Atmosphärendruckplasma (AD-Plasma), der vierte Aggregatzustand der Materie, verändert die Oberflächenbehandlung!

Was macht AD-Plasma so besonders? Im Gegensatz zu Niederdruckplasma benötigen AD-Plasmasysteme keine Vakuumkammer. Dies spart erheblich Platz, Energie und ermöglicht eine nahtlose Integration in bestehende, automatisierte Produktionslinien und auch in 3D-Druckprozesse.

Wie wird das Plasma erzeugt und welche Komponenten sind dafür nötig?

Grundprinzip der Plasmaerzeugung

Plasma ist ein ionisiertes Gasgemisch aus geladenen Ionen und neutralen Atomen oder Molekülen, das genügend freie Ladungen enthält, um kollektive elektromagnetische Effekte zu zeigen. Zur Erzeugung von Plasma ist die Zufuhr von Energie notwendig, um Neutralteilchen im Gas zu ionisieren. In technischen Anwendungen erfolgt diese Anregung in den meisten Fällen durch das Anlegen eines äusseren elektrischen Feldes.

Durch das elektrische Feld werden die im Gas vorhandenen freien Elektronen beschleunigt. Diese beschleunigten Elektronen kollidieren mit den Gasatomen und -molekülen, wodurch diese in einen angeregten Zustand versetzt werden oder es zur Stossionisation kommt. Bei der Stossionisation verlieren Gasteilchen Elektronen, wodurch zusätzliche freie Elektronen und positive Ionen entstehen. Ein Stromfluss durch das Gas, eine Gasentladung, wird gezündet, sobald mehr freie Elektronen produziert werden, als durch Rekombinationsprozesse vernichtet werden. Plasmen enthalten dabei energiereiche Teilchen (Elektronen, Ionen, Photonen), chemisch reaktive Spezies (z.B. Radikale und Metastabile) und diverse transiente Felder (z.B. thermische Energie, Stosswellen und elektromagnetische Wellen), die mit den zu behandelnden Materialien interagieren.

Die Kernkomponenten eines AD-Plasmasystems umfassen:

• Energiequellen: Leistungsstarke Hochspannungs-, gepulste oder Hochfrequenzgeneratoren (z.B. 5–15 kV, 10–100 kHz).
• Plasmaquellen: Plasmadüsen (Plasma Jets): Erzeugen durch gepulste Lichtbogenentladung potenzialfreie, homogene Plasmen, die präzise und robotertauglich auf Oberflächen gerichtet werden können. Dielektrische Barriereentladung (DBE): Plasma entsteht zwischen Elektroden, wobei ein Dielektrikum den Entladungsstrom begrenzt und eine homogene Behandlung ermöglicht. Gliding Arc: Nutzt einen Lichtbogen, der durch einen Gasstrom geführt wird, um reaktive Spezies zu erzeugen.
• Gasversorgungssysteme: Die Wahl des Arbeitsgases ist entscheidend für die Plasmazusammensetzung und die gewünschten Oberflächenreaktionen. Hier kommen zum Einsatz: Luft: Für die Aktivierung und Haftungsverbesserung von Kunststoffen. Sauerstoff: Ideal zur Feinstreinigung und Erzeugung polarer Gruppen für maximale Benetzbarkeit. Stickstoff: Für spezifische Funktionalisierungen, z.B. die Erzeugung von Aminogruppen . Argon und Helium: Edelgase für empfindliche, temperaturempfindliche Materialien, da sie kaum Wärme in die Oberfläche einbringen. Wasserdampf (H₂O): Zur Erzeugung von Hydroxylgruppen.
• Steuerungs- und Überwachungssysteme: Mikrocontroller ermöglichen die präzise Einstellung von Prozessparametern wie Behandlungsgeschwindigkeit und Gasfluss.
• Sicherheits- und Absaugsysteme: Unerlässlich, da bei Luftplasma Ozon und Stickoxide entstehen können; moderne Absauganlagen und kontinuierliche Luftüberwachung sind erforderlich.

Anwendungen und Vorteile: AD-Plasma ist die optimale Behandlungsmethode, um Oberflächen effizient und umweltschonend zu reinigen, aktivieren und beschichten. Es ist eine umweltfreundliche Alternative zu chemischen Lösungsmitteln und wird eingesetzt, um die Haft- und Benetzbarkeit für Kleben, Bedrucken oder Lackieren zu optimieren. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, "kalte" Plasmen bei geringen Temperaturen (30-150°C) für wärmeempfindliche Materialien einzusetzen.

Die Anwendungsbereiche sind vielfältig und umfassen die Automobilindustrie, Verpackungsindustrie, Medizintechnik, Halbleiterfertigung und Solarindustrie.