-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur photochemischen Veränderung einer festen Oberfläche, auf
ein Adhäsionsverfahren
und ein Markierverfahren, bei dem dieses Verfahren zur Veränderung
zum Einsatz kommt, und ferner auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieser
Verfahren.
-
In der Vorveröffentlichung WO-A-91 14 730
wird offenbart, daß ein
organisches Modifiziermittel mit einer Polymerfläche in Berührung kommt, woran sich die
Bestrahlung der Polymerfläche
mit Licht anschließt, das
von dem organischen Modifiziermittel absorbiert werden kann, um
so die Oberfläche
der Probe zu verändern.
-
Es ist ein Verfahren bekannt, bei
welchem zum Zwecke der Veränderung
der Oberfläche
eines fluoroplastischen Materials, das sich wegen seiner geringen
Affinität
gegenüber
anderen Substanzen nur mit Schwierigkeiten anhaf ten läßt, ein
fluoroplastisches Material in eine Behandlungslösung eingetaucht wird, welche
flüssigen
Ammoniak oder Naphthalin umfaßt,
wobei metallisches Natrium und Tetrahydrofuran zur Veränderung
der Oberfläche
enthalten ist; ferner ist daraus ein Verfahren zur chemischen Veränderung
der Oberfläche
eines Polyethylen- oder Polypropylen-Kunststoffs bekannt, der chemisch
inaktiv ist und sich deshalb nur mit Schwierigkeiten direkt dadurch
bedrucken oder anhaften läßt, daß er in
eine gemischte Lösung
als Kaliumdichromat mit konzentrierter Schwefelsäure getaucht wird.
-
Diese herkömmlichen Verfahren zur chemischen
Veränderung
sind jedoch leider mit dem Problem behaftet, daß beispielsweise im Falle eines
fluoroplastischen Materials die Oberfläche aus der fluoroplastischen Substanz
braun wird, um die Oberflächenschicht
brüchig
zu machen, was zum Ablösen
der Klebstoffschicht führt.
Infolgedessen läßt sich
eine zufriedenstellende Klebkraft nicht erzielen. Auch wenn mit
den vorgenannten herkömmlichen
Verfahren ein ganzer Abschnitt verändert werden kann, der eingetaucht
wird, ist es außerdem
damit nicht möglich,
eine teilweise Veränderung
herbeizuführen,
sofern nicht als Maske ein Photoresist verwendet wird. Darüber hinaus
läßt sich
die Bearbeitungsreaktion nur schwer steuern und müssen gefährliche
Chemikalien eingesetzt werden.
-
Es sind auch einige andere Verfahren
bekannt, wie zum Beispiel die Bearbeitung mit Sputtern, mit Korona-Entladung
und Plasmabearbeitung, mit welchen die Oberfläche eines fluoroplastischen
Kunststoffs oder dergleichen physikalisch verändert wird. Da es jedoch an
einer chemischen Affinität
gegenüber
einem Klebstoff fehlt, fungiert eine aufgerauhte Fläche als
Punkt zur Belastungskonzentration, wodurch ein Zusammenbrechen der
Verbin dung herbeigeführt
wird. Dadurch wird es unmöglich,
eine hohe Festigkeit der Verbindung zu erzielen.
-
Eine poröse Membran bzw. Filmschicht
aus Polymermaterial, die aus einem fluoroplastischen Material wie
zum Beispiel Polytetrafluoräthylen
(PTFE) oder Polyvinyliden-Fluorid oder aus einem Polyethylen- oder Polypropylen-Kunststoff
besteht, wird derzeit als Filtermembran bei der Hochpräzisions-Filterung
und Ultrafiltrierung von Flüssigkeiten
wie zum Beispiel Chemikalien, Lebensmitteln und Wasser eingesetzt.
Es sind mehrere Verfahren als Mittel bekannt, um die Geschwindigkeit
bzw. Durchlaßmenge
bei der Permeation von Flüssigkeiten
zu verbessern. Beispiele hierfür
sind ein Verfahren zur Beschichtung eines oberflächenaktiven Mittels und ein
Verfahren, wie es in der japanischen Patentanmeldung KOKAI Publikationsnummer
56-63772 beschrieben wird und bei dem Poren eines porösen Körpers mit
einem wasserlöslichen
Polymer wie zum Beispiel einem Polyvinylalkohol oder Polyethylenglykol
imprägniert
ist und bei welchem der poröse
Körper
zum Beispiel durch Wärmebehandlung,
Azetal-Umwandlung,
Veresterung, einer Behandlung mit Dichromsäure oder Bestrahlung mit einer
ionisierenden Strahlung hydrophil gemacht wird. Es ist noch ein
weiteres Verfahren bekannt, durch welches die Oberfläche eines
Fluoroplastmaterials dadurch modifiziert wird, daß die Oberfläche mit
Hilfe der Bestrahlung mit einem ArF-Laser hydrophil gemacht wird,
wie dies in der japanischen Patentanmeldung KOKOKU, Publikationsnummer
5-77692, beschrieben wird.
-
Bei dem Verfahren zum Beschichten
eines oberflächenaktiven
Mittels wird jedoch das oberflächenaktive
Mittel leicht entfernt, da es nicht fest an einem porösen Körper anhaftet,
was zu der Schwierigkeit führt,
die hydrophilen Eigenschaften aufrecht zu erhalten.
-
Bei dem in der japanischen Patentanmeldung
KOKAI, Publikationsnummer 56-63772, beschriebenen Verfahren wird
eine Qualitätseinbuße durch
Zersetzung eines porösen
Körpers
herbeigeführt,
wenn beispielsweise mit Bestrahlung gearbeitet wird, was die mechanische
Festigkeit erheblich verringert. Außerdem wirft der Einsatz einer
Wärmebehandlung,
einer Azetal-Umwandlung oder Veresterung insofern ein Problem auf, als
nur die Ausbildung der Hydrophilie nur in geringem Umfang herbeigeführt wird,
da ein Teil des wasserlöslichen
Polymers hydrophob gemacht wird.
-
Außerdem stellt das in der japanischen
Patentanmeldung KOKOKU Publikationsnummer 5-77692 beschriebene Verfahren
eine Vorgehensweise zur Veränderung
einer Oberflächenschicht
dar, was bedeutet, daß es
nicht möglich
ist, die große
Masse eines porösen
Körpers
hydrophil zu machen.
-
Die vorliegende Erfindung wurde unter
Berücksichtigung
der vorstehend beschriebenen Situationen entwickelt und verfolgt
das Ziel, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem eine Flüssigkeit,
die bei Raumtemperatur sicher ist, mit der Oberfläche eines
Werkstücks
(eines zu modifizierenden Werkstoffs) in Berührung gebracht wird und in
diesem Zustand Licht, zum Beispiel UV-Licht, auf die Oberfläche des
Werkstücks
eingestrahlt wird, um so die Oberfläche selektiv und wirksam mit
einer beliebig gewählten
Funktionellen Gruppe zu substituieren, ohne dabei die Oberfläche überhaupt
zu schädigen,
wodurch die Oberfläche
des Werkstücks modifiziert
wird. Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Behandlungsvorrichtung
für dieses
Verfahren vor. Vorzugsweise liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, bei welchem die vorstehend
beschriebene Flüssigkeit
gezwungenermaßen
in engen Kontakt mit der Oberfläche
eines Werkstücks
in Form einer äußerst dünnen Schicht
kommt, indem eine Kapillarerscheinung oder dergleichen genutzt wird,
und in diesem Zustand Licht wie zum Beispiel UV-Licht auf die Oberfläche des
Werkstücks
eingestrahlt wird, um so die Oberfläche mit einer willkürlich gewählten Funktionellen
Gruppe ohne jegliche Beschädigung
der Oberfläche
selektiv und wirksam zu substituieren, wodurch die Oberfläche des
Werkstücks modifiziert
wird; außerdem
soll eine Behandlungsvorrichtung für dieses Verfahren vorgesehen
werden.
-
Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren
zur photochemischen Veränderung
einer festen Oberfläche
gelöst,
welches folgende Schritte umfaßt:
Bilden
einer Schicht aus einer flüssigen
Verbindung oder aus einer gelösten
Verbindung, welche einen chemischen Stoff von einer Art enthält, zwischen
einem Fensterteil und einer Oberfläche aus einem zu behandelnden
festen Werkstoff, wobei das Fensterteil gegenüber Strahlung durchlässig ist,
die aus der aus ultravioletter Strahlung, Strahlung im sichtbaren
Spektralbereich und infraroter Strahlung bestehenden Gruppe gewählt ist, und
wobei das Fensterteil nah genug an der Fläche aus dem festen Werkstoff
so positioniert ist, daß zwischen dem
Fensterteil und der Fläche
aus dem festen Werkstoff eine Kapillarwirkung herbeigeführt wird,
um die Schicht aus der flüssigen
Verbindung oder der gelösten
Verbindung zu bilden; und Bestrahlen einer Grenzschicht zwischen
der Fläche
aus dem festen Werkstoff und der flüssigen Verbindung oder der
gelösten
Verbindung mit der Strahlung in einer Menge, die zur optischen Anregung
der Fläche
aus dem festen Werkstoff und der flüssigen Verbindung bzw. der
gelösten
Verbindung ausreicht, wodurch in dem chemischen Stoff von einer Art
in der flüssigen
Verbindung oder in der gelösten
Verbindung eine Substitution herbeigeführt wird, der chemische Stoff
von einer Art niedergeschlagen wird oder mit dem chemischen Stoff
von einer Art ein Ätzvorgang ausgeführt wird.
-
Der Einsatz einer Flüssigkeit
als Mittel zur Veränderung
der Oberfläche
ermöglicht
eine hochdichte gleichmäßige Behandlung,
da die Dichte beim Kontakt mit einem zu behandelnden Gegenstand
im Vergleich zu einem Gas hoch ist. Der Einsatz einer Flüssigkeit
ist auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes von Vorteil,
da durch Licht wie zum Beispiel bei Bestrahlung mit UV-Licht nur
ein freiliegender Abschnitt aktiviert wird.
-
Wenn Laserlicht auf eine Lösung der
vorstehend dargestellten Art auftrifft, entstehen für gewöhnlich zufällig Bläschen infolge
der Zersetzung unter Lichteinfluß, und infolgedessen wird eine
Behandlungslösung auf
der Grenzfläche
eines zu behandelnden Gegenstands von der Grenzfläche entfernt.
Dann findet unter Umständen
keine effiziente chemische Reaktion statt. Wenn außerdem der
Kontaktwinkel bei einer Reaktionslösung der Oberfläche eines
zu behandelnden Gegenstands groß ist,
wird die Kontaktfläche
mit der flüssigen Oberfläche klein.
Diese Kontaktfläche
wird durch die vorstehend beschriebene Erzeugung von Bläschen noch weiter
verkleinert.
-
Bei der vorliegenden Erfindung wird
deshalb eine innenliegende Grenzschicht zwischen der Oberfläche aus
Glas als Eintrittsfenster für
Licht wie zum Beispiel UV-Strahlung
und der Oberfläche
eines Werkstücks sehr
dünn ausgeführt. Infolgedessen
tritt in diesen Teil eine Reaktionslösung ein, um die Ausbildung
einer dünnen
flüssigen
Filmschicht auf der Oberfläche
eines Werkstücks
ohne Berücksichtigung
des Kontaktwinkels zwischen dem Material und der Lösung zu
ermöglichen.
Wird nun Licht wie beispielsweise UV-Strahlung auf die Oberfläche des
Werkstücks
in diesem Zustand eingestrahlt, so kann nicht nur die Flüssigkeit,
sondern auch die Oberfläche
des Werkstücks
ausreichend stark angeregt werden, da in der Flüssigkeit nur ein kurzer Weg verläuft. Dadurch
wird eine wirksame optische Modifizierung durchführbar.
-
Wie vorstehend bereits dargelegt,
kann die Oberflächenschicht
eines festen Werkstücks
auf photochemischem Wege wirksam dadurch verändert werden, daß zwischen
der Oberfläche
des festen Werkstücks
und einem durchsichtigen Glas unter Ausnutzung der Kapillarwirkung
eine dünne
Filmschicht einer Reaktionslösung
eingebracht wird und die Oberfläche
des Werkstücks
in diesem Zustand mit Licht bestrahlt wird.
-
Dies bedeutet, daß die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zur Veränderung
einer festen Oberfläche anregt,
bei welchem eine flüssige
Verbindung oder eine gelöste
Verbindung in Berührung
mit der Oberfläche eines
zu behandelnden festen Werkstoffs gehalten wird, die Grenzfläche zwischen
der Oberfläche
des festen Werkstoffs und der flüssigen
Verbindung oder gelösten
Verbindung mit einer Strahlung bestrahlt wird, die aus der Gruppe
gewählt
ist, die aus UV-Strahlung, Strahlung im sichtbaren Spektralbereich
und infraroter Strahlung besteht, um die Oberfläche des festen Werkstoffs und
die flüssige
Verbindung bzw. die gelöste
Verbindung optisch anzuregen, wodurch eine Substituierung mit einem
chemischen Stoff von einer Art in der flüssigen Verbindung oder der
gelösten
Verbindung herbeigeführt
wird, der chemische Stoff der einen Art abgelagert wird oder mit
dem chemischen Stoff der einen Art einen Ätzvorgang auszuführen.
-
Entsprechend einem bevorzugten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird eine dünne Schicht der flüssigen Verbindung
oder gelösten
Verbindung mit der Oberfläche
eines zu behandelnden festen Materials in Berührung gebracht und wird in
diesem Zustand die Grenzfläche
zwischen der Oberfläche
des festen Materials und der flüssigen
Verbindung oder der gelösten
Verbindung mit ultravioletter Strahlung, einer Strahlung im sichtbaren
Spektralbereich oder infraroter Strahlung bestrahlt. Als bevorzugtes
Mittel zur Bildung dieser dünnen
Schicht aus der flüssigen
Verbindung oder der gelösten
Verbindung wird ein durchsichtiges Fenster in dichtem Kontakt mit
der oberen Fläche
eines zu behandelnden festen Werkstoffs gehalten und wird veranlaßt, daß die dünne Schicht
zwischen diesen Schichten zu liegen kommt, indem die Kapillarwirkung
ausgenutzt wird. In diesem Zustand wird durch das durchsichtige
Fenster mit einer Strahlung, die aus der Gruppe gewählt wird,
die aus ultravioletter Strahlung, Strahlung im sichtbaren Spektralbereich
und infraroter Strahlung besteht, so bestrahlt, daß die Oberfläche des
festen Werkstoffs angeregt wird, wodurch eine Substitution mit einer
Substanz der einen Art in der flüssigen
Verbindung oder der gelösten
Verbindung herbeigeführt
wird, wodurch eine Ätzung
mit der Substanz der einen chemischen Art durchgeführt wird
oder die Substanz der einen chemischen Art aufgebracht wird.
-
Es ist möglich, als durchsichtiges Fenster
eines der Materialien zu verwenden, das aus der folgenden Gruppe
gewählt
ist: Glas, das gegenüber
ultraviolettem Licht durchlässig
ist, Quarz- bzw. Bergkristall, synthetisch hergestelltes Quarzglas,
Pyrexglas, optisches Glas, Flachglas, Saphir, Diamant, TiO2, IRTRAN (eingetragene Marke), Ge, Si, Bariumfluorid,
Magnesiumfluorid, Kalziumkarbonat, Lithiumfluorid, Kalziumfluorid,
ein fluoroplastisches Material, ein Acrylharz, ein Styrolkunststoff
und ein Karbonatkunststoff.
-
Die Form des durchlässigen Fensters
kann eine Platte, ein Zylinder, eine Kugel, ein Torus und eine Form
sein.
-
Der zu behandelnde feste Werkstoff
kann jeder Kunststoff, ein Metall, eine tierische oder pflanzliche Substanz
und ein Keramikmaterial sein.
-
Als flüssige Verbindung kann jede
der Substanzen herangezogen werden, die aus der Gruppe gewählt wird,
die aus Wasser, reinem Wasser, schwerem Wasser, einem Alkohol, Erdölarten,
einer aromatischen Verbindung, Silikonöl, FOMBLIN-Öl, Trichloräthylen, Fluorkohlenstoffe (Fluorkohlenstoff 113 (Freon)
und Fluorkohlenstoff 113a (Freon)), Wasserstoffperoxyd,
HCl, H2SO4, HNO3, HCOOH, (COOH)2,
CH3COOH, NH3, N2H4 und NH4F besteht.
-
Aus der Gruppe, die aus Wasser, reinem
Wasser, schwerem Wasser, Ammoniak, Schwefelsäure, Kohlenstofftetrachlorid,
Kohlenstoffdisulfid, Kohlenwasserstoffen, Halogenverbindungen, Alkoholen,
Phenolen, einer organischen Säure
und einem Derivat derselben, Nitrilverbindungen, Nitro-Verbindungen,
Aminen, Schwefelverbindungen, Erdölarten und Äthern besteht, kann ein Lösungsmittel
ausgewählt
werden.
-
Die bei der vorliegenden Erfindung
einsetzbare Strahlung kann aus der folgenden Gruppe gewählt werden:
Excimer-Laser, Ar+-Laser, Kr+-Laser,
N2-Laser, Laserlicht mit ultravioletten
Harmonischen, das man mittels eines nicht-linearen Materials erhält, Licht
einer D2-Lampe, einer Hochdruck-Quecksilberlampe,
einer Niederdruck-Quecksilberlampe,
einer Xe-Lampe, einer Hg-Xe-Lampe, einer Halogen-Lampe, einer Excimer-Lampe
und einer UV-Lampe besteht, das man mittels eines Lichtbogens, einer
Koronaentladung oder einer stillen Entladung in einer aus Luft,
Stickstoff oder irgend einem anderen Gas bestehenden Atmosphäre erhält.
-
Wenn es sich bei dem zu behandelnden
festen Werkstoff um ein fluoroplastisches Material handelt, wird
eine Lösung
mit einem Atom wie beispielsweise B, Al, Ba, Ga, Li, H oder Ti,
dessen Bindungsenergie bei der Bindung an ein Fluoratom größer als
128 kcal/mol ist – was
der Bindungsenergie zwischen einem Kohlenstoffatom und einem Fluoratom
entspricht – und
einer Funktionellen Gruppe mit Affinität gegenüber einem Klebstoff, wie beispielsweise
einer aus der Gruppe gewählten
funktionellen Gruppe, die aus -OH, -Cl, -NO2, -CN,
-NH2, -COOH, -CO, -OCH3,
-OC2H5, -OC3H7, -OC4H9, CONH, -CH3, -C2H5, -CH2,
-SO3H, -C3H7, -C4H9 und -C6H5 besteht, mit
der Oberfläche
des fluoroplastischen Materials in Berührung gebracht und in diesem
Zustand wird auf die Grenzfläche
zwischen dem fluoroplastischen Material und der Lösung eine
ultraviolette Strahlung mit einer Photonenenergie von 128 kcal oder
mehr eingestrahlt. Infolgedessen ist es möglich, aus dem fluoroplastischen
Material Fluor herauszulösen
und gleichzeitig das Fluor mit dieser funktionellen Gruppe zu substituieren,
wodurch eine Modifizierung der Oberfläche vorgenommen wird. Dieses
fluoroplastische Material mit modifizierter Oberfläche läßt sich
leicht mit einem Werkstoff derselben Art oder einer anderen Art über den
Klebstoff verbinden.
-
Mit anderen Worten sieht die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines fluoroplastischen Werkstoffs
vor, bei welchem vor dem Verbinden eines fluoroplastischen Materials
mit einem Material derselben oder einer anderen Art über einen
Klebstoff das fluoroplastische Material mit einer Lösung in
Berührung
gebracht wird, die eine Verbindung mit einem Atom enthält, dessen
Bindeenergie an ein Fluoratom 128 kcal/Mol oder mehr beträgt, und
entweder einer hydrophilen Gruppe, einer lipophilen Gruppe oder
einer Funktionellen Gruppe, die von Hause aus in einem Klebstoff
vorhanden ist, und bei wel chem in diesem Zustand ultraviolette Strahlung
mit einer Photonenenergie von 128 kcal oder mehr auf die Grenzfläche zwischen
dem fluoroplastischen Material und der Lösung eingestrahlt wird, wodurch
eine Modifizierung der Oberfläche
herbeigeführt
wird, bei welcher dem fluoroplastischen Material Fluor entzogen
wird und eine Substituierung mit der Funktionellen Gruppe erfolgt,
die gegenüber
dem Klebstoff affin ist.
-
Außerdem regt die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines fluoroplastischen
Verbundmaterials an, bei welchem fluoroplastische Werkstoffe, die
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren einer Modifizierung
ihrer Oberfläche
unterzogen wurden, oder ein derartiges fluoroplastisches Material
mit modifizierter Oberfläche
und ein Kunststoffmaterial einer anderen Art unter Druck mit einem
organischen Lösungsmittel
miteinander verbunden werden, in welchem die Stoffe löslich sind.
-
Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Markieren eines fluoroplastischen Materials vor,
bei welchem ein Farbmittel, das eine Verbindung mit einem Atom,
dessen Bindeenergie an ein Fluoratom 128 kcal/Mol oder mehr beträgt, und
entweder eine hydrophile Gruppe, eine lipophile Gruppe oder eine Funktionelle
Gruppe enthält,
die von Haus aus in einem Klebstoff vorhanden ist, als Schicht auf
ein fluoroplastisches Material aufgetragen wird, woraufhin ultraviolette
Strahlung mit einer Photonenenergie von 128 kcal oder mehr auf die
Grenzfläche
dazwischen eingestrahlt wird.
-
Bei der vorliegenden Erfindung umfassen
die fluoroplastischen Stoffe einen Kunststoff, der aus einem Polymer
oder einem aus Monomeren aufgebauten Kopolymer besteht, welches
Fluoratome enthält,
sowie einen Kunststoff, der diesen Kunststoff als Ausgangsmaterial
enthält.
Beispiele hierfür
sind Polytetrafluorethylen, Polychloro-Trifluorethylen, Tetrafluorethylen
und Polyvinylidenfluorid.
-
Beispiele für die Verbindung mit einem
Atom mit einer Bindeenergie an ein Fluoratom von 128 kcal/Mol oder
mehr sind: eine Borverbindung, eine Aluminiumverbindung, eine Bariumverbindung,
eine Galliumverbindung, eine Lithiumverbindung, eine Wasserstoffverbindung
und eine Titanverbindung. Bei praktischen Beispielen für die Verbindung
handelt es sich um (BHNH)3, LiBH4, NaBH4, KBH4, CsBH4, H3BO3, B(CH3)3, B(C2H5)3, B(C3H7)3, B(C4H9)3, B(C6H5)3, B(OH)2(C6H5),
NaB(C6H5)4, B(CH3O)3, B(C2H5O)3, B(C4H9O)3, (NH4)2B4O7, Al(OH)3, Al(NO3)3, AlCl3, AlBr3, AlI3, Al2(SO4)3, Al(CH3COO)2OH, Al2BaO4, NH4AlCl4, LiAlH4, AlNa(O4)2, AlK(SO4)2, Al(NH4)SO4, Al(CH3)3, Al(C3H7)3, Al(C2H5)3,
Al(C6H5)3, Al(C2N5O)3, Al(C3H7O)3,
Al(C4H9O)3, Ba(CLO4)2, BaBr, BaI2, Ba(OH)2, BaS2O3,
Ba(NO2)2, Ba(CN)2, GaCl3, GaBr, Ga(OH)3, Ga(SO4)3, Ga(NO3)3, Ga(CH3COO)3, GaK(SO4)2, Ga(CH3)3, Ga(C2H5)3, Ga(C3H7)3,
Ga(C4H9)3, Ga(C6H5)3, LiCl, LiBr,
LiI, LiOH, LiSH, LiN, LiNO3, Li(CH3), Li(Kohlenwasserstoffverbindung), Li(C6H5), LiCH3O, LiAlH[OC(CH3)3]3, LiNH2, H2O, D2O, H2O2,
HCOOH, CH3COOH, HCl , HNO3,
H2SO4, C7H6, C6H5CH3, Ti(CH2C6H5)4,
[Ti(C6H5)2]2, TiCl3, TiBr4 und TiI4.
-
Beispiele für die Funktionelle Gruppe,
die gegenüber
einem Klebstoff affin ist, sind -OH, -Cl, -NO2,
-CN, -NH2, -COOH, -CO, -OCH3,
-OC2H5, OC3H7, -OC4H9, -CONH, -CH3, -C2H5, -CH2,
-SO3H, -C3H7, -C4H9 und -C6H5.
-
Wenn eine Borverbindung, eine Aluminiumverbindung,
eine Bariumverbindung, eine Galliumverbindung oder eine Lithiumverbindung
bei Zimmertemperatur flüssig
ist, muß nur
auf die Grenzfläche
zu einem Werkstück
in der Flüs sigkeit
eine ultraviolette Strahlung mit einer Photonenenergie von 128 kcal
oder mehr eingestrahlt werden. Handelt es sich bei der Verbindung
um einen Feststoff oder um eine Substanz in Pulverform, wird die
Verbindung in einem Lösungsmittel
wie zum Beispiel Wasser, schwerem Wasser, Ammoniak, Schwefelsäure, Kohlenstofftetrachlorid,
Kohlenstoffdisulfid, Kohlenwasserstoffen, Halogenidverbindungen,
Alkoholen, Phenolen, einer organischen Säure oder deren Derivat, Nitrilverbindungen,
Nitro-Verbindungen, Aminen oder Schwefelverbindungen aufgelöst und wird
auf die Grenzfläche
zu einem Werkstück
in der so erhaltenen Lösung
eine ultraviolette Strahlung mit einer Photonenenergie von 128 kcal
oder mehr eingestrahlt.
-
Beispiele für eine ultraviolette Strahlung
mit einer Photonenenergie von 128 kcal oder mehr sind das Licht
eines ArF-Excimer-Lasers, das Licht einer Hg-Lampe und das Licht
einer Hg-Xe-Lampe. Der Strahl eines ArF-Excimer-Lasers kann mittels
einer zylindrischen Linse zu einem linearen Strahl geformt und entlang
der Grenzfläche
zwischen einem fluoroplastischen Material, das kontinuierlich aus
der Lösung
nach oben gezogen wird, und der Lösung eingestrahlt werden. Es
ist auch möglich,
den Strahl eines ArF-Excimer-Lasers über ein Muster einzustrahlen,
das einem Verbindungsbereich eines fluoroplastischen Materials entspricht.
Bei der ultravioletten Strahlung kann es sich auch um das Licht
von einer UV-Lampe
handeln, die man durch einen Lichtbogen, eine Korona oder durch
stille Entladung in einer Atmosphäre aus Luft, Stickstoff oder
irgendeinem anderen Gas erhält.
-
Eine Lösung, die eine Verbindung mit
einem Atom enthält,
dessen Bindeenergie an ein Fluoratom 128 kcal/Mol oder mehr beträgt, und
entweder eine hydrophile Gruppe oder eine lipophile Gruppe oder
eine funktionelle Gruppe, die inhärent in dem Klebstoff vorhanden
ist, kann schon vorher in den Klebstoff eingemischt werden. Außerdem ist
es möglich,
das sich dabei ergebende Gemisch als Beschichtung auf die Oberfläche des
fluoroplastischen Materials aufzutragen und dann auf die Grenzschicht
der Beschichtungslage eine ultraviolette Strahlung mit einer Photonenenergie
von 128 kcal oder mehr einzustrahlen, um so auf der Oberfläche des
fluoroplastischen Materials eine Klebstoffschicht zu bilden. Außerdem läßt sich
ein poröses
Material mit einer Lösung
imprägnieren,
die eine Verbindung mit einem Atom, dessen Bindeenergie an ein Fluoratom
128 kcal/Mol oder mehr beträgt,
und eine hydrophile Gruppe, eine lipophile Gruppe oder eine Funktionelle
Gruppe enthält,
die inhärent
in dem Klebstoff vorhanden ist. In diesem Fall wird das sich dabei
ergebende poröse
Material in engem Kontakt mit dem fluoroplastischen Werkstoff gehalten
und in diesem Zustand wird auf die Grenzfläche dazwischen eine ultraviolette
Strahlung eingestrahlt.
-
Erfindungsgemäß wird, wie vorstehend schon
dargestellt, Fluor von der Oberfläche eines fluoroplastischen
Materials freigesetzt oder daraus heraus gelöst, und dieses Fluor wird durch
eine funktionelle Gruppe mit Affinität gegenüber einem Klebstoff ersetzt.
Infolgedessen verbessert sich die Affinität der Oberfläche des fluoroplastischen
Materials gegenüber
dem Klebstoff, wodurch man eine hohe Klebfestigkeit erreicht.
-
Wenn es sich bei dem zu behandelnden
festen Werkstoff um einen Kunststoff mit einer C-H-Bindung handelt,
wird eine Verbindung in flüssiger
Form, die ein Atom, z. B. B, P, S, Pt, Br, O, Cl, H oder F, enthält, dessen
Bindeenergie an ein Wasserstoffatom größer ist als 80,6 kcal/Mol – was der
Bindungsenergie zwischen einem Kohlenstoffatom und einem Wasserstoffatom
entspricht – oder eine
funktionelle Gruppe (Atomgruppe) wie zum Beispiel -OH, -NO2, -CN, -NH2, -COOH,
-CO, -OCH3, -OC2H5, -OC3H7,
-OC4H9, -CONH, -CH3, -C2H5, -CH2, -SO3H, -C3H7, -C4H9 oder -C6H5 oder ein Metallatom, mit der Oberfläche des
Kunststoffmaterials mit einer C-N-Bindung oder mit einem porösen Körper in
Kontakt gebracht. In diesem Zustand kann die Modifizierung der Oberfläche durch
Bestrahlung der Grenzfläche
zwischen der Oberfläche
des Kunststoffmaterials und der vorstehend beschriebenen Verbindung
mit dem Atom und der Atomgruppe oder dem Metallatom oder einer Mischung
mit der Verbindung mit einer ultravioletten Strahlung mit einer
Photonenenergie von 80,6 kcal oder mehr erfolgen.
-
Mit anderen Worten sieht die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zum Modifizieren eines Kunststoffmaterials
mit einer C-H-Bindung mit Anregungslicht vor, bei welchem eine flüssige Verbindung
oder ein flüssiges
Gemisch, welche bzw. welches ein erstes Atom mit einer Bindeenergie
an ein Wasserstoffatom von 80,6 kcal/Mol oder mehr und ein zweites
Atom bzw. eine Atomgruppe enthält,
dessen bzw. deren Bindungsenergie bei der Bindung an ein Atom kleiner
ist als die optische Energie des Anregungslichts, mit dem Kunststoffmaterial
in Kontakt gebracht und wird in diesem Zustand die Grenzfläche zwischen
dem Kunststoffmaterial und der Verbindung bzw. dem Gemisch mit ultravioletter
Strahlung mit einer Photonenenergie von 80,6 kcal oder mehr direkt
oder indirekt bestrahlt, wodurch aus dem Kunststoffmaterial über das
erste Atom Wasserstoff freigesetzt oder herausgelöst wird
und gleichzeitig der Wasserstoff mit dem zweiten Atom bzw. der zweiten
Atomgruppe substituiert wird.
-
Die Verbindung, welche das zweite
Atom bzw. die zweite Atomgruppe enthält, dessen bzw. deren Bindungsenergie
bei der Bindung an das erste Atom kleiner ist als die optische Energie
des Anregungslichts, ist eine Flüssigkeit,
die eine Verbindung enthält,
welche aus der Gruppe gewählt
wird, die eine Borverbindung, eine Phosphorverbindung, eine Schwefelverbindung,
eine Platinverbindung, eine Bromverbindung, eine Sauerstoffverbindung,
eine Chlorverbindung, eine Wasserstoffverbindung und eine Fluorverbindung
umfaßt.
-
Praktische Beispiele für diese
Verbindung sind (BHNH)3, B(CH3)3, B(C2H5)3, B(C6H5)3, B(OH)2(C6H5), P(CN)3, P2Se5,
P(CH3)3, P(C2H5)3, P(C3H7)3, P(C4H9)3, P(C6H5)3, P(CH3)2(C6H5), P(CH3)(C6H5)2, P(C6H17)3,
P(C6H13)3, P(C8H17)3, P(CH3C6H4)3),
(SHN)2, SO2(NH2)2, Pt(CN)2, Pt(SO4)2, BrCN, Br2O, Br2CF2, BrCF3, NO, NO2, H2O2, O3,
Cl2O, ClCN, AgCL, AlCl3,
AsCl3, AuCl , AuCl3,
BaCl2, CuCl, CuCl2,
ErCl3, EuCl2, EuCl3, FeCln, GaCl3,
GdCl3, GeCl4, H3BO3, Na2[PT(OH)6], K2[Pr(OH6)], O2, CClF3, CCl2F2,
reines Wasser, schweres Wasser, (COOH)2,
CF4, CHF3, HgCl2, HoCl3, InCl, IrCl4, KCl, LiCl, LuCl3,
MgCl2, MnCl2, MoCln, NCl3, NN4Cl, NaCl, NbCl5,
NiCl2, PCl3, PbCl2, PtCln, RbCl, ReCl3, SCln, SbCl3, SeCln, SiCl4, SnCln, SrCl2, TaCl2, TbCl3, TeCln, ThCl4, TiCl3, TICl3, TmCl3, UCln, VCln, WCl6, YCl3, ZnCl2, ZrCl4, H2O, NH3, HCOOH, NH3OH, H2SO4, HCl, HNO3, HCF3, Alkohole, Kohlenwasserstoffe, aromatische
Verbindungen, AgF, AsF3, BaF2, BeF2, BiF3, CdF2, CeF3, CoF2, CsF, CuF,
GeF2, KF, MoFn, NH4F,
NaF, NbF5, NiF, UF6,
VFn, ZnF2 und CF4.
-
Beispiele für die Atomgruppe sind -OH,
-NO2, -CN, -NH2, -COOH, -CO, -OCH3, -OC2H5, -OC3H7, -OC4H9,
-CONH, -CH3, -C2H5, -CH2, -SO3H, -C3H7,
-C4H9 und -C6H5.
-
Die vorstehend genannte Verbindung
läßt sich
in einem Lösungsmittel
wie zum Beispiel Wasser, reinem Wasser, schwerem Wasser, Ammoniak,
Schwefelsäure,
Kohlenstofftetrachlorid, Kohlenstoffdisulfid, Kohlenwasserstoffen, Halogenidverbindungen,
Alkoholen, Phenolen, organischen Säuren und deren Derivaten, Nitrilverbindungen,
Nitro-Verbindungen,
Aminen oder Schwefelverbindungen auflösen.
-
Die ultraviolette Bestrahlung mit
einer Photonenenergie von 80,6 kcal oder mehr ist entweder das Licht von
Excimer-Lasern, wie zum Beispiel XeF-, XeCl-, KrF- und ArF-Lasern, eines N2-Lasers, eines Kr-Ionenlasers, eines Ar-Ionenlasers und Lasersicht
mit Harmonischen dank eines nicht-linearen Elements, oder eine Kombination
hieraus, oder das Licht einer Hg-Lampe, einer He-Xe-Lampe, einer
D2-Lampe und einer Excimer-Lampe oder eine
Kombination hieraus, oder eine Kombination aus ultravioletten Strahlungen,
die man durch einen Lichtbogen, eine Korona oder stille Entladungen
einer Atmosphäre
aus Luft, Stickstoff oder irgendeinem anderen Gas erhält.
-
Wenn die Bindungsenergie einer Nebenkette – mit Ausnahme
einer C-H-Bindung -, die einen plastischen Werkstoff bildet, geringer
ist als die Photonenenergie des Anregungslichts zur optischen Zerlegung
der Verbindung, ist es möglich,
das Kunststoffmaterial direkt mit ultravioletter Strahlung zu bestrahlen,
deren Photonenenergie 80,6 kcal oder mehr beträgt und kleiner ist als die
Bindungsenergie einer Nebenkette – mit Ausnahme der C-H-Bindung, und die
Verbindung mit einer anderen ultravioletten Strahlung zu bestrahlen,
deren Photonenenergie größer ist
als die Bindungsenergie der Verbindung, und zwar in der Weise, daß der Kunststoff
nicht direkt bestrahlt wird (er kann beispielsweise parallel zur
Oberfläche
des Kunststoffs eingestrahlt werden).
-
In diesem Fall ist es möglich, einen
XeF-, XeCl- oder KrF-Laser als Quelle für die ultraviolette Strahlung
heranzuziehen, mit der das Kunststoffmaterial mit der C-H-Bindung direkt bestrahlt
werden soll, und andererseits einen XeCl-, KrF- oder ArF-Laser als
Quelle für
die ultraviolette Strahlung, die parallel zur Oberfläche des
Kunststoffmaterials indirekt einfallen soll.
-
Daneben kann auch mit dem Licht einer
Hg- oder Hg-Xe-Lampe
mit einer Wellenlänge
von 300 nm oder mehr als Quelle für ultraviolette Strahlung gearbeitet
werden, mit der das Kunststoffmaterial mit C-H-Bindung direkt bestrahlt
werden soll, und mit einer Hg-, Hg-Xe-, D2- oder Excimer-Lampe
mit einer Wellenlänge von
300 nm oder mehr als Quelle für
die ultraviolette Strahlung, die auf die Oberfläche des Kunststoffmaterials parallel
indirekt auftreffen soll.
-
Nachstehend findet sich ein Vergleich
der Bindungsenergien. Bei diesem Vergleich wird jede Zahl in kcal/Mol
ausgedrückt:
-
-
Je höher die Bindungsenergie, desto
größer die
Leistung bei der Abspaltung von Wasserstoff. Beispiele für eine Verbindung
mit einem Atom, die in der Lage ist, Wasserstoff abzuspalten, sind
in Anspruch 2 genannt. Auch wenn die Abspaltung von Wasserstoff
mit B, P, S, Pt oder Br möglich
ist, die eine vergleichsweise geringe Bindungsenergie aufweisen,
sind O, Cl, H und F praktikabel. Unter diesen Atomen besitzen die
H- und F-Atome die stärkste
Kraft zur Abspaltung von Wasserstoff. Ganz genau gesagt ist es wünschenswert,
daß die einzustrahlende Photonenenergie
kleiner als die Bindungsenergie eines an den Wasserstoff gebundenen
Moleküls
sein sollte.
-
Eine flüssige Verbindung oder ein flüssiges Gemisch,
die bzw. das das Atom und die Atomgruppe (funktionelle Gruppe) zur
Abspaltung von Wasserstoff enthält,
oder eine in einem Lösungsmittel
gelöste
Verbindung wird mit einem Kunststoffmaterial mit einer C-H-Bindung
in Kontakt gebracht und dann wird auf die dazwischen liegende Grenzfläche ultraviolette
Strahlung mit einer Energie eingestrahlt, die nötig ist, um die C-N-Bindung
und die Bindung des zur Wasserstoffabspaltung dienenden Atoms der
Verbindung aufzubrechen. Infolgedessen kommt es gleichzeitig zur
Abspaltung von Wasserstoff und zur Substitutionsreaktion, wodurch die
Oberfläche
des Kunststoffs modifiziert wird.
-
Wenn die Bindungsenergie zum Zersetzen
der Verbindung größer ist
als die Energie der C-H-Bindung, wird ultraviolette Strahlung mit
hoher Photonenenergie parallel zur Oberfläche eines Kunststoffmaterials
eingestrahlt und gleichzeitig wird ultraviolette Strahlung mit geringerer
Photonenenergie (von mehr als 80,6 kcal) senkrecht zu dem Kunststoffmaterial
eingestrahlt, um so das Material zu zersetzen. Dies ermöglicht eine
effizientere Modifizierung.
-
Bei der vorliegenden Erfindung wird,
wie vorstehend schon dargelegt, Wasserstoff aus der Oberfläche eines
Kunststoffmaterials mit einer C-H-Bindung freigesetzt, und dieser
Wasserstoff wird mit funktionellen Gruppen verschiedener Art oder
mit Metallatomen substituiert. Infolgedessen gewinnt die Oberfläche des Kunststoffmaterials
die Eigenschaft der Benutzbarkeit, besseres Druckverhalten, bessere
Adhäsionseigenschaften,
Korrosionsbeständigkeit,
Leitfähigkeit
und Eigenschaften als elektrischer Leiter hinzu.
-
Wenn es sich bei dem zu behandelnden
festen Werkstoff um einen porösen
Film handelt, z. B. eine poröse
Filmschicht aus fluoroplastischem Kunststoff, so werden die Poren
des porösen
Filmmaterials aus fluoroplastischem Kunststoff mit einer Verbindung
imprägniert,
die ein Atom mit einer Bindeenergie an ein Fluoratom von 128 kcal/Mol
oder mehr sowie eine hydrophile Gruppe oder eine lipophile Gruppe
aufweist. In diesem Zustand kann mit einer Strahlung, deren Photonenenergie
128 kcal oder mehr beträgt,
bestrahlt werden, um den porösen
Film aus fluoroplastischem Kunststoff zu modifizieren.
-
Durch Einstrahlung einer Strahlung
mit einer Photonenenergie von 128 kcal oder mehr in dieser Weise wird
die C-F-Bindung (128 kcal/Mol) in dem fluoroplastischen Kunststoff
aufgebrochen. In diesem Fall wird dadurch, daß man ein Atom mit einer Energie,
die höher
ist als die C-F-Bindungsenergie, zuläßt, das so abgebrochene Fluoratom
an das Atom gebunden und dort gefangen. Da ein Fluoratom eine hohe
Elektronegativität von
4,0 aufweist, kann die erneute Anlagerung von C und F dadurch verhindert
werden, daß man
die Anwesenheit eines Atoms, dessen Elektronegativität kleiner
ist die eines Kohlenstoffatoms (Elektronegativität: 2,5), zuläßt. Außerdem läßt sich
die Bindung zwischen diesem Atom und einem Fluoratom nur mit Schwierigkeiten wieder
aufbrechen, da die Bindungsenergie bei dieser Bindung größer ist
als die der C-F-Bindung (128 kcal/Mol). Deshalb lassen sich einige
Fluoratome des fluoroplastischen Materials mit einer hydrophilen
funktionellen Gruppe substituieren.
-
In diesem Fall kann die Strahlung
aus der Gruppe gewählt
werden, die aus einem Excimer-Laser, einem Ar+-Laser,
einem Kr+-Laser, einem N2-Laser,
einem Ultraviolettlaser mit Harmonischen, die man durch ein nicht-lineares
Material erhält,
einer D2-Lampe, einer Hochdruck-Quecksil berlampe,
einer Niederdruck-Quecksilberlampe, einer Xe-Lampe, einer Hg-Xe-Lampe, einer Halogen-Lampe,
einer Excimer-Lampe und einer Ultraviolettlampe besteht, deren Licht
man durch einen Lichtbogen, eine Korona oder stille Entladung erhält, die in
einer Atmosphäre
aus Luft, Stickstoff oder irgendeinem anderen Gas stattfindet.
-
Die vorstehend beschriebene Verbindung
kann aus der Gruppe gewählt
werden, die aus einer Borverbindung, einer Aluminiumverbindung,
einer Wasserstoffverbindung, einer Bariumverbindung, einer Galliumverbindung,
einer Lithiumverbindung und einer Titanverbindung besteht.
-
Der poröse Körper für den Einsatz bei der vorliegenden
Erfindung unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Im Falle eines porösen Körpers aus
fluoroplastischem Material sind hierfür neben PTFE als Beispiele
ein Kopolymer aus Tetrafluoräthylen
und Hexafluorpropylen, ein Kopolymer aus Ethylen und Tetrafluorethylen,
ein Kopolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluor-Alkylvinyläther, ein
Vinyl-Fluorid-Kunststoff, ein Vinyliden-Fluorid-Kunststoff und ein
Kunststoff aus Äthylenchlorid-Trifluorid
zu nennen.
-
Dieser poröse Körper kann jede gegebene Form
annehmen, zum Beispiel die Form einer Folie, einer dünnen Platte
oder eines Rohres und kann ein kalziniertes oder nicht-kalziniertes Erzeugnis
sein. Die Porosität und
die Sollgröße der Poren
in dem porösen
Körper
können
entsprechend dem vorgesehenen Zweck frei eingestellt werden. Es
ist jedoch üblicherweise
vorzuziehen, daß die
Porosität
20 bis 80% beträgt
und die Sollgröße der Poren
zwischen etwa 0,01 und 10 μm
liegt.
-
Eine in diesem Fall als Mittel zur
Modifizierung einzusetzende Verbindung kann jede der vorstehend aufgeführten Verbindungen
sein. Diese Verbindungen können
in Form einer wäßrigen Lösung eingesetzt
werden und ihnen kann ein Alkalisalz wie zum Beispiel Natriumhydroxyd
oder Kaliumhydroxyd zugesetzt sein, um so die Löslichkeit des gelösten Stoffes
zu erhöhen.
-
Als Verfahren zum Imprägnieren
eines porösen
Körpers
mit der Verbindung kann jede bestehende einfache Verfahrensweise
herangezogen werden, wie zum Beispiel die Imprägnierung oder Beschichtung.
Ein poröser
Körper
kann auch einer vorherigen Ultraschallreinigung unterzogen werden,
wobei er in ein organisches Lösungsmittel
eingetaucht wird.
-
Zum Beispiel können verschiedene Vorgehensweisen
zum Imprägnieren
der Poren eines porösen Körpers aus
fluoroplastischem Kunststoff mit der wäßrigen Lösung der Verbindung eingesetzt
werden. Es ist jedoch dabei vorzuziehen, daß eines der folgenden Verfahren
herangezogen wird, wenn die Hydrophobie dieses porösen Körpers berücksichtigt
wird:
- (1) Ein Verfahren zur Vornahme der Imprägnierung
mit:
- (a) dem ersten Schritt, bei dem ein poröser Körper aus fluoroplastischem
Kunststoff in ein organisches Lösungsmittel
(z. B. Methanol, Ethanol, Azeton, Äther oder Isopropylalkohol)
eingetaucht wird, welches mit Wasser hoch verträglich ist und eine Oberflächenspannung
von 30 Dyn/cm oder weniger aufweist, wodurch der poröse Körper mit
dem Lösungsmittel
getränkt
wird;
- (b) dem zweiten Schritt, bei dem der sich ergebende poröse Körper in
Wasser getaucht wird, um das Lösungsmittel
durch Wasser zu ersetzen (Poren mit Wasser tränken); und
- (c) dem dritten Schritt, bei dem der poröse Körper in eine wäßrige Lösung der
Verbindung eingetaucht wird, um das Wasser durch die wäßrige Lösung zu
ersetzen (Poren mit der wäßrigen Lösung tränken).
- (2) Ein Verfahren, bei dem eine Verbindung in ein organisches
Lösungsmittel
mit niedriger Oberflächenspannung
in der vorstehend beschriebenen Weise eingemischt wird, um ein Lösungsmittel
mit einer Oberflächenspannung
von 30 Dyn/cm oder darunter anzusetzen, woraufhin das sich dabei
ergebende Lösungsmittel
als Beschichtung auf einen porösen
Körper
aus fluoroplastischem Material aufgetragen oder aufgesprüht wird,
oder bei dem der poröse
Körper
aus fluoroplastischem Material in das Lösungsmittel eingetaucht wird,
wodurch die Poren in dem porösen
fluoroplastischen Körper
mit der wäßrigen Lösung der
Verbindung imprägniert
werden.
-
Bei diesem Verfahren ist es möglich, leicht
eine hydrophile poröse
Filmschicht mit hoher Hydrophobie und verbesserter Haltbarkeit,
höherer
chemischer Widerstandsfähigkeit,
höherer
Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Lösungsmittel
und höherer
Wärmebeständigkeit
zu erhalten, ohne daß hierzu
irgendein Arbeitsgang im Vakuum vorgenommen werden muß, wie zum
Beispiel ein Entladungsprozeß.
-
Als Vorrichtung, bei welcher die
vorgenannte Kapillarwirkung genutzt wird, sieht die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Modifizieren einer festen Oberfläche vor,
welche eine Tischplatte zum Aufsetzen eines zu behandelnden festen
Werkstoffs, ein plattenartiges durchsichtiges Fenster, welches auf
die Oberseite der Oberfläche
des auf die Tischplatte aufgesetzten festen Werkstoffs aufgesetzt
werden kann, eine Bestrahlungseinrichtung zum Einstrahlen einer
ultravioletten Strahlung, einer Strahlung im sichtbaren Spektralbereich oder
ei ner Infrarotstrahlung im wesentlichen senkrecht auf die obere
Oberfläche
des auf die Tischplatte aufgelegten festen Werkstoffs aufweist,
wobei eine dünne
Schicht aus einer flüssigen
Verbindung oder einer gelösten
Verbindung unter Ausnutzung der Kapillarwirkung zwischen den festen
Werkstoff und das plattenartige durchsichtige Fenster eingebracht
wird und in diesem Zustand Licht von der Bestrahlungseinrichtung
aus auf die obere Oberfläche
des festen Werkstoffs zur Modifizierung der festen Oberfläche zu strahlen.
-
Diese Bestrahlungseinrichtung kann
so angeordnet werden, daß selektiv
die obere Oberfläche
des mit ultravioletter Strahlung, mit Strahlung im sichtbaren Spektralbereich
oder Infrarotstrahlung zu behandelnden festen Werkstoffs bestrahlt
wird.
-
Als Vorrichtung, bei welcher eine
Kapillarerscheinung ausgenutzt wird, sieht die vorliegende Vorrichtung
auch eine Vorrichtung zur Modifizierung einer festen Oberfläche vor,
welche eine drehbare Gummirolle, eine zylinderförmige durchsichtige runde Stange
oder ein durchsichtiges Rohr, die bzw. das drehbar und parallel
zu der Gummirolle angeordnet ist; eine Einrichtung zum Durchführen eines
zu behandelnden festen Werkstoffs in Form einer Folie oder eines
Bogens zwischen der Gummirolle und der zylinderförmigen durchsichtigen runden
Stange bzw. dem durchsichtigen Rohr, eine Bestrahlungseinrichtung
zum linearen Einstrahlen einer ultravioletten Strahlung, einer Strahlung
im sichtbaren Spektralbereich oder einer ultravioletten Strahlung
auf eine Position, an welcher die Gummirolle und die zylinderförmige durchsichtige
runde Stange bzw. das durchsichtige Rohr einander gegenüber stehen,
und eine Einrichtung zum Spannen der Gummirolle und der zylinderförmigen durchsichtigen
runden Stange bzw. des durchsichtigen Rohres über den bogen- bzw. folienförmigen festen
Werkstoff gegeneinander aufweist, bei welcher unter Ausnutzung der
Kapillarwirkung eine dünne Schicht
aus einer flüssigen
Verbindung oder einer gelösten
Verbindung zwischen dem bogen- bzw. folienförmigen festen Werkstoff und
der zylinderförmigen
durchsichtigen runden Stange bzw. dem durchsichtigen Rohr eingebracht
ist und in diesem Zustand Licht aus der Bestrahlungseinrichtung
auf die obere Oberfläche
des festen Werkstoffs eingestrahlt wird, um die feste Oberfläche kontinuierlich
zu verändern.
-
Diese Bestrahlungseinrichtung kann
außerhalb
des zylinderförmigen
durchsichtigen runden Stabs bzw. des durchsichtigen Rohres angeordnet
sein. Alternativ kann die Bestrahlungseinrichtung aus einem reflektierenden
Spiegel bestehen, der im Inneren des durchsichtigen Rohres angeordnet
ist, sowie aus einer Einrichtung zum Abstrahlen eines linearen Strahls
aus einem Endabschnitt des Rohres, oder sie kann in Form einer langgestreckten
Lampe ausgebildet sein, die in das Innere des durchsichtigen Rohres
eingesetzt ist. Mit anderen Worten kann die Bestrahlungseinrichtung
in der richtigen Weise unter diesen Konstruktionen ausgewählt werden.
-
Als Vorrichtung, bei welcher die
Kapillarwirkung genutzt wird, sieht die vorliegende Erfindung des
weiteren ein Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche einer
Linse vor, bei welchem eine Linse, die einer Oberflächenbehandlung
zu unterziehen ist, zwischen einer konkaven Linse und einer konvexen
Linse sandwichartig angeordnet ist, wobei bei diesem Verfahren dünne Schichten
einer gelösten
Verbindung zwischen der zu behandelnden Linse (z. B. einer Kontaktlinse)
und der konkaven Linse sowie der zu behandelnden Linse und der konvexen
Linse durch Kapillarwirkung eingebracht werden, und in diesem Zustand
beide Flächen
der zu behandelnden Linse zur Verän derung ihrer Oberflächen einer
Bestrahlung ausgesetzt werden.
-
Daneben sieht die vorliegende Erfindung
ein Verfahren vor, bei dem man einen durchsichtigen flüssigen Kunststoff
(z. B. Silikonkautschuk, ein fluoroplastisches Material oder PMMA)
auf die Oberfläche
eines zu behandelnden festen Werkstoffs fließen läßt, das eine komplexe Form
zur Bildung einer Gußform
annimmt, woraufhin die Form ausgehärtet und freigegeben wird.
Danach wird zwischen diese Form und die Oberfläche des zu behandelnden festen
Werkstoffs (z. B. einer Dentur) unter Ausnutzung des Kapillareffekts
eine dünne Schicht
aus einer gelösten
Verbindung eingebracht und mit Licht von der Formseite aus auf die
Oberfläche
des festen Werkstoffs eingestrahlt, wodurch die Oberfläche verändert wird.
-
Des weiteren sieht die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung vor, in welcher ein Fenster in Form eines Torus
ausgebildet ist und eine dünne
flüssige
Filmschicht zwischen die Oberfläche
eines zu behandelnden festen Werkstoffs (z. B. eine Ummantelung
eines Stromdrahts oder eine Umhüllung
für ein
Rohr oder einen Schlauch), welche der inneren Umfangsfläche des
torusförmigen
Fensters entspricht, und der inneren Umfangsfläche des Fensters unter Ausnutzung
des Kapillareffekts eingebracht wird. Bei dieser Vorrichtung kann die
Oberfläche
des festen Werkstoffs, dessen äußerer Umfang
ein Kreis ist, durch Bestrahlung der Oberfläche von der äußeren Umfangsfläche des
Fensters aus mit Licht kontinuierlich modifiziert werden. Wird eine
Vielzahl dieser Vorrichtungen angeordnet, so kann eine effizientere
Oberflächenveränderung
vorgenommen werden.
-
Darüber hinaus hat sich gezeigt,
daß, wenn
Wasser, ein Öl
oder ein Klebstoff zwischen Folien oder Platten aus fluoroplastischem
Material oder zwischen einer Folie oder Platte aus fluoroplastischem
Material und einem daran anzuklebenden Werkstoff eingebracht wird
und durch die Folie aus fluoroplastischem Material mit Licht von
einem ArF-Excimer-Lasers bestrahlt wird, während diese Materialien durch
Druck fest aneinandergeklebt werden, diese Folien bzw. diese Folie
aus fluoroplastischem Material und dem daran anzuklebenden Werkstoff
zur starken chemischen Anhaftung dann aneinander gemäß der vorliegenden
Erfindung gebracht werden. Es wird angenommen, daß der Grund
hierfür
darin liegt, daß optisch
aus Wasser (H2O) oder Öl dissoziierte Wasserstoffatome
Fluoratome aus der Oberfläche
der fluoroplastischen Folie freisetzen, daß aus Wasser oder Öl dissoziierte
Sauerstoffatome an den Positionen substituiert werden, von denen
die Fluoratome freigesetzt wurden, und daß infolgedessen ungebundene
Verbindungsarme auf der Oberfläche
der fluoroplastischen Folie dasselbe Sauerstoffatom gemeinsam haben,
wodurch eine starke Adhäsionskraft
erzielt wird.
-
Dies gilt in ähnlicher Weise für einen
Klebstoff, was bedeutet, daß davon
ausgegangen wird, daß optisch
aus einem Klebstoff dissoziierte Wasserstoffatome Fluoratome aus
der Oberfläche
einer fluoroplastischen Folie freisetzen, die gleichzeitig angeregt
wird, und daß ungebundene
Verbindungsarme des Klebstoffs, der Wasserstoffatome verloren hat,
an die Positionen gebunden werden, aus denen die Fluoratome freigesetzt wurden,
was zu einer starken Adhäsionskraft
führt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
hat sich auch gezeigt, daß sich
durch die Verwendung eines fluoroplastischen Werkstoffs leicht ein
der Thrombusbildung entgegenwirkendes Material bilden läßt, das
für ein künstliches
Blutgefäß oder Organ
benötigt
wird.
-
Wird kohärentes Licht, das von einer
einzigen Lichtquelle wie beispielsweise einem Laser abgestrahlt wird,
in zwei Strahlengänge
aufgeteilt wird und wieder unter den jeweiligen bestimmten Winkeln
auftrifft, so tritt an dem Schnittpunkt dieser Lichtanteile eine
Interferenz auf. Im allgemeinen wird ein Werkstoff, der mit einem Sensibilisierungsmittel
beschichtet ist, auf diesen Interferenzbereich aufgesetzt. Bei der
vorliegenden Erfindung wird jedoch ein durchsichtiges Fenster auf
die Oberfläche
eines zu behandelnden festen Werkstoffs über einen Film aus flüssiger Verbindung
aufgesetzt und man läßt Laserstrahlen,
die aus zwei oder mehr Richtungen durch das durchsichtige Fenster
hindurch auftreffen, auf der Grenzfläche zwischen der Oberfläche des festen
Werkstoffs und der flüssigen
Schicht miteinander interferieren. Infolgedessen erfährt nur
ein Bereich auf der Oberfläche
des festen Werkstoffs, welcher dem Interferenzbereich entspricht,
eine photochemische Veränderung.
-
Insbesondere dann, wenn zwei Lichtstrahlen
aus zwei Richtungen auftreffen, während ihr jeweiliger Polarisationswinkel
bzw. Brewster-Winkel beibehalten wird, fällt nur Licht mit p-Polarisierung
innerhalb des Fensters ein. Dies ermöglicht eine hochwirksame Modifizierung
in Form eines Beugungsgitters.
-
Außerdem wird eine seitliche
Teilfläche
eines Fensters zu einem ebenen Spiegel geformt und es wird ultraviolette
Strahlung schräg
von der Seite, von der Seite des planaren Spiegels weg, in der Weise
eingestrahlt, daß Licht,
das sich direkt durch das Fenster fortpflanzt, und Licht, das von
dem innen liegenden planaren Spiegel reflektiert wird, miteinander
interferieren. Das Ergebnis ist eine Modifizierung in Form eines
Beugungsgitters auf der Oberfläche
des festen Werkstoffs über
das Fenster und eine dünne
Schicht einer Filmschicht aus der flüssigen Verbindung. Wenn insbesondere
der Einfallswinkel des ultravioletten Laserlichts, das schräg einfallen
soll, unter einem Polarisierungswinkel gehalten wird, erbringt nur
Licht mit p-Polarisierung eine Interferenz, was zu einer hohen Wirksamkeit
in der Interferenz führt.
Wenn die Oberfläche
eines Werkstoffs in Form eines Gitters modifiziert wird, z. B. wenn
eine hydrophile Gruppe in Gitterform substituiert wird, wobei ein fluoroplastischer
Werkstoff als zu behandelndes festes Material verwendet wird, dann
bildet sich eine hydrophile oder hydrophobe Bereichsstruktur im
Mikrobereich aus. Dies ermöglicht
eine leichte Bildung eines der Thrombusbildung entgegenwirkenden
Materials, das für
ein künstliches
Blutgefäß oder Organ
notwendig ist, unter Verwendung eines fluoroplastischen Werkstoffs.
-
Wie bereits ausgeführt, ist
der Kontaktwinkel zwischen einer zu modifizierenden Substanz und
einer Flüssigkeit
groß.
Aus diesem Grund wird die Berührungsfläche mit
der Oberfläche
einer Probe klein und die Blasen, die durch die Zersetzung unter
Lichteinfluß erzeugt
werden, verkleinern die Kontaktfläche noch weiter. Da jedoch
bei der vorliegenden Erfindung die Probe und die Oberfläche des
Glases in enger Berührung
miteinander gehalten werden und zwischen ihnen unter Ausnutzung
des Kapillareffekts eine gelöste
Verbindung eingebracht wird, kann ein gleichmäßiger dünner flüssiger Film auf der gesamten
Oberfläche
der Probe gebildet werden. Wenn von der Seite der Glasoberfläche eine
ultraviolette Strahlung einfällt,
wird die Flüssigkeit örtlich begrenzt
optisch zersetzt und es wird auch die Oberfläche der Probe mit einem Teil
des Lichts angeregt, das durch die Flüssigkeit durchgelassen wird,
was zur Bildung von Blasenformen führt. Infolgedessen werden keine
Bläschen
erzeugt, was eine hochwirksame Oberflächenbehandlung möglich macht.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnung
-
1 zeigt
eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer Vorrichtung zur Erläuterung
eines Verfahrens zur Modifizierung einer festen Oberfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 zeigt
eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer Vorrichtung zur Modifizierung einer festen Oberfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
3 zeigt
eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung zur Modifizierung einer festen Oberfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
-
4 zeigt
eine Seitenansicht, in welcher ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zum Modifizieren der Oberfläche
einer Kontaktlinse gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt wird;
-
5 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels
einer Vorrichtung zur Modifizieren einer festen Oberfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
6 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
eines fluoroplastischen Werkstoffs, die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
eingesetzt wird;
-
7 zeigt
eine Graphik, welche die Kennlinien eines fluoroplastischen Materials
darstellt, das mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung
behandelt wurde;
-
8 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
eines fluoroplastischen Werkstoffs, welche zur Durchführung des
Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und
-
9 zeigt
eine Graphik zur Darstellung der Kennlinien der Oberfläche eines
fluoroplastischen Materials, das mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung behandelt wurde.
-
Günstigste
Möglichkeit
zur Realisierung der Erfindung
-
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Vorrichtungen beschrieben,
die in den Zeichnungen dargestellt sind.
-
1 stellt
ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Erläuterung
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Vorrichtung
wird eine gelöste
Verbindung 2 auf einen zu modifizierenden Werkstoff (Probe) 1 geträufelt (1(a)), dann wird eine Glasplatte 3 aus
synthetischem Quarzglas auf die so aufgeträufelte gelöste Verbindung aufgelegt (2(b)) und man bringt eine
Last auf. Infolgedessen bildet sich infolge einer Kapillarerscheinung
in dem Spalt zwischen dem Material 1 und der Glasplatte 3 ein
dünner
gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm
aus. Durch senkrechtes Einstrahlen eines ultravioletten Laserstrahls
aus einer Excimer-Laservorrichtung 4 durch
eine Maske 5 zum Beispiel, wie sie in 1(c) dargestellt ist, auf die sich dabei ergebende
Struktur wird die Flüssigkeit
nur in dem freiliegenden Bereich optisch zersetzt und es wird die
Oberfläche
des Materials 1 angeregt, was dazu führt, daß dazwischen eine chemische
Reaktion ausgelöst
wird. Da der Flüssigkeitsfilm
dünn ist,
kann die Absorption des La serstrahls in der Flüssigkeit 2 unterdrückt werden. Dies
macht es möglich,
daß ein
großer
Anteil der ultravioletten Strahlung die Oberfläche des Materials 1 erreicht.
Da außerdem
der Flüssigkeitsfilm
dünn ist,
werden bei der Oberflächenbehandlung
alle Teile des Zersetzungsprodukts verwendet. Deshalb bildet sich
nahezu kein überschüssiges Reaktionsprodukt
aus, das die Bildung von Blasen hervorruft, wenn bei herkömmlichen
Verfahren auf ein zu modifizierendes Material, das in eine gelöste Verbindung
eingetaucht wurde, ein ultravioletter Laserstrahl eingestrahlt wird.
Dadurch wird eine effiziente Oberflächenbehandlung realisierbar.
-
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer anderen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der
vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung weist eine drehbare Gummirolle 11,
einen zylindrischen transparenten runden Stab oder ein durchsichtiges
Rohr 12, der bzw. das drehbar ist und parallel zur Gummirolle angeordnet
ist, eine zylindrische Linse 13, die über dem zylindrischen durchsichtigen
runden Stab bzw. dem durchsichtigen Rohr 12 angeordnet
ist, eine (nicht dargestellte) Bestrahlungseinrichtung zum linearen
Einstrahlen einer ultravioletten Strahlung, einer Strahlung im sichtbaren
Spektralbereich oder einer Infrarotstrahlung durch die zylindrische
Linse 13 hindurch auf eine Position, an welcher die Gummirolle 11 und
der zylindrische durchsichtige runde Stab bzw. das durchsichtige
Rohr 12 einander gegenüberstehen,
eine (nicht dargestellte) Einrichtung zum Durchführen eines zu behandelnden
bogen- oder folienförmigen Materials 14 durch eine
Position zwischen der Gummirolle 11 und dem zylindrischen
durchsichtigen runden Stab bzw. dem durchsichtigen Rohr 12 in
die durch einen Pfeil gekennzeichnete Richtung, und eine Spanneinrichtung
auf, um den zylindrischen durchsichti gen runden Stab bzw. das durchsichtige
Rohr 12 gegen die Gummirolle 11 zu spannen.
-
Bei dieser Vorrichtung wird eine
gelöste
Verbindung 2 als Reaktionslösung
auf die Oberfläche
des bogen- bzw. folienförmigen
festen Materials 14 auf der Zuführseite aufgeträufelt. Diese
gelöste
Verbindung 2 breitet sich unter dem Einfluß des entlang der unteren Oberfläche des
zylindrischen durchsichtigen runden Stabes bzw. des durchsichtigen
Rohres 12 aus, wenn die Lösung die untere Oberfläche des
durchsichtigen runden Stabs bzw. des Rohrs 12 erreicht,
und bildet dadurch eine dünne
Schicht. Deshalb kann die Oberfläche
des bogen- bzw. folienförmigen
festen Materials 14 wirksam und kontinuierlich dadurch
verändert
werden, daß in diesem
Zustand Licht (z. B. ein ultravioletter Laserstrahl) aus der Bestrahlungseinrichtung
eingestrahlt wird.
-
3 stellt
eine modifizierte Ausführungsform
der in 2 dargestellten
Vorrichtung dar. Der Unterschied zwischen dieser Vorrichtung und
der in 2 dargestellten
Vorrichtung liegt darin, daß im
Inneren des durchsichtigen Rohres 12 ein reflektierender
Spiegel 21 angeordnet ist und in das Innere des durchsichtigen Rohres 12 eine
langgestreckte Lampe (Hg-Lampe) 22 eingeführt wird.
Der übrige
Teil der Anordnung ist mit der Anordnung bei der in 2 dargestellten Vorrichtung identisch.
Deshalb bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie jene aus 2 auch in 3 die gleichen Teile, weshalb auf eine
ausführliche
Beschreibung derselben hier verzichtet wird.
-
Bei dieser Vorrichtung wird wie bei
der Vorrichtung gemäß 2 auf der Zuführseite
eine gelöste
Verbindung 2 als Reaktionslösung
auf die Oberfläche
eines zu behandelnden bogen- bzw. folienförmigen festen Materials aufgeträufelt. Diese
gelöste
Verbindung 2 breitet sich un ter dem Einfluß einer Kapillarerscheinung entlang
der unteren Oberfläche
des durchsichtigen Rohres 12 aus, wenn die Lösung die
untere Oberfläche
des Rohres 12 erreicht, wodurch eine dünne Schicht gebildet wird.
Wird nun in diesem Zustand Bestrahlungslicht (z. B. ein ultravioletter
Laserstrahl) von der Lampe 22 auf die obere Oberfläche des
festen Materials eingestrahlt, kann somit die Oberfläche des
bogen- bzw. folienförmigen
festen Materials 14 wirksam und kontinuierlich verändert werden.
-
Wenn das zu modifizierende bogen-
bzw. folienförmige
feste Material mit der aufgeträufelten
Flüssigkeit
durch ein Rohr 11 aus synthetischem Quarz und eine Gummirolle
zusammengedrückt
wird, bildet sich in dem zusammengepreßten Bereich unter Einfluß der Kapillarwirkung
ein dünner
gerader Flüssigkeitsfilm
aus. Die Oberfläche
des Materials kann in diesem Zustand kontinuierlich dadurch modifiziert
werden, daß ein
linearer Strahl eingestrahlt wird, der durch Formung eines Laserstrahls
durch eine Linse hindurch gebildet wird, oder daß der lineare Flüssigkeitsfilm
unter Verwendung einer Quecksilberlampe bestrahlt wird, die in das
Rohr aus synthetischem Quarz eingesetzt ist, wie dies in 3 dargestellt wird. Eine
noch wirksamere Veränderung der
Oberfläche
wird dadurch möglich,
daß eine
Vielzahl dieser Vorrichtungen zur Modifizierung der Oberfläche entlang
des zu verändernden
bogen- bzw. folienförmigen
Materials angeordnet wird.
-
4 stellt
ein Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche einer Linse (z. B. einer
Kontaktlinse) entsprechend dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung
dar. Eine zu behandelnde Linse 33 (deren Krümmung identisch
oder nahezu identisch mit der Krümmung
einer konkaven Linse 31 und einer konvexen Linse 32 ist),
die einer Oberflächenbehandlung
zu unterziehen ist, wird zwischen die konkave Linse 31 und
die konvexe Linse 32 eingesetzt. Zwischen die Linse 33 und
die konkave Linse 31 und zwischen die Linse 33 und
die konvexe Linse 32 wird eine gelöste Verbindung 2 eingeträufelt, wodurch
unter dem Einfluß der.
Kapillarwirkung dünne
Schichten der gelösten
Verbindung ausgebildet werden. In diesem Zustand wird auf beide
Oberflächen der
Linse 33 Licht (z. B. ein Excimer-Laserstrahl) eingestrahlt,
wodurch diese Oberflächen
modifiziert werden. Infolgedessen können beide Oberflächen der
zu behandelnden Linse in einem Durchgang modifiziert werden.
-
(Beispiel 1)
-
Es wurde die Modifizierung einer
Folie aus fluoroplastischem Material (FEP) unter Verwendung der
in 1 dargestellten Vorrichtung
vorgenommen. Bei diesem Beispiel wurden reines Wasser und Leitungswasser
als gelöste
Verbindung 2 verwendet. Dies bedeutet, daß zwischen der Platte 3 aus
synthetischem Quarzglas und einer Folie aus fluoroplastischem Material
(FEP) ein dünner
gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm
jeweils aus reinem Wasser und Leitungswasser dadurch ausgebildet
wurde, daß die
Glasplatte 3 angedrückt
wird. In diesem Zustand wurde ein ArF-Laserstrahl mit einer Energiedichte
von 6,5 mJ/cm2 eingestrahlt. Infolgedessen kam
es sowohl bei reinem Wasser als auch bei Leitungswasser zur Hydrophilie,
mit dem Ergebnis, daß man bei
der Berührung
mit Wasser einen Kontaktwinkel von 30° erzielte.
-
Dabei ist zum Vergleich zu beachten,
daß eine
identische Folie aus fluoroplastischem Material (FEP) in die gleiche
gelöste
Verbindung eingetaucht wurde und dann zur Vornahme der Modifizierung
der Oberfläche an
der Folie aus fluoroplastischem Material (FEP) ein ultravioletter
Laserstrahl eingestrahlt wurde. Infolgedessen war eine Bestrahlung
mit einem ArF-Laserstrahl mit einer Energie dichte von 6,5 mJ/cm2 nötig,
um gegenüber
Wasser einen Kontaktwinkel von 30° zu
erzielen, wenn reines Wasser eingesetzt wurde, wohingegen bei Verwendung
von Leitungswasser ein ArF-Laserstrahl mit einer Energiedichte von
15 mJ/cm2 erforderlich war.
-
(Beispiel 2)
-
Hier wurde die in 1 dargestellte Vorrichtung eingesetzt,
um eine Folie aus fluoroplastischem Material (FEP) zu verändern. Bei
diesem Beispiel wurde als gelöste
Verbindung 2 Ameisensäure
verwendet. Dies bedeutet, daß sich
zwischen der Glasplatte 3 aus synthetischem Quarzglas und
einer Folie aus fluoroplastischem Kunststoff (FEP) dadurch ein dünner, gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm
aus Ameisensäure
ausbildete, daß die
Glasplatte 3 angedrückt
wurde. In diesem Zustand wurde ein ArF-Laserstrahl mit einer Energiedichte
von 25 mJ/cm2 eingestrahlt. Infolgedessen
erzielte man gegenüber
Wasser einen Kontaktwinkel von 10°.
-
Dabei ist zu Vergleichszwecken zu
beachten, daß eine
identische Folie aus fluoroplastischem Material (FEP) zuerst in
Ameisensäure
eingetaucht wurde und dann zur Modifizierung der Oberfläche auf
dieser Folie aus fluoroplastischem Kunststoff (FEP) ein ultravioletter
Laserstrahl eingestrahlt wurde. Die Modifizierung war jedoch unmöglich, da
sich Blasen ausbildeten.
-
(Beispiel 3)
-
Unter Verwendung der in 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen wurde die
Modifizierung eines fluoroplastischem Kunststoffs (PTFE) vorgenommen.
Dies bedeutet, daß die
Veränderung
der Oberfläche
kontinuierlich dadurch erfolgte, daß kleine Tröpfchen von Methylalkohol (CH3OH) nacheinander auf die Oberfläche einer
Folie aus fluo roplastischem Material (PTFE) aufgeträufelt wurden,
während
die Folie aus fluoroplastischem Kunststoff bewegt wurde. Als ein
ArF-Laserstrahl mit 3000 Blitzen bei einer Energiedichte von 25 mJ/cm2 eingestrahlt wurde, erhielt man bei Wasser
einen Kontaktwinkel von 45° und
bei Benzol einen Kontaktwinkel von 15°. Dies belegt, daß die modifizierte
Oberfläche
sowohl hydrophile als auch lipophile Eigenschaften aufwies.
-
(Beispiel 4)
-
Zur Modifizierung beider Oberflächen einer
Kontaktlinse aus PMMA wurde die in 4 dargestellte Vorrichtung
eingesetzt. Zunächst
wurden Flüssigkeitsfilme
einer Lösung,
die durch Auflösen
von 2 g Ammoniak-Borat [(NH4)2 B4O7] in 50 cc Wasser
angesetzt war, unter Ausnutzung einer Kapillarerscheinung auf beiden Oberflächen einer
Kontaktlinse gebildet. In diesem Zustand wurde ein ArF-Laserstrahl mit 1000
Blitzen bei einer Energiedichte von 20 mJ/cm2 von
beiden Seiten der Kontaktlinse eingestrahlt. Infolgedessen erzielte
man gegenüber
Wasser einen Kontaktwinkel von 10°,
was auf Hydrophilie hinweist.
-
(Beispiel 5)
-
Unter Verwendung der in 1 dargestellten Vorrichtung
wurde die Modifizierung der Oberfläche bei einem Siliziumchip
vorgenommen. Dies bedeutet, daß auf
die Oberfläche
eines Siliziumchips ein Tröpfchen Wasserstoffsuperoxyd
(H2O2) aufgeträufelt wurde
und man dieses dann mittels der Glasplatte 3 aus synthetischem
Quarz andrückte,
wodurch sich zwischen der Glasplatte 3 und dem Siliziumchip
ein dünner
gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm
ausbildete. In diesem Zustand wurde ein ArF-Laserstrahl mit 1000
Blitzen bei einer Energiedichte von 50 mJ/cm2 eingestrahlt.
Infolgedessen bildete sich SiO2 nur auf
der freiliegenden Fläche
aus. Eine SiO2-Spitze wurde bei 99 eV durch
ESCA nachgewiesen.
-
(Beispiel 6)
-
Unter Heranziehung der in 1 dargestellten Vorrichtung
wurde die Oberflächenmodifizierung
bei Aluminium durchgeführt.
Dabei wurde auf die Aluminiumoberfläche ein Tröpfchen Wasserstoffsuperoxyd (H2O2) aufgeträufelt und
dieses dann mittels der Glasplatte 3 aus synthetischem
Quarzglas angedrückt,
wobei zwischen der Glasplatte 3 und dem Aluminium ein dünner gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm
gebildet wurde. In diesem Zustand wurde ein ArF-Laserstrahl mit
1000 Blitzen bei einer Energiedichte von 50 mJ/cm2 eingestrahlt.
Infolgedessen bildete sich Al2O3 nur
auf der freiliegenden Oberfläche.
Wenn die Oberfläche
des so behandelten Materials in eine wäßrige NaOH-Lösung eingetaucht
wurde, trat an dem Al2O3-Abschnitt
keine Korrosion auf.
-
(Beispiel 7)
-
Um zwei Folien aus fluoroplastischem
Material (FEP) mit reinem Wasser oder mit Leitungswasser anzukleben,
wurde eine in 5 dargestellte
Vorrichtung eingesetzt. In 5 gibt
das Bezugszeichen 43 eine runde Stablinse aus synthetischem
Quarzglas an, welche eine zylindrische Linse darstellt; das Bezugszeichen 44 bezeichnet
eine Rolle zum Andrücken
von zu behandelnden Teilen gegen die runde Stablinse 43 aus
synthetischem Quarzglas; die Bezugszeichen 45 und 46 bezeichnen
Druckfedern, die an den beiden Enden der Rolle angebracht sind;
die Bezugszeichen 41 und 42 geben Folien aus fluoroplastischem
Kunststoff als die zu behandelnden Teile an, und das Bezugszeichen 47 weist
auf einen rechteckigen ArF-Excimer-Laserstrahl hin.
-
Als erstes wurde ein Tröpfchen reinen
Wassers zwischen die beiden Folien 41 und 42 aus
fluoroplastischem Kunststoff geträufelt. Dann wurde die kontinuierliche
Anklebung dadurch vorgenommen, daß die runde Stablinse 43 aus
synthetischem Quarzglas, welche die zylindrische Linse bildete,
gegen die Rolle 44 angedrückt wurde, während die
Folien 41 und 42 bewegt wurden. Wenn der rechteckige
ArF-Excimer-Laserstrahl vom Umfangsbereich der runden Stablinse 43 aus
synthetischem Quarzglas her auftraf, erhielt man einen linearen
Strahl auf der Oberfläche,
wo sich die runde Stablinse 43 und die Folie 41 aus
fluoroplastischem Kunststoff berührten.
Dabei ist zu beachten, daß der
Laserstrahl mit einer Energiedichte von 50 mJ/cm2 und
einer Pulswiederholfrequenz von 3000 Blitzen auftraf, während der
Druck zwischen den beiden Folien aus fluoroplastischem Kunststoff 41 und 42 auf
einem Wert von 10 kgf/cm2 gehalten wurde.
Die sich dabei ergebende Probe wurde einer Zug-/Scher-Festigkeitsprüfung unterzogen
und es zeigte sich, daß eine
Klebkraft von 30 kgf/cm2 erreicht wurde.
-
Die gleiche Prüfung wurde unter Verwendung
von Leitungswasser anstelle von reinem Wasser vorgenommen. Dabei
wurde nahezu die gleiche Haftkraft wie in Falle von reinem Wasser
erzielt.
-
(Beispiel 8)
-
Die in 5 dargestellte
Vorrichtung wurde bei diesem Beispiel eingesetzt. Als erstes wurde
zwischen einer Flatte aus Edelstahl und einer Folie aus fluoroplastischem
Kunststoff (FEP) eine dünne
Schicht aus einem Epoxydharzkleber aufgetragen. Während die
runde Stablinse 43 aus synthetischem Quarz gegen die Rolle 44 gespannt
wurde, wurde ein Laserstrahl mit einer Energiedichte von 40 mJ/cm2 auf die Grenzfläche zwischen der Folie aus fluoroplastischem
Kunststoff und dem Klebstoff mit einer Pulswiederholfrequenz von
6000 Blitzen eingestrahlt. Danach ließ man den Klebstoff 15 Stunden
lang bei 80°C
aushärten
und die sich dabei ergebende Probe wurde einer Zug-/Scher-Festigkeitsprüfung unterzogen.
Infolgedessen verbesserte sich die Klebkraft, die vor Bestrahlung
mit dem Laserstrahl 1 kgf/cm2 betragen hatte,
nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl auf 84 kgf/cm2.
-
(Beispiel 9)
-
Hierbei wurde die in 5 dargestellte Vorrichtung herangezogen.
Als erstes wurde zwischen einer Acrylplatte und einer Folie aus
fluoroplastischem Kunststoff (FEP) ein Tröpfchen eines Sofortklebers
(Aron Alpha (Handelsbezeichnung)) auf Cyanolbasis eingetropft. Während die
runde Stablinse 43 aus synthetischem Quarzglas gegen die
Rolle 44 gespannt wurde, wurde ein Laserstrahl mit einer
Energiedichte von 30 mJ/cm2 eingestrahlt,
wobei die Pulswiederholfrequenz 7000 Blitze betrug. Die sich dabei
ergebende Probe wurde einer Zug-/Scher-Festigkeitsprüfung unterzogen.
Infolgedessen erhöhte
sich die Klebkraft, die vor Bestrahlung mit dem Laserstrahl 0,2
kgf/cm2 betragen hatte, auf 25 kgf/cm2 nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl.
-
Dabei ist zu beachten, daß sich dann,
wenn eine kleine Menge Essigsäure
in den vorstehend beschriebenen Sofortkleber auf Cyanolbasis eingemischt
wurde, die Aushärtezeit
verlängerte,
wodurch sich die Bearbeitbarkeit verbesserte. Da es auf diese Weise
möglich
wurde, über
einen langen Zeitraum wiederholt den Laserstrahl einzustrahlen,
verbesserte sich die Zug-/Scher-Festigkeit nach der Bestrahlung
auf 40 kgf/cm2.
-
(Beispiel 10)
-
Auf eine Platte aus fluoroplastischem
Kunststoff wurde ein Tröpfchen
Wasser aufgebracht und eine Platte aus Quarzglas wurde in engem
Kontakt mit der Platte aus fluoroplastischem Material gehalten.
Danach wurden ArF-Laserstrahlen (Energiedichte 10 mJ/cm2,
Pulswiederholfrequenz 3000 Blitze), die auf zwei Strahlengänge aufgeteilt
waren, so geführt,
daß sie
sich auf der Grenzfläche
zwischen dem zu behandelnden Material und Wasser durch ein plattenförmiges Fenster
aus synthetischem Quarz überkreuzen,
während
der Auftreffwinkel auf dem Quarzfenster auf 33° gehalten wurde. Infolgedessen
wurde anhand von Messungen mittels SEM und EPMA festgestellt, daß sich in
Abständen
von 2123 Å modifizierte
Bereiche ausgebildet hatten, die hydrophil geworden waren.
-
(Beispiel 11)
-
Eine Seitenfläche des scheibenförmigen Glases
aus synthetischem Quarz wurde geschliffen und poliert, und dann
wurde nur auf dieser Fläche
Aluminium aufgedampft, wodurch ein Fenster mit einem innenliegenden,
planen Spiegel entstand. Das sich dabei ergebende Fenster wurde über Wasser
in engem Kontakt mit der Oberfläche
einer Folie aus fluoroplastischem Kunststoff (FEP) gehalten. Dann
wurde die Bestrahlung mit einem ArF-Laserstrahl (Energiedichte:
10 mJ/cm2, Pulswiederholfrequenz: 3000 Blitze)
veranlaßt,
wobei der Strahl von der Seite aus einfiel, die von der Seite des
innenliegenden Planspiegels weg lag, und zwar unter einem Winkel
von 33°,
der bezüglich
des Fensters so eingehalten wurde, daß die Hälfte des Strahls von dem Planspiegel
reflektiert wurde. Infolgedessen wurde anhand von Messungen mit
Hilfe von SEM und EPMA festgestellt, daß es Bereiche gab, in denen
das von dem innenliegenden Planspiegel des Fensters reflektierte
Licht und das sich durch das Fenster direkt fortpflanzende Licht
einander überkreuzten,
was bedeutet, daß Bereiche,
die so modifiziert waren, daß sie
durch photochemische Substitution auf der Grenzfläche zwischen
dem Material unter Wasser hydrophil wurden, in Abständen von
2123 Å vorhanden
waren.
-
(Beispiel 12)
-
Hierbei wurde die in 6 dargestellte Vorrichtung verwendet,
um eine Oberflächenbehandlung
an einem Werkstoff aus fluoroplastischer Substanz (Polytetrafluoräthylen)
vorzunehmen. Das Bezugszeichen 51 in 6 gibt eine Excimer-Laservorrichtung
an; das Bezugszeichen 52 entspricht einer Maske; das Bezugszeichen 53 gibt
einen Spiegel an; die Bezugszeichen 54 und 55 bezeichnen
Linsen; das Bezugszeichen 56 gibt ein Reaktionsgefäß an, und
das Bezugszeichen 57 ist einer Folie aus fluoroplastischem
Kunststoff als Probe zugeordnet.
-
Zunächst wurde eine Lösung dadurch
hergestellt, daß 50
cc Methylalkohol (CH3OH) und 5 g Natriumtetrahydroborat
(Na[BH4]) aufgelöst wurden, und dann wurde die
Lösung
in das Reaktionsgefäß 56 gebracht. Die
Folie 57 aus fluoroplastischem Kunststoff wurde in die
Lösung
eingetaucht und die Grenzfläche
zwischen der Lösung
und der Folie 57 aus fluoroplastischem Kunststoff wurde
mit einem ArF-Laserstrahl bestrahlt. Dies führte dazu, daß sowohl
eine lipophile Gruppe als auch eine hydrophile Gruppe festgestellt
wurden, wie dies in 7 dargestellt
ist. Dies wurde mit den Ergebnissen aus Messungen der Infrarot-Absorptionsspektren
mittels ATR-FTIR bestätigt;
dies bedeutet, daß die
Substitution einer Methylgruppe durch eine Absorption nahe 2900
cm–1 bestätigt wurde
und die Substitution einer Hydroxylgruppe durch Absorption in der
Nähe von
3300 cm–1.
Außerdem
bestätigte
sich die Entfluorierung durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (X-PES).
Die auf diese Weise behandelte Folie 57 aus fluoroplastischem
Kunststoff wurde mit einer Edelstahlplatte mittels eines Klebstoffs
auf Epoxydharzbasis verbunden und dann einer Zug-/Scher-Festigkeitsprüfung unterzogen. Es
wurde eine Klebkraft von 140 kgf/cm2 nachgewiesen.
-
(Beispiel 13)
-
Zur Vornahme einer Oberflächenbehandlung
an einem Werkstoff aus fluoroplastischem Kunststoff wurde eine in 8 dargestellte Vorrichtung
verwendet. In 8 gibt
das Bezugszeichen 61 eine Excimer-Laservorrichtung an;
das Bezugszeichen 62 entspricht einer Maske; das Bezugszeichen 63 gibt
einen Spiegel an; das Bezugszeichen 64 bezeichnet eine
Linse; das Bezugszeichen 65 entspricht einer flüssigen Verbindung;
mit dem Bezugszeichen 66 ist ein Reaktionsgefäß angegeben:
das Bezugszeichen 67 entspricht einer Folie aus fluoroplastischem
Kunststoff als Probe, und das Bezugszeichen 68 gibt eine
schwammartige Folie an.
-
Zunächst wurden 5 g Natriumtetrahydroborat
in 50 cc Wasser aufgelöst
und dann wurde die schwammartige Folie 68 mit der so angesetzten
Lösung 65 getränkt. Dadurch
wird die Bildung von Blasen und die Entfernung der Flüssigkeit
von der Folienprobe 67 aus fluoroplastischem Kunststoff
verhindert. Anschließend
wurde die durchsichtige Folienprobe 67 aus fluoroplastischem
Kunststoff (FEP) auf die schwammartige Folie 68 aufgelegt
und von oben mit einem ArF-Laserstrahl (10 mJ/cm2)
bestrahlt. Infolgedessen verbesserte sich der Kontaktwinkel gegenüber Wasser,
der vor der Behandlung 110° betragen
hatte, auf 10° nach
der Behandlung, wie di es in 9 zu
erkennen ist. Das dabei erhaltene Folienmaterial aus fluoroplastischem
Kunststoff mit modifizierter Oberfläche wurde mit dem Klebstoff
Aron Alpha (Handelsbezeichnung) mit einer Edelstahlplatte verbunden
und es zeigte sich, daß die
Klebfestigkeit 60 kgf/cm2 betrug.
-
(Beispiel 14)
-
2 g Borsäure (H3BO3) wurden in 50 cc Wasser aufgelöst, dann
wurde eine schwammartige Folie mit der so angesetzten Lösung getränkt und
entsprechend der gleichen Verfahrensweise wie bei Beispiel 13 eine Folienprobe
aus fluoroplastischem Kunststoff behandelt. Infolgedessen wurde
bei einer Energiedichte von 15 mJ/cm2 eines
ArF-Laserstrahls
auf der Oberfläche
der Folienprobe aus fluoroplastischem Kunststoff eine Hydroxylgruppe
(OH-Gruppe) substituiert, was zu einem Kontaktwinkel gegenüber Wasser
von 5° führte. Wurde diese
Folienprobe aus fluoroplastischem Kunststoff mit modifizierter Oberfläche mittels
des Klebstoffs Aron Alpha (Handelsbezeichnung) auf eine Edelstahlplatte
geklebt, so wurde eine Haftfestigkeit von 60 kgf/cm2 erzielt.
-
(Beispiel 15)
-
2 g Borsäure (H3BO3) wurden in 50 cc Ammoniakwasser aufgelöst, dann
wurde eine schwammartige Folie mit der so angesetzten Lösung getränkt und
entsprechend der gleichen Verfahrensweise wie bei Beispiel 13 eine
Probe einer durchsichtigen Folie aus fluoroplastischem Kunststoff
(FEP) behandelt. Infolgedessen wurde auf der Oberfläche der
Probe aus fluoroplastischer Folie eine Aminogruppe (-NH2)
substituiert, wodurch Hydrophobie erzielt werden sollte. Mittels
Messungen der Infrarot-Absorptionsspektren mit Hilfe von ATR-FTIR wurde
die Substituierung einer Aminogruppe durch Absorption von NH in
der Nähe
von 3500 cm–1 bestätigt. Außerdem betätigte sich
die Entfluorierung durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
(X-PES). Dieses Mal betrug die ArF-Laser-Energiedichte 20 mJ/cm2 und der Kontaktwinkel war bei Wasser 5°. Diese an
der Oberfläche
modifizierte Folienprobe aus fluoroplastischem Kunststoff wurde
mit Hilfe eines Klebstoffs auf Epoxydharzbasis auf eine Edelstahlplatte
geklebt und dann einer Zug-/Scher-Festigkeitsprüfung unterzogen. Dabei wurde
eine Klebfestigkeit von 140 kgf/cm2 nachgewiesen.
-
(Beispiel 16)
-
Es wurde durch Auflösen von
2 g Borsäure
(H3BO3) in 50 cc
Methylalkohol eine Lösung
angesetzt und diese dann in das in 6 dargestellte
Reaktionsgefäß 56 eingebracht.
In diese Lösung
wurde eine Folienprobe aus fluoroplastischem Kunststoff eingetaucht
und dann auf der Grenzfläche
zwischen der Lösung
und der Probe mit einem ArF-Excimer-Laserstrahl (15 mJ/cm2) bestrahlt. Infolgedessen betrug der Kontaktwinkel gegenüber Benzol
10°, was
auf ein lipophiles Verhalten hinweist. Diese an der Oberfläche modifizierte
Folienprobe aus fluoroplastischem Kunststoff wurde mit Hilfe eines
Klebstoffs auf Epoxydharzbasis auf eine Edelstahlplatte aufgeklebt
und anschließend
wurde eine Zug-/Scher-Festigkeitsprüfung vorgenommen. Es wurde eine
Klebfestigkeit von 120 kgf/cm2 nachgewiesen.
-
(Beispiel 17)
-
Es wurde durch Auflösen von
2 g Borsäure
(H3BO3) in 50 cc
Toluol (C6H6·CH3)
eine Lösung
angesetzt und diese dann in das in 6 dargestellte
Reaktionsgefäß 56 eingebracht.
Nach der gleichen Verfahrensweise wie bei Beispiel 12 wurde eine
Folienprobe aus fluoroplastischem Kunststoff in diese Lösung eingetaucht und
dann auf der Grenzfläche
zwischen der Lösung
und der Probe mit einem ArF-Excimer-Laserstrahl bestrahlt. Infolgedessen
ließ sich
eine lipophile Gruppe nachweisen, die nahezu identisch mit der aus
Beispiel 12 war. Die so behandelte Fo lienprobe aus fluoroplastischem
Kunststoff wurde mit Hilfe eines Klebstoffs auf Epoxydharzbasis
auf eine Edelstahlplatte aufgeklebt und anschließend wurde eine Zug-/Scher-Festigkeitsprüfung vorgenommen.
Dabei wurde eine Klebfestigkeit von 140 kgf/cm2 nachgewiesen.
-
(Beispiel 18)
-
2 g Aluminiumhydroxyd (Al(OH)3) wurden in einer wäßrigen NaOH-Lösung (0,1
N) aufgelöst.
Nach derselben Verfahrensweise wie bei Beispiel 13 wurde eine schwammartige
Folie mit der so erhaltenen Lösung getränkt und
dann wurde auf die schwammartige Folie eine durchsichtige Folienprobe
aus fluoroplastischem Kunststoff (FEP) aufgelegt und von oben mit
einem ArF-Laserstrahl (10 mJ/cm2) bestrahlt.
Als Ergebnis wurde Hydrophilie ähnlich
wie bei Beispiel 13 festgestellt. Diese Folienprobe aus fluoroplastischem
Kunststoff mit modifizierter Oberfläche wurde mit Hilfe eines Klebstoffs
Aron Alpha (Handelsbezeichnung) auf eine Edelstahlplatte aufgeklebt,
woraufhin eine Klebfestigkeit von 60 kgf/cm2 nachgewiesen
wurde.
-
(Beispiel 19)
-
Eine aus Trimethoxybor (B(OCH3)3)
bestehende Flüssigkeit
wurde in das in 6 dargestellte
Reaktionsgefäß eingebracht.
Nach derselben Verfahrensweise wie bei Beispiel 12 wurde eine Folienprobe
aus fluoroplastischem Kunststoff in die Lösung eingetaucht und dann auf
der Grenzfläche
zwischen der Lösung
und der Probe mit einem ArF-Excimer-Laserstrahl bestrahlt. Das Ergebnis
war, daß man
einen Kontaktwinkel erzielte, der nahezu identisch wie der Winkel
bei Beispiel 12 war. Die so behandelte Folie aus fluoroplastischem Kunststoff
wurde mit einem Klebstoff auf Epoxydharzbasis auf eine Edelstahlplatte
aufgeklebt und anschließend
wurde eine Zug-/Scher-Fe stigkeitsprüfung vorgenommen. Es wurde
eine Klebfestigkeit von 140 kgf/cm2 nachgewiesen.
-
(Beispiel 20)
-
2 g Bariumhydroxyd (Ba(OH)2) wurden 50 cc Wasser aufgelöst und es
wurde eine schwammartige Folie mit dieser Lösung getränkt. Auf die schwammartige
Folie wurde eine durchsichtige Folienprobe aus fluoroplastischem
Kunststoff (FEP) aufgelegt und von oben mit einem ArF-Laserstrahl
(20 mJ/cm2) bestrahlt. Als Folge hiervon
wurde analog zu Beispiel 13 Hydrophilie festgestellt. Bei Aufkleben
dieser Folienprobe aus fluoroplastischem Kunststoff mit modifizierter
Oberfläche
auf eine Edelstahlplatte mit Hilfe eines Klebstoffs Aron Alpha (Handelsbezeichnung)
wurde eine Klebfestigkeit von 30 kgf/cm2 nachgewiesen.
-
(Beispiel 21)
-
2 g Galliumacetat (Ga(CH3COO)3) wurden in 50 cc Wasser aufgelöst und in
dieser Lösung
wurde eine schwammartige Folie getränkt. Auf die schwammartige
Folie wurde eine durchsichtige Folienprobe aus fluoroplastischem
Kunststoff (FEP) aufgelegt und von oben mit einem ArF-Laserstrahl
(20 mJ/cm2) bestrahlt. Als Ergebnis wurde
Hydrophilie analog zu Beispiel 13 festgestellt. Als diese Folienprobe
aus fluoroplastischem Kunststoff mit modifizierter Oberfläche mit
Hilfe des Klebstoffs Aron Alpha (Handelsbezeichnung) auf eine Edelstahlplatte
aufgeklebt wurde, konnte eine Klebfestigkeit von 25 kgf/cm2 nachgewiesen werden.
-
(Beispiel 22)
-
2 g Lithiumacetat (LiCH3COO)
wurden in 50 cc Methylalkohol aufgelöst und dann wurde eine schwammartige
Folie mit dieser Folie getränkt.
Eine schwammartige Folie wur de dann mit dieser Lösung getränkt. Auf die schwammartige
Folie wurde eine durchsichtige Folienprobe aus fluoroplastischem
Kunststoff (FEP) aufgelegt und von oben mit einem ArF-Laserstrahl
(20 mJ/cm2) bestrahlt. Als Ergebnis wurde
Hydrophilie analog zu Beispiel 13 festgestellt. Diese Folienprobe
aus fluoroplastischem Kunststoff mit modifizierter Oberfläche wurde dann
mit Hilfe des Klebstoffs Aron Alpha (Handelsbezeichnung) auf eine
Edelstahlplatte aufgeklebt, woraufhin eine Klebfestigkeit von 20
kgf/cm2 nachgewiesen wurde.
-
(Beispiel 23)
-
Eine schwammartige Folie wurde mit
reinem Wasser (H2O) getränkt und dann wurde auf die
schwammartige Folie eine durchsichtige Folienprobe aus fluoroplastischem
Kunststoff (FEP) aufgelegt und von oben mit einem ArF-Laserstrahl
(20 mJ/cm2) bestrahlt. Als Ergebnis wurde
Hydrophilie ähnlich
wie bei Beispiel 13 festgestellt. Als diese Folienprobe aus fluoroplastischem
Kunststoff mit modifizierter Oberfläche mit Hilfe des Klebstoffs
Aron Alpha (Handelsbezeichnung) auf eine Edelstahlplatte aufgeklebt
wurde, konnte eine Klebfestigkeit von 20 kgf/cm2 nachgewiesen
werden. Dabei ist zu beachten, daß nahezu identische Ergebnisse
erzielt wurden, als identische Versuche unter Verwendung von Leitungswasser
anstelle von reinem Wasser durchgeführt wurden.
-
(Beispiel 24)
-
Eine schwammartige Folie wurde mit
Ameisensäure
(HCOOH) getränkt
und dann wurde auf die schwammartige Folie eine durchsichtige Folienprobe
aus fluoroplastischem Kunststoff (FEP) aufgelegt und von oben mit
einem ArF-Laserstrahl (25 mJ/cm2) bestrahlt.
Als Ergebnis wurde Hydrophilie ähnlich
wie bei Beispiel 13 festgestellt. Diese Folienprobe aus fluoroplastischem
Kunststoff mit modifi zierter Oberfläche wurde mit Hilfe eines Klebstoffs
Aron Alpha (Handelsbezeichnung) auf eine Edelstahlplatte aufgeklebt,
woraufhin eine Klebfestigkeit von 25 kgf/cm2 nachgewiesen
wurde.
-
(Beispiel 25)
-
Durch Aufl äsen von 2 g Tetrabenzyltitan
Ti(CH2C6H5)4in 50 cc Hexan
(C6H14) wurde eine
Lösung
angesetzt, die in das in 6 dargestellte
Reaktorgefäß eingebracht
wurde. Nach derselben Verfahrensweise wie bei Beispiel 12 wurde
eine Folienprobe aus fluoroplastischen Kunststoff (FEP) in die Lösung eingetaucht und
dann auf der Grenzfläche
zwischen der Lösung
und der Probe mit einem ArF-Laserstrahl bestrahlt. Infolgedessen
ließ sich
ein lipophiles Verhalten ähnlich
wie bei Beispiel 12 feststellen. Diese Folienprobe aus fluoroplastischem
Material mit modifizierter Oberfläche wurde mittels eines Klebstoffs
auf Epoxydharzbasis auf eine Edelstahlplatte aufgeklebt und einem
Scherfestigkeitsversuch unterzogen. Die sich dabei ergebende Klebfestigkeit
wurde mit 65 kgf/cm2 nachgewiesen.
-
(Beispiel 26)
-
Eine schwammartige Folie wurde mit
Ameisensäure
(HCOOH) getränkt
und dann wurde auf die schwammartige Folie eine durchsichtige Folienprobe
aus fluoroplastischem Kunststoff (FEP) aufgelegt. Diese wurde dann
von oben mit einer Niederdruck-Quecksilberlampe von 100 W bestrahlt,
deren Licht mittels eines reflektierenden Spiegels mit einer toroidförmigen Oberfläche und
einer Linse kondensiert und drei Minuten lang von oben eingestrahlt
wurde. Als Ergebnis wurde Hydrophilie analog zu Beispiel 13 festgestellt.
Als diese Folienprobe aus fluoroplastischem Kunststoff mit modifizierter
Oberfläche
mit Hilfe des Klebstoffs Aron Alpha (Handelsbezeichnung) auf eine Edelstahlplatte
aufgeklebt wurde, konnte eine Klebfestigkeit von 20 kgf/cm2 nachgewiesen werden.
-
(Beispiel 27)
-
2 g Borsäure (H3BO3) wurden in 50 cc Wasser aufgelöst. Es wurde
ein dünner
Flüssigkeitsfilm
aus der so erhaltenen Lösung
in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Methacryl-Kunststoff
(PMMA) gehalten und ein KrF-Laserstrahl (20 mJ/cm2,
100 Blitze) wurde auf die so aufgebaute Struktur eingestrahlt. Im
Ergebnis wurde eine Hydroxylgruppe nur in dem freiliegenden Bereich
substituiert und wurde in der Nähe
von 3300 cm–1 (OH)
nachgewiesen, wozu mit ATR-Infrarot-Spektroskopie gearbeitet wurde.
-
(Beispiel 28)
-
2 g Amidsulfat (SO2(NH2)2) wurden in 50
cc Wasser aufgelöst.
Dann wurde ein dünner
Flüssigkeitsfilm aus
der so erhaltenen Lösung
in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Methacryl-Kunststoff
(PMMA) gehalten und ein KrF-Laserstrahl (20 mJ/cm2,
300 Blitze) wurde auf die so aufgebaute Struktur eingestrahlt. Im Ergebnis
wurde eine Aminogruppe nur in dem freiliegenden Bereich substituiert,
während
ein Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 20° festgestellt
wurde, was auf Hydrophilie hinweist.
-
(Beispiel 29)
-
2 g Natriumplatin-Hexahydroxo (Na2Pt(OH)6) wurden
in 50 cc Wasser aufgelöst.
Es wurde ein dünner Flüssigkeitsfilm
aus der so erhaltenen Lösung
in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Methacryl-Kunststoff
(PMMA) gehalten, und dann wurde ein KrF-Laserstrahl (20 mJ/cm2, 300 Blitze) auf die so aufgebaute Struktur
eingestrahlt. Im Ergebnis wurde eine Hydroxylgruppe nur in dem freiliegenden
Bereich substituiert, während
ein Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 20° ermittelt
wurde, was auf Hydrophilie hinweist.
-
(Beispiel 30)
-
0,1 g Zyanogenbromid (CNBr) wurden
in 10 cc Wasser aufgelöst.
Dann wurde ein dünner
Flüssigkeitsfilm
aus der so erhaltenen Lösung
in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Methacryl-Kunststoff
(PMMA) gehalten, während
ein KrF-Laserstrahl (20 mJ/cm2, 300 Blitze)
auf die so aufgebaute Struktur eingestrahlt wurde. Im Ergebnis wurde
eine Zyangruppe nur in dem freiliegenden Bereich substituiert; eine
Spitze, die auf eine Dreifachbindung von C und N hinweist, fand
sich in der Nähe
von 2100 cm–1,
wobei mit ATR-Infrarot-Spektroskopie gearbeitet wurde.
-
(Beispiel 31)
-
2 g Aluminiumchlorid (AlCl3) wurden in 100 cc Äthanol aufgelöst. Dann
wurde ein dünner
Flüssigkeitsfilm
aus der so erhaltenen Lösung
in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Polyäthylen gehalten, während auf
die so aufgebaute Struktur ein KrF-Laserstrahl (20 mJ/cm2, 1000 Blitze) eingestrahlt wurde. Danach
wurde die modifizierte Oberfläche
spektroskopisch (ESCA-Spektroskopie) untersucht. Im Ergebnis fand
sich eine Al-Spitze bei 71 eV, was darauf hinweist, daß das Aluminium
in der Probe substituiert worden war.
-
(Beispiel 32)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Fluorocarbon 112 (CCl2FCCl2F) wurde in
engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Polyäthylen gehalten und dann wurde
die so erhaltene Struktur mit einem ArF-Laserstrahl (35 mJ/cm2, 500 Blitze) bestrahlt. Im Ergebnis wurde
ein Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 100° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was belegt, daß die Oberfläche zu Teflon
umgesetzt worden war.
-
(Beispiel 33)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Wasser (H2O) wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe
aus Polyäthylen
gehalten und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit einem
ArF-Laserstrahl (25 mJ/cm2, 3000 Blitze)
bestrahlt. Infolgedessen wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser
bei 15° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 34)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus reinem Wasser
(H2O) wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus
Polyphenylen-Sulfid (PPS) gehalten und die sich so ergebende Struktur
wurde dann mit einem ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2,
3000 Blitze) bestrahlt. Infolgedessen wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser
bei 30° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 35)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Wasser (H2O) wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe
aus Methacryl-Kunststoff (PMMA) gehalten und die sich so ergebende
Struktur wurde dann mit einem ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2, 9000 Blitze) bestrahlt. Infolgedessen
wurde der Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 40° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 36)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus reinem Wasser
(H2O) wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus
Acrylonitril-Butadien-Styrol (ABS) gehalten und die sich so ergebende
Struktur wurde dann mit einem ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2, 3000 Blitze) bestrahlt. Im Ergebnis wurde
der Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 10° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 31)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus reinem Wasser
(H2O) wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus
Polycarbonat-Kunststoff gehalten und die sich so ergebende Struktur
wurde dann mit einem ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2,
3000 Blitze) bestrahlt. Infolgedessen wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser
bei 30° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 38)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus reinem Wasser
(H2O) wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus
Nylon-6-Kunststoff
gehalten und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit einem
ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2, 3000 Blitze)
bestrahlt. Im Ergebnis wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser
bei 35° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 39)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus reinem Wasser
(H2O) wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus
Nylon-66-Kunststoff
gehalten und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit einem
ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2, 3000 Blitze)
bestrahlt. Infolgedessen wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser
bei 35° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 40)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Ameisensäure (HCOOH)
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Polyphenylen-Sulfid
(PPS) gehalten und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit
einem ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2, 3000
Blitze) bestrahlt. Infolgedessen wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser
bei 25° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 41)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Ameisensäure (HCOOH)
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Polyäthylen gehalten
und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit einem ArF-Laserstrahl
(12,5 mJ/cm2, 3000 Blitze) bestrahlt. Infolgedessen
wurde der Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 35° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 42)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Ameisensäure (HCOOH)
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Acrylonitril-Butadien-Styrol-Kunststoff
(ABS) gehalten und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit
einem ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2, 2000
Blitze) bestrahlt. Infolgedessen wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser
bei 5° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 43)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Ameisensäure (HCOOH)
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus einem Polycarbonat-Kunststoff
gehalten und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit einem ArF-Laserstrahl
(12,5 mJ/cm2, 2000 Blitze) bestrahlt. Infolgedessen
wurde der Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 15° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 44)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Ameisensäure (HCOOH)
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Nylon-6-Kunststoff gehalten
und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit einem ArF-Laserstrahl (12,5
mJ/cm2, 2000 Blitze) bestrahlt. Infolgedessen
wurde der Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 30° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 45)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Ameisensäure (HCOOH)
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Nylon-66-Kunststoff (ABS)
gehalten und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit einem
ArF-Laserstrahl (12,5 mJ/cm2, 2000 Blitze)
bestrahlt. Infolgedessen wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser
bei 30° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 46)
-
2 g Ammoniumfluorid (NH4F)
wurden in 50 cc Wasser aufgelöst.
Ein dünner
Flüssigkeitsfilm
aus der so erhaltenen Lösung
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Polyäthylen gehalten
und die sich so ergebende Struktur wurde dann mit einem ArF-Laserstrahl
(12,5 mJ/cm2, 3000 Blitze) bestrahlt. Im
Ergebnis wurde eine Aminogruppe nur in dem freiliegenden Bereich
substituiert und wurde der Kontaktwinkel gegenüber Wasser bei 15° nachgewiesen,
was ein Hinweis auf Hydrophilie ist.
-
(Beispiel 47)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Ameisensäure (HCOOH)
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Polyäthylen gehalten
und die sich so ergebende Struktur wurde dann 3 Minuten lang mit
Licht aus einer Hg-Xe-Lampe von 300 W bestrahlt. Im Ergebnis wurde
der Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 35° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 48)
-
Ein dünner Flüssigkeitsfilm aus Ameisensäure (HCOOH)
wurde in engem Kontakt mit einer Folienprobe aus Polyäthylen gehalten.
Dann wurde in einer N2-Atmosphäre bei einem
Druck von 2 atm eine Bogenentladung (AC) von 9000 V generiert und
das abgestrahlte Licht wurde 10 Minuten lang eingestrahlt. Im Ergebnis wurde
der Kontaktwinkel gegenüber
Wasser bei 35° nur
in dem freiliegenden Bereich nachgewiesen, was ein Hinweis darauf
ist, daß die
Oberfläche
so modifiziert worden war, daß sie
hydrophil wurde.
-
(Beispiel 49)
-
Eine poröse PTFE-Folie mit einer Stärke von
60 μm, einer
Soll-Porengröße von 0,1 μm, einer
Porosität von
75 und mit Abmessungen von 10 auf 10 cm wurde jeweils 10 Minuten
lang in Methanol und Wasser – in dieser
Reihenfolge – eingetaucht
und dann weitere 10 Minuten in eine wäßrige Lösung der Verbindung, wodurch
die Poren mit der wäßrigen Lösung der
Verbindung getränkt
wurden. Als wäßrige Lösung der
Verbindung wurde eine wäßrige Borsäurelösung mit
4,1 Gew.-% verwendet. In diesem Zustand der Imprägnierung mit der wäßrigen Lösung wurde
ein ArF-Laser mit einer Energiedichte von 200 mJ/cm2 und
einer Pulswiederholfrequenz von 50 Impulsen/Sekunde 120 Sekunden
lang eingestrahlt. Das sich dabei ergebende Material wurde mit reinem
Wasser gewaschen und getrocknet, wodurch man einen hydrophilen porösen Film
aus fluoroplastischem Material erhielt.
-
Wurde dieser Film in reines Wasser
getaucht, nahm er rasch Wasser auf.
-
Anschließend wurde der Film einer Oberflächenuntersuchung
gemäß der ESCA-Norm
(Elektronen-Spektroskopie zur chemischen Analyse) unterzogen. Dabei
wurde im Ergebnis festgestellt, daß das O/C-Verhältnis vor
der Behandlung zur Hydrophilisierung den Wert Oaufwies und sich
nach der Behandlung auf 0,18 verbessert hatte. Außerdem wurden
für das
Verhältnis
F/D vor und nach der Behandlung jeweils Werte von 2,0 bzw. 0,28
festgestellt, was ein Hinweis darauf ist, daß Fluoratome durch hydrophile
Gruppen substituiert worden waren. Es wurde auch eine Analyse der
Wellenform vorgenommen. Wird angenommen, daß die Anzahl der Kohlenstoffatome
bei einer -CF2-Bindung (292 eV) betrage,
so betrug infolgedessen die Zahl bei der -C-O-Bindung (286 eV) 63,
wohingegen bei der -C=O-Bindung
(288 eV) 11 ermittelt wurde. Dies ist ein Hinweis auf die Anwesenheit
hydrophiler funktioneller Gruppen. Vor der Behandlung waren keine
derartigen funktionellen Gruppen vorhanden.
-
Auch nach dem Eintauchen des Films
jeweils in Fluorsäure
(50 Gew.-%), Salzsäure
(36 Gew.-%) und Schwefelsäure
(97 Gew.-%) bei Raumtemperatur für
jeweils einen Tag, nach dem Abwaschen mit Wasser und dem Trocknen
behielt die Folie ihre hydrophilen Eigenschaften bei. Außerdem blieb
bei der Folie sogar nach dem jeweiligen Abwaschen mit Äthanol und
mit Azeton und nach dem Trocknen die Hydrophilie erhalten.
-
Die vorstehend beschriebene poröse Folie
aus fluoroplastischem Kunststoff wurde bei einer Druckdifferenz
von 235 mm Hg einer Prüfung
auf Wasserdurchlässigkeit
unterzogen, wobei im Ergebnis festgestellt wurde, daß die Strömungsgeschwindigkeit
von permeierendem reinem Wasser 3,5 cm3/cm2/Min betrug. Der Wert einer Folie, an der
die Behandlung zur Hydrophilisierung nicht vorgenommen worden war,
betrug 0, da die Folie nicht mit reinem Wasser benetzt wurde. Die
Strömungsgeschwindigkeit
des permierenden reinen Wassers wurde nach der Benetzung der Folie mit Äthanol gemessen
und betrug 3,5 cm3/cm2/Min.
Dies bedeutet, daß bei
der Folie nach der Behandlung keine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit
bei der Permeation festzustellen ist.
-
Dieser hydrophile poröse Film
aus fluoroplastischem Material wurde mit Tetraäthoxysilan in Kontakt gebracht,
gewaschen und mit einem Röntgen-Mikroanalysegerät beobachtet.
Im Ergebnis wurde festgestellt, daß in den Poren des porösen Körpers Si-Atome
vorhanden waren, was ein Hinweis darauf ist, daß die Folie hydrophil gemacht
worden war.
-
(Beispiel 50)
-
Nach der gleichen Verfahrensweise
wie bei Beispiel 49, nur mit dem Unterschied, daß eine wäßrige 2 N-Lithiumhydroxyd-Lösung als
gelöste
Verbindung eingesetzt wurde, erfolgte die Bestrahlung mit einem
Laser. Sogar nach dem Waschen und Trocknen nahm der sich dabei ergebende
Film, wenn er in reines Wasser eingetaucht wurde, Wasser auf. Außerdem waren
die Eigenschaften der Folie nahezu identisch mit den Eigenschaften
wie bei Beispiel 49.
-
(Beispiel 51)
-
Nach der gleichen Verfahrensweise
wie bei Beispiel 49, nur mit dem Unterschied, daß als gelöste Verbindung eine wäßrige Lösung eingesetzt
wurde, die ein Gemisch aus 1 N-Aluminiumhydroxid und 1 N-Natriumhydroxyd
darstellte, erfolgte die Bestrahlung mit einem Laser. Genauer gesagt
wurde die mit der Lösung getränkte Folie
in die Lösung
eingetaucht und wurde wiederholt 40 Sekunden lang ein ArF-Laserstrahl
mit einer Energiedichte von 100 mJ/cm2 und
mit einer Pulswiederholfrequenz von 50 Impulsen/Sekunden eingestrahlt.
Sogar nach dem Waschen und Trocknen nahm der sich dabei ergebende
Film, wenn er in reines Wasser eingetaucht wurde, Wasser auf. Außerdem waren
die Eigenschaften der Folie nahezu identisch mit den Eigenschaften
bei Beispiel 49.
-
(Beispiel 52)
-
Eine poröse PTFE-Folie mit einer Stärke von
60 μm, einer
Soll-Porengröße von 0,1 μm, einer
Porosität von
75 und mit Abmessungen von 10 auf 10 cm wurde jeweils 10 Minuten
lang in Methanol und Wasser – in dieser
Reihenfolge – eingetaucht
und dann weitere 10 Minuten in eine wäßrige Lösung der Verbindung, wodurch
die Poren mit der wäßrigen Lösung der
Verbindung getränkt
wurden. Als wäßrige Lösung der
Verbindung wurde eine wäßrige Borsäurelösung mit
4,1 Gew.-% verwendet. In diesem Zustand der Imprägnierung mit der wäßrigen Lösung wurde
mit einer Niederdruck-Quecksilberlampe von 50 W Leistung 60 Sekunden
lang bestrahlt. Das sich dabei ergebende Material wurde mit reinem
Wasser gewaschen und getrocknet, wodurch man einen hydrophilen porösen Film
aus fluoroplastischem Material erhielt.
-
Wurde dieser Film in reines Wasser
getaucht, nahm er rasch Wasser auf.
-
Anschließend wurde der Film einer Oberflächenuntersuchung
gemäß der ESCA-Norm
(Elektronen-Spektroskopie zur chemischen Analyse) unterzogen. Dabei
wurde im Ergebnis festgestellt, daß das O/C-Verhältnis vor
der Behandlung zur Hydrophilisierung den Wert O aufwies und sich
nach der Behandlung auf 0,18 verbessert hatte. Außerdem wurden
für das
Verhältnis
F/D vor und nach der Behandlung jeweils Werte von 2,0 bzw. 0,28
festgestellt, was ein Hinweis darauf ist, daß Fluoratome durch hydrophile
Gruppen substituiert worden waren. Es wurde auch eine Analyse der
Wellenform vorgenommen. Wird angenommen, daß die Anzahl der Kohlenstoffatome
bei einer -CF2-Bindung (292 eV) betrage,
so betrug infolgedessen der Wert bei der -C-O-Bindung (286 eV) 81,
wohingegen bei der -C=O-Bindung
(288 eV) 18 ermittelt wurde. Dies ist ein Hinweis auf die Anwesenheit
hydrophiler funktioneller Gruppen. Vor der Behandlung waren keine
derartigen funktionellen Gruppen vorhanden.
-
Auch nachdem der Film jeweils für einen
Tag jeweils in Fluorsäure
(50 Gew.-%), Salzsäure
(36 Gew.-%) und Schwefelsäure
(97 Gew.-%) bei Raumtemperatur eingetaucht, mit Wasser abgewaschen
und getrocknet worden war, behielt die Folie ihre hydrophilen Eigenschaften
bei. Außerdem
blieb bei der Folie sogar nach dem jeweiligen Abwaschen mit Äthanol und
mit Azeton und nach dem Trocknen die Hydrophilie erhalten.
-
Die vorstehend beschriebene poröse Folie
aus fluoroplastischem Kunststoff wurde bei einer Druckdifferenz
von 235 mm Hg einer Prüfung
auf Wasserdurchlässigkeit
unterzogen, wobei im Ergebnis festgestellt wurde, daß die Strömungsgeschwindigkeit
von permeierendem, reinem Wasser 3,7 cm3/cm2/Min betrug. Der Wert einer Folie, an der
die Behandlung zur Hydrophilisierung nicht vorgenommen worden war,
betrug 0, da die Folie nicht mit reinem Wasser benetzt wurde. Die
Strömungsgeschwindigkeit
des permierenden reinen Wassers wurde nach der Benetzung der Folie
mit Äthanol
gemessen und betrug 3,7 cm3/cm2/Min.
Dies bedeutet, daß bei
der Folie nach der Behandlung keine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit
bei der Permeation festzustellen ist.
-
Dieser hydrophile poröse Film
aus fluoroplastischem Material wurde mit Tetraäthoxysilan in Kontakt gebracht,
gewaschen und mit einem Röntgen-Mikroanalysegerät betrachtet.
Im Ergebnis wurde festgestellt, daß in den Poren des porösen Körpers Si-Atome
vorhanden waren, was ein Hinweis darauf ist, daß die Folie hydrophil gemacht
worden war.
-
(Beispiel 53)
-
Unter Verwendung einer Niederdruck-Quecksilberlampe
wurde nach derselben Vorgehensweise wie bei Beispiel 52 mit ultraviolettem
Licht bestrahlt, allerdings mit dem Unterschied, daß als Lösung der
Verbindung eine wäßrige 2
N-Lithiumhyroxyd-Lösung
eingesetzt wurde. Sogar nach dem Waschen und Trocknen nahm der sich
dabei ergebende Film beim Eintauchen in reines Wasser noch Wasser
auf. Außerdem
waren die Eigenschaften der Folie nahezu identisch mit den Eigenschaften
bei Beispiel 52.
-
(Beispiel 54)
-
Unter Verwendung einer Niederdruck-Quecksilberlampe
wurde nach derselben Vorgehensweise wie bei Beispiel 52 mit ultraviolettem
Licht bestrahlt, allerdings mit dem Unterschied, daß als Lösung der
Verbindung eine wäßrige Lösung eingesetzt
wurde, die ein Gemisch aus 1 N-Aluminiumhydroxyd und 1 N-Natriumhydroxyd
darstellte. Insbesondere wurde die mit der Lösung getränkte Folie in die Lösung eingetaucht
und dann unter Verwendung einer Niederdruck-Quecksilberlampe von
100 W oder einer Hochdruck-Quecksilberlampe
von 2 kW bestrahlt. Sogar nach dem Waschen und Trocknen nahm der
sich dabei ergebende Film beim Eintauchen in reines Wasser noch
Wasser auf. Außerdem
waren die Eigenschaften der Folie nahezu identisch mit den Eigenschaften
bei Beispiel 52.
-
(Beispiel 55)
-
Eine nicht-poröse PTFE-Folie (Nitoflon Tape
Nr. 900 (Handelsbezeichnung), Stärke
38 μm, hergestellt von
NITTO DENKO Corp.) wurde mit ultravioletter Strahlung in der gleichen
gelösten
Verbindung wie bei Beispiel 51 be strahlt. Der Kontaktwinkel gegenüber reinem
Wasser wurde bei der sich dabei ergebenden Folie mit 55° gemessen,
was ein Hinweis darauf ist, daß die
Folie so modifiziert worden war, daß sie hydrophil wurde. Vor
der Behandlung war der Winkel 120°.
-
Auf die hydrophile Oberfläche der
Folie, auf der Seite, auf der diese die Lösung berührt, wurde ein doppelseitiges
Klebeband (Nr. 500, hergestellt von NITTO DENKO CORP.) aufgeklebt.
Die Klebfestigkeit (JIS Z 0237) wurde nach dem Verfahren gemessen,
bei dem der Streifen unter 180° abgezogen
wird, und es zeigte sich, daß diese
dreizehnmal höher
war als vor der Bestrahlung.
-
Gewerbliche
Anwendbarkeit
-
Bei der vorliegenden Erfindung wird
selektiv die Wasserstoffabspaltung, die Fluorabspaltung oder die Substitution
mit verschiedenen funktionellen Gruppen oder Metallatomen nur an
einem freiliegenden Bereich eines zu behandelnden festen Werkstoffs
(z. B. an einem fluoroplastischen Material, einem Kunststoff wie
zum Beispiel einem Kunststoff mit einer C-N-Bindung, Glas, Metall,
einem tierischen oder pflanzlichen Material oder einem Keramikwerkstoff)
vorgenommen. Infolgedessen erfolgt eine optische Modifizierung mit
dem Ziel, diesen Bereich hydrophil zu machen, die Haft- bzw. Klebeigenschaften
zu verbessern, die Absorptionsfähigkeit gegenüber Druckfarben,
die Korrosionsbeständigkeit
und die elektrische Leitfähigkeit
zu erhöhen,
die sich aus der Metallsubstitution ergibt. Als Beispiel kann ein
fluoroplastischer Werkstoff auf einen Werkstoff der gleichen oder
einer anderen Art mit äußerst hoher
Klebkraft aufzukleben, ohne dabei die ursprünglichen Eigenschaften des
fluoroplastischen Werkstoffs zu beeinträchtigen. Damit wird es möglich, eine
Verbundstruktur mit einem fluoroplastischen Werkstoff zu bilden,
die eine hohe chemische Beständigkeit
oder dergleichen aufweist, indem eine Folie aus fluoroplastischem
Material auf die Oberfläche
eines anderen Materials wie zum Beispiel ein Epoxydharz, Bakelit,
ein ABS-Harz, Beton oder ein Metall aufgeklebt wird. Außerdem ist
es durch Modifizierung eines porösen
fluoroplastischen Werkstoffs in der Weise, daß dieser hydrophil wird, möglich, den Werkstoff
als Filtervorrichtung wie zum Beispiel als Filterkassette, als plattenförmiges Modul,
das sich über eine
Platte und einen Rahmen in einem Zustand einer ebenen Folie abstützt, oder
als Hohlfaser-Folienmodul, als Zellentrennteil oder als wärmebeständiges Klebeband
einzusetzen.
-
Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde,
läßt sich
die vorliegende Erfindung bei einer breiten Palette an Einsatzmöglichkeiten
verwenden, zum Beispiel als Oberfläche auf den Wandungen von Gefäßen oder
Kesseln in Chemieanlagen, bei denen eine hohe mechanische Festigkeit
gefordert ist, bei Lasergefäßen in der Chemie,
bei Hochspannungsinstrumenten und bei gedruckten Schaltungen, in
der chemischen Industrie, im Maschinenbau, bei elektronischen Teilen
sowie in der Gas-/Strom-Industrie.