EA008013B1

EA008013B1 - Плазменный агрегат, работающий при атмосферном давлении

Info

Publication number: EA008013B1
Application number: EA200401343A
Authority: EA
Inventors: Эндрю Джеймс Гудвин; Стюарт Лидли; Фрэнк Суоллоу; Питер Доббин
Original assignee: Дау Корнинг Айэлэнд Лимитед
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2007-02-27
Also published as: CA2481715A1; JP2005524930A; CN1314301C; GB0208261D0; KR20040099423A; MXPA04009894A; KR100940454B1; TWI289868B; US20050178330A1; EP1493309B1; DE60304167T2; BR0308805A; AU2003229731A1; ATE321436T1; CN1643997A; ES2260619T3; WO2003086031A1; EA200401343A1; EP1493309A1; DE60304167D1

Abstract

Плазменный агрегат (1), работающий при атмосферном давлении, содержащий первую и вторую пару вертикально расположенных параллельных разнесенных плоских электродов (36) по меньшей мере с одной диэлектрической пластинкой (31) между упомянутой первой парой, смежной одному из электродов, и по меньшей мере с одной диэлектрической пластинкой (31) между упомянутой второй парой, смежной одному из электродов, причем промежуток между диэлектрической пластинкой и другой диэлектрической пластинкой или электродом каждой первой и второй пар электродов образует первую и вторую области (25, 60) плазмы, отличающийся тем, что агрегат дополнительно содержит средство (70, 71, 72) перемещения подложки последовательно через упомянутые первую и вторую области (25, 60) плазмы, и распылитель (74), выполненный с возможностью введения распыленной жидкости или твердого материала для изготовления покрытия в одну из упомянутых первой или второй областей плазмы.

Description

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к плазменному агрегату, работающему при атмосферном давлении, а также к способу для обработки подложки с использованием упомянутого агрегата.

Уровень техники

Когда вещество непрерывно снабжается энергией, его температура повышается, и оно обычно преобразуется из твердого состояния в жидкое, а затем в газообразное состояние. Продолжение подачи энергии вызывает дальнейшее изменение состояния системы, при котором нейтральные атомы или молекулы газа разбиваются под действием энергичных столкновений, производя отрицательно заряженные электроны, положительно или отрицательно заряженные ионы и другие частицы. Указанная смесь заряженных частиц, проявляющих коллективное поведение, называется плазмой, четвертым состоянием вещества. Вследствие электрического заряда частиц на плазму сильно влияют внешние электромагнитные поля, что делает ее легко управляемой. Кроме того, высокая энергия частиц позволяет реализовывать процессы, которые невозможны или трудно осуществимы в другом состоянии вещества, например, посредством обработки газом или жидкостью.

Термин плазма охватывает огромный диапазон систем, плотность и температура которых варьируется в широких пределах. Некоторые виды плазмы являются очень горячими, а все их микроскопические частицы (ионы, электроны и т.д.) находятся почти в тепловом равновесии, причем энергия, вводимая в систему, распределяется через столкновения атомного/молекулярного уровня. Однако другие виды плазмы, особенно плазмы при низком давлении (например, 100 Па), в которых столкновения являются относительно редкими, содержат частицы с различными температурами, охватывающими широкий диапазон температур, и называются неравновесной по температуре плазмой. В указанной неравновесной по температуре плазме свободные электроны очень горячие, с температурой много тысяч градусов Кельвина (К), тогда как нейтральные и ионные частицы остаются холодными. Вследствие того, что свободные электроны имеют пренебрежительно малую массу, полное содержание теплоты системы является низким, и плазма находится при температуре, близкой к комнатной, тем самым, обеспечивая возможность обработки температурно-чувствительных материалов, таких как пластмассы или полимеры, не накладывая разрушительную тепловую нагрузку на образец. Однако горячие электроны создают через высокоэнергетические столкновения богатый источник радикалов и возбужденных частиц с высокой химической потенциальной энергией, способных к полной химической и физической реакционной способности. Указанное сочетание низкотемпературного функционирования плюс реакционной способности делает нетепловую плазму технологически важным и очень мощным инструментом для изготовления и обработки материалов, способным достигать процессов, которые, если и достижимы вообще без плазмы, потребовали бы очень высоких температур или вредных и агрессивных химикатов.

Удобный способ промышленных применений плазменной технологии заключается в том, чтобы ввести электромагнитную мощность в объем рабочего газа, который может быть смесью газов и паров, в которые погружаются или через которые пропускаются заготовки/образцы. Газ ионизируется в плазму, генерируя химические радикалы, УФ-излучение и ионы, которые реагируют с поверхностью образцов. Путем правильного выбора состава рабочих газов, частоты возбуждающей мощности, давления и других параметров управления, плазменный процесс может быть подогнан для конкретного применения, требуемого изготовителем.

Вследствие огромного химического и температурного диапазона видов плазмы, они подходят для многих технологических применений. Неравновесные по температуре плазмы особенно эффективны для поверхностной активации, очистки поверхности, травления материала и покрытия поверхностей.

Поверхностная активация полимерных материалов является широко используемой промышленной плазменной технологией, первооткрывателем которой считается автомобильная промышленность. Так, например, полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, которые предпочитаются за их способность повторно использоваться, имеют неполярную поверхность и, следовательно, плохую предрасположенность к покрытию и склеиванию. Однако обработка кислородной плазмой приводит к образованию поверхностных полярных групп, дающих высокую смачиваемость и, следовательно, превосходную степень покрытия и адгезию к металлическим краскам, адгезивам и другим покрытиям. Так, например, плазменная поверхностная технология становится все более важной в изготовлении приборных панелей транспортных средств, приборных щитков, бамперов и т. д., а также в узловой сборке в игрушечной и подобных областях промышленности. Многие другие применения доступны в печатном деле, рисовании, склеивании, ламинировании и общем покрытии компонентов всех конфигураций из полимера, пластмассы, керамики/неорганики, металла и других материалов.

Возрастающая распространенность и усиление законодательства по окружающей среде во всем мире оказывает давление на промышленность, чтобы та уменьшила или устранила использование растворителей и других жидких химикатов в производстве, в частности, для очистки компонентов/поверхности. В частности, операции обезжиривания, основанные на СЕС, были в значительной степени заменены плазменной технологией очистки, работающей с кислородом, воздухом и другими нетоксичными газами. Объединение водных операций предварительной очистки с плазмой позволяет очищать даже очень сильно загрязненные компоненты; причем полученное в результате качество поверхности, в основном, пре

- 1 008013 восходит качество, получающееся при традиционных способах. Любое органическое поверхностное загрязнение быстро очищается плазмой комнатной температуры и преобразуется в газообразный СО₂ и воду, которые могут быть безопасно удалены.

Плазма также может выполнять травление вещества подложки, то есть для удаления оттуда нежелательного вещества. Так, например, кислородная плазма может травить полимеры, указанный процесс используется в производстве печатных плат. Различные вещества, такие как металл, керамика и неорганические вещества травятся посредством тщательного подбора газа-предшественника, и учета плазменной химии. В настоящее время посредством технологии плазменного травления производятся структуры вплоть до нанометровых критических размеров.

Плазменная технология, которая быстро внедряется в ведущие отрасли промышленности, состоит в плазменном осаждении тонкопленочных покрытий. Обычно, высокий уровень полимеризации достигается путем применения плазмы к мономерным газам и парам. Таким образом, может быть сформирована плотная, плотно сжатая и трехмерная пленка, являющаяся термо- и химически стойкой, а также механически прочной. Указанные пленки конформно осаждаются даже на самых сложных формах поверхности и при температуре, которая гарантирует низкую тепловую нагрузку на подложку. Таким образом, плазма является идеальной для покрытия хрупких и термочувствительных, а также надежных материалов. Плазменные покрытия свободны от микропор даже при нанесении тонкими слоями. Оптические свойства, например цвет покрытия, часто могут быть подогнаны, и плазменные покрытия хорошо прилипают даже к неполярным материалам, например полиэтилену, а также к стали (например, антикоррозионные пленки на металлических отражателях), керамике, полупроводникам, тканям и т.д.

Во всех упомянутых процессах плазменная технология производит поверхностный эффект, подобранный для требуемого применения или изделия, без воздействия каким-либо способом на объем материала. Таким образом, плазменная обработка предлагает изготовителю универсальный и мощный инструмент, позволяющий осуществлять выбор материала по его объемным техническим и коммерческим свойствам, при этом, предоставляя свободу независимо проектировать его поверхность, удовлетворяя набору полностью различных потребностей. Таким образом, плазменная технология дает изделию существенно возросшие функциональные возможности, технические характеристики, срок службы и качество, и придает производственной компании значительно возросшие производственные возможности.

Указанные свойства обеспечивают значительный стимул для промышленности, чтобы принять обработку с использованием плазменных процессов, и такое развитие, начиная с 1960-х гг., осуществлялось разработчиками микроэлектроники, превратившими плазму тлеющего разряда при низком давлении в сверхвысокотехнологичный и капиталоемкий технический инструмент для обработки полупроводников, металлов и диэлектриков. Та же плазма тлеющего разряда при низком давлении, начиная с предложения в 1980-х гг. процессов весьма умеренной стоимости, таких как активация поверхности полимеров для увеличенной силы адгезии/связи, высококачественное обезжиривание/очистка и осаждение высокотехнологичных покрытий, все больше проникает в другие отрасли промышленности. Таким образом, имелся существенный подъем плазменной технологии. Тлеющие разряды могут быть достигнуты как при вакуумном, так и при атмосферном давлении. В случае тлеющего разряда атмосферного давления, в качестве разбавителей используются газы, такие как гелий или аргон, а для генерации однородного тлеющего разряда атмосферного давления ионизацией Пеннинга используется высокочастотный (например, >1 КГц) источник питания (см. например, 1<апаха\\'а с1 а1., 1. Рйу8. Ό: Αρρί. Рйук. 1988, 21, 838, Окахак! с1 а1., Ргос. 1ри. §ушр. Р1а§та Сйеш. 1989, 2, 95, Капаха\\'а с1 а1., М.1с1саг ИЩгитспЦ аиб Мс1йоб§ ίη Р11у9са1 Рс5сагс11 1989. В37/38, 842, апб Уокоуата с! а1., 1. Рйуз. Ό: Αρρ1. Рйуз. 1990, 23, 374).

Однако принятие плазменной технологии было ограничено главным ограничением на большинство промышленных плазменных систем, а именно, необходимостью работать при низком давлении. Работа с частичным вакуумом подразумевает систему герметичного реактора с замкнутым периметром, обеспечивающую только автономную групповую обработку дискретных заготовок.

Производительность таких систем является низкой или невысокой и необходимость в вакууме увеличивает капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Впрочем, плазма атмосферного давления предлагает промышленности системы с открытым портом или периметром, обеспечивающие свободный вход и выход заготовок/ленты из области плазмы, и, следовательно, оперативную непрерывную обработку лент с большой и маленькой площадью или переносимых конвейером дискретных заготовок. Производительность таких систем является высокой за счет высокой плотности потока частиц, получаемой от работы при высоком давлении. Многие отрасли промышленности, такие как текстильная, упаковочная, бумажная, медицинская, автомобильная, космическая и т.д., почти полностью базируются на непрерывной, оперативной обработке, так что виды плазмы с конфигурацией открытого порта/периметра при атмосферном давлении предлагают новые возможности промышленной обработки.

Системы обработки коронным разрядом и пламенем (также плазмой) обеспечивали промышленность в ограниченной форме возможностью обработки плазмой атмосферного давления приблизительно на 30 лет. Однако, несмотря на высокую технологичность, указанные системы не смогли проникнуть на рынок или быть приняты промышленностью до степени, сравнимой с плазменной обработкой при низком давлении. Причина состоит в том, что системы коронного разряда/пламени имеют значительные ограниче

- 2 008013 ния. Указанные системы работают в окружающем воздухе, предлагая один процесс поверхностной активации, дают слабый эффект на большинстве материалов и ничтожный - на многих других. Обработка часто является неравномерной, и процесс коронного разряда несовместим с толстыми лентами и трехмерными заготовками, тогда как пламенный процесс несовместим с термочувствительными подложками.

Значительный прогресс был достигнут в плазменной обработке при атмосферном давлении. Существенная работа была выполнена по стабилизации тлеющего разряда атмосферного давления, как, например, в публикации Окахак! е1 а1., 1. Рйу8. Ό: Αρρί. Р11У5. 26 (1993) 889-892. Кроме того, в описании патента США № 5414324 (Ροϊΐι и соавт.) раскрывается генерация плазмы установившегося тлеющего разряда атмосферного давления между парой изолированных металлических пластинчатых электродов, разнесенных на 5 см и возбуждаемых радиочастотой (РЧ) со среднеквадратическим (тшк) потенциалом от 1 до 5 кВ при частоте от 1 до 100 КГц. Указанное описание патента раскрывает использование электрически изолированных металлических пластинчатых электродов и также проблемы электродных пластинок, и необходимость устранения электрического пробоя на краю электродов. Еще оно раскрывает использование электродов, которые в данном случае являются медными пластинками, и системы водяного охлаждения, которая снабжается через трубопроводы текучей среды, подсоединенные к электродам, причем вода не входит в прямой контакт с поверхностью электрода.

В описании патента США № 5185132 (Нотике и соавт.) раскрывается способ реакции атмосферной плазмы, в котором пластинчатые электроды используются в вертикальной конфигурации. Однако они используются в вертикальной конфигурации для того, чтобы подготовить плазму, а затем плазма направляется из пространства между пластинками на горизонтальную поверхность под вертикально расположенными электродами, расположенными по ходу движения от источника плазмы.

В патентах ЕР 0809275 и 1Р 11-29873 предлагаются системы тлеющего разряда атмосферного давления, имеющие по меньшей мере два набора горизонтально выстроенных пар электродов, через которые можно непрерывно пропускать ленту подложки при помощи валиков. Патенты 1Р 11-241165 и 1Р 2000212753 описывают плазменную систему электрического разряда с использованием импульсных электрических полей. Во всех указанных четырех документах подложка обрабатывается газами.

В совместно рассматриваемой заявке на патент \УО 02/35576 настоящих заявителей, опубликованной после даты приоритета настоящей заявки на патент, раскрывается плазменная система, содержащая пару параллельных разнесенных плоских электродов по меньшей мере с одной диэлектрической пластинкой между ними и смежной одному из электродов, причем промежуток между диэлектрической пластинкой и другой диэлектрической пластинкой или электродами образует область плазмы для газа предшественника, в которой обеспечивается система распределения охлаждающей жидкости для направления охлаждающей проводящей жидкости на внешнюю сторону по меньшей мере одного из электродов, чтобы покрывать плоскую поверхность по меньшей мере одного электрода.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается плазменный агрегат, работающий при атмосферном давлении, содержащий первую и вторую пару вертикально расположенных, параллельных разнесенных плоских электродов по меньшей мере с одной диэлектрической пластинкой между упомянутой первой парой, смежной одному из электродов, и по меньшей мере с одной диэлектрической пластинкой между упомянутой второй парой, смежной одному из электродов, причем промежуток между диэлектрической пластинкой и другой диэлектрической пластинкой или электродом каждой первой и второй пар электродов, образует первую и вторую области плазмы, отличающийся тем, что агрегат дополнительно содержит средство для перемещения подложки последовательно через упомянутые первую и вторую области плазмы, и распылитель, выполненный с возможностью введения распыленной жидкости или твердого материала для изготовления покрытия в одну из упомянутых первой или второй областей плазмы.

Термины содержат, содержит, содержащийся и содержащий или любая их вариация, а также термины включают, включает, включенный и включающий или любая их вариация считаются полностью взаимозаменяемыми и все они должны интерпретироваться в самом широком смысле.

Должно быть понятно, что термин вертикальный предназначен для того, чтобы характеризовать, по существу, вертикальные электроды и не должен ограничиваться исключительно электродами, расположенными под углом 90° к горизонтали.

Предпочтительно средство перемещения подложки основано на перемоточном процессе. Подложка может перемещаться через первую область плазмы в направлении вверх или вниз. Предпочтительно, когда подложка проходит через одну зону плазмы в направлении вверх, и через другую в направлении вниз, предусмотрены один или более направляющих валиков, для проведения подложки от конца первого валика в первую зону плазмы, из первой зоны плазмы во вторую зону плазмы, а также из второй зоны плазмы на второй валик или следующую зону плазмы, в зависимости от числа используемых зон плазмы. Время пребывания подложки в каждой области плазмы может быть заранее задано до покрытия, и предпочтительнее, чем варьировать скорости прохождения подложки через каждую зону плазмы, длина пути, которую подложка должна пройти через каждую зону плазмы, может изменяться так, чтобы подложка могла проходить через обе области с одинаковой скоростью, затрачивала бы разные интервалы времени в каждой области плазмы из-за различных длин пути прохождения через соответствующие области плазмы.

- 3 008013

Ввиду того, что электроды в настоящем изобретении ориентируются вертикально, предпочтительно, чтобы подложка перемещалась через плазменный агрегат, работающий при атмосферном давлении, согласно настоящему изобретению вверх через одну область плазмы и вниз через другую область плазмы. Как будет обсуждаться позже, с учетом расстояния между смежными электродами понятно, что подложка в основном перемещается через область плазмы в вертикальном или диагональном направлении, хотя в большинстве случаев она будет перемещаться вертикально или почти вертикально.

Предпочтительно, чтобы каждая подложка подвергалась только одному прохождению через агрегат, но если требуется, то чтобы подложка могла возвращаться к первому валику для дальнейшего прохождения через агрегат.

Чтобы сформировать последовательные дополнительные области плазмы, через которые должна проходить подложка, к системе могут быть добавлены дополнительные пары электродов. Дополнительные пары электродов могут быть расположены до или после упомянутой первой и второй пары электродов, так чтобы подложка могла подвергаться этапам предварительной обработки и последующей обработки. Упомянутые дополнительные пары электродов предпочтительно расположены до или после и наиболее предпочтительно после упомянутой первой и второй пары электродов. Виды обработки, применяемые в областях плазмы, сформированных дополнительными парами электродов, могут быть такими же или отличаться от таковых, применяемых в первой и второй областях плазмы. В случае, когда для предварительной или последующей обработки обеспечиваются дополнительные области плазмы, необходимое число направляющих механизмов и/или валиков будет обеспечиваться, чтобы гарантировать прохождение подложки через агрегат. Аналогично, предпочтительно, чтобы подложка перемещалась альтернативно вверх или вниз через все соседние области плазмы в агрегате.

Каждый электрод может иметь любую подходящую геометрию и конструкцию. Могут использоваться металлические электроды в форме, например, металлических пластинок или сетки.

Металлические электроды могут быть связаны с диэлектрическим материалом либо адгезивом, либо путем применения тепла и сплавления металла электрода к диэлектрическому материалу. Альтернативно один или несколько электродов могут быть инкапсулированы внутри диэлектрического материала или могут быть в форме диэлектрического материала с металлическим покрытием, как, например, диэлектрик, предпочтительно стеклянный диэлектрик с распыленным металлическим покрытием.

В одном из вариантов воплощения изобретения, каждый электрод такого типа, который представлен в совместно рассматриваемой заявке на патент \УО 02/35576 настоящих заявителей, в котором обеспечиваются электродные модули, содержащие электрод и смежную диэлектрическую пластинку, а также систему распределения охлаждающей жидкости для направления охлаждающей проводящей жидкости на внешнюю сторону электрода, чтобы покрывать плоскую поверхность электрода. Каждый электродный модуль может содержать водонепроницаемую камеру, имеющую сторону, сформированную диэлектрической пластинкой, связанной с ней на внутренней стороне камеры, плоский электрод вместе с впускным отверстием жидкости и выпускным отверстием жидкости. Система распределения жидкости может содержать охладитель и циркуляционный насос и/или продувочную трубу, содержащую распылительные форсунки.

В идеальном случае охлаждающая жидкость покрывает сторону электрода, удаленного от диэлектрической пластинки. Охлаждающая проводящая жидкость предпочтительно является водой и может содержать соединения, влияющие на проводимость, такие как соли металлов и растворимые органические добавки. В идеальном случае электродом является металлический электрод в контакте с диэлектрической пластинкой. В одном из вариантов воплощения изобретения имеется пара металлических электродов, каждый из которых находится в контакте с диэлектрической пластинкой. Вода согласно настоящему изобретению действует как чрезвычайно эффективное охлаждающее вещество, также способствуя в обеспечении эффективного электрода.

В идеальном случае диэлектрическая пластинка выступает за пределы периметра электрода, и охлаждающаяся жидкость также направляется поперек диэлектрической пластинки, покрывая по меньшей мере часть диэлектрика, окаймляющую периферию электрода. Предпочтительно, вся диэлектрическая пластинка покрывается охлаждающей жидкостью. Электрод может быть в форме металлической сетки. Вода также действует, чтобы электрически пассивировать любые границы, сингулярности или неоднородности в металлических электродах, такие как кромки, углы, концы сетки, если используются электроды из проволочной сетки. Эффективно вода действует как электрод ограниченной проводимости. Далее, при вертикальной компоновке, вес больших площадей электрических систем теперь помещается так, что нет такого же прогиба, искажения или деформации, которые имелись бы в противном случае.

Агрегат предпочтительно размещается во внешнем корпусе, как определено в совместно рассматриваемой заявке на патент \УО 01/59809 настоящих заявителей, в котором предусмотрена крышка для предотвращения вытекания рабочего газа, который требуется, чтобы активировать плазму. Крышка может быть расположена на верхней части внешнего корпуса, то есть, покрывая верх всех электродов, или может быть расположена на дне корпуса, то есть, покрывая основание всех электродов, в зависимости от того, какой рабочий газ используется, легче или тяжелее воздуха (например, гелий и аргон соответственно).

Диэлектрические материалы, используемые согласно настоящему изобретению, могут быть выполнены из любого подходящего диэлектрика, примеры которого включают, но не ограничиваются сле

- 4 008013 дующими веществами: поликарбонат, полиэтилен, стекло, слоистые стекла, заполненные эпоксидной смолой слоистые стекла и т.д.

Рабочий газ для использования в процессах плазменной обработки, осуществляемых с использованием электродов настоящего изобретения, может быть любым подходящим газом, но предпочтительно он является инертным газом или смесью на основе инертных газов, как, например, гелий, смесь гелия и аргона и смесь на основе аргона, дополнительно содержащая кетоны и/или связанные соединения. Указанные рабочие газы могут использоваться отдельно или в комбинации с потенциально реактивными газами, такими как, например, азот, аммиак, О₂, Н₂О, ΝΟ₂, воздух или водород. Наиболее предпочтительно, рабочим газом является гелий, один или в сочетании с окислительным или восстановительным газом. Выбор газа зависит от плазменных процессов, которые будут выполняться. Когда требуется окислительный или восстановительный рабочий газ, предпочтительно использовать смесь, содержащую 9099% благородного газа, и от 1 до 10% окислительного или восстановительного газа.

В условиях окисления, способ настоящего изобретения может быть использован для формирования кислородосодержащего покрытия на подложке. Например, покрытие на основе диоксида кремния может быть сформировано на поверхности подложки из распыляемых кремнийсодержащих материалов, формирующих покрытие. В условиях восстановления способ настоящего изобретения может быть использован для формирования бескислородных покрытий, например покрытий на основе карбида кремния, могут быть сформированы из распыляемых кремнийсодержащих материалов, формирующих покрытие.

В азотосодержащей атмосфере азот может связываться с поверхностью подложки, а в атмосфере, содержащей как азот, так и кислород, нитраты могут связываться с поверхностью подложки и/или формироваться на ней. Такие газы также могут использоваться для предварительной обработки поверхности подложки до экспонирования веществу, формирующему покрытие. Например, обработка подложки кислородосодержащей плазмой может обеспечить улучшенную адгезию с нанесенным покрытием. Кислородосодержащая плазма генерируется путем введения в плазму кислородосодержащих веществ, таких как газообразный кислород или вода.

В настоящее время доступно широкое разнообразие видов плазменной обработки, из которых особенно важными для настоящего изобретения являются поверхностная активация, очистка поверхности и нанесение покрытий. Обычно подложка может подвергаться любой соответствующей обработке, например, при прохождении через первую область плазмы подложка могла бы быть очищена, а при прохождении через вторую область плазмы подложка могла бы быть подвержена активации поверхности, нанесению покрытия или травлению, и, в случае, когда после первой и второй областей плазмы обеспечиваются дополнительные области плазмы, упомянутые дополнительные области плазмы могут дополнительно активировать поверхность, когда вторая область плазмы используется для активации поверхности, или наносить покрытие, и, когда вторая область плазмы используется для покрытия поверхности подложки, дополнительные области плазмы могли бы применяться к активированной и покрытой поверхности, а затем для повторного покрытия поверхности, нанесения еще одного или нескольких покрытий и т.д., в зависимости от применения, для которого предназначена подложка. Например, покрытие, сформированное на подложке, может быть подвергнуто последующей обработке в некотором диапазоне плазменных режимов. Например, полученные из силоксана покрытия могут дополнительно окисляться посредством обработки кислородосодержащей плазмой.

Кислородосодержащая плазма генерируется путем введения в плазму кислородосодержащих веществ, таких как газообразный кислород или вода.

Может использоваться любая подходящая комбинация видов плазменной обработки, например первая область плазмы может использоваться для очистки поверхности подложки посредством плазменной обработки с использованием гелиевой газовой плазмы, а вторая область плазмы применяется для нанесения покрытия, например, посредством нанесения струи распыляемой жидкости или твердого вещества через распылитель, описанный в совместно рассматриваемой заявке на патент АО 02/28548 настоящих заявителей, которая была опубликована после даты приоритета настоящего описания. Нанесение покрытия струей распыляемой жидкости является особенно подходящим, так как капельки в струе будут подаваться самотеком в отличие от газа, так что распылитель помещается в агрегате таким образом, что подача самотеком материала покрытия приводит к тому, что предшественник покрытия проходит только через вторую область плазмы, исходя из того, что гравитация предотвратит перенос предшественника покрытия в первую область плазмы.

Альтернативно, первая область плазмы могла бы использоваться в качестве средства окисления (например, в рабочем газе гелий/водород), или нанесения покрытия, а вторая область плазмы использоваться для нанесения второго покрытия, используя другой предшествующий слой. В качестве примера, имеющего этап предварительной обработки и последующей обработки, приводится следующий процесс, реализованный с возможностью приготовления 8ίΟχ барьера с внешней поверхностью, устойчивой к загрязнению/горючему, который может использоваться для производства элементов солнечной батареи или в автомобильной промышленности, когда подложка сначала предварительно обрабатывается очисткой/активацией поверхности гелием, с последующим осаждением 8ίΟχ из предшественника полидиметилсилоксана в первой области плазмы. Далее выполняется обработка гелиевой плазмой для обеспечения

- 5 008013 дополнительного образования поперечных связей 3ίΘχ слоя, и, наконец, нанесением покрытия, используя перфорированный предшественник. Могут быть выполнены любые предварительные виды обработки, например подложка может быть вымыта, высушена, очищена или подвергнута газовой продувке с использованием рабочего газа, например гелия.

Материал, формирующий покрытие, может распыляться с использованием известного средства, например ультразвукового сопла. Распылитель предпочтительно производит капельки материала, формирующего покрытие, размером от 10 до 100 мкм, более предпочтительно от 10 до 50 мкм. Подходящими распылителями для настоящего изобретения являются ультразвуковые сопла от Зопо-Тек Согрогабоп. Μίΐίοη, Ыете Уогк, ИЗА или ЬееЫег СшЬН о! МеШпдеп Сегтапу. Устройство настоящего изобретения может содержать множество распылителей, которые могут быть специального назначения, например, когда устройство должно использоваться для формирования сополимерного покрытия на подложке из двух различных материалов, формирующих покрытие, где мономеры являются несмешивающимися или находятся в различных фазах, например первый в твердом состоянии, а второй в газообразном или жидком.

Настоящее изобретение может использоваться для формирования многих различных типов покрытий подложки. Тип покрытия, которое формируется на подложке, определяется используемыми материалами, формирующими покрытие, и настоящий способ может использоваться для (со)полимеризации мономерного материала(-ов), формирующего покрытие, на поверхности подложки. Материалом, формирующим покрытие, может быть органическое или неорганическое вещество, жидкое или газообразное вещество или их смесь. Подходящие органические материалы, формирующие покрытие, включают карбоксилаты, метакрилаты, акрилаты, стиролы, метакрилонитрилы, алкены и диены, например метилметакрилат, этилметакрилат, пропилметакрилат, бутилметакрилат и другие алкилметакрилаты, и соответствующие акрилаты, включая органофункциональные метакрилаты и акрилаты, включая глицидилметакрилат, триметоксисилилпропилметакрилат, аллилметакрилат, гидроксиэтилметакрилат, гидроксипропилметакрилат, диалкиламиноалкилметакрилаты и фторалкил(мет)акрилаты, метакриловая кислота, акриловая кислота, фумаровая кислота и сложные эфиры, итаконовая кислота (и сложные эфиры), малеиновый ангидрид, стирол, альфа-метилстирол, галогензамещенные алкены, например винилгалогены, такие как винилхлориды или винилфториды, и фторированные алкены, например перфторалкены, акрилонитрил, метакрилонитрил, этилен, пропилен, аллиламин, винилиденгалогены, бутадиены, акриламид, такой как Ν-изопропилакриламид, метакриламид, эпоксидные соединения, например глицидоксипропилтриметоксисилан, глицидол, оксид стирола, монооксид бутадиена, этиленгликоль диглицидилэфир, глицидил метакрилат, бисфенол А диглицидилэфир (и олигомеры), оксид винилциклогексена, проводящие полимеры, такие как пиррол и тиофен и их производные, фосфорсодержащие соединения, например диметилаллилфосфонат. Подходящие неорганические материалы, формирующие покрытие, включают металлы и оксиды металлов, включая коллоидные металлы. Органометаллические соединения также могут быть подходящими материалами, формирующими покрытие, включая металлалкоксиды, такие как титанаты, алкоксиды олова, цирконаты и алкоксиды германия и эрбия.

Подложки альтернативно могут быть обеспечены покрытиями на основе диоксида кремния или силоксана с использованием составов, формирующих покрытие, содержащих материалы, включающие кремний. Подходящие материалы, содержащие кремний, включают силаны (например, силан, алкилсиланы, алкилгалогенсиланы, алкоксисиланы), линейные силоксаны (например, полидиметилсилоксан) и циклические силоксаны (например, октаметилциклотетрасилоксан), включая органофункциональные линейные и циклические силоксаны (например, содержащие З1-Н, галогенфункциональные и галогеналкилфункциональные линейные и циклические силоксаны, например тетраметилциклотетрасилоксан и три(нонофторбутил) триметилциклотрисилоксан). Смесь различных кремнийсодержащих материалов может использоваться, например, для подгонки физических свойств покрытия подложки для конкретных нужд (например, тепловые свойства, оптические свойства, такие как показатель преломления, а также вязкоупругие свойства).

Преимущество настоящего изобретения над уровнем техники состоит в том, что для формирования покрытий подложки могут использоваться как жидкие, так и твердые распыленные материалы, формирующие покрытие, благодаря способу настоящего изобретения, возможному в условиях атмосферного давления. Кроме того, материалы, формирующие покрытие, могут вводиться в плазму разряда или в результирующий поток в отсутствие газа-носителя, то есть они могут вводиться непосредственно, например прямой инжекцией, в результате чего материалы, формирующие покрытие, вводятся непосредственно в плазму.

Подложка может содержать любой материал, достаточно гибкий, чтобы перемещаться через агрегат, как описано выше, например пластмассы типа термопластов, такие как полиолефины, например полиэтилен и полипропилен, поликарбонаты, полиуретаны, поливинилхлорид, полиэстеры (например, полиалкилен терефталаты, особенно, полиэтилен терефталат), полиметакрилаты (например, полиметилметакрилат и полимеры гидроксиэтилметакрилата), полиэпоксидные соединения, полисульфоны, полифенилены, полиэфиркетоны, полиимиды, полиамиды, полистиролы, феноловые, эпоксидные и меламиноформальдегидные смолы, или их смеси или сополимеры.

Предпочтительные органические полимерные материалы представляют собой полиолефины, особенно полиэтилен и полипропилен. Другие подложки включают тонкие металлические пленки, сделанные из алюминия, стали, нержавеющей стали и меди и т. д.

- 6 008013

Подложка может быть в форме синтетических и/или натуральных волокон, тканых или нетканых волокон, порошка, силоксана, тканей, целлофана из синтетических волокон и порошка или смеси органического полимерного материала и кремнийорганических добавок, которые являются смешиваемыми или почти несмешиваемыми с органическим полимерным материалом, как описано в совместно рассматриваемой заявке на патент \УО 01/40359 настоящих заявителей. Чтобы не было сомнения, поясним, что термин почти несмешиваемый означает, что кремнийорганическая добавка и органический материал имеют достаточно отличающиеся параметры взаимодействия, чтобы быть несмешиваемыми в условиях равновесия. Обычно, но не исключительно, параметры растворимости кремнийорганической добавки и органического материала отличаются более чем на 0,5 МПа^1/2. Однако размер подложки ограничивается измерениями объема, в пределах которого генерируется плазменный разряд атмосферного давления, то есть расстояние между электродами средства генерации плазмы.

В одном особенно предпочтительном варианте воплощения обеспечивается плазменный агрегат, работающий при атмосферном давлении для приготовления многослойных покрытий на гибких подложках. Плазма генерируется вертикально ориентированными электродами, которые могут быть расположены последовательно, обеспечивая возможность одного прохождения, многократной обработки или многослойного покрытия. Материал, формирующий покрытие, или предшественник покрытия вводятся в виде распыленной жидкости в верхнюю часть камеры, затем предшественник вводится в зону плазмы под действием силы тяжести. Преимущества состоят в том, что различные зоны плазмы не требуют разделения физического барьера, и каждый функционирует как процесс с открытым периметром.

В случае типичного устройства, генерирующего плазму, плазма генерируется в зазоре от 3 до 50 мм, например от 5 до 25 мм. Таким образом, настоящее изобретение особенно подходит для пленочных покрытий, волокон и порошков. Генерация установившейся плазмы тлеющего разряда атмосферного давления предпочтительно осуществляется между смежными электродами, которые могут быть разнесены на расстояние до 5 см, в зависимости от используемого рабочего газа. Электроды возбуждаются радиочастотной энергией со среднеквадратичным потенциалом 1-100 кВ, предпочтительно 1-30 кВ на частоте 1-100 КГц, предпочтительно на частоте 15-50 КГц. Напряжение, используемое для образования плазмы, обычно находится в диапазоне 1-30 кВ, наиболее предпочтительно в диапазоне 2,5-10 кВ, однако действительное значение будет зависеть от выбора химии/газа и размера области плазмы между электродами. Хотя агрегат тлеющего разряда атмосферного давления может работать при любой подходящей температуре, предпочтительно, чтобы он работал при температуре между комнатной температурой (20°С) и 70°С, и обычно используется при температуре в диапазоне 30-50°С.

Подложки, покрытые в соответствии со способом настоящего изобретения, могут иметь различные применения. Например, покрытие на основе диоксида кремния, полученное в окислительной атмосфере, может улучшать барьерные и/или диффузионные свойства подложки и может улучшать способность дополнительных материалов прилипать к поверхности подложки. Галогенфункциональное органическое или силоксановое покрытие (например, перфторалкены) может повышать гидрофобность, олеофобность, стойкость к топливу и почве, улучшать свойства фильтрации газа и жидкости и/или отталкивающие свойства подложки. Полидиметилсилоксановое покрытие может увеличивать водостойкость и водоотталкивающие свойства подложки, и может увеличивать ощущение мягкости тканей, полимерное покрытие полиакриловой кислоты может использоваться как смачиваемое водой покрытие, биосовместимое покрытие или адгезионный слой для повышения адгезии к поверхности подложки или как часть слоистой структуры. Включение коллоидных металлических частиц в покрытия может придать поверхностную проводимость подложке, или улучшить ее оптические свойства. Политиофен и полипиролл дают электропроводные полимерные покрытия, которые также могут обеспечить коррозионное сопротивление на металлических подложках. Покрытия с кислыми или основными функциональными возможностями обеспечат поверхности управляемым показателем рН, и управляемым взаимодействием с биологически важными молекулами, такими как аминокислоты и протеины.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется ниже описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - вид спереди плазменной системы, работающей при атмосферном давлении, согласно изобретению; фиг. 2 - общий вид с частичным разрезом части системы, иллюстрируемой на фиг. 1;

фиг. 3 - вид сверху плазменного агрегата согласно настоящему изобретению;

фиг. 4а и 4Ь - вид дополнительного плазменного агрегата согласно настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг. 1, обеспечивается система атмосферной плазмы, обозначенная номером позиции 1, содержащая плазменный агрегат 2, запитываемый кабелями 3 от источника питания 4, и также снабжаемый сборкой водяного охлаждения, снабжающей систему распределения охлаждающей жидкости, установленную в плазменном агрегате 2 и описанную более подробно далее. Система водяного охлаждения содержит водяной насос 5, охладитель в форме теплообменника 6 и главных труб 7 распределения воды. Одна из главных труб 7 распределения воды питает впускной коллектор 8, который в свою очередь обеспечивает подачу через шланги 9 подачи воды и впускные отверстия 14 жидкости в плазменный агре

- 7 008013 гат 2. Шланги 10 оборотной воды соединяются через выпускные отверстия 15 жидкости к сборному выходному коллектору 11, который в свою очередь соединяется к другой из труб 7 распределения воды, которая подает воду в насос 5. Трубы 13 для сброса давления установлены в плазменном агрегате 2.

Как показано на фиг. 2, обеспечиваются три водонепроницаемых камеры 20, 26. Водонепроницаемые камеры, обозначенные общим номером позиции 20, соединены вертикальными изолированными разделителями в форме разделительных пластинок 21, образующими между собой водонепроницаемые камеры 20, открытый верх и открытое дно 23. Каждая водонепроницаемая камера 20 содержит заднюю пластинку 30, и разнесенную от нее переднюю пластинку 31, установленные на водоудерживающей рамке 32, имеющей поперечину 33, в которой обеспечиваются дренажные отверстия 34. Задняя пластинка 30 и передняя пластинка 31 соединены к водоудерживающей рамке 32 прокладками 35. Два набора проводных электродов 36 установлены в камере 20 на передней пластинке 31. Задняя пластинка 30, передняя пластинка 31 и водоудерживающая рамка 32 изготовлены из подходящего диэлектрической материала. Пара оросительных столбиков 40, сформированных из труб из изолирующего материала, как, например, пластмассы, несущих множество форсунок 41, установлены в камере 20 и соединены к шлангам 9 подачи воды.

Между водонепроницаемыми камерами 20 и разделительными пластинками 21, имеется третья водонепроницаемая камера 26 почти такой же конструкции, что и камеры 20, в которой детали подобны таковым, описанным ниже для водонепроницаемой камеры 20. Единственное различие между камерой 26 и камерой 20 состоит в том, что она содержит две передних пластинки 31 и несет электроды 36 на каждой передней пластинке 31, поскольку пластинки 31 работают как передние пластинки относительно камер 20 с обеих сторон камеры 26. В указанном варианте воплощения форсунки 41 оросительных столбиков 40 направляют воду на обе пластинки 31.

При функционировании заготовку можно проводить через область 25 плазмы в направлении стрелки А и затем вниз через область 60 плазмы в направлении В. Рабочий газ может быть инжектирован в области 25, 60 плазмы, и на электроды 36 в областях 25, 60 плазмы можно подать подходящую мощность, чтобы действовать на плазму. Вода подается из впускного коллектора 8 через шланги 9 подачи воды в оросительные столбики 40, где вода подается из распылительных форсунок 41 на проволочные электроды 36 и также поперек экспонируемой внутренней поверхности передней пластинки 31.

На фиг. 3 представлена схема, показывающая, каким образом обрабатывается гибкая подложка согласно настоящему изобретению. Средство перемещения подложки через агрегат обеспечивается в виде направляющих валиков 70, 71 и 72, также обеспечиваются впускное отверстие 75 рабочего газа, крышка 76 агрегата и ультразвуковое сопло 74 для введения распыленной жидкости в область 60 плазмы. Впускное отверстие 75 рабочего газа может находиться в крышке 76 агрегата вместо боковой стенки, как показано на фиг. 3.

При использовании гибкая подложка перемещается к направляющему валику 70 и по нему, тем самым направляется через область 25 плазмы между водонепроницаемыми камерами 20а и 26. Плазма в области 25 плазмы является очищающей гелиевой плазмой, то есть в область 25 плазмы не направляется реактивный агент. Гелий вводится в систему через впускное отверстие 75. Крышка 76 помещается на верху системы для предотвращения вытекания гелия, поскольку он легче воздуха. При выходе из области 25 плазмы, очищенная плазмой подложка проходит над направляющим валиком 71 и направляется вниз через область 60 плазмы, между электродами 26 и 20Ь и по валику 72, и затем может проходить к дальнейшим модулям такого же типа для дальнейшей обработки. Однако, область 60 плазмы генерирует покрытие для подложки посредством инжекции жидкого или твердого материала, формирующего покрытие, через ультразвуковое сопло 74. Важным аспектом факта, что покрываемый реактивный агент является жидкостью или твердым веществом, является то, что упомянутая распыленная жидкость или твердое вещество проходит под действием силы тяжести через область 60 плазмы и удерживается отдельно от области 25 плазмы, так что в области 25 плазмы не происходит покрытие. Затем покрытая подложка проходит через область 60 плазмы и покрывается и затем перемещается над валиком 72, и забирается или еще обрабатывается дополнительными способами плазменной обработки. Валики 70 и 72, в противоположность валикам, могут быть катушками. Они выполнены с возможностью, после прохождения через них, направления подложки в область 25 плазмы и на валик 71.

Оказалось удивительным то, что, в дополнение к охлаждению, вода согласно настоящему изобретению также действует, электрически пассивируя любые границы, сингулярности или неоднородности в металлических электродах, такие как кромки, углы или концы сетки, в случае, когда используются электроды из проволочной сетки. Должно быть понятно, что без пассивации может происходить коронный или плазменный разряд другого типа, вызывая потери мощности или локальный нагрев, потенциально приводящий к пробою.

По существу, вода непосредственно действует как электрод ограниченной проводимости, сглаживая потенциальные различия и гася нежелательные электрические разряды внутри электродной камеры. Обычно, плазма, сгенерированная в межэлектродном зазоре, выступает за края металлического электрода приблизительно на 5 см. Далее имеется основное преимущество в более длительной продолжительности пребывания в области плазмы, что обеспечивает плазме возможность доступа во все части поверхности заготовки, улучшая однородность обработки. Это особенно важно для заготовок сложной формы. В

- 8 008013 настоящем изобретении было обнаружено, что можно поддерживать низкие температуры электрода даже при высоких плотностях мощности плазмы, гарантируя длительные сроки службы оборудования и устранение чрезмерных тепловых нагрузок на заготовку. Радиочастотную мощность применяли, используя подачу мощности на электроды через согласующие трансформаторы с параметрами приблизительно 40 КГц и приблизительно 30 КВт РЧ мощности.

Фиг. 4а и 4Ь изображают агрегат согласно настоящему изобретению, в котором обеспечиваются четыре зоны плазмы а, Ь, с и б. В указанном агрегате имеется два типа водонепроницаемых камер используемых электродов. Как будет описано ниже, на наружной стороне агрегата используются две одиночных электродных камеры 37а и 37Ь, а во внутренних областях плазмы обеспечиваются три сдвоенных водонепроницаемых электродных камеры 38. Каждая водонепроницаемая камера 37 содержит полипропиленовое тело со стеклянным диэлектрическим окном 47, внешним по отношению к системам, и вторым стеклянным диэлектрическим окном 49, формирующим один край зоны плазмы (в настоящих примерах зоны а и б). К стеклянному диэлектрическому окну 49 приклеивается сетчатый электрод 48. Впускное отверстие 53 для воды обеспечивается для обеспечения средства распыления воды на сетчатый электрод 48. Для спуска воды также обеспечивается выпускное отверстие, которое не показано.

Сдвоенные электроды 38а 38Ь и 38с по конструкции подобны электродам 37а и 37Ь, в том, что они содержат полипропиленовые тела и два стеклянных диэлектрических окна 51, но имеют сетчатый электрод 52, прикрепленный к обоим окнам 51. Снова впускное отверстие 53 для воды обеспечивается для распыления воды на оба сетчатых электрода 51.

Валики и направляющие механизмы 42, 43, 44, 45 и 46 обеспечиваются для проведения подложки через области плазмы а, Ь, с и б, соответственно.

При использовании, подложка подается на валик 42, и перемещается к валику 46 по траектории, обозначенной стрелками и пунктирными линиями. Подложка перемещается вверх с валика 42 к направляющему механизму 43 через область плазмы, сформированную между электродами 37а и 38а. Затем она проходит по направляющему механизму 43 и в область Ь плазмы между электродами 38а и 38Ь и к направляющему механизму 44, вверх к направляющему механизму 45, и, наконец, через область б плазмы к валику 46. Обычно области плазмы а и с используются для первоначальной очистки подложки, а также после нанесения первого покрытия, соответственно, а области плазмы Ь и б используются для нанесения покрытий с использованием распыленных жидких или твердых материалов, формирующих покрытие, согласно процессу настоящего изобретения через распылитель (не показан). Распылитель находится над областями плазмы Ь и б и рассчитан на введение распыленной жидкости или твердого вещества в соответствующую область Ь и б плазмы под действием силы тяжести. Окна 47, 49 и 51 обеспечиваются с использованием стекла, чтобы дать возможность оператору наблюдать формирование и действие плазмы, формирующейся между электродами, что полезно, когда возникают проблемы в агрегате.

Должно быть понятно, что может быть использована любая подходящая электродная система, и что вышеописанная система используется просто для примера.

Пример. Многослойное покрытие на полипропиленовой пленке.

Для иллюстрации потенциальной применимости настоящего изобретения обеспечивается следующий пример, в котором полипропиленовая пленка толщиной 25 мкм покрывается дважды с использованием устройства согласно настоящему изобретению. Первое покрытие было гидрофильным покрытием из полиакриловой кислоты, второе покрытие было олеофобным и гидрофобным фторполимерным покрытием. Оптический измеритель контактного угла К8У САМ200 использовали, чтобы охарактеризовать:

ΐ) необработанную пленку, которая является гидрофобной, но не олеофобной, ΐΐ) обработанную пленку (1) из акриловой кислоты и ίίί) обработанную фторполимерную пленку (ΐΐ) по контактному углу лежащей капли.

Как показано в табл. 1, необработанная полипропиленовая пленка является гидрофобной, но не олеофобной. Замечание: контактный угол воды показывает, что указанная пленка обрабатывается коронным разрядом по получении.

Таблица 1. Анализ полипропиленовой пленки по контактному углу (Термин размывается, используется для обозначения того, что никакого образования капельки не замечено)

Пробная жидкость	Θ (левый)	Θ (правый)
Вода	64,29	64,52
Вода	62,99	61,37
Вода	63,75	65,30
Гексадекан	Размывается	Размывается

Затем пленка покрывается с использованием описанного устройства тлеющего разряда атмосферного давления (ΑΡΟΌ). Используемые рабочие условия были одинаковыми для нанесения обоих покрытий. Обе используемые пары электродов были изготовлены из стальной сетки и были приклеены к стеклянной диэлектрической пластинке. Расстояние между диэлектрическими пластинками, прикрепленными к

- 9 008013 двум электродам, составляли 6 мм, а их площадь поверхности была (10 см х 60 см). Используемым рабочим газом был гелий. Мощность плазмы, подаваемая к обеим зонам, была 0,4 кВт, напряжение 4 кВ и частота была 29 КГц. Рабочая температура была ниже 40°С. Подложка перемещалась через обе - первую и вторую зону плазмы с использованием катушечного механизма, описанного на фиг. 3, с направляющим средством, используемым для содействия перемещению подложки из первой во вторую область плазмы. Скорость прохождения подложки через обе зоны плазмы была 2 м/мин.

Нанесение покрытия акриловой кислоты

Подложка перемещалась через первую область плазмы, возбуждающейся тлеющим разрядом атмосферного давления с использованием гелия в качестве рабочего газа. После выхода из первой области плазмы направляющий механизм используется для того, чтобы направлять активированную подложку во вторую область плазмы, в которую через ультразвуковое сопло 8опо1ее в зону покрытия вводится предшественник акриловой кислоты со скоростью 50 мкл/мин. На результирующей покрытой подложке проводился анализ по контактному углу, и его результаты представлены в табл. 2, приведенной ниже. Следует отметить, что гидрофильность результирующей покрытой подложки значительно возросла.

Таблица 2. Анализ полипропиленовой пленки, покрытой полиакриловой кислотой, по контактному углу

Пробная жидкость	Θ (левый)	Θ (правый)
Вода	11,39	11,26
Вода	11,18	11,51
Вода	11,18	10, 90
Гексадекан	< 10 градусов	<10 градусов

Нанесение фторполимера

Второе покрытие наносится подобным способом, причем первая зона плазмы используется для активации поверхности, и вторая зона плазмы используется для дополнительного покрытия подложки слоем гептадекафтордецилакрилата. Анализ по контактному углу результирующей покрытой пленки представлен в табл. 3. Результирующая, дважды покрытая полипропиленовая подложка теперь является и гидрофобной, и олеофобной.

Таблица 3. Анализ по контактному углу полипропиленовой пленки, покрытой: 1) полиакриловой кислотой и ΐΐ) поли(гептадекафтордецилакрилатом)

Пробная жидкость	θ (левый)	Θ (правый)
Вода	104,57	104,89
Вода	104,13	103,56
Вода	99, 99	102,02
Гексадекан	62,25	58,90
Гексадекан	56,97	54,66
Гексадекан	59,26	59,77

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Плазменный агрегат (1), работающий при атмосферном давлении, содержащий первую и вторую пару вертикально расположенных параллельных разнесенных плоских электродов (36), причем каждая из пар электродов снабжена по меньшей мере одной диэлектрической пластинкой (31), смежной одному из электродов, а промежуток между диэлектрической пластинкой и другим электродом каждой из пар электродов образует первую и вторую области (25, 60) плазмы соответственно, отличающийся тем, что агрегат дополнительно содержит средство (70, 71, 72) для перемещения подложки последовательно через упомянутые первую и вторую области (25, 60) плазмы и распылитель (74), выполненный с возможностью введения распыленной жидкости или твердого материала для изготовления покрытия в одну из упомянутых первой или второй областей плазмы.
2. Агрегат по п.1, в котором подложка перемещается через упомянутые первую и вторую области плазмы посредством направляющих валиков и/или направляющих катушек (70, 71, 72).
3. Агрегат по любому из предшествующих пунктов, содержащий систему распределения жидкости для покрытия охлаждающей проводящей жидкостью внешней стороны электрода, при этом электрод (36), смежная диэлектрическая пластинка (31) и система (20, 26) распределения охлаждающей жидкости образуют электронный модуль.
4. Агрегат по п.3, в котором охлаждающей проводящей жидкостью является вода.
5. Агрегат по п.3 или 4, в котором электродный модуль выполнен в виде водонепроницаемой камеры (20, 20а, 26), имеющей сторону, сформированную диэлектрической пластинкой (31), с прикреплен

- 10 008013 ным к ней на внутренней стороне камеры (20, 20а, 26) плоским электродом (36) вместе с впускным отверстием (14) жидкости и выпускным отверстием (15) жидкости.
6. Агрегат по любому из предшествующих пунктов, содержащийся во внешнем корпусе, в котором предусмотрена крышка (76) для предотвращения вытекания рабочего газа, необходимого, чтобы активировать плазму.
7. Агрегат по любому из предшествующих пунктов, в котором распылителем (74) является ультразвуковое сопло.
8. Агрегат по любому из предшествующих пунктов, в котором электрод (36) представляет собой диэлектрическую пластину с металлическим покрытием.
9. Агрегат по любому из предшествующих пунктов, в котором плазма представляет собой плазму тлеющего разряда атмосферного давления.
10. Агрегат по любому из предшествующих пунктов, в котором плазма генерируется вертикально ориентированными электродами (36), расположенными последовательно, а средство перемещения подложки выполнено с возможностью обеспечения одного прохождения, многократных прохождений для формирования многослойных покрытий.
11. Агрегат по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он содержит одну или несколько дополнительных пар вертикально ориентированных электродов (36), расположенных перед или после упомянутой первой и второй пары электродов.
12. Способ обработки подложки плазмой атмосферного давления с использованием агрегата по любому из пп.1-11, в котором распыленный твердый или жидкий материал, формирующий покрытие, переносится из распылителя (74) в область (60) плазмы самотеком.
13. Способ по п.12, в котором распыленный твердый или жидкий материал покрытия вводится в область плазмы в отсутствие газа-носителя.
14. Способ по п.12 или 13, в котором подложка изготовлена из синтетических и/или натуральных волокон, тканых или нетканых волокон, порошка, силоксана, тканей, синтетических вискозных волокон и порошка или смеси органического полимерного материала и кремнийорганической добавки.
15. Способ обработки подложки плазмой атмосферного давления с использованием агрегата по любому из пп.1-11, в котором перемещают подложку вверх через первую область (25) плазмы, а вниз через вторую область (60) плазмы.
16. Способ по любому из пп.12-15, в котором первая область (25) плазмы, через которую проходит подложка, является очищающей плазмой, а вторая область (60) плазмы, через которую проходит подложка, используется для нанесения покрытия на подложку посредством распыленного жидкого или твердого материала, формирующего покрытие.
17. Способ по п.16, в котором подача самотеком распыленного жидкого или твердого материала, формирующего покрытие, во вторую область (60) плазмы предотвращает перенос упомянутого распыленного жидкого или твердого материала, формирующего покрытие, в первую область (25) плазмы.
18. Способ по любому из пп.12-17, в котором при использовании температура агрегата поддерживается в диапазоне от комнатной температуры до температуры 70°С.
19. Обработанная подложка, полученная способом по любому из пп.12-18.
20. Подложка по п.19, содержащая покрытие на основе диоксида кремния, полученное в окислительной атмосфере для придания подложке дополнительных барьерных и/или диффузионных свойств, и/или адгезионных свойств.
21. Подложка по п.19, содержащая галоген-функциональное органическое или силоксановое покрытие для повышения гидрофобности, олеофобности, стойкости к топливу и почве, улучшения свойств фильтрации газа и жидкости и/или отталкивающих свойств подложки.
22. Подложка по п.19, содержащая полидиметилсилоксановое покрытие для повышения водостойкости и водоотталкивающих свойств подложки и/или для повышения ощущения мягкости подложки.
23. Подложка по п.19, содержащая покрытие на основе полиакриловой кислоты для улучшения смачиваемости водой, биосовместимости или адгезионности подложки или обеспечения возможности ее использования как части слоистой структуры.
24. Подложка по п.19, содержащая покрытие со включенными коллоидными металлическими частицами для придания подложке поверхностной проводимости и/или для улучшения ее оптических свойств.
25. Подложка по п.19, содержащая покрытие с кислыми или основными функциональными возможностями для обеспечения управляемого показателя рН подложки и/или управляемого взаимодействия подложки с биологически важными молекулами, такими как аминокислоты и протеины.