Reinraumgeschiktheid van coatings

Productiehal van Inficon GmbH in Keulen: ESD-cleanroom vloerbedekkingssysteem van Sto AG (stoomvrij, waterbasis systeem: StoPox WB 110)

Conergy SolarModule GmbH & Co. KG in Frankfurt: Cleanroom-bodenbeschichtungssysteme der Sto AG (Systeme: StoPox WHG und StoPox BB OS)

CSM-logo

Een belangrijke invloed op de luchtkwaliteit van cleanrooms hebben de coatings van vloeren, wanden en plafonds. Hiervoor zijn afhankelijk van de branche verschillende coatingsystemen en bijbehorende testmethoden nodig.

De ontwikkeling op de Zwitserse markt op het gebied van Life Sciences, Medtech-, Food- en farmaceutische industrie, maar ook de halfgeleiderindustrie, is enorm. Dit leidt ertoe dat voor steeds meer bedrijven de productie onder schone omstandigheden onmisbaar wordt om de procesvoering en de productkwaliteit te waarborgen. Het doel van deze omstandigheden is het verlagen van de productiekosten door het verminderen van afval en het waarborgen van de procesvoering. Daarbij verschillen de eisen van de verschillende sectoren soms duidelijk.

Hieronder worden de verschillende eisen en de daarvoor benodigde eigenschappen van coatingsystemen voor vloeren, wanden en plafonds weergegeven.

Reinigingsgebieden en veiligheidsniveaus

Reinigingsgebieden worden ingericht ter bescherming van gevoelige oppervlakken en goederen. Een reinigingsgebied dient om de vastgestelde reinheidskwaliteit van componenten, hulpstoffen en samenstellingen tijdens de verwerking zo veel mogelijk te behouden. Het reinheidsniveau mag niet worden verlaagd door omgevingsinvloeden, daarom wordt vuilinbreng vermeden. De toch optredende verontreinigingen worden doelgericht ingedamd en verwijderd. De uitvoering en het gebruik van reinigingsgebieden is afhankelijk van de productgerelateerde reinheidseisen [1].

De functioneel kritische deeltjesgrootte ligt doorgaans tussen 5 en 1000 micrometer. De classificatie van reinigingsgebieden volgens VDA 19, deel 2, gebeurt in 4 niveaus: Niet gereguleerd gebied (Reinigingsniveau 0, SaS0), Schone zone (SaS1), Schone ruimte (SaS2) en Cleanroom (SaS3). Om te voldoen aan de eisen vanaf reinigingsniveau 1, moeten vloeren vooral goede slijtvastheid vertonen (weinig deeltjesvorming bij het rijden met vorkheftrucks) en een goede mechanische bestendigheid. Daarnaast is een porievrije, gemakkelijk te reinigen oppervlakte noodzakelijk. Afhankelijk van het productieproces kunnen aanvullende eigenschappen vereist zijn, zoals chemische bestendigheid, antislip, elektrische geleidbaarheid en scheuroverbruggend vermogen.

In laboratoria voor onderzoek, ontwikkeling en microbiologische analyse, waar met micro-organismen wordt gewerkt binnen de bacteriologie, mycologie, virologie en parasitologie, of waar genetische werkzaamheden worden uitgevoerd, ligt de focus vooral op dat er geen gevaarlijke micro-organismen voor mens, dier, plant en milieu uit de laboratoria kunnen ontsnappen. Volgens DIN EN 12128 worden deze laboratoria ingedeeld in vier veiligheidsniveaus, van S1 tot S4, waarbij S1 het laagste en S4 het hoogste veiligheidsniveau is. Vanaf S3 moeten de oppervlakken van werktafels, vloeren, wanden en plafonds gemakkelijk te reinigen zijn en goed toegankelijk voor onderhoud. De oppervlakken moeten waterdicht zijn en bestand tegen desinfectiemiddelen, reinigingsmiddelen, zuren, basen, oplosmiddelen en andere chemicaliën die gewoonlijk worden gebruikt, en mogen niet door micro-organismen worden bewoond of afgebroken. Daarom worden de coatingmaterialen getest op hun biostatische eigenschappen volgens ISO 846 [8], [9]. Tegenwoordig moeten de coatingsystemen bovendien scheuroverbruggend zijn, zodat zich in mogelijk later in het bouwwerk ontstane scheuren geen micro-organismen kunnen vestigen die niet met wisdesinfectie kunnen worden verwijderd.

Geschiktheid van de bedrijfsmiddelen in cleanrooms

In de huidige normen en richtlijnen worden parameters gedefinieerd waaraan de afgewerkte cleanroom moet voldoen en die de exploitant vooraf vastlegt op basis van de eisen van zijn productieproces. De zuiverheid van het systeem «cleanroom» hangt voor een groot deel af van verschillende factoren (norm DIN EN ISO 14644-1 [2] en richtlijnen VDI 2083 blad 1 [3]). Deze invloedsfactoren op de zuiverheid van een cleanroom zijn naast de kwaliteit van de toevoerlucht, de toevoer, oppervlakken en het personeel ook de aanwezige bedrijfsmiddelen [4]. Tot de bedrijfsmiddelen behoren bijvoorbeeld binneninrichtingen zoals wanden, deuren, plafonds en vloeren. Bedrijfsmiddelen hebben een belangrijke invloed op de vervuiling van de productieomgeving en moeten daarom op hun cleanroomgeschiktheid worden getest. Belangrijke parameters voor de cleanroomgeschiktheid van bedrijfsmiddelen zijn:

• Emissie van in de lucht drijvende deeltjes
• Gaseringsgedrag
• ESD-eigenschappen
• Reinigbaarheid
• Bestendigheid tegen chemicaliën en desinfectiemiddelen
• Gladde en scheurvrije oppervlakken
• Vermogen tot stofwisseling / microbieel doden

De eisen van verschillende sectoren verschillen daarbij soms sterk. Ook zijn er verschillen in de deeltjeszuiverheidsklassen tussen DIN EN ISO 14644-1 en de GMP (Good Manufacturing Practice) en cGMP die gelden voor de productie van humane en veterinaire medische producten. Volgens DIN EN ISO 14644-1 worden de deeltjeszuiverheidsklassen van de lucht ingedeeld van klasse 1 tot 9, waarbij klasse 1 de laagste toegestane deeltjesaantallen heeft. In de GMP wordt ingedeeld van klasse A tot D, waarbij klasse A ongeveer overeenkomt met ISO-klasse 5. Daarnaast wordt steeds vaker ook de FDA-goedkeuring geëist (FDA § 175.300).

Voor de meeste productieprocessen vormen in de lucht drijvende deeltjes het grootste probleem. Steeds meer krijgt ook luchtgedragen moleculaire contaminatie (AMC, airborne molecular contamination) een rol. Dit betreft de aanwezigheid van moleculaire stoffen in de gas- of dampfase binnen de atmosfeer van een cleanroom, die schadelijk kunnen zijn voor het product, het proces, de apparatuur of het personeel [5].

Gaseringsuitstoot uit de materialen waaruit de bedrijfsmiddelen zijn vervaardigd, bijvoorbeeld coatings van de wanden/plafond/vloer, kan in aanzienlijke mate negatieve effecten hebben (zie VDI 2083 blad 8.1 bijlage D). Bij de planning en bouw van een cleanroom moeten daarom geschikte en geteste materialen voor de bedrijfsmiddelen worden gekozen.

Testmethoden - Industriealliantie

In alle bestaande normen en richtlijnen voor cleanrooms zijn geen testcriteria voor bedrijfsmiddelen vastgesteld, waaronder coatingsystemen voor vloeren, wanden en plafonds. Er waren slechts indirecte aanwijzingen voor de te vervaardigen of te handhaven eigenschappen van de lucht in cleanrooms. Daarom bepaalden fabrikanten en exploitanten van cleanrooms op basis van ervaring de criteria voor systemen in cleanrooms. Sommige ontwikkelden eigen testmethoden, zoals de M+W Group met haar «specifications for semiconductor clean rooms» [7]. Om testmethoden te ontwikkelen voor de cleanroomgeschiktheid van bedrijfsmiddelen en om hiervoor geoptimaliseerde producten te ontwikkelen, ontstond op initiatief van het Fraunhofer Institut für Produktions-technik und Automatisierung IPA Stuttgart een industriealliantie, de zogenaamde Cleanroom Suitable Materials (CSM). Op basis van de inzichten uit de industriealliantie CSM werden in 2011 voor het eerst in de ontwerpfase van VDI 2083 blad 17, dat in juni 2013 werd gepubliceerd, testcriteria beschreven voor de cleanroom-/reinigheidsgeschiktheid van materialen. De Sto AG werkt als lid van de CSM actief aan de verdere ontwikkeling van geschikte materialen voor de coating van wanden, plafonds en vloeren in cleanrooms en biedt voor alle eisen geteste en afgestemde coatingsystemen aan. Inmiddels kunnen de cleanroomgeschiktheid van coatingsystemen worden aangetoond via testmethoden. Dit betekent een aanzienlijk grotere zekerheid voor de bouw en het gebruik van een cleanroom.

Geschikte coatingsystemen

Het meest geschikt voor de eisen in cleanrooms zijn naadloze epoxyharsystemen, die vooral bekend staan om hun gladde, porievrije oppervlakken en een zeer goede chemische bestendigheid. Daarnaast vertonen ze bij mechanische belasting, zoals bijvoorbeeld verkeer over de vloer of met voertuigen, een zeer goede slijtvastheid en daardoor ook weinig deeltjesvorming. Bovendien is in de afgelopen jaren bij de ontwikkeling van producten door gerichte selectie van de ingrediënten het gasvormingsgedrag verder verbeterd. De nieuwste generatie epoxyharsdispersies of -emulsies bevat, naast water, nauwelijks vluchtige stoffen. De Sto AG biedt afhankelijk van de cleanroom-eisen en het beoogde productieproces verschillende geteste coatingsystemen aan, zoals de Sto Cleanroom Floor systemen en de Sto Cleanroom Wall / Ceiling systemen. De Sto AG begeleidt planners en klanten van de projectplanning via maatwerkoplossingen tot detailontwerpen, materiaalaanbevelingen en aanbestedingen door alle fasen van een bouwproject. Zo worden opdrachtgevers, planners en verwerkers ondersteund met doordachte diensten om de juiste beslissingen voor morgen te nemen.

Bronnen:

[1] VDA Qualitätsmanagement in de automobielindustrie Band 19, Deel 2: Technische reinheid in de montage.

[2] DIN EN ISO 14644-1, Cleanrooms en bijbehorende cleanroomgebieden, juli 1999.

[3] VDI-richtlijn 2083 blad 1, mei 2005 [4] VDI-richtlijn 2083 blad 9.1, december 2006.

[5] VDI 2083, blad 8.1, juli 2009.

[6] VDI 2083, blad 8.1, juli 2009.

[7] M+W Group GmbH, Lotterbergstr. 30, 70499 Stuttgart.

[8] DIN EN 12128, mei 1998 [9] VDI 2083, blad 17, juni 2013.