelegte elektrische Feld beschleunigt werden, stoßen mit einigen neutralen Molekülen zusammen, wodurch diese ionisiert werden. Die neu gebildeten geladenen Teilchen ionisieren wiederum andere Moleküle durch Aufprall in einem Schneeballeffekt, der den dielektrischen Zusammenbruch der Luft bewirkt.
Wenn beispielsweise Elektronen mit Polyethylen in Kontakt kommen, haben sie genug Energie, um die Wasserstoff-Kohlenstoff- oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung zu brechen. Die so gebildeten Radikale reagieren mit der Coronaentladung, hauptsächlich durch Oxidation. Die so gebildeten funktionellen Gruppen sind polar und bilden somit die Grundlage für die Haftung von Druckfarben, Lacken, Klebstoffen usw.
Die Coronaentladung eignet sich am besten für flexible Materialien (Kunststofffolien, metallisierte Folien, Alufolie, Papier), mit einigen Ausnahmen für halbstarre Materialien (Kunststofffolien wie PE, PP, PVC oder Platten mit einer Dicke von maximal 10-15 mm).
Die Coronaentladung wird durch Elektroden erzeugt, die je nach Breite des zu behandelnden Materials individuell angefertigt werden können. Dies ist ein klarer Vorteil der Coronaentladung gegenüber der Plasmabehandlung, da sie sich für die Behandlung von Folien unterschiedlicher Größe eignet:
- Etiketten- oder Schmalbahnanwendungen (Breiten von 200-400 mm)
- flexible Verpackungen (typische Breiten 1.300 - 1.500 mm)
- Folienextrusion mit (1.000 mm - 3.500 mm)
- Breitbahn bis zu 8000 mm.
Weder Materialbreiten noch Arbeitsgeschwindigkeiten stellen eine Einschränkung für die Corona-Behandlung dar. Durch die richtige Dimensionierung der Leistung des Corona-Generators ist es möglich, die gewünschte Arbeitsgeschwindigkeit (5 bis 500 m/min) zu erreichen.
Corona-Behandlungen erzeugen Ozonemissionen. Ozon ist ein Schadstoffmolekül, das sich nicht in der Luft auflöst. Ferrarini & Benelli hat einen mehrstufigen Katalysator bei Raumtemperatur entwickelt und gebaut, der die gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte unterschreitet.
Atmosphärische Plasma behandlung
Plasma ist der so genannte vierte Aggregatzustand der Materie. Nahezu jeder Stoff erstarrt bei niedrigen Temperaturen, bei Zufuhr von Energie durch Erhitzen geht er in einen flüssigen Zustand über, bei weiterer Zufuhr von Energie geht er in einen gasförmigen Zustand über. Durch die Anregung des Gases trennen sich die Moleküle in Atome und Elektronen, und der Plasmazustand wird erreicht.
Atmosphärisches Plasma wird erzeugt, indem ein elektrisches Feld in der Luft erzeugt und die Entladung auf das zu behandelnde Substrat gerichtet wird. In der Regel wird es aus Luft gewonnen, aber auch die Verwendung von Gas ist möglich. Die atmosphärische Plasmabehandlung ist punktuell und daher am besten für die Behandlung kleiner Oberflächen geeignet.
Bei der Plasmabehandlung wird kein Ozon erzeugt!
Die Plasmaentladung wird von einem Brenner erzeugt, der in der Produktionslinie in einer festen Position angebracht ist. Die zu behandelnden Materialien laufen vor dem Brenner durch und werden bearbeitet. Durch die punktuelle Plasmaentladung werden hohe Energieniveaus erreicht und sehr hohe Oberflächenspannungen ermöglicht, insbesondere bei Kunststoffen.
Zu den Anwendungen gehören die Behandlung von elektrischen Kabeln, Hydraulikschläuchen (zur Verbesserung der Verankerung von Druck- oder Codiertinten), Faltschachteln vor dem Verkleben, Metallteile zur Tiefenreinigung und die Behandlung zur Verbesserung der Verklebung von Dichtungen.
Es ist auch möglich, größere Flächen zu behandeln:
- Abtasten der zu behandelnden Oberfläche durch Montage des Plasmabrenners an einem mechanischen Arm, der von einem Automatisierungssystem bewegt wird
- Verwendung mehrerer Plasmabrenner, um die zu behandelnde Fläche zu vergrößern.
| Corona | Atmosphärisches Plasma |
|---|
| Aktivierung der Oberfläche | Elektrische Entladung in einem begrenzten, linearen Raum zwischen einer Elektrode und einer isolierten, geerdeten Gegenelektrode (Stoßionisation). | Entladung an Luft: Das auf das Substrat gerichtete Plasma entfernt verunreinigende Partikel und erhöht die Oberflächenenergie. |
| Zu behandelnde Materialien | Dicke Kunststofffolien (PE, PP, PVC) oder Platten bis 15 mm Dicke, Aluminiumfolien, metallisierte Folien und Papier | Kleine Kunststoffteile, kleine ebene Flächen, Rohre, Schläuche, Kabel, Metallteile |
| Geschwindigkeit der Produktionslinie | Bis zu 600 m/min | Bis zu 50 m/min |
| Hauptziele der Behandlung | Verbesserung der Klebe- und Bedruckbarkeit, Vermeidung von Ablösungen von Beschichtungen, Lacken und Klebstoffen | Maximale Haftung, Tiefenreinigung, Verbesserung der Haftung von Klebstoffen, Leimen, Druckfarben, Wasserabweisung |
| Erzeugung von Ozon | JA | NEIN |
| Anwendungsbereiche | Folienextrusion, Folienextrusion, Verarbeitung von flexiblen Verpackungen, Verpackungen | Herstellung von elektrischen Kabeln, Hydraulikschläuchen, Automobil, Medizin, Verpackung, Haushaltsgeräten, Elektronik |
| Einrichtung | In-line für kontinuierliche Produktion, Spulenproduktion | In-line für die kontinuierliche Produktion, Montage auf Roboterarmen für die Stück-für-Stück-Produktion |
Vakuumplasma
Vakuumplasma wird in einer Vakuumkammer erzeugt, die mit einem bestimmten Gasvolumen gefüllt ist, an das ein elektrisches Feld angelegt wird. Diese Technologie wird hauptsächlich für die Bearbeitung von dreidimensionalen Objekten unterschiedlicher Größe eingesetzt, die in die Plasmakammer eingeführt werden. Dieses Verfahren eignet sich am besten für kleine Teile, die in großen Mengen in die Plasmakammer eingeführt werden können. Es ist aber auch möglich, große Teile zu behandeln, indem die Plasmakammer angepasst wird.
Das Verfahren eignet sich nicht für die kontinuierliche Verarbeitung oder für die Verarbeitung von Materialien/Folien auf Rollen (reel-to-reel). Durch das Einbringen bestimmter Gase und Substanzen in die Plasmakammer ist es auch möglich, spezielle Beschichtungen (Coatings) auf Kunststoffsubstraten zu erhalten: die Beschichtung wird durch eine chemische Reaktion, die durch das Gas im Plasmafeld ausgelöst wird, angebracht, die Haftung ist dann optimal.
Corona + Plasma
Die neue Grenze ist die Anwendung von Entladung + Gas auf flexible Materialien in reel-to-reel-Anwendungen. Die Integration des Potenzials von Corona-Systemen mit dem von Plasma-Systemen wird zusammen mit der Entwicklung chemischer Reagenzien zu einer weiteren Verbesserung bestimmter Materialeigenschaften führen (Benetzbarkeit, hydrophile und hydrophobe Eigenschaften, Nanobeschichtung, Widerstandsfähigkeit, Antibeschlag, antibakterielle Eigenschaften usw.).
Diese als atmosphärische Plasmabehandlung bezeichneten Systeme sind auch für die kontinuierliche Verarbeitung geeignet. Sie befinden sich noch in der Entwicklungsphase und erschließen neue Anwendungen.