INP: Plasma verwandelt Kunststoffoberflächen

Bei modernen Werkstoffen, wie beispielsweise Kunststoffen, besteht oft der Wunsch, Volumen‐ und Oberflächeneigenschaften unabhängig voneinander zu wählen und so ein optimales wirtschaftlich interessantes Produkt zu entwickeln. Da kann Plasmatechnologie hilfreich sein. In vielen Bereichen ersetzen Kunststoffe bereits herkömmliche Werkstoffe aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften und Vorteile, wie einer hohen Schlagfestigkeit, guter Formbarkeit, wegen ihres geringen Gewichts sowie der zum Teil niedrigeren Produktionskosten.

Was ist Plasma und warum Plasma?
Plasma gilt nach fest, flüssig und gasförmig als der vierte Aggregatzustand. Führt man Gasen genügend Energie zu, entsteht Plasma, ein ionisiertes Gas, das auch in der Natur vielfältig zu finden ist. Beispiele für natürliche Plasmen stellen Blitze oder auch Sterne wie die Sonne dar. Dr. Marko Häckel, Geschäftsführer der neoplas GmbH, bringt es auf den Punkt: „99% der Materie bestehen aus Plasma – höchste Zeit es zu nutzen.“ Die einzigartigen Eigenschaften von Plasmen sind die Grundlagen für sehr viele technische Anwendungen. Sie bringen Plasmabildschirme zum Leuchten oder dienen als Speziallichtquellen, wie Energiesparlampen, Leuchtstoffröhren oder Kfz‐Scheinwerfer (Xenonlicht). Darüber hinaus sind Plasmaverfahren in der Oberflächentechnik nicht mehr wegzudenken. Mit Plasmaverfahren können Oberflächen, z. B. die von Kunststoffen, trocken und berührungslos behandelt werden, wobei deren Materialeigenschaften weitgehend erhalten bleiben. Plasmatechnologie ist lösungsmittelfrei und daher umweltfreundlich. Es können nahezu alle Werkstoffe behandelt werden, die Prozesse sind schnell und laufen meist innerhalb weniger Sekunden ab. „Durch dieses große Anwendungsspektrum ist die Plasmatechnik eine echte Schlüsseltechnologie geworden“, erklärt Prof. Dr. Klaus‐Dieter Weltmann, Direktor des Leibniz‐Instituts für Plasmaforschung und Technologie e. V. (INP, www.inp-greifswald.de) in Greifswald.

Das INP forscht seit Jahren auf dem Gebiet der plasmagestützten Oberflächenbehandlung. Oberflächen können durch die Behandlung mit dem ionisierten Gas modifiziert, z.B. beschichtet, gereinigt, geätzt oder aktiviert werden. Ein gefragtes Anwendungsgebiet sind Plasmaprozesse zur Funktionalisierung von Oberflächen, wie beispielsweise für die Biomedizintechnik. Im Forschungsschwerpunkt „Funktionelle Oberflächen“ erarbeiten Wissenschaftler des Instituts u. a. Lösungen, die die Adhäsion von Zellen oder Biomolekülen auf Biomaterialien steuern. Die plasmagestützte Erhöhung der Biokompatibilität findet Anwendung bei Zellkultursystemen, Biosensoren, Einwegartikeln oder auch bei Implantaten.

Mit Plasmen kleinste Oberflächen behandeln
Der Forschungsschwerpunkt „Materialien“ widmet sich der Oberflächenbehandlung von mikroskopisch kleinen Pulvern, Fasern und Granulaten mit Hilfe von Niedertemperaturplasmen. „Das ist sowohl in wissenschaftlicher als auch technologischer Hinsicht eine besondere Herausforderung. Vor allem beim Übergang in den submikro‐ und nanoskaligen Bereich und den damit verbundenen spezifischen Oberflächen der Materialien“, so Dr. Volker Brüser, Forschungsschwerpunktleiter am INP. Durch Plasmaprozesse funktionalisierte und beschichtete nano‐ und mikrodisperse Pulver und Fasern werden häufig in Verbindung mit anderen Materialien zu Kompositwerkstoffen verarbeitet. Die modifizierten Oberflächen sorgen für eine optimale Anbindung der Teilchen an die jeweilige Matrix. So weisen beispielsweise Polymerverbundwerkstoffe verbesserte Eigenschaften wie eine Festigkeitssteigerung oder eine Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit auf.

Ein im INP entwickeltes Werkzeug zur Oberflächenbehandlung ist der kINPen®. Bei Normaldruck erzeugt der ca. 15 cm lange Pen einen kalten Plasmastrahl, den Plasmajet. Der Plasmajet hat eine variable Länge von einigen Millimetern und erzeugt UV/VUV‐Strahlung sowie chemisch aktive Spezies (Radikale). Mit dem kINPen® kann man kleinräumige 2D‐ oder 3D‐Oberflächen sowie Spalten und Kapillaren materialschonend, kostengünstig und umweltschonend (ohne nasschemische Zusätze) bei 30°C bis 150°C vorbehandeln oder veredeln. So ist es z. B. möglich, die Benetzbarkeit und die Haftung von Lacken oder Verklebungen zu verbessern, Oberflächen zu beschichten, zu modifizieren, trocken ultrafein zu reinigen oder mikrobiologisch zu dekontaminieren.

Informationen zum INP Greifswald
Das Leibniz‐Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. ist mit derzeit etwa 160 Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen die größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung Europas, die sich ausschließlich mit Niedertemperaturplasmen beschäftigt. Hier werden Plasmen für die Bereiche „Oberflächen und Materialien“, „Umwelt und Energie“ sowie „Biologie und Medizin“ erforscht. „Von der Idee bis zum Prototyp“ lautet das Motto des INP, Ziel ist einerseits die anwendungsorientierte Grundlagenforschung und andererseits die Entwicklung plasmagestützter Verfahren und Produkte.

In dem vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung geförderten Projekt „Plasmatransfer MV“ wollen die Projektpartner unter Federführung des INP Greifswald ein regionales Konzept für den Technologietransfer erstellen und erproben. Weitere Projektpartner in Plasmatransfer MV sind die neoplas GmbH, die ATI Küste GmbH ‐ Gesellschaft für Technologie und Innovation in Stralsund, die Technologiezentrum Fördergesellschaft mbH Vorpommern in Greifswald und die RWI Regionale Wirtschaftsinitiative Ost‐Mecklenburg‐Vorpommern e.V.

Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) e.V., Greifswald

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