Fluoroxidation
Die Fluoroxidation (F/O) ist eine Oberflächenvorbehandlung, die inline bei Umgebungsbedingungen durchgeführt wird. Die Wissenschaft der Oberflächenmodifikation mittels Fluorgas (F2) ist zwar seit über 50 Jahren gut erforscht, wurde jedoch aufgrund der Sicherheitsbedenken beim Umgang mit Fluorgas bisher nicht breit eingeführt. Der entscheidende Durchbruch, der die Fluoroxidation zu einer kommerziell tragfähigen Vorbehandlung für hochfeste Adhäsionsverbindungen macht, liegt in der sicheren Gasprozessführung und der umweltfreundlichen Neutralisation. Kleinformatige, computergesteuerte Elektrolysezellen ermöglichen den sicheren Einsatz des Fluorgases bei niedrigen Konzentrationen und niedrigen Drücken.
Ein Vorteil der F/O ist ihre Fähigkeit, große und kleine Oberflächen komplexer Geometrie (schwer zugängliche/isolierte Bereiche) wirksam zu behandeln — von Kapillaren bis hin zu großkalibrigen Rohren und Gehäusen. F/O ist ein Oxidationsprozess, im Unterschied zu Flammen- und elektrischen Entladungsvorbehandlungen, bei denen es sich um Gasphasen-Oberflächenoxidationsplasmen mittels Glimmentladung handelt. Im Vergleich zur druckbeaufschlagten RF-Kaltgasplasmabehandlung in einer Kammer erfolgt die F/O bei Umgebungsbedingungen. Während der F/O-Behandlung wird eine Substratoberfläche in einer kontrollierten Kammer Fluorgas sowie weiteren reaktiven und nicht reaktiven Gasen ausgesetzt. Ähnlich wie bei Gasphasen-Oberflächenoxidationsprozessen entstehen sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen wie Hydroxyl-, Carbonyl- und Carboxylgruppen, wodurch die Oberfläche benetzbar und stark polar wird. Diese chemischen und physikalischen Mechanismen sind notwendig, um starke Klebverbindungen zu erzielen.
F/O wird eingesetzt, um die Oberfläche von Pulvern aus ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMW-PE) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE) zu modifizieren und diesen normalerweise hydrophoben Materialien eine hydrophile (wasserbenetzbare) Oberfläche zu verleihen. Diese veränderte Verträglichkeit sowie die Fähigkeit zur Adhäsionsverbindung ermöglichen es, diese behandelten Pulver als Leistungsadditive für den Einsatz in Polyurethanen, Epoxidharzen, Kautschuken, ungesättigten Polyestern und sogar wasserbasierten Systemen zu vermarkten.
Die F/O-Behandlung ist langlebig und häufig dauerhaft. Das liegt daran, dass die Behandlungschemie erheblich tiefer eindringen kann als andere Oberflächenvorbehandlungsverfahren. Diese Langlebigkeit ist wichtig, da sie die Notwendigkeit vermeidet, behandelte Teile rasch zu verwenden, und ermöglicht, behandelte Substrate über lange Zeiträume zu lagern. Entgegen der landläufigen Meinung ist der Einsatz hochreaktiver Chemikalien tatsächlich umweltfreundlich. Das liegt daran, dass hochreaktive Chemikalien aufgrund ihrer Reaktivität rasch und praktisch vollständig neutralisiert werden. Prozesse, die unreaktive Chemikalien verwenden, zählen zu den am schwierigsten zu reinigenden bzw. zu neutralisierenden Verfahren. Das verbrauchte feste Neutralisationsmedium des F/O-Prozesses besitzt einen kommerziellen Wert für andere produzierende Unternehmen und wird als Reagenz verkauft.
Luftplasma (elektrische Entladung)
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Häufig gestellte Fragen
Was ist Fluoroxidation?
Die Fluoroxidation (F/O) ist eine Oberflächenvorbehandlung, die inline bei Umgebungsbedingungen abläuft und bei der das Substrat in einer kontrollierten Kammer Fluorgas zusammen mit weiteren reaktiven und nicht reaktiven Gasen ausgesetzt wird. Auf der Oberfläche entstehen sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen – Hydroxyl-, Carbonyl- und Carboxylgruppen –, die sie benetzbar und stark polar machen; genau das ermöglicht feste Klebverbindungen.
Wenn die Fluorchemie seit 50 Jahren bekannt ist, warum ist die Fluoroxidation erst jetzt praktikabel?
Wegen der Sicherheitsbedenken beim Umgang mit Fluorgas, die ihrer breiten Anwendung im Weg standen – nicht wegen Zweifeln an der Wissenschaft. Der Durchbruch zur kommerziellen Nutzbarkeit war die sichere Gasaufbereitung mit umweltfreundlicher Neutralisation: kleine, rechnergesteuerte Elektrolysezellen erlauben es, das Fluor bei niedrigen Konzentrationen und niedrigen Drücken zu erzeugen und einzusetzen.
Wie lange hält eine Fluoroxidationsbehandlung?
Die F/O-Behandlung ist langanhaltend und häufig dauerhaft, weil die Behandlungschemie erheblich tiefer eindringt als andere Verfahren der Oberflächenvorbereitung. Diese Beständigkeit ist der praktische Vorteil: Behandelte Teile müssen nicht rasch verarbeitet werden und lassen sich über lange Zeiträume bevorraten – anders als Teile aus gasphasenbasierten Plasmaverfahren.
Welche Geometrien kann die Fluoroxidation behandeln?
Sie behandelt große und kleine Flächen komplexer Geometrie einschließlich abgelegener und eingeschlossener Bereiche, in Größen von Kapillarröhrchen bis zu großvolumigen Rohren und Gehäusen. Dieses Erreichen von Bereichen, die ein Sichtlinienverfahren nicht sieht, ist eines ihrer Unterscheidungsmerkmale.
Ist die Fluoroxidation umweltschädlich?
Entgegen der verbreiteten Annahme ist der Einsatz hochreaktiver Chemie hier ökologisch günstig. Gerade weil hochreaktive Chemikalien so reaktiv sind, lassen sie sich ohne Weiteres und praktisch quantitativ neutralisieren; am schwersten auswaschbar sind die reaktionsträgen Stoffe. Das verbrauchte Feststoff-Waschmedium aus dem F/O-Prozess hat einen kommerziellen Wert und wird als Reagenz weiterverkauft.
Wofür wird die Fluoroxidation außer zum Kleben von Bauteilen eingesetzt?
Sie dient zur Oberflächenmodifikation von UHMW-PE- und HDPE-Pulvern und verleiht diesen normalerweise hydrophoben Werkstoffen eine hydrophile, wasserbenetzbare Oberfläche. Die behandelten Pulver werden anschließend als Leistungsadditive für Polyurethane, Epoxide, Kautschuke, ungesättigte Polyester und sogar wasserbasierte Systeme verkauft.
