Fachbereich Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Die Reinigung von Oberflächen ist am Institut eine immer wiederkehrende und anspruchsvolle Aufgabe. Bei der Wahl der Mittel spielen folgende Fragestellungen eine Rolle:
Viele physikalische Experimente finden im Hochvakuum statt. Daher werden an die Oberflächen der Bauteile hohe Reinheitsansprüche gestellt. Wenn ein Experiment neu aufgebaut wird, müssen die Bauteile die z.b. aus der mechanischen Werkstatt kommen, gründlich gereinigt werden. Bei Bauteilen für Hochvakuumapparaturen sind hochsiedende Fette und Öle oftmals eine lästige Angelegenheit, da sie im Vakuum langsam verdampfen kann es Tage dauern bis der gewünschte sehr niedrige Enddruck erreicht wird.
Grundsätzlich sind diese Teile schon vorgereinigt. Das bedeutet es ist nicht zu erwarten, dass größere Mengen an Bohröl/-wasser o.ä. an ihnen haftet. Eher zu erwarten ist "Fett" von Händen. Das ist, im gegensatz zu (Motor-)Öl, sehr gut mit Aceton zu beseitigen. Wenn zusätzlich noch anorganische Salze, wie z.b. Kalkablagerungen entfernt werden müssen, ist eine kombinierte Reinigung mit iso-Propanol sinnvoll, da dies besser anorganische Salze löst.
Lösemittel können auch kontraproduktiv sein. In einer Arbeit der Firma SurTec (Metallreinigung und -entfettung, Karl Brunn und Rolf Jansen, Sep. 1997) wird ausdrücklich vor einer "Lösemittelentfettung" gewarnt (Seite 7):
Bei kombinierten Verunreinigungen, die in der Reinigung vor der galvanischen Beschichtung die "Standardverunreinigungen" darstellen, kommt es zu einer stärkeren Haftung der Partikelverunreinigung, wenn die Öl/Fettschicht, die Partikel z.T. beweglich halten, durch eine Lösemittel-Entfettung" entfernt wird.
Das bedeutet, dass der Einsatz von Aceton/iso-Propanol dazu führen kann, dass Verunreinigungen durch adhäsive Kräfte an der (Metall-)Oberfläche haften bleibt. Die Autoren erwähnen in dem oben genannten Paper Stoffe wie Molybdänsulfid oder Graphit, die in Schmiermitteln vorkommen. Eine Reinigung mit Tensiden ist aus dieser Sichtweise daher, der mit Lösemittel vorzuziehen. Auch das notwendige abschliessende spülen mit destillierten Wasser ist sinnvoll, da dieses i.d.R. eine deutlich höhre Reinheit hat, als die gängigen organischen Laborlösemittel. Auch in p.A. Qualität.
Diese beiden Lösemitteln sind die am häufigsten im Hause benutzten Mittel zum reinigen (Verbrauch 2010 ca. 90L Aceton und 45L iso-Propanol). Es sind polare Lösemittel, d.h. sie sind mit Wasser mischbar und können anorganische Salze lösen, aber die Fähigkeit Fette bzw. Öle zu lösen ist nur sehr begrenzt. Für diesen Zweck sind unpolare Lösemittel wesentlich besser geeignet. Konkret sind da Heptan, Hexan oder allgemein Benzin (also ein Gemisch aus unpolaren LM) zu nennen.
Aceton und iso-Propanol sind aus gesundheitlichen Aspekten relativ ungefährlich. Beim Umgang muss in erster Linie ihre leichte Entflammbarkeit (insbesondere beim Aceton) beachtet werden. Aber auch preislich sind sie günstiger, als z.b. die meisten unpolaren LM
| Lösemittel | Preis/Liter* |
|---|---|
| Aceton | 22,60 * |
| 2-Propanol | 24,50 * |
| Heptan | 46,70 * |
| Hexan | 41,50 * |
*in p.A. Qualität, lt. Merck Katalog 2011-2013 (tatsächlich zahlt die Universität aber deutlich weniger)
Wasser als Reinigungsmittel wird oft unterschätzt, da es aber mit Hilfe von geeigneten Tensiden z.b. sehr gut auch Öl löst, ist es oft die bessere und billigere Wahl als Aceton/Propanol. Zumal es eine grosse Anzahl Spezialreiniger gibt, die selbst hartnäckigste Verunreinigungen entfernen können. Darüber hinaus ist ein gut entsalztes Wasser um ein vielfaches sauberer als Lösemittel in der gängigen Reinheit p.A. (zur Analyse).
Wasser in Verbindung mit einem Spülmittel kann immer dann zum Einsatz gebracht werden, wenn Wasser weder den Werkstoff angreift, noch ein grosses Problem in der Apparatur ist. Nach der Reinigung wird das Spülmittel mit reichlich deionisiertem Wasser abgespült. Reste des Wassers können rückstandslos durch erhitzen beseitigt werden, insbesondere im Vakuum.
In der Produktion von Bauteilen für die Forschung kommt ein Lösemittel aus der Luftfahrt zum Einsatz. Dieses wird von der Firma Socomore unter dem Namen Diestone D vertrieben. Wir haben das selbst im Hause noch nicht benutzt, aber es wird in Zulieferbetrieben wie z.b. Omnicron, verwendet um Geräte zu reinigen. Die Beschreibung läßt auch den Schluß zu, dass dies ein sehr gutes Mittel für den Einsatz hier sein könnte.
Da Glas sehr robust gegenüber fast allen Chemikalien ist, kann es problemlos mit Lösemittel, aber auch mit Säuren oder Laugen gereinigt werden.
Oft ist die potentielle Störung durch Ionen oder die zu erwartende Verunreinigung nicht fassbar und es werden Theorien aufgestellt, ob z.b. Metallionen aus Glasoberflächen in Proben diffundieren. Ich möchte solche Effekte nicht 100% auschliessen, zumal die Messmethoden in physikalischen Experimenten i.d.R. um ein vielfaches empfindlicher sind, als übliche chemische (Ionenfallen).
Trotzdem würde ich von chemischen Reinigungsmethoden, sei es mit Lösemittel oder mit Säuren, nicht zuviel erwarten. Es sind Vorgänge die in der Regel einfachen chemischen Reaktionen folgen und keine Wunder bewirken. Wichtiger als die geeignete Reinigungsmethode, ist meines erachtens eher der richtige Umgang mit den Geräten, um Verunreinigungen zu verhindern. Dazu zählen puderfreie Arbeitshandschuhe, das gründliche abspülen von Reinigungsmittel mit einem sauberen Lösemittel (s.o.). Empfehlenswert ist es die Oberfläche mit destilliertem Wasser abzuspülen und trocknen zu lassen. Das Abwischen mit Papiertüchern birgt die Gefahr, des neuerlichen auftragens von Verunreinigungen.
(p) 2004 J. Strübig · start