Plasmabehandlung und Kratzfestbeschichtung von Polymerfolien

Das Ziel des Projekts war die Herstellung von haltbaren und abriebfesten Beschichtungen für eine neue Anwendung von hochwertigen Folien. Hierzu erfolgte die Auswahl geeigneter Beschichtungssysteme für die weiche Modellfolie Polyethylen (LDPE). Es wurden vier Beschichtungssysteme unter dem Gesichtspunkt der Industrietauglichkeit vergleichend bewertet. Neben handelsüblichen Lack­systemen wurden auch Acrylatsysteme, Epoxydharzsysteme sowie Polyuretansysteme als Beschichtungs­systeme getestet. Die Kriterien für die Auswahl der Beschichtungssysteme waren Härtungszeit (ca. 1 min) und Härtungsverfahren, da PE nur kurzzeitig hohen Temperaturen (80 °C – 100 °C) ausgesetzt werden kann. Für eine haltbare Beschichtung auf der unpolaren PE-Folie ist eine Oberflächenmodifizierung mittels Atmosphärendruck-Plasma Voraussetzung, die den Beschichtungsversuchen vorausgegangen ist. Untersucht wurden die Effizienz einer Dielektrischen Barrierenentladung (DBE) ohne und mit gasphasenverändernder Aerosole sowie einer Plasmasdüsen-Entladung. Mit allen getesteten Methoden der Vorbehandlung konnte die Oberflächenpolarität signifikant erhöht werden. Jedoch bewirkt die Behandlung mittels Plasmadüse neben der chemischen Aktivierung auch eine morphologische Veränderung der PE-Folienoberfläche. Der hohe Energieeintrag führt zu einer Oberflächenätzung und trägt zur Ausbildung von schwachen Grenzschichten (weak boundary layers) bei. Hierdurch ist die Haftung der nachfolgend aufgetragenen Kratzfestbeschichtung wesentlich reduziert. Mittels der DBE bleibt der Aktivierungseffekt auf die unmittelbare Oberfläche begrenzt und eine homogenere Verteilung der polaren Anteile wird erreicht. Die erzielten Haftfestigkeiten der Kratzfestbeschichtungen sind deutlich höher. Die Haftungseigenschaften werden somit hauptsächlich durch die Art der Folienvorbehandlung bestimmt. Die Vorbehandlung der PE-Folien mit DBE ergibt bessere Haftungseigenschaften der Kratzfestschicht als die mit Plasmadüse vorbehandelten Folien. Durch eine Erhöhung der Behandlungsintensität der DBE (Variation Sollstrom, Behandlungsgeschwindigkeit) wird kein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der Haftfestigkeit der Beschichtung geleistet. Eine Zugabe von Nanopartikeln zu den Beschichtungssystemen verändert die Haftungseigenschaften nicht signifikant. Jedoch wird bei hohen Nanopartikelanteilen (> 5%) eine Verschlechterung der Haftung sowie der Oberflächenhärte festgestellt.
Geeignete Oberflächenmodifizierungsverfahren zur optimalen Schicht-Folien-Haftung:  - Dielektrische Barrierenentladung
Geeignete Systeme für die Kratzfestbeschichtung auf LDPE-Folien:
- Harzsysteme auf der Basis von Epilox 1902 / EH 610
- Lacksysteme auf der Basis Lörken Bondupal
- Acrylatmischungen auf der Basis Ebecryl 3300 / MPEG 400A
Im Rahmen des Projektes wurden erfolgreich Kratzfestbeschichtungen auf der gewählten PE-Modellfolie niederer Dichte. Die Übertragung in den Technikumsmaßstab war erfolgreich.