[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung in Form einer elektromechanischen Einrichtung, mit welchen Mikroemulsionen in Nanoemulsionen umgewandelt werden können, und dieses prozessgesteuert in verschiedenen Phasen, so dass in einer Vakuumkammer durch ein Mehrphasenverfahren eine Oberflächenbehandlung von Stoffen möglich ist, insbesondere auch -eine optimale Be- und Entschichtung organischer und anorganischer Festkörper. Die Emulsionen werden anschliessend wieder rezykliert.

[0002] Eine Mikroemulsion ist eine thermodynamisch stabile, isotrope, niedrig viskose Mischung, die aus einer hydrophilen und einer lipophilen Komponente besteht. Der hydrophile Charakter einer Substanz wird durch ihre Eigenschaft bestimmt, sich in Wasser zu lösen. (Gegenteil: hydrophob = wasserabstoßend). Lipophil kennzeichnet die Eigenschaft von Verbindungen oder Molekülgruppen, sich in Fetten, fettähnlichen Substanzen und Ölen leicht zu lösen oder selbst als Lösungsmittel für derartige Substanzen zu dienen, wogegen lipophobe (fettabstossende) Stoffe sich gegenteilig auswirken. Das elektrische und elektromagnetische System der hier vorgestellten Vorrichtung bewirkt Veränderungen an der diffusen Grenzfläche einer sogenannten Stern-Doppelschicht an den Partikeln innerhalb der Emulsionen. Diese Stern-Doppelschicht setzt sich aus einer starren und einer diffusen Schicht zusammen. Nach der Theorie von Otto Stern (1888-1969), Nobelpreisträger in Physik, baut sich aufgrund der Ladungsverteilung

ein Potential auf, das in der starren Schicht linear und in der diffusen Schicht exponentiell abnimmt. Für die funktionale Wirkung an der diffusen Grenzfläche ist das jeweilige Zetapotential einer Emulsion massgebend, welches die Stabilität einer Mikroemulsion bzw. einer einzelnen Mizelle beschreibt. Das Zeta-Potential ist dabei ein Maß für die Abstoßung oder Anziehung zwischen Partikeln und eine Mizelle ist ein Kolloidteilchen, das aus zahlreichen kleineren Einzelmolekülen aufgebaut ist.

[0003] In elektrischen Isolationen von hochfrequenzführenden Leitungen oder in hochfrequenten Feldern stehenden Isolationen will man die Verluste so klein als möglich halten. Man benutzt dafür Werkstoffe, welche in solchen Feldern eine möglichst geringe Wirkleistung in ihrem Innern erzeugen und so zu niedrigen Verlusten führen. Umgekehrt wählt man Mikroemulsionen so, dass in ihrem Innern, d.h. an den Mizellenoberflächen, möglichst hohe Verluste und somit gewünschte Veränderungen entstehen. Man verfügt damit über eine Möglichkeit, die Struktur der Mizellen gesteuert und geregelt beeinflussen zu können, sodass sie kinetische Zustände annehmen, welche eine Entschichtung sowie eine Beschichtung von Materialien im molekularen Bereich ermöglichen. Ein System für solche Zwecke arbeitet mit einem Durchlaufverfahren, was eine Aktivierung bei kleinstmöglichem Energieeinsatz erlaubt. Mit Hilfe des Verfahrens besteht zusätzlich die Möglichkeit, das zu behandelnde Medium mit den unterschiedlichen Ladungen in einer Vakuumkammer zusammenzuführen, womit ein Ladungsausgleich, d.h. eine Umwandlung der Mikroemulsion in eine Nanoemulsion nahe an der Oberfläche des Behandlungsgutes stattfindet.

[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Teilen mittels rezyklierbarer Nanoemulsionen zu schaffen, sowie ein Verfahren zur Erzeugung und zur Anwendung der Nanoemulsionen in einer Mehrphasen-Grenzflächenbehandlung sowie zur Rezyklierung der Nanoemulsionen anzugeben.

[0005] Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren zum Erzeugen, Anwenden und Rezyklieren von Nanoemulsionen sowie zur Oberflächenbehandlung von Teilen mittels denselben, bei welchem eine Nanoemulsion erzeugt wird, indem eine Emulsion durch eine Aktivierungseinrichtung fliesst, in welcher von einer

Hochfrequenzelektrode und elektromagnetischen Hochfrequenzspule mittels Generatoren erzeugte elektrische und elektromagnetische Felder einander überlagert werden und mittels wählbarer Spannungen, Frequenzen und Phasenverschiebungen Resonanzen erzeugt werden, sodass infolge der Veränderung der Partikel-Doppelschichten, die eine Veränderung des Zeta- Potentials bewirkt, aus einer Mikroemulsion eine Nanoemulsion wird, mit dieser hernach die Oberfläche von Teilen in einer Vakuumkammer behandelt werden, und die anschliessend im Rezyklierungssystem rezykliert und dann wieder verwendet wird.

[0006] Die Aufgabe wird weiter gelöst von einer Vorrichtung zum Erzeugen, Anwenden und Rezyklieren von Nanoemulsionen sowie zur Oberflächenbehandlung von Teilen mittels denselben, bestehend aus einem Rohrkreislauf mit mindestens einer Pumpe zur Förderung einer Emulsion in einem Kreislauf, dieser Rohrkreislauf enthaltend eine Vakuumkammer zur Oberflächenbehandlung von darin befindlichen Teilen, wobei der Rohrkreislauf eine Aktivierungseinrichtung durchläuft, sowie eine Hochspannungs- und eine Hochfrequenzspule mit je separatem Generator mit Frequenzwandler zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, wobei von ihnen separate Felder zur Umwandlung einer Mikroemulsion in eine Nanoemulsion erzeugbar sind, und die Vorrichtung weiter einen Transversal-Resonator zur Erzeugung eines Aerosols einschliesst, sowie Injektordüsen zum Einsprühen des Aerosols-/Nanoemulsionsgemisch in die Vakuumkammer.

[0007] In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Vorrichtung mit ihren wesentlichen Bauelementen in verschiedenen Ansichten dargestellt und sie wird nachfolgend anhand dieser Zeichnungen beschrieben und das damit betriebene Verfahren wird erläutert. Die physikalischen Abläufe im Zuge des Entschichtungsverfahrens werden anhand schematischer, stark vergrösserter Darstellungen erklärt.

Es zeigt:

Figur 1 : Die Vorrichtung in einer Ansicht von hinten gesehen;

Figur 2: Die Vorrichtung in einer Ansicht von vorne gesehen, mit entfernter

Frontseiten-Abdeckung;

Figur 3: Aktivierungseinrichtung mit einem Pumpenausgang und einem

Transversal-Resonator;

Figur 4: Einen Querschnitt durch das Rezyklierungssystem;

Figur 5-10: Die verschiedenen Phasen einer Entschichtung mittels Nanoemulsion schematisch und stark vergrössert dargestellt.

[0008] Um die Vorrichtung und das mit ihr betriebene Verfahren besser beschreiben und verstehen zu können, wird hier zunächst eine kleiner Exkurs über Mikroemulsionen gegeben: Diese Mikroemulsionen können rein organisch oder wässrig organisch aufgebaut sein. Bei der rein organischen Mikroemulsion wird eine Trägerflüssigkeit eingesetzt, welche aus einer oder mehreren Molekülarten besteht. Bei den wässrigen Mikroemulsionen hingegen besteht die Trägerflüssigkeit aus Wasser.

[0009] Der Trägerflüssigkeit werden nun verschiedene oberflächenaktive Stoffe beigegeben, das heisst Stoffe, die mit ihrer Oberfläche in Verbindung mit einem anderen Stoff physikalisch begründete Bindungen eingehen. Diese Stoffe bilden in der Trägerflüssigkeit durch Selbstorganisation sogenannte Mizellen. Je nach Aufgabenstellung werden zudem oberflächenaktive Stoffe eingesetzt, welche monomolekulare oder bimolekulare Mizellen bilden. Solche Tenside sind lösliche organische Verbindungen, welche die Grenzflächenspannung herabsetzen. Sie weisen mindestens einen hydrophoben Molekülteil und eine hydrophile Gruppe auf. Grundvoraussetzung für die Stabilität und die molekulare Selbstorganisation der Behandlungsflüssigkeit ist, dass die molekularen, oberflächenaktiven Stoffe in der Trägerflüssigkeit nicht lösbar sind. Für die Einstellung und Anpassung der Grenzflächenkinetik an den Doppelschichten der Nanopartikeln werden Enzyme eingesetzt.

[0010] Für die Bildung der organischen und der wässrigen Mikroemulsionen stehen verschiedene ober- und grenzflächenaktive Stoffe zur Verfügung. Diese können grob eingeteilt werden in:

• Anionische Stoffe

• Kationische Stoffe

• Nichtiogene Stoffe

• Amphotere Stoffe

Anionische oberflächenaktive Stoffe sind in der Lage, Mizellen mit einer negativen Ladung zu bilden. Kationische oberflächenaktive Stoffe sind in der Lage, Mizellen mit einer positiven Ladung zu bilden. Nichtiogene oberflächenaktive Stoffe sind in der Lage, Mizellen mit einer Null-Ladung zu bilden. Amphotere oberflächenaktive Stoffe sind in der Lage, Mizellen mit einer negativen oder positiven Ladung zu bilden. Bei all diesen Stoffen ist die Ladungsstärke vom Zetapotential abhängig. Die Ladungsart wird durch elektrische und magnetische Kräfte bestimmt, welche an der Systemgrenzfläche wirksam sind.

[0011] Die amphoter-aktiven Stoffe werden in Entschichtungs- und Beschichtungssystemen eingesetzt, bei welchen sehr kurze Umwandlungszeiten gefordert sind. Aus diesem Grund sind diese Stoffe besonders gut für das vorliegende Verfahren geeignet. Mit der vorgestellten Vorrichtung können sie mit Hilfe der magnetischen und elektrischen Phasensteuerung in Bruchteilen von Sekunden umgeladen werden. Die Ladungsmöglichkeiten bewegen sich zwischen negativ (anionisch), Nullpotential (neutral) und positiv (kationisch). Durch geeignete Resonanzen kann mit dieser Vorrichtung und dem damit betriebenen Verfahren das Zeta-Potential an einer Stern-Doppelschicht unabhängig vom chemischen Potential gesteuert und geregelt werden. Es sind dabei Zetapotential-Einstellungen von -15 bis +15 möglich.

[0012] Weitere Stoffe, die in Mikroemulsionen eingesetzt werden, sind:

• Enzyme

• Organische und anorganische Nanopartikel

• Lins- und rechtsdrehende Terpene

Die Enzyme sind in der Lage, die Energieverhältnisse von Mizellen, Nanopartikeln und links- und rechtsdrehenden Molekülen zu steuern. Im Normalfall wirken sie als

Katalysatoren, die die Reaktionsenergie zwischen zwei Systemen verkleinem. In der Mikroemulsion werden die Enzyme nicht verbraucht. Nanopartikel die kleiner als 20 nm gross sind, sind sehr reaktionsfreudig und in der Lage, hohe Energieschranken zu durchbrechen. In der Mikroemulsion sind sie wichtig für die selbstorganisierte Reaktion in den einzelnen Phasen der Be- und/oder Entschichtungsverfahren. Die links- und rechtsdrehenden Moleküle (vorwiegend Terpene) sind verantwortlich für die Bildung, Vergrösserung und Stabilisierung der Mikrokapillaren, auf weiche später noch genauer eingegangen wird.

[0013] Die elektrischen Eigenschaften von Mizellen stehen in einer gewissen Analogie zu den kinetischen Eigenschaften. Da in den Mizellen im Gegensatz zu den Metallen nahezu keine Elektronenleitfähigkeit vorhanden ist, hängen die elektrischen Eigenschaften in besonderem Masse, ebenso wie die mechanischen Eigenschaften, von der Beweglichkeit der molekularen Bausteine der Mizellen ab. Kennzeichnend für diese Eigenschaften ist die Dielektrizitätszahl ε _r . Man nennt ε _r die „Relative Dielektrizitätszahl". Die Größe der Dielektrizitätszahl eines Isolierstoffes wird bestimmt durch die Stärke der Polarisation. Sie ist dimensionslos, hängt aber sowohl vom Werkstoff als auch von der Temperatur und der Frequenz ab. An der Oberfläche der Mizellen entstehen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes sogenannte Polarisationsladungen, die influenzieren. Mit Influenz ist dabei die Trennung von Ladungen eines leitenden Körpers unter dem Einfluss der von äußeren Ladungen ausgeübten elektrischen Kräfte gemeint. Die dielektrische Polarisation ist der Anteil der Verschiebungsflussdichte, der auf das Dielektrikum entfällt. Die Größe der dielektrischen Polarisation P ergibt sich nach der Beziehung:

P = ε _Q - E - (ε _r - l) (1 )

ε ₀ elektrische Feldkonstante (ε ₀ = 8.854-1 CT ¹² AsV ^"1 m ^"1 ) ε _r Dielektrizitätszahl (relative Dielektrizitätskonstante) E elektrische Feldstärke

[0014] Aus der Gleichung (1) kann abgeleitet werden, daß die Dielektrizitätszahl um so größer ist, je ausgeprägter das polare Verhalten und somit P eines Stoffes ist. Liegt nur eine Verschiebungspolarisation vor, so ist die Dielektrizitätszahl klein. Tritt

aber neben der Verschiebungspolarisation zusätzlich eine Orientierungspolarisation auf, so ist die Dielektrizitätszahl größer. Sie kann dann Werte von 4 bis 100 erreichen. Liegt eine spontane Polarisation vor, können sogar Spitzenwerte bis zu 100.000 als Dielektrizitätszahl erreicht werden. Was aber genau ist die Polarisation? Reale Körper bestehen aus gleich vielen positiven und negativen elektrischen Ladungen, auf die ein einwirkendes elektrisches Feld kinetische Kräfte ausübt. Positive Ladungen werden in Feldrichtung, negative entgegen der Feldrichtung beschleunigt. Mizellen haben praktisch keine frei beweglichen Ladungsträger. Die Ladungen sind an Träger (Atome, Molekülsegmente) gebunden. Sie können somit nur elastisch um ein der Feldstärke proportionales Mass verschoben werden. Die Schwerpunkte der positiven und negativen Ladungen fallen damit nicht mehr zusammen; es bilden sich elektrische Dipole. Bei der Elektronenpolarisation bewirkt das äussere Feld eine Deformation der Elektronenhülle der Atome. Sie tritt bei unpolaren Stoffen auf. Bei der reinen Elektronenpolarisation ist ε _r = n ² (n = optischer Brechungsindex). Sie ändert sich auch mit der Frequenz praktisch nicht, mit der Temperatur nimmt sie ab, da infolge der Wärmedehnung die Zahl der polarisierbaren Teilchen kleiner wird. Da einzig die zum Bau von Mizellen verwendeten Moleküle selbst oder Teile von ihnen „permanente Dipole" darstellen, lassen sie sich in elektrischen Feldern ausrichten, so dass eine makroskopische Polarisation entsteht, welche bei polaren, oberflächenaktiven Stoffen höher ist als bei unpolaren. Die Polarisationsanteile sind entsprechend den unterschiedlichen Mechanismen auch unterschiedlich beweglich. Da in Mizellen die permanenten Dipole relativ grosse Gruppen sind, können sie nur verhältnismässig niedrigen Frequenzen folgen. Von erheblichem praktischen Interesse ist die Frage des Einflusses von Farbpigmenten auf die relative Dielektrizitätskonstante. Die wichtigste Mischregel errechnet sich näherungsweise aus der Summe der Dipolmomente der Farbpigmente und derjenigen der Trägermatrix auf die gesamte Ladungsdichte zu:

' MMaattrriixx ^c "rr,, PPiiggmmeenntt

^S eff ~ ^S Matrix 1 - 3/7 -

O . p .L p (2)

Matrix ^c r, Pigment wobei p = Volumengehalt.

So ergibt sich beispielsweise für Lufteinschlüsse (Schaum, Fliesszonen, etc.) mit ^ε r,Luft ^{K '}

^g 4T = W| l-3p - " ^M ; ^{trix ~} l A (3)

^{Z " b} Matrix ~*~ ^l

und bei Metalleinschlüssen mit ^ε _r , _M eiair~ ^∞ '-

^£ eff = ^£ Ma _lr tc( ^l + ³ P) (4)

[0015] Das vorgestellte Verfahren kann in Verbindung mit einer Mikroemulsion in verschiedenen Anwendungen genutzt werden. Es funktioniert für Beschichtungen und Entschichtungen im Nanobereich. Die EntSchichtungen dienen zum Beispiel der

• Entfernung von nassen und angetrockneten Druckfarben

• Entfernung von ein- und zweikomponentigen Farben

• Entfernung von Kunststoffbeschichtungen

• Entfernung von industriellen Schmutzschichten

• usw.

Die Beschichtungen dienen der

• Veränderung der Leitfähigkeit von Kunststoffoberflächen

• Veränderung der Oberflächenenergie von Kunststoffoberflächen, z.B. Epilamisierung, Verbesserung der Gleiteigenschaft, etc.

• Auftragung funktioneller Nanoschichten auf Festkörper

• usw.

[0016] Das Verfahren hat zum Ziel, in der Aktivierungseinrichtung eine Mikroemulsion in eine Nanoemulsion umzuwandeln und mit Hilfe des Phasenresonators durch elektromagnetische Felder auf den Feststoffpartikeln der Nanoemulsion aktive elektrische Grenzflächen-Doppelschichten im molekularen, respektiv atomaren Bereich zu erzeugen. Elektrische Doppelschichten sind bekanntlich für viele physikalisch kinetische Phänome wie Elektro-Osmose, Elektrophorese, Strömungspotentiale und Sedimentationspotentiale verantwortlich. Die elektrisch kinetischen Kräfte, die in einer Flüssigkeit auf elektrisch geladene Partikel wirken, werden als Colombsche-Kräfte bezeichnet. Für die Funktion des benannten Verfahrens, das für die Schichtbildung und Schichtentfernung auf Festkörpern eingesetzt werden kann, werden an den Doppelschichten verschiedener

Systeme durch elektrische und hochfrequente Hochspannungsfelder elektrokinetische Veränderungen erzeugt. Dazu wird in die Aktivierungseinrichtung ein Gasgemisch eingelassen. Dabei entsteht aus einem Teil der Nanoemulsion ein Aerosol, das zusammen mit der restlichen Nanoemulsion mit den rotierenden Injektordüsen des Transversal-Resonators in die Vakuumkammer gesprüht wird, in der Vakuumkammer wird durch den rotierenden Transversal-Resonator ein parabolisches, asymmetrisches, transversal überlagertes Rotationsfeld erzeugt. In diesem Feld reagieren die Doppelschichten der eingesprühten Partikel und bilden in den einzelnen Prozessphasen funktionelle Resonanzen. Für das Be- und Entschichtungsverfahren werden verschiedene funktionelle Ein- oder Mehrphasenverfahren eingesetzt.

[0017] Eine entscheidende Rolle für das Mehrphasenverfahren ist unter anderem der Einfluss der Zusammensetzung der verwendeten Mikroemulsion als auch die programmgesteuerte Reaktionstechnik in der Aktivierungseinrichtung bzw. im Phasenresonator. In den einzelnen Phasen werden mit dem Phasenresonator punktuelle aktive und energiereiche Zentren mit elektrokinetischen Ladungen gebildet, mit denen die Struktur der abzulösenden organischen Schicht verändert wird. In diesen aktiven Zentren werden die Moleküle, Enzyme und Nanopartikel- Grenzflächenatome gelöst und es entstehen in der organischen Schicht wirkungsvolle, intermolekulare Kräfte. Dadurch entstehen zwischen den Schichtmolekülen unterschiedliche Wechselwirkungen, die in den vier Phasen des Mehrphasen-Entschichtungssystems noch genauer beschrieben werden. Eine Besonderheit dieses Verfahrens ist die Selbstorganisation von Nanopartikeln, die durch die Adsorption von Ionen und durch Eigendissoziation gebildet wird. Nanopartikel, die sich in diesem Zustand befinden, können in Kontakt mit ionischen Grenzflächen zu Systeminstabilitäten führen. Dieser Effekt wird in der nachfolgend beschriebenen Phase 4 beim Abtragen grosserer Schichtagglomerationen wirksam. Ein weiterer Effekt, der im Verfahren der nachfolgend beschriebenen Phase 1 genutzt wird, ist das Entstehen von Materiewellen, die in der organischen Schicht ein Netzwerk von Spaltkapillaren bilden. Aus der Bildungserscheinung der Elektronen und Neutronen weiss man, dass materiellen Teilchen Eigenschaften von Materiewellen zukommen, wenn die molekulare Kraftkonstanten sehr gross sind (Erweiterung des Maxwellschen Gleichungsgesetzes der Translationsenergie). Im

Gegensatz zu den elektromagnetischen Wellen bzw. Protonen ist bei Materiewellen die Ausbreitungsgeschwindigkeit verschieden von der Teilchengeschwindigkeit. Bei. der Erzeugung eines Teilchenstrahles durch einen unendlich langen Wellenzug ist der Impuls des Teilchens durch die Wellenlänge eindeutig festgelegt. Der Ort, der ein Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt einnimmt bzw. durchläuft, ist jedoch völlig unbestimmt. Um die örtliche Lage eines Teilchens, das in die organische Schicht eindringt, wenigstens ungefähr kennzeichnen zu können, muss man ein Wellenpaket heranziehen. Ein solches Wellenpaket entsteht durch Überlagerung zahlreicher Wellenzüge, in der die Wellenlänge und die Amplitude so gewählt sind, dass es zu Interferenzen kommt. Mithilfe eines Wellenpaketes, das in der nachfolgend beschriebenen Phase 3 zum Einsatz kommt, kann die Unbestimmtheit der örtlichen Lage der Teilchen eingeengt werden. Allerdings ist dies nur möglich auf Kosten der Schärfe in der Angabe des Impulses. Die Wellennatur materieller Teilchen bringt daher eine grundsätzliche Unscharfe der gleichzeitigen Angabe von Ort und Impuls eines Teilchens (Unschärferelation, Physiker Werner Heisenberg, 1927).

[0018] Ein spezifisches Anwendungsbeispiel für den Einsatz solcher Nanoemulsionen ist die Reinigung von Tampondruckerei-Utensilien. Hierzu wird eine Vorrichtung eingesetzt, die in Figur 1 von hinten dargestellt ist. Sie ist aus Chromstahl gefertigt und weist eine von oben zugängliche Vakuumkammer 1 auf, in welche ein Behandlungskorb 2 mit zwei Griffbügeln 3 einführbar ist. Abzurejnigende Utensilien, das heisst im vorgestellten Beispiel Tampondruck-Clischees, werden in diesen Korb 2 gelegt und danach in die Vakuumkammer 1 eingebracht. Anstelle des Behandlungskorbes 2 wird vielfach nur ein Gitter zur Aufnahme des Reinigungsgutes eingesetzt. Die Vakuumkammer ist mit einem Deckel 4 verschliessbar, der hierzu mit Hilfe von Scharnieren auf der Oberseite der Vorrichtung befestigt ist. Der Bediener steht auf der Vorderseite der Vorrichtung, das heisst auf der hier im Bild abgewandten Seite. Der Deckel wird also, ausgehend aus dem geschlossenen Zustand, nach vorne aufgeschwenkt und bildet hernach eine Ablagefläche für den aus der Vakuumkammer zu hebenden Behandlungskorb 2 oder das Reinigungsgut. Neben der Vakuumkammer 1 erkennt man ein Rezyklierungssystem 5, in welchem die Mikroemulsion von der Farbe befreit wird, wie das später noch genauer beschrieben wird. An der Rückseite der Vorrichtung befindet sich eine Öffnung 6 für die Abluft, welche bei der Erzeugung des Vakuums in der Vakuumkammer 1

entsteht. An der Öffnung 6 kann ein betriebsinternes Abluftsystem oder ein Aktiv- Kohlenfilter angeschlossen werden. Auf einer Schmalseite der Vorrichtung befindet sich zudem ein Druckluftanschluss 7 und ein Elektroanschluss 8.

[0019] In Figur 2 sieht man die Vorrichtung in einer Ansicht von vorne gesehen, mit entfernter Frontseiten-Abdeckung. Unter der Vakuumkammer 1 sind zwei Umlaufpumpen 9 zu erkennen. An jedem Pumpenausgang ist eine hier nicht vollständig sichtbare Aktivierungseinrichtung 10 angeschlossen. Diese Aktivierungseinrichtung 10 ist jeweils mit Hilfe einer Verschraubung mit dem entsprechenden Transversal-Resonator (hier nicht sichtbar) in der Vakuumkammer 1 verbunden. Im Boden der Vakuumkammer 1 befindet sich der Ablauf, der über ein T- Stück 11 und je eine Verschraubung mit den Pumpeneingängen verbunden ist. Die Umlaufpumpen 9 fördern die Mikroemulsion also über die Aktivierungseinheiten 10 in die Transversal-Resonatoren, wo sie als Aerosol-/.Nanoemulsionsgemisch in die Vakuumkammer 1 auf das Reinigungsgut gesprüht wird. Die Mikroemulsion verlässt die Vakuumkammer 1 über einen Ablauf, welcher über das T-Stück 11 und den Verbindungsrohren mit den Umlaufpumpen 9 verbunden ist. Dieser soeben beschriebene Reinigungskreislauf kann je nach Reinigungsanforderung alternativ auch mit einer oder mehr als zwei Pumpen betrieben werden. Neben dem Reinigungskreislauf enthält die Vorrichtung zudem einen Kreislauf zur Rezyklierung. Die beiden Aktivierungseinrichtungen 10 sind dabei über ein Verbindungsrohr 12 miteinander verbunden. In dessen Mitte befindet sich ein Ventil 13, welches nach Einschaltung über den Schlauch 14 dem Rezyklierungssystem 5 einen Teil der Emulsion zur Rezyklierung zuführt. Nach dem Rezyklierungsprozess wird die nun saubere Mikroemulsion über die Leitung 15 und das Ventil 16 wieder der Vakuumkammer 1 zugeführt. Bei geschlossenem Ventil 16 wird dem Rezyklierungssystem 5 für eine Rückspülung von unten Luft eingeblasen. Auf die Rückspülung wird später in der Figur 4 noch genauer eingegangen. Oberhalb der Aktivierungseinrichtungen 10 erkennt man die zur Vorrichtung gehörige elektrische Schaltung 17, die auf der Aussenseite der Vakuumkammer 1 angebracht ist. Zu dieser elektrischen Schaltung 17 gehören auch die Generatoren zum Betrieb der Elektrode und der Spulen sowie die Phasendiskriminatoren. Mit diesen Generatoren können Hochspannungsfelder von 1 bis 10'0OO Volt erzeugt werden, mit überlagerten Frequenzen von 10 Hz bis 1 GHz. Rechts der Vakuumkammer 1 ist ein Vakuumventil

18 zu erkennen. Das Vakuumventil 18 hat die Aufgabe, die Vakuumkamrner 1 unter Vakuum zu setzen und die Abluft über die Öffnung 6 (Figur 1) abzuführen. Das 3/2- Wegeventil 19 dient der Be- und Entlüftung des Rezyklierungssystems 5 sowie der Belüftung der Vakuumkammer 1.

[0020] Die Figur 3 zeigt in einer vergrösserten Ansicht den Ausgang einer Umlaufpumpe 9, eine Aktivierungseinrichtung 10 und einen Transversal-Resonator 20. Mit Hilfe der Aktivierungseinrichtung 10 wird die Mikroemulsion in eine Nanoemulsion umgewandelt. Mit dem rotierenden Transversal-Resonator 20 werden die einzelnen Prozess-Schritte für das 4-Phasen-Verfahren erzeugt. Am Pumpenausgang 9, befestigt mit einer 1"-Verschraubung, befindet sich die Aktivierungseinrichtung 10. Die Aktivierungseinrichtung 10 besteht aus einem Abschirmgehäuse 21 , bestehend aus einem Rohr, das am Bodenabgang der Vakuumkammer 1 angeschweisst ist. In dem Abschirmgehäuse 21 ist ein Isolator 22 eingebaut. In der Mitte des Isolators 22, d.h. im Flüssigkeitseinlass, befinden sich eine oder zwei Hochspannungselektroden 23 und zwei Schleifkontakte 24. Die Hochspannungselektrode 23 ist über je einen Schleifkontakt 24 mit den Wellenleitern 25 und den Permanentmagneten 26 verbunden. Ausserhalb des Abschirmgehäuses 21 ist eine elektromagnetische Hochfrequenzspule 27 aufgesetzt. Im oberen Teil des Isolators 22, welcher in die Vakuumkammer 1 hineinragt, befindet sich ein Kugellager 28 und ein Befestigungsgewinde für den Transversal-Resonator 20. Am unteren Ende, unterhalb der Hochfrequenzspule 27 befindet sich der Anschluss 29 für die Hochspannungselektrode 23. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich der Einlass 30, über welchen dem System gasförmige, dampfförmige oder flüssige Wirkstoffe zugeführt werden können. Der Transversal-Resonator 20 besteht aus einem zylindrischen Drehteil 31 aus Kunststoff oder Keramik mit Innengewinde zur Befestigung auf der Aktivierungseinheit 10 und zwei seitlich angebrachten Gewinden für die Hohl-Düsenstäbe 32 aus Kunststoff. Im oberen Teil sind ein oder mehrere Ring-Permanentmagnete 33 eingebaut. Auf den Hohl-Düsenstäben 32 sind je eine oder mehrere Injektordüsen 34 eingeschraubt, während sich unten, leicht seitlich versetzt je eine Bohrung 35 befindet. Durch den Austritt der Nanoemulsion aus den beiden Bohrungen 35 rotiert der Transversal-Resonators 20 um seine Achse. In den Hohl-Düsenstäben 32 ist in der Mitte je ein Wellenleiter 25 aus Wolfram oder Edelstahl befestigt, welcher auf der äusseren Seite mit einem Permanentmagneten

26 abgeschlossen ist. Auf der Innenseite sind die Wellenleiter 25 mit je einem Schleifkontakt 24 der Aktivierungseinrichtung 10 verbunden. Im unteren Teil der Aktivierungseinheit 10 befindet sich eine Membrane als Phasenresonator 36, die über den Anschluss 37 für die Herstellung von Nanopartikeln mit definierten Grössen mit einem separaten Hochspannungs-/Hochfrequenzgenerator versorgt wird.

[0021] Die Mikroemulsion wird im Rezyklierungssystem 5 kontinuierlich von der aufgenommenen Farbe befreit. Das Rezyklierungssystem 5, welches in Figur 2 sichtbar ist, wird in Figur 4 in einem Querschnitt dargestellt. Es handelt sich um einen Topf aus Chromstahl. Im Prinzip lässt sich ein üblicher Chromstahl-Dampfkochtopf als Rezyklierungssystem 5 verwenden. Im Topfboden befindet sich eine Ablassöffnung 38. An dieser Ablass-Öffung 38 ist ein Verteiler 39 mit einer elektromagnetischen Durchfluss-Spule 40 befestigt. Die Durchfluss-Spule 40 hat die Aufgabe, die Mikroemulsion wieder in einen definierten Zustand zurückzusetzen. Unterhalb der Spule 40 ist am Verteiler 39 ein Lufteinlassventil 41 mit vorgeschaltetem Rückschlagventil 42 für die Rückspülung eingebaut. Über die Leitung 15, welche ebenfalls am Verteiler 39 angebracht ist, verlässt die saubere Mikroemulsion das Rezyklierungssystem 5. Seitlich am Topf sind vier Einlasse 43,44 und 47,48 mit Gewinden eingepresst. Die Einlasse 43 und 44 sind mit einem Schlauch 45 verbunden. Für die Niveaukontrolle befindet sich auf dem Schlauch 45 eine einstellbare kapazitive Niveausonde 46. Der obere Einlass 47 ist mit einem 3/2- Wege-Ventil mit dem Drucklufteingang über einen Nylonschlauch verbunden. Der untere Einlass 48 ist mit dem Schlauch 14 mit Ventil 13 verbunden. Über diesen Schlauch 14 wird ein Teil der Mikroemulsion dem Rezyklierungssystem 5 zur Rezyklierung zugeführt. In das Rezyklierungssystem 5 wird eine Trennplatte 49 hineingelegt. Diese Trennplatte 49 wird mit einer T-förmigen Befestigungseinheit 54 auf einem Dichtungsring 55 auf dem Topfboden befestigt. Sie besteht aus einem Metalleinsatz 50 mit zwölf Ablassbohrungen. Angeschweisst in den Metalleinsatz 50 ist ein Edelstahlnasenblech 51 als Distanzhalter. Darauf liegt eine Piezo-Folie 52 aus beschichtetem Edelstahl- oder Kunststoffgewebe. Alternativ kann auch eine Elektrode, bestehend aus einem Metallgewebe, die von einem externen Generator mit Hochspannung versorgt wird, eingelegt werden. Über der Piezofolie 52 oder der Hochspannungselektrode liegt ein feinmaschiges Edelstahlgitter 53. Die eingelegten Teile sind am Rand mit einer hochohmigen Vergussmasse 56 gegenüber dem

Metalleinsatz 50 isoliert befestigt. In der Mitte der Trennplatte 49 befindet sich für die Befestigung und Entnahme ein Edelstahlstutzen mit Bohrung 57. Die Trennplatte 49 hat neben dem Aufbau einer flüssig/flüssig Doppelschicht zur Farbabtrennung die Aufgabe, das Abfliessen des feinkörnigen Adsorbers zu verhindern.

[0022] Bei der ersten Inbetriebnahme oder nach einer Farbentnahme wird zuerst ein Messbecher Adsorber oder eine Einheit vakuumverpackte Adsorberpaste in das Rezyklierungssystem 5 zugegeben. Der Adsorber besteht aus verschiedenen organischen und anorganischen Stoffen die so gewählt werden, dass diese in der Lage sind, bei der Rezyklierung die teuren Wirkstoffe der Mikroemulsion durch Austausch wieder freizugeben. Nach der Zugabe des Adsorbers wird das Rezyklierungssystem 5 dicht verschlossen, wozu im Falle eines Dampfkochtopfes der dazugehörige Deckel verwendbar ist. Nach dem Starten des Reinigunsprozesses ist parallel dazu die Rezyklierung der Emulsion aktiv. Im Rezyklierungssystem 5 wird dabei zuerst die Rückspülung gestartet. Sie vermischt den Adsorber mit der verschmutzten Emulsion. Während dem Reinigungsprozess wird das Rezyklierungssystem 5 zyklisch über das Ventil 13 mit verschmutzter Emulsion befüllt. Das Füllvolumen wird durch die kapazitive Niveausonde 46 bestimmt. Während der Vermischung mit dem Adsorber werden die an die Farbagglomerationen gebundenen molekularen Wirkstoffe wieder freigegeben und durch Adsorbernnoleküle ersetzt. Die freigegebenen Wirkstoffe bilden teilweise wieder Mizellen und nehmen eine negative Ladung an. Durch den auf die Piezomembrane wirkenden den Druck und/oder das Vakuum bildet sich zwischen dem Adsorber und der Trennplatte eine flüssig/flüssig Trennschicht mit einer negativen Feldspannung. Diese Feldspannung (Hochspannung) bildet einen elektrostatischen Filter und trennt die positiv geladenen Farbagglomerationen von der negativ geladenen Mikroemulsion. Die von der Farbe befreite Mikroemulsion verlässt das Rezyklierungssystem 5 über die am Boden vorhandene Ablass-Öffnung 38. Die an den Adsorber gebundenen Farbrückstände bleiben hingegen bis zur Farbentnahme im Topf. Beim Durchgang der Mikroemulsion durch die elektromagnetische Durchfluss-Spule 40 werden die Mizellen ihrer Ladung entsprechend wieder in den Ursprungszustand zurückversetzt. Anschliessend wird die regenerierte Mikroemulsion über die Leitung 15 und durch das Ventil 16 wieder der Vakuumkammer 1 zugeführt. Die abgeschiedene Farbmenge wird zeitlich

und/oder durch eine Sonde in Bezug auf die Menge überwacht. Wenn die maximal zulässige Farbmenge erreicht ist, wird automatisch ein Farbentnahmeprozess ausgeführt. Dabei wird das Rezyklierungssystem 5 entleert und die Restsubstanz mit Luft aus dem Einlass 47 getrocknet. Nach Beendigung dieses Prozesses wird der Deckel von Hand geöffnet und die Trennplatte 49 mit den an den verbrauchten Adsorber gebundenen, pulverförmigen und trockenen Farbrückständen manuell entnommen. Nach Entfernung der Rückstände wird die Trennplatte 49 wieder in das Rezyklierungssystem 5 eingesetzt und mit der T-förmigen Befestigungseinheit 54 fest verschraubt. Ein neuer Reinigungsprozess kann erst wieder gestartet werden, wenn das Rezyklierungssystem 5 wieder mit Adsorber frisch befüllt und der Deckel geschlossen wurde. Das Rezyklierungssystem erlaubt eine zeitlich praktisch unbeschränkte Nutzung der Mikroemulsion. Lediglich die Verschleppungsverluste müssen von Zeit zu Zeit ersetzt werden.

[0023] Im Folgenden werden jetzt noch die einzelnen Phasen des Mehrphasen- Verfahrens im Einzelnen beschrieben und erläutet: Figur 5 zeigt dabei die Phase 1 : In dem Mehrphasenverfahren werden organische Schichten von der Rückseite her. abgebaut und bei der Schichtbildung von der Vorderseite her aufgebaut. Deshalb wird beim Schichtabbau in der Phase 1 die organische Schicht mit einer Hohlraumstruktur versehen, d.h. sie wird durchlässig gemacht. Es werden dazu in einem polaren, transversalen Wechselfeld gasbeladene Nanopartikel mit angelagerten links- und rechtsdrehenden Molekülen aus dem im Transversal Resonator erzeugten Aerosolgemisch in Richtung der Substratoberflächen beschleunigt. Hierzu wird eine Potentialdifferenz von Δ _φ0 = 3000 V und eine überlagerte Wechselspannung von 4000V zwischen den beiden Elektroden (Wellenleiter) des Transversal Resonators angelegt. Im Wechselfeld werden die Energieniveaus der Nanopartikel-Phasengrenzschichten periodisch angehoben und abgesenkt. Dadurch wird der Injektionsvorgang beschleunigt. Die Kanalwände der durch das Eindringen der gasbeladenen Nanopartikel erzeugten Mikrokanäle werden mit links- und rechtsdrehenden Molekülen belegt. Dieser Vorgang wird durch eine Tandem-Reaktion vollzogen. Dies ist eine Reaktionsfolge, in der zwei verschiedene Reaktionen unmittelbar aufeinander folgen, wobei die erste Reaktion, die Injektion, die zweite, die Belegung der Kanalwände, praktisch erzwingt. Die so erzeugten Kapillaren bleiben ca. 30 bis 60 Sekunden stabil.

[0024] Phase 2: (Figur 6) Durch die Veränderung der elektrischen Doppelschicht auf den Nanopartikeln M ₂ erfolgt ein Injektionsvorgang in Richtung Substrat, bzw. der auf dem Substrat anhaftenden organischen Schicht. Am Phasenübergang der (Aerosol/Flüssigkeit ) <→ (Schicht) entsteht ein Potentialabfall und damit eine Veränderung der Resonanzfrequenz an den Partikelgrenzflächen M ₂ . Damit das Potential der Partikel-Doppeischicht im Injektionskanal an die links und rechtsdrehenden Molekülen angeglichen wird, wird zuerst ein auf das elektrische Strömungspotential angepasstes polares Feld aufgebaut, das in den Mikrokapillaren ein stationäres Geschwindigkeitsfeld mit einer assimetrischen Potentialverteilung erzeugt. Dazu wird im Transversal-Resonator zwischen den beiden Elektroden (Wellenleiter) eine Potentialdifferenz von Δφ _o = 500 V angelegt. Das dimensionslose Potential an dem Substrat beträgt dann Φ-n = 1 und an den Wänden Φ ₂₁ = 0 . Durch die asymptotische Anpassung der elektrischen Randbedingung und dem Drehfeld, das durch die Rotation der beiden Elektroden (Wellenleiter) aufgebaut wird, strömen die Partikel M ₂ durch die in der Phase 1 gebildeten Mikrokapillaren in Richtung Substratoberfläche. Dort angekommen, übertragen sie einen Teil der kinetischen Energie an die Phasengrenzfläche „Substrat <→ Schicht", wo sie durch die örtliche Veränderung des Zeta-Potentials eine molekulare Trennschicht bilden.

[0025] Phase 3a: (Figur 7) In der Phase 3a werden an der Aussenseite der organischen Schicht nichtiogene Moleküle angelagert. Nach einer molekularen Belegung der äusseren Grenzschicht wird in dieser die Oberflächenspannung erhöht. Die Grenzschicht wölbt sich dadurch konkav nach aussen. Gleichzeitig diffundieren amphotere Moleküle in die noch offenen Kapillaren. Nach Verlust ihrer Bewegungsenergie bleiben sie im Schichtsystem stecken. Eine Verteilung im Schichtsystem ergibt sich durch die unterschiedlich grossen Bewegungsenergien der einzelnen amphoteren Moleküle. Phase 3b: (Figur 8) In einem hochfrequenten Energiefeld kommen die energiearmen, amphoteren Moleküle in Resonanz und mutieren zu Anionen. Gleichzeitig bilden sie ein Netzwerk kleiner Bezirke, wodurch in der organischen Schicht spaltförmige Kapillaren entstehen, in welchen die in der Phase 4 aktiven Stoffe zu den Anionen transportiert werden.

[0026] Phase 4: (Figuren 9 und 10) In der Phase 4 kommt die Methode „Phasen-

Transfer-Katalyse" zum Einsatz. Diese ermöglicht Reaktionen zwischen Substanzen, die sich in verschiedenen, nicht mischbaren Phasen befinden. Beim Kontakt der anionischen Phase M _x mit der mit Nanopartikeln beladenen Enzymphase M _y geschieht noch nichts. Die Reaktion kommt erst in Gang, wenn ein Ion aus der Phase M _x durch die Grenzfläche M _x , _y in die Phase M _y extrahiert. Durch die katalytische Wirkung der Enzyme entsteht dann im Phasenraum M _x , _y eine heftige Reaktion, die in den Doppelschichten, an den Grenzflächen der Nanopartikel, einen Potentialsprung verursacht. Dieser Potentialsprung führt zu einer Instabilität des Phasenraumes M _x,y , was zur Folge hat, dass die Phasenraumzelien innerhalb weniger Mikrosekunden in ihre Bestandteile zerfallen. Durch die dabei freigesetzte Bindungsenergie entstehen in der organischen Schicht punktuell grosse, energetische Zentren, die im Makrobereich dazu führen, dass in der organischen Schicht grosse Bezirke (zum Beispiel Farbagglomorationen) abgestossen werden.

[0027] Mit dem beschriebenen Reinigungsverfahren werden grundsätzlich keine Stoffe gelöst. Je nach Verfahrensstufe entstehen Mischungen, die sich zum Teil selbst oder unter dem Einfluss des Verfahrens zurückbilden. All diesen Verfahren ist gemeinsam, dass zur Erzielung des gewünschten Effektes Wechselwirkungskräfte zwischen den gleichen und ungleichen Partnern bestehen müssen. Die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten des Verfahrens ist sehr gross. Es kann mit einer geeigneten Mikroemulsion nicht nur für EntSchichtungen sondern auch für Beschichtungen benutzt werden. Diese Möglichkeit ist gegeben durch die gezielte Erzeugung gewünschter Doppelschichten mit einer geeigneten Matrix. In erster Linie werden im Verfahren die möglichen Veränderungen von physikalischen Eigenschaften und die Selbstorganisation der Nanopartikel sowie die Eigenschaften von Doppelschichten genutzt. Es können somit Systeme aufgebaut werden, welche bei kleinstmöglichem Energieaufwand eine grosse Wirkung erzielen. Neben den physikalischen Veränderungen in Doppelschichten können mit dem Verfahren auch gezielt chemische Veränderungen ausgelöst werden. Das Verfahren kann im Nanobereich ebenso für die Bildung molekularer Schichten mit neuen Festkörpereigenschaften eingesetzt werden.