Quelltext der Seite Koronabehandlung

Die '''Koronabehandlung''' ist ein [[Elektrochemie|elektrochemisches]] Verfahren zur Oberflächenmodifikation von [[Kunststoff]]en.<ref>{{Internetquelle |autor=Wolfgang Kern; Daniel Angerbauer |url=https://pure.unileoben.ac.at/portal/files/1897026/AC08518556n01vt.pdf |titel=Oberflächenaktivierung und Funktionalisierung von Polyethylen |werk=Montanuniversität Leoben |hrsg=Montanuniversität Leoben |datum=2011 |sprache=de |abruf=2021-05-31}}</ref>

== Gründe ==
Die meisten Kunststoffe haben eine unpolare, elektrisch gut isolierende und wasserabweisende Oberfläche. Sie ist schlecht durch [[Druckfarbe]]n, [[Lösungsmittel]], wässrige [[Kunststoffdispersionen]], [[Klebstoff]]e oder [[Haftvermittler]] benetzbar.
Dies gilt vor allem für [[Polyethylen]]-, [[Polypropylen]]- und [[Polyester]]folien.
Das Bedrucken solcher Kunststoffe (Folien oder räumliche Körper) oder ihre Weiterverarbeitung durch [[Kaschierung (Fertigungstechnik)|Kaschieren]] oder [[Beschichten]] ist deshalb nicht möglich.
Die Druckfarben würden nicht haften, bei der Herstellung von Verbundfolien würde [[Delamination]] eintreten.

Um die [[Benetzbarkeit]] und chemische [[Affinität (Chemie)|Affinität]] zu verbessern, ist eine [[Oberflächentechnik|Oberflächenbehandlung]] notwendig. Die Koronabehandlung ist die am häufigsten angewendete Form solcher Behandlungen. Neben ihr existieren alternative Verfahren wie die [[Flammbehandlung]], die [[Fluorierung]] und die [[Plasmabehandlung]]. Das Ziel aller dieser Methoden ist die Erhöhung der [[Polarität (Chemie)|Polarität]] der Oberfläche.

== Praktische Durchführung ==
Die Koronabehandlung wird bei der [[Kunststofffolie|Folienherstellung]] meist „[[in line]]“ am Ende des Fertigungsprozesses durchgeführt. Die Folienbahn wird dabei einer elektrischen Hochspannungs-Entladung ausgesetzt. Diese tritt zwischen einer geerdeten, polierten Walze aus Stahl oder Aluminium und einer eng anliegenden isolierten Elektrode auf. Je nach Anwendungsgebiet ist auch der Einsatz einer isolierten Walze gegen unisolierte Elektroden möglich.
Die Folie liegt dabei auf der polierten Walze auf, so dass nur die der Elektrode zugewandte Seite behandelt wird. Tritt ein Luftspalt zwischen der Walze und der Bahn auf, wird die Rückseite mit behandelt. Die Elektrode wird durch einen Hochfrequenzgenerator mit einer [[Wechselspannung]] von 10 bis 20 kV und einer [[Frequenz]] zwischen 10 und 60 kHz versorgt.

Räumliche Körper (wie z.&nbsp;B. Joghurtbecher) werden behandelt, indem sie sich um die Elektrode drehen.

In speziellen [[Offsetdruckmaschine]]n wird vor den eigentlichen [[Druckwerk (Druckmaschine)|Druckwerken]] ein Koronawerk angeordnet.

== Wirkungsweise ==
Der [[Reaktionsmechanismus|Mechanismus]] der Koronabehandlung ist trotz der weiten Verbreitung und zahlreicher veröffentlichter Arbeiten noch nicht vollständig geklärt.
Die Hauptrolle spielen aber wohl [[Oxidation]]sprozesse, durch die, je nach Folie, verschiedene polare [[Funktionelle Gruppen]] (z.&nbsp;B. [[Alkohole]], [[Aldehyde]], [[Carbonsäuren]], [[Ester]], [[Ether]], [[Peroxide]]) gebildet werden.
Ein [[Zersetzung (Chemie)|Abbau]] (radikalische Spaltung) der [[Polymere]] ist ebenfalls nachgewiesen.
Andererseits kann eine [[Vernetzung]] der Makromoleküle angenommen werden, da die Koronabehandlung die [[Siegelfähigkeit]] verschlechtert (Erhöhung von [[Glasübergangstemperatur]] T<sub>g</sub> und [[Schmelztemperatur]]).
Die elektrische Entladung führt zu einer [[Ionisierung]] der Luft, was zur lokalen Bildung von [[Ozon]] führt. Das Ozon kann auf der Folienoberfläche ebenfalls oxidativ wirken.

== Wirksamkeit ==
Der durch die Koronabehandlung erzielte Effekt liegt in einer Erhöhung der [[Oberflächenspannung]] (Dynung) auf 38 bis 44 mN/m. Da die Oberflächenspannung durch dispersive und polare Wechselwirkungskomponenten zustande kommt, wird durch die Einführung polarer funktioneller Gruppen insbesondere der polare Anteil der Oberflächenspannung erhöht.<ref name=":0">W. Rabel, Einige Aspekte der Benetzungstheorie und ihre Anwendung auf die Untersuchung und Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Polymeren. In: Farbe und Lack 77,10 (1971), S. 997–1005.</ref>

Um Fehler zu vermeiden, ist es wichtig, dass die Oberflächenspannung der Folie über der des Beschichtungsstoffes liegt. Außerdem sollte das Verhältnis zwischen polarem und dispersivem Wechselwirkungsanteil der Oberflächenspannung bei der Folie und beim Beschichtungsstoff möglichst ähnlich sein. Nur so können ein guter Verlauf und eine optimale Benetzung erreicht werden.

Der Einfluss der Behandlung nimmt mit der Zeit ab. Die Lagerfähigkeit der behandelten Folien ist deshalb begrenzt.
Bei einer Polyethylenfolie liegt die Oberflächenspannung ohne Behandlung bei 30 bis 32 mN/m.
Direkt nach der Behandlung werden, je nach Einstellung, Werte zwischen 38 und 44 mN/m erzielt. Nach 4 Wochen Lagerung tritt bereits ein Minimum der Oberflächenspannung auf. Die Werte liegen danach um ca. 10 % tiefer als direkt nach der Behandlung.

== Einflussfaktoren ==
Die Art der Folienherstellung ([[Blasformen|Blasen]], [[Kalander|Kalandrieren]] oder [[Extrusion (Verfahrenstechnik)|Extrudieren]]), die Temperatur der Polymerschmelze, die [[Reckverhältnis]]se und die Art der Abkühlung beeinflussen die spätere Wirksamkeit der Koronabehandlung. Zusätze zu den verarbeiteten Polymeren wirken sich meist negativ aus. Je höher z.&nbsp;B. der Anteil von [[Gleitmittel]]n in einer Folie, umso schwieriger wird die Koronabehandlung.

== Mögliche Probleme ==
Die Koronabehandlung ist trotz ihrer weiten Verbreitung nicht einfach zu beherrschen.
Eine ungleichmäßige Verteilung der elektrischen Entladung (unsymmetrischer Aufbau, Schwankungen der Foliendicke und -leitfähigkeit) kann zum „Durchschlagen“ führen. Dabei dringt die Entladung durch die Folie und hinterlässt Brandlöcher.

== Prüfmethoden ==
Einen Schnelltest stellt der Tintentest dar.
Er wird mit sogenannten „Dyn-Testtinten“ durchgeführt, die jeweils unterschiedliche Oberflächenspannungen aufweisen. Man fängt mit niedrigen Oberflächenspannungen an und arbeitet sich so lange vor, bis die Testtinte die Oberfläche nicht mehr benetzt. Polare und dispersive Wechselwirkungsanteile der Oberflächenspannung können mit dieser Methode nicht unterschieden werden.

Eine weitere Testmethode stellt die [[Randwinkelmessung]] bzw. [[Kontaktwinkel]]messung dar.
Hierbei wird ein Flüssigkeitstropfen auf der Folienoberfläche platziert und unter starker Vergrößerung der Randwinkel (Kontaktwinkel) des Tropfens im Vergleich zur Oberfläche bestimmt. Je kleiner der Winkel, desto besser ist die Benetzung.

Durch Kontaktwinkelmessungen mit mehreren chemisch reinen Testflüssigkeiten mit bekannter Oberflächenspannung und bekannten dispersiven und polaren Anteilen können die polaren und dispersiven Anteile der Oberflächenspannung der Folie bestimmt werden.<ref name=":0" />

== Arbeitssicherheit ==
Sowohl die Ströme der Entladungen als auch das entstehende Ozon stellen ein Gefahrenpotential dar.
Durch präventive Schutzmaßnahmen wie Isolation und eine ausreichend dimensionierte Absaugung kann Personengefährdung vermieden werden.
Da die Entladung der Hochspannung gegen eine geerdete Walze erfolgt, ist der Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern ausgeschlossen.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Kunststoffverarbeitung]]