Limpieza y modificación de superficies mediante luz UV

La luz ultravioleta (UV) de onda corta puede utilizarse para limpiar o modificar superficies, de modo que los procesos de recubrimiento, adhesión o unión puedan realizarse de forma eficaz. Se pueden tratar vidrio, plástico, metal, cerámica, caucho y otros materiales. Para esta aplicación se emplean principalmente lámparas de mercurio de baja presión con alto rendimiento luminoso. Estas lámparas están integradas en una variedad de sistemas de iluminación de SenLights.
Un campo de aplicación importante es la limpieza de vidrios en la fabricación de pantallas LCD.

La tecnología

Introducción

El sol emite luz UV. El ozono de nuestra atmósfera se produce mediante una reacción química desencadenada por la luz UV. La misma reacción química puede utilizarse en instalaciones de luz UV para tratar superficies.

Luz solar - formación de ozono

La limpieza real de la superficie se produce por oxidación y escisión de los contaminantes orgánicos de la superficie. Se forman principalmente dióxido de carbono y agua. Los radicales de oxígeno utilizados para ello se generan por la escisión de moléculas de ozono, que a su vez se forman a partir de moléculas de oxígeno por irradiación con luz UV. Tanto la formación del ozono como su descomposición son provocadas por la irradiación de alta energía de las lámparas de vapor de mercurio de baja presión. Por lo tanto, estas lámparas son ideales para aplicaciones de limpieza de superficies.

Ozono generado por luz UV

  • La línea UV de 185 nm escinde las moléculas de oxígeno y conduce a la formación de ozono O3. La línea UV de 245 nm descompone el ozono formando radicales de oxígeno altamente reactivos O (oxígeno activado).
  • Se forman radicales como OH, COO, CO y COOH que aumentan la propiedad hidrofílica de la superficie tratada.
  • Las moléculas orgánicas se rompen por la luz UV y son oxidadas por los radicales de oxígeno. Se forman CO2 y H2O, que se desorben de la superficie.
  • La superficie queda libre de contaminantes orgánicos y se hidrofiriza.

Efectos de limpieza

Se distinguen fundamentalmente dos efectos diferentes que la luz UV provoca en una superficie: la limpieza de la superficie y la modificación de la superficie. Existen diferencias en el mecanismo de reacción, pero ambos procesos influyen positivamente en las fuerzas de adhesión y las propiedades de adherencia de la superficie tratada. La luz UV y también el grabado por plasma ofrecen un efecto de limpieza considerablemente mayor sobre las superficies que una limpieza húmeda convencional. Básicamente se pueden eliminar de forma fiable y profunda sustancias orgánicas y, en particular, grasas. Sin embargo, esto solo se aplica a capas finas. Por ello, la limpieza más eficaz consiste en una combinación de limpieza húmeda convencional y posterior fotolimpieza mediante tratamiento UV. Si es necesario, puede añadirse un enjuague final con agua ultrapura para eliminar las partículas que eventualmente se hayan generado durante la fotolimpieza. Este es el estado actual de la tecnología de limpieza.

Modificación de superficies

En comparación con el tratamiento por plasma, el procesado fotoquímico de superficies con UV ofrece la ventaja de un manejo más sencillo. Además, la irradiación con luz UV puede aplicarse a casi cualquier geometría mediante la disposición de lámparas o el diseño de la forma de las lámparas. Por ello, el método puede emplearse, por ejemplo, en piezas de fundición. Las piezas de plástico también pueden tratarse eficazmente debido a las bajas temperaturas del proceso. El éxito del tratamiento depende, por supuesto, del material y de sus propiedades. En condiciones limpias, el efecto de limpieza puede durar semanas.

Efectos sobre la adhesión

Tras el tratamiento con luz UV, la superficie está limpia o modificada y se incrementan las fuerzas de adhesión. La mojabilidad de la superficie cambia y esta propiedad se utiliza para medir el efecto de limpieza. Se aplican varios métodos:

Ángulo de contacto de una gota de agua.

Un buen método para determinar la naturaleza hidrofílica de una superficie es medir el ángulo de contacto de una gota de agua depositada. A medida que aumenta la mojabilidad, el ángulo entre la gota de agua y la superficie se hace más pequeño. El método es muy preciso y puede automatizarse.

Ángulo de contacto

Reactivo de mojabilidad.

Otro método utiliza un agente humectante especial cuya extensión sobre la superficie se observa. En este caso es necesario humedecer superficies de referencia y comparar la extensión del agente sobre la superficie de referencia con su extensión sobre la superficie a ensayar. La precisión del método de prueba depende de la experiencia del operador.

Prueba de humectación

Uso de retículas de humectación.

En este método se aplica un barniz acrílico sobre la superficie y se practica una cuadrícula. Se coloca una película de celofán sobre el barniz y luego se despega. Según la adherencia, se desprenden más o menos cuadrados de barniz de la superficie. Se contabiliza el número de cuadrados desprendidos.

Retícula de humectación
Aplicaciones

El desarrollo de nuevos productos de alta tecnología requiere cada vez con más frecuencia una definición precisa de las propiedades de la superficie. La luz UV de onda corta es capaz de producir propiedades de superficie reproducibles mediante efectos de limpieza y modificación. Hoy en día este método es una opción imprescindible. De este modo se pueden aumentar los rendimientos de producción. Esto se aplica a muchas aplicaciones diferentes, desde componentes optoelectrónicos hasta aplicaciones en semiconductores y LCD, así como la preparación de superficies para el pegado o aplicaciones en tecnología médica y ambiental.

El método puede aplicarse como limpieza en seco en atmósfera normal, muestra una alta eficacia, es versátil y apenas daña el producto.

Aumento de las fuerzas de adhesión.

La mejora de la superficie puede aplicarse a distintos materiales como plásticos, metales y materiales inorgánicos. Algunas aplicaciones son, por ejemplo, el sellado de acuarios, el pegado de piezas de plástico o caucho, la colocación de láminas de aluminio en la fabricación de condensadores, el montaje de cabezales magnéticos, marcos portapines de semiconductores, ...

Mejora de las propiedades de adherencia.

Fijación óptima de lubricantes, recubrimientos protectores de lentes, retroiluminación para pantallas de cristal líquido, etc.

Mejora de los recubrimientos.

Este efecto se puede utilizar, por ejemplo, en el recubrimiento de piezas de carrocería o en el recubrimiento de bobinas para motores lineales superconductores.

Efectos de limpieza.

La limpieza de vidrio o productos cerámicos así como de superficies metálicas es una aplicación estándar de la irradiación UV. Se utiliza en la fabricación de LCD y pantallas de plasma, en la limpieza de máscaras litográficas, en la fabricación de osciladores de cuarzo, en la limpieza de lentes ópticas, prismas, espejos, componentes piezoeléctricos y muchas otras piezas.