Neue Plasmajets für die Silberreinigung

Neue Plasmajets für die Silberreinigung

Silberlahnfäden vor (links) und nach (rechts) einer Plasma­behandlung.
© IOT Braunschweig, René Weirauch

Silberlahnfäden vor (links) und nach (rechts) einer Plasma­behandlung.

Silberoberflächen, die der Umgebungsluft ausgesetzt sind, laufen nach einiger Zeit an; es entstehen die allgemein bekannten braun-schwarzen Verfärbungen aus Silbersulfid. Vor allem bei Restaurierungsarbeiten ist es häufig ein Ziel, diese dunklen Schichten wieder zu entfernen. Eine Möglichkeit stellt hier die Behandlung der betroffenen Stellen mit Plasmajets dar, die mit reduzierenden Gasen betrieben werden. Herkömmliche bereits etablierte Systeme arbeiten dabei häufig mit einer heißen Entladung, sind dadurch aber ungeeignet, um empfindliche Objekte lokal zu behandeln. Am Fraunhofer IST wurden nun stiftähnliche Jetsysteme entwickelt, die mittels dielektrisch behinderter Entladung (DBE) ein schonendes Arbeiten bei niedrigen Temperaturen bis 50 °C und somit auch die Behandlung von temperatursensiblen und fragilen Kulturgütern ermöglichen.

Jet-Entwicklung für Reduktions- und Oxidationsprozesse

Am Fraunhofer IST gehört die Modifizierung von Oberflächen mit einem Plasmajet in der Schutzatmosphäre einer Glovebox bereits seit längerem zur Standardbehandlung. Mit Hilfe der Plasmajets können so unter Einsatz reaktiver Prozessgase und höheren Temperaturen Oxidationsprodukte und auch organische Kontaminationen effizient entfernten werden.

Die Jet-Entwicklung wurde durch den Einsatz einer gepulsten DBE und einer speziellen Materialauswahl und Konstruktion dahingehend optimiert, dass die Behandlungstemperaturen auf nahezu Raumtemperatur verringert werden können. Durch die spezielle Anordnung des DBE-Jets und die Verwendung bestimmter Prozess- und Reaktivgase konnte zudem erreicht werden, dass die sich in der Entladungszone bildenden Wasser­stoffatome bei Reduktionsbehandlungen bzw. Ozonmoleküle bei oxidativer Behandlungen in ausreichender Menge auf die Oberfläche treffen, um Korrosionsprodukte und organische Verunreinigungen zu entfernen.

Darüber hinaus ist es gelungen, einen speziell angeordneten Schutzgasstrom zu entwickeln, mit dem es möglich ist, auch außerhalb einer Glovebox mit diesem Jet zu arbeiten. Der Schutzgasstrom sorgt dafür, dass die reduzierenden von den oxidierenden Spezies in der Umgebung getrennt und gleichzeitig die Reaktionsprodukte von der Oberfläche weggeführt werden. Dies ermöglicht ganz neue Anwendungen für den Plasmajet wie beispielsweise restauratorische Behandlung von unbeweglichen oder großen Objekten.

Reinigung von silberhaltige Textilien

Bei der Restaurierung von Textilien spielen Materialkombinationen von Metallen und Textilien häufig eine bedeutende Rolle. Eine der gebräuchlichsten Formen sind Silberfäden, die flach oder als Gespinst um textile Seidenfäden gearbeitet werden. Problematisch ist dabei, dass die Korrosionsprodukte des Metalls für die Textilfasern sehr schädlich sind, da sie deren Abbau stark fördern. Die Reinigung mit konventionellen meist nasschemischen oder mechanischen Verfahren ist an Objekten mit Materialkombinationen jedoch schwierig durchzuführen und erweist sich oft als nachteilig für das textile Material.

Durch eine Bearbeitung des Silbers mit einem Plasmajet werden vorhandene Korrosionsprodukte deutlich reduziert. Aufgrund der geringen Arbeitstemperatur und dem berührungsfreien Behandeln ist die Schädigung der Seide bei diesem Vorgehen sehr gering. So zeigen Untersuchungen, dass sich die mechanischen Eigenschaften der Textilien wie beispielsweise Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit im Anschluss an die Plasmabehandlung kaum verändern, im Falle der Zugfestigkeit um weniger als zwei Prozent.

Reine Silbersulfidschichten können relativ problemlos mit einem reduzierenden Plasma entfernt werden. Da es sich bei den Korrosionsschichten aber häufig um ein komplexes Zusammenspiel aus Silber- und Kupferverbindungen wie Oxiden, Sulfiden und Sulfaten handelt und auch organische Verschmutzungen vorhanden sind, ist eine rein reduktive Behandlung in vielen Fällen nicht ausreichend. Eine Kombination aus einer Oxidationsbehandlung mit sauerstoffhaltigem Prozessgas und anschließender Reduktion zeigt eine deutlich bessere Reinigungswirkung. Darüber hinaus deuten erste Ergebnisse darauf hin, dass die durch die Oxidation entstehenden Schäden an der Seide durch die nachgeschaltete Reduktionsbehandlung wieder verringert werden können.

Ausblick

In Zukunft sollen die Plasmajets so weiterentwickelt werden, dass sie mit der Hand punktgenau über das Objekt geführt werden können, um so auch die Behandlung von komplexen Objektgeometrien zu ermöglichen. Dabei sind ergonomische und sicherheitstechnische Gesichtspunkte zu beachten, da mit Hochspannung und reaktiven Gasen gearbeitet wird.

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