DE102007048779A1

DE102007048779A1 - Nachweisverfahren von Substanzen von Oberflächen mittels eines Abklatschmediums

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Publication number: DE102007048779A1
Application number: DE200710048779
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-04-16

Abstract

Es wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Substanzen, die sich in geringen Mengen auf Oberflächen befinden, mittels eines Abklatschmediums analysiert werden können. Dazu wird das Abklatschmedium bei erhöhtem Druck auf ein Substrat gepresst, wobei sich dabei aus dem Abklatschmedium eine Tablette bildet, in der die zu analysierende Substanz enthalten ist. Die Tablette aus dem Abklatschmedium lässt sich mit verschiedenen Verfahren analysieren.

Description

Auf Oberflächen von Substraten finden sich oft Substanzen in kleinen Mengen. Die Menge dieser Materialien beträgt oft nur einige Atomlagen. Dennoch haben diese Substanzen einen großen Einfluss auf z. B. Adhäsion von Beschichtungen und Klebstoffen, Gleiteigenschaften, Benetzungsverhalten, aber auch Härte der Oberfläche und Migration von Substanzen aus dem Material.
So ist zum Beispiel bei Anwesenheit von Gleitmittel oder Tensiden von Oberflächen oft die Adhäsion von Klebstoffen, Lacken, Beschichtungen oder Druckfarben verschlechtert. Die Adhäsion kann dabei so gering werden, dass es zu Reklamationen beim Kunden führt.
Ein anderes Beispiel sind silikonisierte Trennmaterialien, bei denen kleinste Mengen an ungebundenem Silikon die Klebkraft von Klebstoff verändern, die auf das Silikon aufkaschiert sind. Durch Tenside kann auch die Siegelfähigkeit einer Oberfläche stark reduziert werden.
Der Nachweis der auf den Oberflächen befindlichen Substanzen ist meist sehr schwierig, da diese in geringen Mengen vorkommen und sich außerdem von der Oberfläche schlecht ablösen lassen.
Eine mögliche Methode zum Nachweis ist das Abspülen der Oberfläche mit Lösungsmittel. Das Lösungsmittel wird dann aufgefangen und analysiert. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig. Bei oberflächenaktiven Substanzen, die gut auf der Oberfläche haften, ist ein Entfernen über diese Methode auch nicht immer möglich.
Alternativ können Oberflächen mit der Methode ESCA untersucht werden. ESCA ist aber nur in wenigen Laboren verfügbar und ist sehr teuer und aufwendig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Substanzen, die sich auf Oberflächen von Substanzen in kleinen Mengen befinden, leicht nachweisbar werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Abklatschmedium auf das Substrat aufgebracht, auf dem sich die auf der Oberfläche gebundene Substanz befindet. Das Abklatschmedium ist eine Substanz, die in der Lage ist Materialien von der Oberfläche des Substrats aufzunehmen. Das Abklatschmedium kann beispielsweise als Pulver, Lösung oder Tablette vorliegen. Das Abklatschmedium wird auf das Substrat gepresst.
Zum Aufpressen wird beispielsweise eine Apparatur wie bei der Herstellung eines KBr-Presslings verwendet.
Zur Herstellung des KBr-Presslings werden üblicherweise Pressen eingesetzt, die hohe Drücke ermöglichen. Zur Herstellung des Presslings werden üblicherweise eine Apparatur verwendet, bei der ein oberer Stempel auf einen unteren Stempel drückt. Beide Stempelt befinden sich in einer massiven Hülse. Während dem Aufbringen des Pressdrucks ist die Apparatur so ausgelegt, dass im Presswerkzeug ein Unterdruck zum Evakuieren angelegt werden kann, um die Qualität des Presslings zu verbessern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat in das Presswerkzeug hineingelegt. Dazu wird es beispielsweise passend zum Presswerkzeug ausgeschnitten oder ausgestanzt. Das Abklatschmedium wird auf die zu analysierende Oberfläche des Substrats aufgebracht. Es ist auch möglich, das Abklatschmedium zuerst aufzulegen auf die untere Platte des Presswerkzeugs und auf das Abklatschmedium das Substrat aufzulegen.
Bei dem Verfahren ist vorteilhaft, dass bereits sehr kleine Stellen des Substrats zur Analyse ausreichen. Bei bedruckten Substraten ist das besonders vorteilhaft, da bereits die Druckmarken, bei denen die einzelnen Farben separat gedruckt werden, zur Analyse herangenommen werden können. Da diese auch bei verschiedenen Druckmotiven gleich sind, können auch verschiedene Drucke aus verschiedenen Druckvorgängen miteinander verglichen werden.
Alternativ kann das Abklatschmedium zuerst auf das Substrat aufgelegt werden und auf das Abklatschmedium selber noch ein zweites Substrat auflegen. Dabei ist das Substrat immer mit der Oberfläche, die analysiert werden soll, in Richtung des Abklatschmediums orientiert.
Der aus dem Abklatschmedium hergestellte Pressling kann analysiert werden. Dazu wird der Pressling von dem Substrat abgenommen. Der Pressling wird dadurch leichter analysierbar, da das Substrat bei den meisten Analyseverfahren selber störende Signale liefert. Es ist von Vorteil, wenn das Abklatschmedium aus einer Substanz besteht, die keine oder nur wenige Eigensignale in den Analyseverfahren zeigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Abklatschmedium um ein Pulver, eine Tablette oder eine Lösung. Es ist hier vorteilhaft, dass Pulver leicht auf das Substrat aufgebracht werden können. Bei Verwendung einer Tablette ist vorteilhaft, dass die Dosierung einfach ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn es sich bei Abklatschmedium um ein Pulver handelt. Dieses kann gut aufgetragen werden. Außerdem weist Pulver eine große Oberfläche auf, die die Substanzen von der Oberfläche gut aufnehmen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn das verwendete Pulver in der Lage ist unter erhöhtem Druck oder erhöhter Temperatur einen Pressling oder einen verpressten Film zu bilden. Dazu ist vorteilhaft, wenn das Pulver fließfähig wird z. B. bei hohen Drücken. Dadurch ist es in der Lage Substanzen von der Oberfläche zu lösen und in den Pressling einzubinden. Der Pressling kann nach dem Verpressen leicht als ein Stück gehandhabt werden, das leicht transportiert werden kann. Auch lässt es sich einfach in Analysegeräte einspannen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn es sich bei der Abklatschmedium um Kaliumbromid (KBr) handelt. KBr ist ein Material, das in der Lage ist, unter Druck Presslinge zu bilden. Zudem zeigt es bei der IR-Spektroskopie keine störenden Absorptionen. Zur Herstellung des KBr-Presslings wird auf die Oberfläche, die analysiert werden soll, KBr aufgebracht. Das KBr wird auf dem Substrat verpresst unter erhöhtem Druck. Der KBr-Pressling ist eine klare Tablette, die im IR-Spektrum keine Absorptionen zeigt. Auch im Bereich des UV-VIS lässt KBr Strahlung durch. Die Qualität des KBr-Presslings wird besonders hoch, wenn das eingesetzte KBr Pulver sehr trocken ist und eine feine Körnung aufweist. Das KBr Pulver beginnt bei einem hohen Druck zu fließen und bildet dabei den Pressling. Das KBr ist durch den Fließprozess in der Lage Substanzen einzulagern. Die große Oberfläche des KBr-Pulvers ermöglicht, dass Substanzen gut aufgenommen werden können.
Dies wird genutzt bei der Herstellung eines KBr-Presslings für die IR-Spektroskopie. Bei diesem Verfahren wird KBr-Pulver mit einer Substanz in einem Mörser verrieben. Das Gemisch aus KBr-Pulver und Substanz wird zusammen verpresst. Der erhaltene KBr-Pressling kann mit IR-Spektroskopie untersucht werden, da das KBr selber keine Absorptionen in diesem Bereich zeigt. Im IR-Sepktrum sind daher nur die Absorptionen der zugemischten Substanz ersichtlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, dass es sich bei Abklatschmedium um eine Tablette handelt. Der Vorteil ist, dass die Tablette bereits die notwendigen Maße und immer in der gleichen Menge eingesetzt werden kann. Auch lässt sich eine Tablette, leicht handhaben und damit einsetzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Tablette zumindest aus Teilen aus KBr besteht. Das KBr in der Tablette wird unter hohem Druck fließfähig und löst Substanzen von der Oberfläche. Die Tablette kann aber auch vollständig aus KBr bestehen. Dies ist besonders vorteilhaft, da reines KBr bei der IR Spektroskopie keine Absorptionen hat, die stören würden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn es sich bei dem Abklatschmedium um eine Lösung handelt. Eine Lösung lässt sich besonders leicht mit einer Pipette aufbringen und besonders leicht dosieren. Außerdem kann diese besonders gut Substanzen von der Oberfläche ablösen Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Lösung des Abklatschmediums Materialien enthält, die einen Pressling oder einen verpressten Film bilden, wenn man die Lösung unter mechanischem Druck evakuiert.
Evakuieren ist auch üblich bei der Herstellung eines KBr-Presslings für die IR-Spektroskopie. Außer durch Anlegen eines hohen mechanischen Drucks hilft es zusätzlich die Luft abzusaugen, um eine möglichst gute Qualität des Presslings zu erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn der aus dem Abklatschmedium gebildete Pressling oder verpresste Film bei der zur Analyse verwendeten spektroskopischen Methode keine störenden Signale zeigt. Der Vorteil ist, dass der Pressling direkt untersucht werden kann. Die bei der entsprechenden Spektroskopie erhaltenen Signale lassen sich dann einfach den im Pressling oder im verpressten Film enthaltenen Substanzen zuordnen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, dass spektroskopische Methoden zur Analyse verwendet werden. Diese haben sehr niedrige Nachweisgrenzen und ausserdem geben diese quantitative Informationen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden spektroskopische Methoden wie beispielsweise IR-Spektroskopie, UV-Spektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, Raman-Spektroskopie zur Analyse des Presslings eingesetzt. Diese haben sehr niedrige Nachweisgrenzen und ausserdem geben diese quantitative Informationen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn bei Verwendung von spektroskopischen Methoden die Substanz direkt im KBr-Pressling untersucht wird. Dazu wird der KBr-Pressling mit der für die jeweilige Spektroskopische Methode übliche Lichtquelle durchstrahlt. Es ist von Vorteil, wenn z. B. IR-Spektroskopie verwendet wird, da KBr selber in dieser Strahlung nicht absorbiert. Alle erhaltenen Signale sind bei der IR-Spektroskopie auf die in das KBr eingebundenen Substanzen zurückzuführen.
Gemäß der erfindungsgemäßen Verfahren ist es von Vorteil, wenn der aus dem Abklatschmedium gebildete Pressling oder der verpresste Film sich von dem Substrat abtrennen lässt. Dadurch kann der hergestellte Pressling oder der verpresste Film allein ohne Substrat analysiert werden. Dies hat z. B. bei Verwendung spektroskopischer Methoden Vorteile, da die Substrate selber meist störende Signale bei der Spektroskopie liefern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn das Abklatschmedium zumindest aus Teilen aus Wachs, Paraffin oder PE besteht. Diese Verbindungen können als Pulver als auch als Tablette eingesetzt werden. Das Wachs, Paraffin oder PE in der Tablette wird unter hohem Druck und/oder erhöhter Temperatur fließfähig und löst Substanzen von der Oberfläche des zu analysierenden Substrats. Außerdem liefert Wachs, Paraffin oder PE bei der IR-Spektroskopie nur wenige störende Absorptionen. Weiterhin lassen sich Filme aus diesen Materialien gut vom Substrat abnehmen.
Das erfindungsgemäßen Verfahren kann auf unterschiedlichste Substrate angewendet werden. Diese können zweidimensional oder dreidimensional sein. Beispiele sind Flaschen, Becher, Folien und Platten
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn das Substrat zweidimensional z. B. eine Folie ist. Auf dieser kann sich besonders leicht das Abklatschmedium aufgebracht und ein Pressling hergestellt werden.
Das Verfahren ist anwendbar auf alle gängigen Substrate aus z. B. Kunststoff, Metall, Holz, Papier, Glas, Stein, Keramik. Kunststoff- und Metallfolien sind hier besonders geeignet, da diese sich sehr einfach in das Presswerkzeug einbringen lassen. Die Form des Substrats ist bevorzugt flächig, es kann sich aber auch um 3-dimensionale Produkte handeln wie z. B. Flaschen oder Becher. Hier ist eine spezielle Pressstempelform erforderlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, dass die Substrate aus Kunststoff bestehen aus PET, PVC, PP, PE, PA und Folien aus Metall Aluminiumfolien sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Herstellung des Presslings oder des verpressten Films auf dem Substrat durch Druck unter erhöhter Temperatur erfolgt. Durch die erhöhte Temperatur wird verhindert, dass sich Wasser in den Pressling einlagert, was zur Verschlechterung der Qualität des Presslings führt. Weiterhin lassen sich vor allem bei Verwendung von PE, Wachs etc. eine bessere Filmbildung erkennen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, wenn das Abklatschmedium zumindest aus Teilen aus KBr besteht. Dieses kann als Pulver als auch als Tablette eingesetzt werden. Das KBr in der Tablette wird unter hohem Druck fließfähig und löst Substanzen von der Oberfläche des zu analysierenden Substrats. Außerdem liefert KBr bei der IR-Spektroskopie kaum störende Absorptionen.
Das KBr bildet unter Druck einen Pressling, der keine Absorptionen z. B. in der IR-Spektroskopie zeigt. Der Pressling kann einfach gehandhabt werden.
Das Substrat kann eine Beschichtung aufweisen wie einen Lack oder eine Druckfarbe. Viele Materialien sind lackiert oder bedruckt. Die Oberfläche von solchen Substraten besteht dann vor allem aus Lack und/oder Druckfarbe. In Lacken und Druckfarben sind oft Additive enthalten, die sich auf der Oberfläche ablegen und deren Nachweis von Interesse ist z. B. bei Haftungsproblemen oder bei Migration von Substanzen.
Zum Herstellen eines Presslings aus dem Abklatschmedium ist ein Presswerkzeug vorteilhaft. Dieses soll ermöglichen, dass das Abklatschmedium beim Pressvorgang nicht am Rand herausgepresst wird. Ausserdem soll es die Druckkräfte gleichmäßig übertragen. Für die hohen Drücke muss es auch sehr stabil sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft ein Werkzeug zu verwenden, bei dem die Folie in das Werkzeug hineingeschoben wird gezeigt. Dazu ist im Werkzeug ein Spalt angebracht, durch den das Substrat eingeschoben werden kann. Der Spalt kann sich beispielsweise auf der Höhe der oberen Kante des unteren Pressstempels befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft ein Werkzeug zu verwenden, bei dem das Substrat auf der unteren Platte aufliegt und diese Platte ist gleichzeitig Gegenplatte für den Pressstempel. Die Folie kann dann direkt auf die untere Platte gelegt werden. Die Folie muss daher nicht so ausgestanzt werden, dass diese in die Hülse passt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der gebildete KBr-Pressling vom Substrat abgenommen werden kann. Dadurch ist eine Analyse des reinen Presslings möglich, der die entsprechenden Substanzen von der Oberfläche des Substrats aufgenommen hat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Abklatschmedium in der Lage ist, die Substanzen von der Oberfläche der Substrate aufzunehmen. Dadurch können diese Substanzen im Pressling analysiert werden unabhängig vom Substrat. Z. B. ist KBr Pulver hierzu besonders geeignet aufgrund seiner großen Oberfläche und seinem Fließvermögen bei hohen Drücken.
Der Nachweis von Substanzen aus Oberflächen ist oft bei Beschichtungen wie Lacken und Druckfarben von Interesse, wenn diese nicht vollständig ausgehärtet sind. Durch die nicht ausreichende Aushärtung ist die Ansammlung von entfernbaren Substanzen auf Oberflächen besonders groß.
Diese Substanzen haben auf die Endeigenschaften wie die Haftung auf diesen Oberflächen oder die Migration aus diesen beschichteten Substraten einen großen Einfluss. Ein Nachweis dieser Substanzen ist dort sehr hilfreich, um auftretende Probleme zu verstehen oder im Vornhinein zu verhindern.
Bei nicht ausgehärteten Beschichtungen ist an den Oberflächen besonders oft die niedrigmolekularen Substanzen vorhanden. Diese können z. B. in den nachfolgenden Prozessen oder in der Endanwendung Probleme bereiten. Es ist von Vorteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diese zu erfassen. Auch nur kleine Flächen können damit untersucht werden.
Der Nachweis von Substanzen aus nicht vollständig ausgehärteten Oberflächen ist vor allem bei der Härtung von strahlungshärtenden Lacken, oder Druckfarben, oder Beschichtungen von Bedeutung. Bei strahlungshärtenden Materialien ist die Härtung der Oberfläche besonders schwierig aufgrund des angrenzenden Luftsauerstoff, der eine inhibierende Wirkung hat. Die Aushärtung ist abhängig von den eingesetzten Rohstoffen und der zum Trocknen verwendeten Strahlungsdosis. Ist die Strahlungsdosis nicht ausreichend für den verwendeten Lack, oder die verwendete Druckfarbe, oder die verwendete Beschichtung, verbleibt eine Schicht ungehärteten Materials auf der Oberfläche. Ist die Dosis viel zu gering, ist das daran ersichtlich, dass die Oberfläche klebrig wirkt. Bei höheren Dosen wird die nicht gehärtete Schicht sehr dünn, weshalb von Seiten der Oberflächenqualität nicht erkannt werden kann, ob die Aushärtung vollständig war. Die nicht ausgehärteten Oberflächenschichten sind kleiner als 1 Mikrometer.
Ein Nachweis, dass die Aushärtung nicht ausreichend ist, zeigt die Behandlung mit KMnO4. Dieses reagiert mit den nicht umgesetzten Doppelbindungen unter Bildung einer braunen Farbe. Umso brauner die Oberfläche nach der Behandlung ist, desto schlechter ist die Umsetzung. Eine Quantifizierung ist nicht vernünftig durchführbar, wegen der unterschiedlichen Farbe des Untergrunds. Bei dunklem Untergrund bzw. dunkler Farbe lässt sich die KMnO4 Methode kaum anwenden. Das erfindungsgemäße Verfahrens hat dagegen den Vorteil, dass dieses Verfahren quantitative Informationen auch auf dunklen Oberflächen liefert.
Nicht ausreagierter Lacke oder Druckfarben oder Beschichtungen sind problematisch, auch wenn diese Materialien nur einen sehr dünnen Film mit weniger als 1 Mikrometer auf der Substratoberfläche bilden. Zum einen wird die Härte, Abriebbeständigkeit, Gleiteigenschaften beeinflusst, was für die weitere Verarbeitung oder die Endanwendung Nachteile liefert. So sind Oberflächen bei Möbel weniger Kratzbeständig oder Lacke auf Folien lassen sich leichter abreiben. Bei Etikettenlaminaten können Trennpapiere mit Silikonbeschichtung die Klebeigenschaften des Etikettenmaterials stark verändern, wenn Spuren von nicht ausgehärtetem Silikon auf den Klebstoff übergehen.
Ein besonders großes Problem stellen nicht ausgehärtete Druckfarbenoberflächen im Bereich des Verpackungsdrucks dar. Die nicht ausgehärteten Druckfarbenkomponenten können leicht migrieren auf Lebensmittel. Weiterhin kann es sehr leicht zum Abklatsch kommen. Beim Abklatsch werden nicht ausgehärtete Bestandteile von der Oberfläche eines Substrats übertragen auf die Rückseite des Substrats, wenn zwei Substrate aufeinandergestapelt oder aufeinandergewickelt werden. Der Abklatsch ist gerade bei Folien bzw. Folienverbunden, die im Lebensmittelbereich eingesetzt werden kritisch, da durch den Abklatsch die nicht ausgehärteten Druckfarben, oder Lacke, oder Beschichtungskomponenten auf die Rückseite der Folienverbunde gelangen, die einen direkten Kontakt zum Lebensmittel hat.
Es ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann als Methode zur Überprüfung der Aushärtung bei strahlungshärtenden Beschichtungen, Lacken und Druckfarben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann verwendet werden, um die Bildung von Abklatsch oder die Migration von nicht ausgehärteten Lacken, oder Druckfarben, oder Beschichtungs-Bestandteilen im Verpackungsdruck auszuschließen. Das erfindungsgemäße Verfahren dient als Prüfmethode, die einfach und schnell als Qualitätskontrolle verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, dass z. B. ein Drucker sofort beim Begutachten der ersten Druckbogen beurteilen kann, ob die Aushärtungsbedingungen in z. B. der Druckmaschine optimal eingestellt sind und die Aushärtung gesichert ist.
Von besonderem Vorteil ist, wenn in die Beschichtung Substanzen enthalten sind, die sich besonders leicht nachweisen lassen. Solche Substanzen können den Beschichtungen speziell eingearbeitet werden. Härtet die Beschichtung, oder der Lack, oder die Druckfarbe nicht genügend aus, befinden sich besonders viel der zugegeben Substanzen auf der Oberfläche, von der Sie nach oben beschriebenem Verfahren mit KBr abgenommen werden können. Die Substanz im KBr-PRessling lässt sich dann leicht analytisch nachweisen. Durch die quantitative Bestimmung der zugegeben Substanz lässt sich leicht überprüfen, wie die Härtung des Lacks, oder der Beschichtung, oder der Druckfarbe erfolgt ist.
Gut nachweisbare Substanzen können sein fluoreszierende Substanzen wie Fluorescein und seine Derivate. Diese Substanzen können mit Fluoreszenzspektroskopie in sehr geringen Mengen nachgewiesen werden. Fluoreszenzspektrometer sind sehr günstig zu haben, was eine günstige Analyse von Oberflächenaktiven Substanzen auch in kleinen Firmen ermöglicht. Der Nachweis von Substanzen auf Oberflächen ist damit auch als Qualitätskontrolle während dem Herstellungsprozess kostengünstig möglich.
Die Substanzen, die von der Oberfläche erfindungsgemäß erfasst werden können, können aus den Papiersubstraten und/oder aus Kunststoffsubstraten stammen. Die in diesen Materialien enthalten niedermolekularen Verbindungen wie z. B. Additive wie z. B. Gleitmittel, Weichmacher, Stabilisatoren, Harze migrieren bevorzugt an die Substratoberfläche, wenn diese eine geringe Kompatibilität mit dem Substrat aufweisen. Es ist von Vorteil, wenn man diese Substanzen erkennen kann, da diese Probleme bei der Verarbeitung und in der Endanwendung zeigen können.
Typischen Substanzen, die so an die Oberfläche gelangen können, sind Additive mit geringem Molekulargewicht wie z. B. Gleitmittel, Weichmacher, Stabilisatoren, Harze. Es ist von Vorteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diese nachzuweisen, da diese Probleme bei der Verarbeitung und in der Endanwendung zeigen können.
Die sich meist auf den Substraten bildenden Filme dieser Substanzen sind sehr dünn. Meist weisen diese Dicken von 1 nm–1 Mikrometer auf. Auch sehr dünne Ablagerungen im Mikrometerbereich lassen sich mit geeigneten spektroskopischen Methoden auf diese Weise nachweisen. Es ist von großem Vorteil, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch diese kleinen Mengen nachgewiesen werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn nach dem Pressvorgang und Entfernen des Abklatschmediums vom Substrat das Abklatschmedium wieder auf das Substrat an einer anderen Stelle als bei der Messung zuvor aufgelegt und mit diesem verpresst wird. Der Vorgang des Abnehmens und wieder Auflegens kann mehrfach wiederholt werden. Der Vorgang dient dazu, die Substanz von der Substratoberfläche im Abklatschmedium anzureichern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn bei Einsatzes eines Abklatschmediums wie z. B. KBr der erhaltene Pressling nach dem Pressvorgang wieder zu einem Pulver zu vermahlen und dieses Pulver dann wieder auf das Substrat aufzubringen. Nach dem ausreichenden Aufkonzentrieren wird der Pressling analysiert. Dies ist besonders von Vorteil bei Substraten mit sehr geringen Mengen von Substanzen auf der Oberfläche.
Der durch das beschriebene Verfahren erhaltene Pressling aus dem Abklatschmedium z. B. KBr, in dem die auf der Oberfläche des Substrats vorhandene Substanz eingelagert ist, wird mit einem geeigneten analytischen Verfahren untersucht wie z. B. Spektroskopische Methoden. Diese sind sehr empfindlich und geben quantitative Informationen. Geeignete analytische Methoden sind spektroskopische Methoden wie IR-Spektroskopie, UV-Spektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, Raman-Spektroskopie
Der durch das beschriebene Verfahren erhaltene Pressling aus dem Abklatschmedium z. B. KBr, in dem die auf der Oberfläche des Substrats vorhandene Substanz eingelagert ist, wird mit einem geeigneten analytischen Verfahren untersucht wie z. B. Chromatographie (GC, HPLC). Diese sind sehr empfindlich und geben quantitative Informationen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn bei Verwendung von spektroskopischen Methoden die Substanz direkt im KBr-Pressling untersucht wird. Dazu wird der Pressling aus dem Abklatschmedium mit der für die jeweilige Spektroskopische Methode übliche Lichtquelle durchstrahlt und die austretende Strahlung detektiert. Bevorzugt wird z. B. IR-Spektroskopie verwendet, wenn KBr das Abklatschmedium ist, da KBr selber in dieser Strahlung nicht absorbiert. Alle erhaltenen Signale sind bei der IR-Spektroskopie auf die in das KBr eingebundenen Substanzen zurückzuführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der KBr-Pressling, in den die jeweiligen Substanzen eingebunden sind, aufgelöst wird in einem Lösungsmittel und eine Analyse der erhaltenen Lösung erfolgt. Die Analyse des Lösungsmittels z. B. von Vorteil, wenn das Abklatschmedium selber bei der verwendeten spektroskopischen Methode Signale zeigt, die die Signale von Substanzen, die analysiert werden, zudecken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn bei z. B. bei KBr als Abklatschmedium Wasser verwendet wird zum Lösen. Wasser löst KBr sehr gut auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Analyse der Wasserphase nach dem Lösen erfolgen. Als analytische Methode kann Chromatographie und Spektroskopie verwendet werden. Bei Chromatographie hat das Lösen den Vorteil, dass die gesamte im KBr aufgenommene Substanz nicht im KBr eingeschlossen ist und daher für die Analyse zur Verfügung steht. Bei Verwendung von spektroskopischen Methoden hat das Auflösen des KBr-Presslings in Wasser den Vorteil, dass hier auch Strahlung verwendet werden kann, die vom KBr absorbiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die nach dem Auflösen des KBr in Wasser erhaltene Lösung mit organischen Lösungsmitteln wie z. B. Ether, Chloroform, Methylenchlorid, Benzin oder andere ausgeschüttelt wird. Die im KBr anfangs enthaltene Substanz kann dann in die organische Phase übergehen. In der organischen Phase kann die chromatographische oder analytische Untersuchung leichter erfolgen. Eine leichtere Analyse ist möglich, da z. B. bei Verwendung von spektroskopischen Methoden das verwendete Lösungsmittel die geringste Absorption zeigt. Auch ist möglich, dass bei wasserunlöslichen Substanzen diese sich an Behälteroberflächen absetzen und damit in der Wasserphase nicht ausreichend nachweisbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn mit einem organischen Lösungsmittel das Abklatschmedium aufgelöst wird oder zumindest die im Abklatschmedium sich befindende Substanz herausgelöst wird. Die Analyse der organischen Phase ist einfach mit Spektroskopie und GC möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann verwendet werden zur Qualitäts- und Prozesskontrolle. Dies ist möglich, da es ein sehr schnelles, halbquantitatives Verfahren ist zur Messung auf Oberflächen gebunden Substanzen, die üblicherweise schwer analysiert werden können. Das Verfahren eignet sich auch, da keine hohen Investitionskosten für Analysegeräte notwendig sind. Übliche Spektrometer sind relativ günstig im Vergleich zu Analysengeräten, die zur Oberflächenanalytik verwendet werden wie ESCA. Als weiteres ist von Vorteil, dass die Methode leicht auch ohne Fachpersonal durchführbar ist. Die Interpretation der Analysedaten ist ebenfalls einfach.
Es ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Untersuchung von mit strahlungshärtenden Lacken und/oder Druckfarben beschichteten Substraten einzusetzen, da dieses direkt an der Herstellungsmaschine eingesetzt werden kann. Dadurch lassen sich die Maschinenparameter optimal einstellen und eine Minimierung bzw.
Aufheben der Migration von Substanzen, die auf der Oberfläche sich befinden, ist damit einfach möglich.
Es ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch eingesetzt werden kann zur Analyse an sehr kleinen Stellen. Damit ist auch an Problemstellen, die sonst nicht untersucht werden können, eine Analyse möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist dargestellt wie unter Verwendung z. B. Kaliumbromid als Abklatschmedium ein Kaliumbromidpressling auf einem Substrat hergestellt wird und dieser analysiert wird mit z. B. IR-Spektroskopie.
In eine Hülse mit den Randbegrenzungen 6 und 7 wird ein unterer Pressenteil 1 hineingesteckt. Auf der unteren Pressenteil 1 wird eine Folie 2 aufgelegt. Folie 2 ist z. B. bedruckt mit strahlungshärtender Druckfarbe. Auf die Folie 2 wird KBr-Pulver 3 aufgebracht und zwar so, dass die Druckfarbe direkt Kontakt zum KBr-Pulver 3 hat. Auf das KBr-Pulver kommt ein oberer Pressenteil 5. Das KBr-Pulver 3 wird auf die Folie 2 aufgepresst durch Anlegen einer Kraft 9 auf den oberen Pressenstempel 5. Durch den Druck wandelt sich das KBr-Pulver 3 um zu einem KBr-Pressling 4. Dies ist eine klare Tablette. Von dem KBr-Pressling sind die auf der Folie vorhandenen Substanzen aufgenommen worden. Nach dem Verpressvorgang wird der obere Pressenstempel 5, der KBr-Pressling 4 und die Folie 2 und der untere Pressenstempel 1 wieder auseinandergebaut. Die Folie 2 hat gegen den KBr-Pressling 4 meist eine Adhäsion. Die Folie 2 kann aber von Pressling 4 abgezogen werden. Pressling 4 kann dann z. B. durch IR-Spektroskopie analysiert werden. Dazu wird Infrarotstrahlung 10 durch den KBr-Pressling 2 gestrahlt. Die durchgetretene Strahlung 10 gelangt auf einen Detektor 8, und dessen Signale dann ausgewertet werden.

Claims

Verfahren zum Nachweis von Substanzen an einer Oberfläche eines Substrats (2), gekennzeichnet durch i. Aufbringen von einem Abklatschmedium (3) auf das Substrat (2); ii. Anpressen des Abklatschmediums (3) an die Oberfläche des Substrats (2), wobei auf dem Substrat (2) ein Pressling (4) oder ein verpresster Film aus dem Abklatschmedium (3) gebildet wird; iii. Abnehmen des Presslings (4) oder des verpressten Films von dem Substrat (2); iv. Analysieren des Presslings (4) oder des verpressten Films.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Abklatschmedium in Form eines Pulvers, einer Tablette oder einer Lösung auf das Substrat aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Abklatschmedium ein Pulver ist.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass das Pulver zu dem Pressling oder dem verpressten Film verpressbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet dadurch, dass das verwendete Pulver mindestens einen Anteil von Kaliumbromid enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Abklatschmedium eine Tablette ist.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Tablette mindestens einen Anteil von Kaliumbromid enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Abklatschmedium eine Lösung ist.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass die Lösung des Abklatschmediums Materialien enthält, die bei Anlegen eines hohen Drucks den Pressling oder den verpressten Film bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, gekennzeichnet dadurch, dass die Bildung des Presslings oder des verpressten Films aus dem Abklatschmedium verbessert wird durch gleichzeitiges Anlegen eines Luftunterdrucks beim Anpressvorgang.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, gekennzeichnet dadurch, dass der aus dem Abklatschmedium erhaltene Pressling oder verpresste Film bei der zur Analyse verwendeten Methode keine störenden Signale zeigt.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass zur Analyse spektroskopische Methoden verwendet werden
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, gekennzeichnet dadurch, dass als spektroskopische Methoden zur Analyse mindestens eines der nachfolgenden Verfahren verwendet wird: UV-Spekroskopie, IR-Spektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, Chromatographie, GC, HPLC.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, gekennzeichnet dadurch, dass der aus dem Abklatschmedium gebildete Pressling oder verpresste Film vom Substrat abtrennbar ist, nachdem das Abklatschmedium auf das Substrat gepresst wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei dem Pulver um PE oder Paraffin handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–15, gekennzeichnet dadurch, dass es sich beim Substrat um eines der folgenden handelt: eine Folie, eine Platte, einen Becher, eine Flasche.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–15, gekennzeichnet dadurch, dass es sich beim Substrat um eine Folie handelt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, dass das Substrat aus Kunststoff, PET, PE, PP, PA oder Metall, Aluminium oder Papier besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–18, gekennzeichnet dadurch, dass das Abklatschmedium auf dem Substrat unter erhöhter Temperatur angepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–19, gekennzeichnet dadurch, dass das Abklatschmedium mindestens Anteile von Kaliumbromid enthält.
Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet dadurch, dass sich bei Einsatz von einem Abklatschmedium, das mindestens Anteile von Kaliumbromid enthält, beim Anpressen auf das Substrat mit hohem Druck ein Kaliumbromid-Pressling oder ein verpresster Film aus Kaliumbromid bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–21, gekennzeichnet dadurch, dass die Herstellung des Presslings oder des verpressten Films in einem Werkzeug erfolgt, in das das Substrat hineingelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–21, gekennzeichnet dadurch, dass die Herstellung des Presslings oder des verpressten Films erfolgt in einem Werkzeug, wobei das Substrat durch eine Aussparung im Werkzeug zwischen den unteren und oberen Stempel des Werkzeugs eingeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–21, gekennzeichnet dadurch, dass die Herstellung des Presslings in einem Werkzeug erfolgt, bei dem das Substrat auf einer unteren Platte aufliegt, welche gleichzeitig Gegenplatte zu einem Pressstempel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–24, gekennzeichnet dadurch, dass der gebildete Kaliumbromid-Pressling vom Substrat abgenommen werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–25, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Bildung des Presslings oder des verpressten Films die an der Oberfläche des Substrats befindlichen Substanzen in den Pressling oder den verpressten Film übergehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–26, gekennzeichnet dadurch, dass das Substrat beschichtet oder bedruckt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–27, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Substanzen an der Oberfläche des Substrats um nicht ausgehärtete Beschichtungen handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–28, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Substanzen an der Oberfläche des Substrats um nicht vollständig ausgehärtete Beschichtungen basierend auf strahlungshärtender Rohstoffbasis handelt.
Verfahren nach Ansprüche 1–28, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Substanzen an der Oberfläche des Substrats um nicht vollständig ausgehärtete Druckfarben basierend auf strahlungshärtender Rohstoffbasis handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–30, gekennzeichnet dadurch, dass in einer Druckfarbe oder einer Beschichtung des Substrats eine Signalsubstanz oder ein Tracer enthalten ist, der besonders leicht analytisch nachweisbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–31, gekennzeichnet dadurch, dass als Signalsubstanz oder Tracer fluoreszierende Substanzen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–32, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Substanzen an der Oberfläche des Substrats um Verbindungen handelt, die aus Folien, Kunststoffteilen oder Papier an die Oberfläche migrieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–34, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Substanzen an der Oberfläche des Substrats um Substratadditive handelt.
Verfahren nach Anspruch 34, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Substanzen aus den Substraten um mindestens eines der folgenden Additive handelt: Gleitmittel, Weichmacher, Stabilisatoren, Harze.
Verfahren nach Anspruch 35, gekennzeichnet dadurch, dass die Substanzen an der Oberfläche des Substrats in einer Tiefe zwischen wenigen Nanometern bis 3 Mikrometern vorliegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–36, gekennzeichnet dadurch, dass das Abklatschmedium nach dem Anpressen an das Substrat einen Pressling oder einen verpressten Film bildet, der erneut zu einem Pulver verrieben wird, das dann wiederum auf das Substrat aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–37, gekennzeichnet durch einfaches oder mehrfaches Wiederholen von mindestens zwei der folgenden Schritte a)–d) zur Herstellung des für die Analyse verwendeten Presslings oder verpressten Films: a. Aufbringen von einem Abklatschmedium auf das Substrat; b. Anpressen des Abklatschmediums an die Oberfläche des Substrats, wobei auf dem Substrat ein Pressling oder ein verpresster Film aus dem Abklatschmedium gebildet wird; c. Abnehmen des Presslings oder des verpressten Films von dem Substrat; d. Zerreiben des Presslings oder des verpressten Films.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–38, gekennzeichnet dadurch, dass nach dem Vorgang des Anpressens des Abklatschmediums an die Oberfläche des Substrats und des Abnehmens des Presslings oder des verpressten Films dieser analysiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–39, gekennzeichnet dadurch, dass das Analysieren von Substanzen aus der Oberfläche des Substrats, die in den erhaltenen Pressling oder verpressten Film eingelagert sind, durch spektroskopische Methoden erfolgt, und insbesondere erfolgt durch eine von: IR-Spektroskopie, UV-Spektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–39, gekennzeichnet dadurch, dass das Analysieren von Substanzen aus der Oberfläche des Substrats, die in den erhaltenen Pressling oder verpressten Film eingelagert sind, durch chromatographische Methoden erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 40, gekennzeichnet dadurch, dass das Analysieren der auf den Pressling oder verpressten Film übergegangenen Substanzen durch Durchstrahlen des Pressling oder des verpressten Films mit der für die jeweilige Spektroskopie verwendeten Strahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 39, gekennzeichnet dadurch, dass das Analysieren des Presslings oder des verpressten Films erfolgt nach Auflösen des Pressling oder des verpressten Film in Lösungsmittel.
Verfahren nach Anspruch 43, gekennzeichnet dadurch, dass das Auflösen des Presslings oder des verpressten Films in Wasser erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 44, gekennzeichnet dadurch, dass nach Auflösen des Pressling oder des verpressten Films in Wasser die Wasserphase analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 45, gekennzeichnet dadurch, dass nach Auflösen des Pressling oder des verpressten Films in Wasser die Wasserphase mit organischem Lösungsmittel extrahiert und die organische Phase analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 43, gekennzeichnet dadurch, dass das Auflösen des Presslings oder des verpressten Films mit organischen Lösungsmitteln erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 47, gekennzeichnet dadurch, dass nach Auflösen des Presslings oder des verpressten Films mit organischem Lösungsmittel die Lösungsmittelphase analysiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–48, gekennzeichnet dadurch, dass Substanzen, die sich nach dem Anpressen in dem aus dem Abklatschmedium gebildeten Pressling oder verpressten Film befinden, mit Lösungsmittel extrahiert oder abgewaschen werden.
Verfahren nach Anspruch 49, gekennzeichnet dadurch, dass Substanzen, die sich nach dem Anpressen in dem aus Kaliumbromid gebildeten Pressling oder verpressten Film befinden, mit organischen Lösungsmittel aus dem Pressling oder dem verpressten Film extrahiert oder abgewaschen werden.
Verfahren nach Anspruch 50 gekennzeichnet dadurch, dass die gemäß Anspruch 50 erhaltene Lösung analysiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–51, gekennzeichnet dadurch, dass das verwendete Abklatschmedium aus Kaliumbromid besteht.
Verfahren nach Anspruch 1–52 gekennzeichnet dadurch, dass sehr kleine Flächen eines Substrats mit Größen bis zu 0,5 mm² analysiert werden können.
Verfahren nach 1–53, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren zur Prozesskontrolle bei Aushärtung von strahlungshärtenden Druckfarben und Beschichtungen dient.
Verfahren nach 1–54, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren zur Minimierung der Migration aus strahlungshärtenden Druckfarben und Beschichtungen dient.