Von Jim DeCoux, R&D Manager bei Tru Vue
Antistatisches, magnetron-gesputtertes Acrylglas bietet optimalen Schutz und eine erstklassige Präsentation für empfindliche Kunstwerke. Die elektrostatische Aufladung vieler herkömmlicher Verglasungsprodukte kann ausreichen, um pudrige oder lose Malmedien wie Kohle, Pastell sowie Kunstwerke mit empfindlichen Oberflächen, extrem leichten Papieren oder Textilien zu beschädigen. Diese „fragilen Medien“ enthalten nur minimale Bindemittel und können sich ohne adäquaten Schutz vom Trägermaterial lösen oder zu Pulver zerfallen. Kleinere und leichtere Partikel, wie die feinen Pigmente von Pastellkreiden, sind besonders anfällig für die negativen Auswirkungen elektrostatischer Aufladung.
Warum es funktioniert
Bei der hochleistungsfähigen antistatischen Verglasung von Tru Vue wird die Ladung nicht nur sofort abgeleitet, sondern bleibt auch dauerhaft neutralisiert. Diese antistatischen Eigenschaften sind fester Bestandteil des Produkts und permanent. Sie lassen sich weder durch Reinigung abwischen, noch müssen sie jemals erneuert werden. Tatsächlich reduziert dies den Reinigungsaufwand erheblich, da das Material weder Staub noch Flusen anzieht.
Die antistatische Magnetron-Sputter-Beschichtung von Tru Vue ist auf atomarer Ebene mit dem Acryl-Trägermaterial verbunden. Der Auftrag erfolgt unter Vakuum, um die während des Beschichtungsprozesses verwendeten Gase präzise zu steuern. Diese antistatische Performance ist ein dauerhaftes Merkmal des Sputter-Verfahrens von Tru Vue und bleibt über die gesamte Lebensdauer des Trägermaterials erhalten.
Die Herstellung
Der erste Schritt im Sputter-Prozess ist die Entfernung der atmosphärischen Gase (Luft). Während des gesamten Beschichtungsvorgangs wird die Luft kontinuierlich durch Turbo-Vakuumpumpen aus der Kammer evakuiert. Dieser Vorgang wird als „Pump Down“ bezeichnet und ermöglicht es Tru Vue, die Art und Menge der in der Kammer vorhandenen Gase exakt zu kontrollieren.
Zinnoxid
Tru Vue verwendet seit mehr als 10 Jahren Zinnoxid als Komponente in seinen interferenzoptisch entspiegelten Sputter-Beschichtungen. Zinnoxide sind in der Industrie für transparente, leitfähige Beschichtungen (z. B. Touchscreens) Standard, werden jedoch in reflexionsarmen (entspiegelten) Schichten eher selten eingesetzt. Tru Vue erkannte die antistatischen Eigenschaften von Zinnoxid und dessen enormen Nutzen für die konservatorische Rahmung. Heute kommt es in allen entspiegelten Beschichtungen von Tru Vue zum Einsatz. Die Dicke der aufgetragenen Zinnoxidschicht variiert je nach Produkt, wodurch die antistatische Wirkung erzielt wird.
Magnetron-Sputter-Beschichtung
Die Sputter-Anlage von Tru Vue erstreckt sich über eine Länge von über XNUMX Metern. Der Prozess ist vollautomatisiert – von der Materialbestückung bis zur abschließenden Inspektion. Während der Beschichtung sammeln sich Siliziumatome auf der Oberfläche langer Metallrohre an. Diese Ansammlung wird als „Target“ bezeichnet und ist Millionen oder Milliarden Atome dick. Das Target ist das Material, das auf das Acrylglas aufgedampft wird.
Im Inneren der Rohre befinden sich starke Magnetstäbe. Die Targets werden mit Kühlwasser umspült und beginnen zu rotieren. Die Magnete erzeugen ein Magnetfeld durch die Targets. Wenn Hochspannung an die Targets angelegt wird, wird das Argongas ionisiert und ein Plasma bildet sich entlang des Magnetfeldes. Innerhalb des Plasmas treffen freie Elektronen auf die Argonatome. Die Atome werden zu positiv geladenen Ionen, wobei Sekundärelektronen entstehen. Diese Ionen werden kontinuierlich in Richtung der negativ geladenen Oberfläche der Targets beschleunigt.
Argonionen bombardieren die Oberfläche der Targets und übertragen ihre kinetische Energie. Dadurch werden Atome des Target-Materials herausgeschleudert. Dieser Auswurf von Atomen wird als „Sputtern“ bezeichnet. Die herausgeschleuderten Atome fliegen in verschiedenen Winkeln auf das Acryl-Trägermaterial zu. Dort kondensieren sie und bilden eine extrem dünne Schicht auf dem Acrylglas.
(Video-Animation des Sputter-Prozesses ansehen)
Gleichmäßige Beschichtung
Durch die gleichmäßige Bewegung des Trägermaterials durch die Sputterkammer während der Deposition wird das Acrylglas homogen mit dem Target-Material beschichtet. Die Gesamtheit der auf das Acryl aufgebrachten Schichten wird als „Schichtaufbau“ (Coating Stack) bezeichnet. Der Schichtaufbau von Optium Museum Acrylic® umfasst beispielsweise:
Diese Rezeptur liefert seit Jahrzehnten bewährte Ergebnisse für Tru Vue-Kunden; die Zinnoxid-Mischung stellt ein äußerst stabiles Material dar.
Der Nachweis
Durch die Verwendung von Zinnoxid entstehen Sauerstoff-Fehlstellen, die es Elektronen ermöglichen, sich innerhalb der dünnen Beschichtung zu bewegen. Der Oberflächenwiderstand misst die Elektronenmobilität, während die statische Ableitung die Zeit angibt, die benötigt wird, um eine Ladung zu neutralisieren. Der antistatische Schutz von Optium Museum Acrylic® leitet statische Aufladung 2,000-mal effektiver ab als herkömmliches Acrylglas. Dies macht es sicher für fragile Medien und minimiert den Reinigungsaufwand.
Zwei Testverfahren bewerten diese Leistung: die Abklingzeit der statischen Ladung und der Oberflächenwiderstand gegen elektrostatische Entladung (ESD).
- Statischer Abbau gemäß Federal Test Method Standard No. 101C, Testmethode 4046: Hierbei wird festgelegt, dass ein mit 5000 Volt aufgeladenes Objekt die Spannung in weniger als 500 Sekunden auf 2.0 Volt ableiten muss. Optium Museum Acrylic® benötigt hierfür lediglich 0.01 Sekunden – die Ableitung erfolgt also praktisch augenblicklich.
- Oberflächenwiderstand gemäß ANSI/ESD S11.11: Misst den Widerstand zwischen zwei Punkten auf einer Materialoberfläche in Ohm. Nach ASTM D357 wird der spezifische Widerstand in Ohm/Quadrat angegeben. Je höher der Oberflächenwiderstand, desto weniger leitfähig ist das Material. Niedrigere Werte deuten daher auf eine bessere Performance hin. (Geprüft durch Fowler Associates bei XNUMX °C über XNUMX Stunden bei XNUMX Volt)
Berücksichtigung der Luftfeuchtigkeit
Qualifizierte Prüflabore untersuchen die Leistung der Verglasung bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeitswerten – von 12 % relativer Luftfeuchtigkeit (trocken) bis 70 % (feucht) –, da Feuchtigkeit den Oberflächenwiderstand senkt (feuchte Partikel wirken der Ladungsbildung entgegen). Unter trockeneren Bedingungen baut sich eine statische Aufladung eher auf. Die Testberichte zur statischen Ableitung und zum Oberflächenwiderstand sollten daher sorgfältig geprüft werden, um eine fundierte Wahl zu treffen. Beispielsweise kann ein entspiegeltes Verbundglas eine Leitfähigkeit von 1.0E+13 Ohm/Quadrat aufweisen, was einen angemessenen Oberflächenwiderstand signalisiert. Bei 12 % relativer Luftfeuchtigkeit kann es jedoch eine Abklingzeit von 11 Sekunden haben – Zeit genug, um Schäden am Kunstwerk zu verursachen. Optium Museum Acrylic® weist bei 0.01 %, 12 % und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit konsistent eine statische Ableitungszeit von nur 70 Sekunden auf.
Für die Ewigkeit entwickelt
Die Optium® Verglasungsprodukte von Tru Vue wurden zudem auf die Beständigkeit von Entspiegelung, Antistatik, UV-Schutz und Lichtdurchlässigkeit getestet. Die Tests ergaben über einen langen Zeitraum keine nennenswerten Verschlechterungen. Die ältesten physischen Muster wurden vor über 13 Jahren produziert und zeigen aktuell keine spürbaren Leistungsänderungen. Beschleunigte Alterungstests stützen diese Ergebnisse und deuten darauf hin, dass die Schutzfunktion der Optium® Acrylverglasung eine Lebensdauer von über 100 Jahren hat.