IKV: Nanostrukturierte Funktionsschichten zur Veredelung von Kunststoffen

Prozessreaktor zur großflächigen Beschichtung von Kunststoffen im Plasma (oben), Blick in die Prozesskammer (unten) (Bilder: IKV).

Das Thema „Nanostrukturierte Funktionsschichten zur Veredelung von Kunststoffen“ ist ein besonderes Highlight des diesjährigen IKV-Kolloquiums.

In der Kunststoffindustrie halten technische Plasmen vermehrt Einzug. Die Barrierebeschichtung von PET-Getränkeflaschen stellt nur eine industriell etablierte Anwendung dar.

Wesentliches Ziel der Beschichtung ist in diesem Fall die Verringerung der Permeation von O2 und CO2 durch den Kunststoff und damit die Gewährleistung von Frische und Haltbarkeit des Lebensmittels.

Bislang werden in den meisten Fällen diese Beschichtungen empirisch entwickelt oder in Grundlagenforschung zumeist an kleinen Laborreaktoren durchgeführt. Das gewonnene Wissen ist in den meisten Fällen nicht in der Praxis an großen Beschichtungsanlagen anwendbar.

Der Sonderforschungsbereich SFB/TRR 87 zur Plasmatechnologie mit den beteiligten Universitäten RWTH Aachen University, Ruhr-Universität Bochum und Universität Paderborn hat sich daher zum Ziel gesetzt, das rein empirische Vorgehen zu überwinden. Dabei sollen u. a. nanostrukturierte Funktionsschichten, wie z. B. siliziumorganische Schichten in PECVD-Prozessen abgeschieden werden, die im Vergleich zu aktuellen Schichtsystemen eine deutlich höhere Dehnungstoleranz aufweisen.

Prozessreaktor zur Beschichtung großflächiger Substrate am IKV in Betrieb
Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen hat dazu einen Prozessreaktor zur Beschichtung großflächiger Substrate bis zu 300 x 300 mm² entwickelt und in Betrieb genommen. Der Reaktor ermöglicht sowohl die Anbindung der zur Prozesscharakterisierung erforderlichen Diagnostik, wie z.B. einer Langmuir-Sonde, als auch eine elektrische Vorspannung des Kunststoffs, das sogenannte Substrat-BIAS.

In den Untersuchungen werden verschiedene Konzepte zum Aufbau flexibler Barriereschichtsysteme bewertet. Dabei soll das Potenzial sehr dünner Schichten dem von mehrlagigen Schichtsystemen mit variiertem Aufbau gegenübergestellt werden. Hierbei werden die makroskopischen Eigenschaften beschichteter Substrate wie z. B. die Sauerstoffpermeation bei variiertem Dehnungszustand, mit den mikroskopischen Eigenschaften korreliert und auf die zugrunde liegenden Prozesse zurückgeführt.

Ziel der Untersuchungen ist es, die grundlegenden Zusammenhänge zwischen Prozess und Schichteigenschaften zu verstehen, so dass es möglich wird, das Verhalten synthetisierter Schichtsysteme auf Kunststoffen unter mechanischer Belastung vorherzusagen. Eine solche Vorhersage schon vor der Beschichtung kann dazu verhelfen, das Anwendungsspektrum von Plasmabeschichtungen auf flexiblen Kunststoffsubstraten gezielt zu erweitern. Die Wirtschaftlichkeit von Plasmabeschichtungen wird dabei verbessert.

Der Prozessreaktor wird beim 26. Internationalen Kunststofftechnischen Kolloquium am 7. und 8. März 2012 im Plasmalabor des IKV im Betrieb zu sehen sein.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

26. Int. Kunststofftechnisches Kolloquium, 7.-8. März 2012, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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