Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBDen Eigenschaften von Oberflächen kommt in nahezu allen Industriebereichen immer grössere Bedeutung zu. Dabei sind für die Oberfläche vieler Werkstoffe häufig andere Eigenschaften erwünscht, als sie das Material im Volumen besitzt. Das Material soll beispielsweise formbar, seine Oberfläche aber hart sein. Oder ein Gewebe soll zugfest und anfärbbar sein wie Baumwolle, zugleich aber wasserabweisend.
Mit unterschiedlichen Zielstellungen lassen sich Oberflächen – unter Erhalt der Volumeneigenschaften des Materials – mit Plasmaverfahren bearbeiten:
- Oberflächen werden gereinigt und aktiviert, damit beispielsweise Lacke und Klebstoffe besser darauf haften.
- Oberflächen werden beschichtet, um neue Funktionen wie Kratzfestigkeit, Schmutzabweisung, Korrosionsschutz oder zusätzliche optische und elektrische Funktionen zu liefern.
- Oberflächen werden mit chemischen Funktionen versehen, die mit weiteren Substanzen chemisch reagieren können.
Auf diese Weise lassen sich über im Plasma abgeschiedene Schichten oder Funktionalisiserungen die Oberflächeneigenschaften von Materialien verbessern.
Werden beispielsweise die tribologischen Eigenschaften wie Haft- und Gleitreibung von Lagern und Walzen in Produktions- und Transportanlagen verbessert, kann man auf aufwendige Nass- und Trockenschmierverfahren verzichten. Dies konnten wir im Projekt Nanodyn eindrucksvoll zeigen.
Über das gezielte Einstellen der Oberflächenenergie eines Werkstoffes kann man auch die Benetzungseigenschaften steuern. Mit einer Plasmabehandlung von Textilien konnten wir beispielsweise den Tragekomfort und einer Behandlung von Reinigungstüchern das Reinigungsverhalten (easy-to-clean surfaces) erheblich verbessern. Die bei Elastomerbauteilen zu beobachtende Adhäsionsneigung (slip stick) kann durch Plasmabeschichtungen ebenfalls vermindert werden. Des Weiteren lässt sich durch das Abscheiden von Nanoschichten auch das Korrosionsverhalten von Oberflächen beeinflussen.
Weiterhin kann durch die gezielte Ankopplung von chemischen Gruppen auf die Oberflächen mittels Plasmaverfahren auch das Aufwachsen von Säugetierzellen und Mikroorganismen beeinflusst werden. Antibakterielle Oberflächenbeschichtungen von Werkstoffen stellen nur einen kleinen Bereich der Anwendungsmöglichkeiten der Schichten in der Biologie bzw. Medizintechnik dar.
Funktionale Schichten gewährleisten – auch mit geringen Schichtdicken von weniger als 100 Nanometern – Funktionen wie:
- Definierte Benetzung
- Kratzfestigkeit
- Haftung in Materialverbünden
- Tribologische Eigenschaften: Haftreibung, Gleitreibung
- Korrosionsverhalten
- Adsorptionseigenschaften
- Verträglichkeit oder Funktionalität im Kontakt mit biologischen Systemen.
Eine Vielzahl von Aufgabenstellungen bewältigen wir am Fraunhofer IGB durch den Einsatz der Niederdruckplasmatechnik, teilweise in Kombination mit nasschemischen Verfahren. In vielen Fällen erzielen wir gute Ergebnisse, wenn wir eine Plasmavorbehandlung mit einer anschliessenden chemischen Behandlung kombinieren.
Die von Kunden vorgegebenen Oberflächeneigenschaften erreichen wir durch die Anpassung von Prozesschemie und Verfahrensparametern an das jeweilige Substrat. Auch inerte Materialien wie Polyolefine oder Perfluorpolymere können durch Plasmachemie auf eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Weise zugänglich gemacht werden.