Entwicklung eines effektiven und wirtschaftlichen Laserstrahlentschichtungsverfahrens zur Entfernung temporärer Pflegebeschichtungen von elastischen Bodenbelägen

Quellenangaben
BMWi: IGF 187 ZBG

Eine Kooperation zwischen der Europäischen Forschungsgemeinschaft Reinigung- und Hygienetechnologie e.V. (federführend) und Forschungsvereinigung Leder und Kunststoffbahnen

Zusammenfassung

Temporäre polymere Pflegebeschichtungen sind eine wichtige Voraussetzung für optimale Gebrauchseigenschaften elastischer Bodenbeläge (z.B. Anschmutzverhalten, Reinigungsfähigkeit, Verschleiß). Sie besitzen jedoch eine begrenzte Lebensdauer, so dass - in Abhängigkeit von der Beanspruchung - von Zeit zu Zeit eine Grundreinigung und Neubeschichtung unumgänglich ist. Bei der herkömmlichen physikalisch-chemischen Grundreinigung werden wässrige Systeme mit hohem Chemikalieneinsatz verwendet. Vor der Neubefilmung des Bodenbelages sind lange Trocknungszeiten erforderlich. Diese führen zu erheblichen Verzögerungen im Betriebsablauf des Gebäudebetreibers (die Flächen können nicht begangen werden), so dass die Kundenakzeptanz erheblich beeinträchtigt wird. Ferner können Bereiche, die maschinell unzugänglich sind, nur mir sehr hohem Personaleinsatz wirtschaftlich grundgereinigt werden. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit der Gebäudereinigungsunternehmen stark beeinträchtigt und die Erschließung neuer Marktpotentiale erschwert.

Aufgrund dieser Problematik wurden im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens 187 ZBG Untersuchungen zur Entwicklung eines effektiven und wirtschaftlichen Laserstrahlentschichtungsverfahrens zur Entfernung temporärer Pflegebeschichtungen von elastischen Bodenbelägen durchgeführt. Dabei konnte die prinzipielle Eignung des CO2-Lasers für den Abtrag handelsüblicher (unmodifizierter) Pflegebefilmungen bzw. des Nd:YAG-Lasers für den Abtrag modifizierter Pflegebefilmungen gezeigt werden.

In Zusammenarbeit mit dem projektbegleitenden Ausschuss wurden repräsentative elastische Bodenbeläge (PVC, PUR, Kautschuk, Linoleum) und Pflegebefilmungen ausgewählt. Weiterhin wurden zwei PVC-Belagsvarianten mit Weichmachern auf Basis nachwachsender Rohstoffe bzw. mit erhöhte Verschleißfestigkeiten aufweisenden transparenten Nanokomposit-Deckschichten einbezogen.

Die Untersuchungen wurden zunächst vorwiegend mit einem CO2-Laser (100 W Laserleistung) vorgenommen, da bei der Wellenlänge der CO2-Laserstrahlung (10,64 μm) der Absorptionsgrad kommerziell erhältlicher Pflegedispersionen mit 40 bis 70 % ausreichend hoch ist, so dass eine Entschichtung prinzipiell möglich ist. Ein guter Filmabtrag mittels CO2-Laser beschränkt sich allerdings auf ein sehr enges Prozessfenster und ist dementsprechend anfällig gegen kleinste Änderungen der Laserparameter, aber auch der Schichtdicke, Pflegedispersion sowie Anschmutzung oder Alterung der eingepflegten Bodenbeläge. Beim Übergang von kleinen (2 x 2 cm2) auf größere Flächen (Bahnen von 10 x 40 cm2) ist eine umfassende Anpassung der Verfahrensparameter erforderlich. Hier werden gute Entschichtungsergebnisse bei bis zu 30 % höheren Laserstrahlintensitäten (bis 2100 W/cm2) und bis zu 30 % niedrigeren Scangeschwindigkeiten (1,7 bis 2,3 m/s) erzielt. Verbliebene dünne Filmrückstände mit Schmutzresten sind durch eine trockene mechanische Nachbehandlung mit Hilfe einer Scheuersaugmaschine insbesondere von PVC-Bodenbelägen gut zu entfernen. Als nachteilig erwies sich ferner die Tatsache, dass der Prozess nicht selbst begrenzend ist und Bodenbeläge infolge eines vergleichbar hohen Absorptionsgrades durch örtliche Überhitzung geschädigt werden können.

Auf Grund der niedrigen Scangeschwindigkeiten ergaben sich bei Verwendung eines CO2-Lasers relativ niedrige Flächenraten. In Abhängigkeit vom Bodenbelag und der Pflegebefilmung lagen sie im Bereich von 1,8 bis 2,5 m2/h. Als problematisch erwiesen sich hier die Überlappbereiche sowie mehrfache Wiederholungen der Laserentschichtung, da hier Schädigungen der Bodenbeläge möglich sind.

Höhere Flächenraten von bis zu 5,4 m2/h resultierten beim Entschichten der Bodenbeläge mit Nd:YAG-Laser (50 W Laserleistung). Mit IR-Absorber modifizierte Pflegebefilmungen haben für Nd:YAG-Laserstrahlung (1,064 μm) einen Absorptionsgrad von 40-50 %. Um eine Schädigung der Bodenbeläge auszuschließen, kommen prinzipiell Lasersperrschichten auf der Basis von IR-Reflektoren bzw. IR-Absorbern in Frage. Die im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens untersuchten Absorbersysteme sind jedoch als Lasersperrschicht zum Schutz der Bodenbeläge nicht geeignet, da der Transmissionsgrad mit ca. 35 - 50 % noch zu hoch und der Reflexionsgrad mit ca. 5-15 % zu niedrig ist, so dass inakzeptable Bodenbelagschädigungen resultieren. Orientierende Untersuchungen der Forschungsstellen zeigen jedoch, dass durch die Erhöhung des Reflexionsvermögens der Pflegebefilmungen mittels IR-Reflektoren (Aluminiumpigmenten) eine selbst begrenzende Laserentschichtung möglich ist. Vor diesem Hintergrund wurde zusammen mit dem Projektbegleitenden Ausschuss konstatiert, dass über die Arbeiten des IGF-Projektes 187 ZBG hinaus zusätzlicher Forschungsbedarf besteht und dass ein Anschlussantrag zur Entwicklung eines selbst begrenzenden Prozesses zur Laserstrahlentschichtung temporärer Pflegebefilmungen eingereicht werden soll.

Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben BMWi IGF 287 ZBG der "Europäischen Forschungsgemeinschaft Reinigung- und Hygienetechnologie e.V." wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF)" vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

Der ausführliche Abschlussbericht ist im Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen (FILK) verfügbar.