用于表面的等离子体处理的装置和用等离子体处理表面的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于表面的等离子体处理的装置，其具有第一电极和第二电极以及在 第一电极和第二电极之间的交变电压源、以及在第一电极和第二电极之间形成的电场，且 具有布置在第一电极的前面且待处理的表面可位于其中的有效区域，第二电极布置得比第 一电极更接近于有效区域。
[0002] 本发明还涉及用等离子体处理表面的方法，其中在第一电极和第二电极之间施加 交变电压，在这两个电极之间产生交变电场，待处理的表面位于第一电极的前面且第二电 极布置得比第一电极更接近于所述表面。
【背景技术】
[0003] 当借助于粘合剂将表面一个叠一个地粘附时，总是存在将粘合剂持久地且牢固地 施加到基底的表面的问题。对此，压敏粘合剂对表面的特别高的粘合性（adhesion)是必要 的。术语"粘合性"经常意指如下的物理效果：通过该物理效果使彼此接触的两相在它们的 界面处凭借在那儿产生的分子间相互作用保持在一起。因此，粘合性决定粘合剂在基底表 面上粘合的程度，并且可以所谓的"粘着性（tack)"的形式和以粘合强度的形式测定。常常 将增塑剂和/或"增粘剂"树脂添加至粘合剂以对其粘合性施加受控制的效果。
[0004] 粘合性可以简单的术语定义为"相互作用能/单位面积"（以mN/m为单位），但由 于实验限制例如实际接触面积的知识的缺乏，这是不能测量的。表面能（SE)也常常通过使 用"极性"和"非极性"分量描述。出于实用目的，这种简化的模型现在被广为接受。这种 能量及其分量常常通过测量多种测试液体的静态接触角而测量。这些液体的表面张力分成 极性和非极性分量。测试表面的表面能的极性和非极性分量由所观察到的液滴在测试表面 上的接触角测定。例如，这里可使用0WKR模型。在工业上常规使用的替代方法是借助于测 试油墨根据DIN ISO 8296的测定。
[0005] 在这样的讨论的环境中，术语"极性"和"高能"常常视为等同的，术语"非极性"和 "低能"也是如此。这源自如下事实：与不涉及永久性分子偶极的所谓的"分散"或"非极性" 相互作用相比，极性偶极力是大的。对表面能和表面相互作用的这种方法的基础是如下假 设：极性分量仅与极性分量相互作用且非极性分量仅与非极性分量相互作用。
[0006] 然而，表面具有小或中等极性表面能分量而没有"高"表面能也是可能的。可使用 的指导方针是：对于本发明来说，SE的极性分量一大于3mN/m，表面就可被称为"极性的"。 这大致对应于实际的检测下限。
[0007] 原则上，对于术语如"高能"和"低能"没有明确的界限。出于讨论的目的，限值设 置在38mN/m或38dyn/cm(在室温下）。这是如下的值：高于该值，例如表面的适印性经常 是足够的。纯水的表面张力（=表面能）可用于比较，且为约72mN/m(是特别依赖于温度 的）。
[0008] 特别地在低能基底如PE、PP或EPDM、以及许多涂层材料上，当使用压敏粘合剂或 其它粘合剂或涂层时，主要的问题产生在实现令人满意的粘合性方面。
[0009] 对于液体反应性粘合剂，为改进粘合剂粘合强度的基底的物理预处理（例如通过 火焰、电晕或等离子体）是特别惯常的。这种物理预处理的一个功能还可为基底的清洁，例 如以除去油，或者粗糙化以增大有效表面积。
[0010] 通常用于物理预处理的术语为表面的"活化"。这主要意味着非特异性相互作用， 例如与使用钥匙-锁（key-in-lock)原理的化学反应相反。活化主要意味着在涂层的润湿 性、适印性或锚定方面的改进。
[0011] 在自粘胶带的情况下，惯常将粘合促进剂施加到基底。然而，这常常是容易出错的 复杂的手工步骤。
[0012] 使用基底的物理预处理（火焰、电晕或等离子体）以改进压敏粘合剂的粘合性尚 未取得普遍的成功，因为非极性粘合剂如天然或合成橡胶典型地不得益于该方法。
[0013] 电晕处理定义为使用丝状放电且经由两个电极之间的高交变电压产生的 表面处理，由此离散的放电通道与需要处理的表面接触，在这方面还参见Wagner 等，Vacuum, 71 (2003)，ρρ· 417-436。工艺气体可被假定为环境空气，除非另外说明。
[0014] 特别地，在工业应用中术语"电晕"主要意指"介电阻挡放电"（DBD)。这里的电极 的至少一个由电介质即绝缘体构成，或具有其涂层或覆盖物。这里基底也可充当电介质。
[0015] 电晕处理的处理强度作为以[Wmin/m2]为单位的"剂量"给出，其中剂量D = Ρ/ b*v，其中P =电功率[W]，b =电极宽度[m]，和v =卷材（web)速度[m/min]。
[0016] 基底几乎总是放置在电极和对置电极之间的放电空间之内或通过电极和对置电 极之间的放电空间，这定义为"直接"物理处理。这里典型地使卷材形式的基底在电极和接 地车昆之间通过。有时也使用的另一术语是"喷射电晕（ejected corona)"或"单面电晕"。 这是不可与直接物理处理相比的，因为根据现有技术这里需要高的气流以将等离子体从电 极装置逐出作为在基底方向上的流出物，或者使得不规则的放电丝与工艺气体一起被"喷 出"，且不可能实现稳定的、明确定义的、有效的处理。
[0017] FR 2443753披露借助于电晕放电的用于表面处理的装置。在这种情况下，将两个 电极布置在目标物的待处理表面的同一侧上，第一电极通过多个头（电极头，端，tip)形 成，沿其设置第二电极的弧形布置。在两个电极之间施加在40kHz的频率下的12kV的交变 电压。从而，沿着电场线的电晕放电影响经过的表面并且导致该表面的活化，由此改进压敏 粘合剂在通过电晕效应处理的表面上的粘合性质。
[0018] 多种类型、形式和厚度的材料的更均匀的强化的电晕处理可通过完全避免待处理 的材料的表面上的电晕效应而成为可能，其中，根据EP 0497996B1，选择双针电极，所述针 电极各自具有它自己的用于加压的通道。在两个电极头之间产生电晕放电，所述电晕放电 将流动通过通道的气体物流离子化并且将它转化为等离子体。然后这种等离子体到达待 处理的表面，在该待处理的表面处，它特别地进行表面氧化，所述表面氧化改进表面的润湿 性。该类型的物理处理（在这里）称为间接的，因为在产生放电的位置处未进行处理。表面 的处理在大气压力下或在大气压力附近发生，但在放电空间或气体通道中的压力可增加。
[0019] EP 0 497 996 B1的等离子体设备具有在36m3/小时范围内的相当高的气流以及 每间隙40cm的电极宽度。高的流速导致经活化的成分在基底表面上的低的停留时间。此 外，还有如下情况：仅等离子体的那些相对长寿命的（long-living)且可通过气体物流除 去的成分到达基底。电子例如不能通过气体物流移动，并且因此不起任何作用。
[0020] 这里等离子体理解为大气压等离子体，其为不是处于热平衡的电活化的均一反应 性气体，在有效区域中具有接近（+/-〇· 05巴）的压力或者处于大气压或环境压力。在电场 中的放电和离子化过程具有如下效果：气体被活化，且在气体成分中产生高度激发态。使用 的气体和气体混合物称为工艺气体。原则上，还可将气态物质如硅氧烷、丙烯酸或溶剂或其 它成分与工艺气体