Das Plasma wird physikalisch definiert, als ein ionisiertes Gas mit exakt gleicher Anzahl positiver und negativer Ladungen. Es lässt sich über einen sehr breiten Bereich von Druck und Temperatur realisieren. Beispiele sind die Sonne, ein Blitz, eine Flamme oder die Neonlampe.
Die Plasma-Atmosphäre besteht aus freien Elektronen, Radikalen, Ionen, UV-Strahlung und einer großen Anzahl unterschiedlich angeregter Teilchen, je nachdem, welches Gas verwendet wird. Die Abbildung unten verdeutlicht das Plasmaprinzip.
In der Plasmakammer werden verschiedene reaktive Spezies erzeugt, die mit der Substratoberfläche wechselwirken und diese reinigen, modifizieren oder beschichten, je nach den eingestellten Prozessparametern.
Weiterhin kann die Plasmabehandlung mit unterschiedlicher Prozessführung ausgeführt werden.
1. Die Substrate werden direkt in der Plasmazone behandelt.
2. Die Proben werden ausserhalb der Plasmazone positioniert; dieser Prozess wird remote-Prozess genannt.
3. Die Substrate werden im Plasma aktiviert und direkt anschliessend eine Pfropfreaktion ausgeführt.
4. Die Substrate werden vorher mit einer Polymerlösung oder -gas beaufschlagt und diese durch das nachfolgende Plasma fixiert bzw. polymerisiert.
Die zu behandelnden Waren (Folien, Membranen, Textilien, Polymere, ...) werden, je nach Anforderung, einige Sekunden oder mehrere Minuten dem Plasma ausgesetzt. Im wesentlichen können vier Effekte, je nach den Behandlungsparametern erwirkt werden:
1. Reinigung /Ätzabtrag: Der reinigende Effekt ist meist mit einer Veränderung der Benetzbarkeit und topographischer Veränderungen (siehe Punkt 2) verbunden. Dies führt z. B. zu einer Verbesserung der Bedruckbarkeit, der Anfärbbarkeit, der Adhäsion usw.
2. Erhöhung der Mikrorauhigkeit: Dies bewirkt z. B. eine verbesserte Filzfreiausrüstung von Wolle.
3. Radikalstellenbildung: Durch die Radikalstellen kommt es zu Sekundärreaktionen, wie z. B. die Vernetzung. Weiterhin stellen sie den Ausgangspunkt für Pfropfpolymerisationen und die Reaktion mit Luftsauerstoff zur Hydrophilierung dar.
4. Durch die Plasmapolymerisation ist man in der Lage, Schichten mit gewünschten Eigenschaften auf den Substraten abzuscheiden.
Der Vorteil der Plasmabehandlung ist, dass sie an der Oberfläche der Textilien stattfindet und somit die Volumeneigenschaften der Fasern weitgehend erhalten bleiben.
Eine typische Plasmaanlage besteht aus 5 Modulen bzw. Funktionen: Vakuumsystem, Energieversorgung, Abstimmeinheit, Reaktionskammer und Kontrolleinheiten.
Die Plasmabehandlung von polymeren Materialien hat mehrere Vorteile, verglichen mit der klassischen nasschemischen Ausrüstung. Die Hauptvorteile sind:
Die Plasmabehandlung von polymeren Materialien, die zu Textilien, Membranen, Folien, Vliese, Verbünde etc. verarbeitet sind, ist in der Lage, ein breites Spektrum interessanter Oberflächeneigenschaften zu optimieren. Von der sehr grossen Anzahl von in der Literatur beschriebenen Ergebnissen werden im folgenden exemplarisch einige genannt.
Metallbeschichtete Polymere werden in einer Vielzahl von Anwendungen unterschiedlicher Industriezweige eingesetzt. Damit das metallisierte Polymer die gewünschten Eigenschaften erfüllt, ist eine feste Haftung des Metalls auf dem Polymersubstrat erforderlich. Dies kann durch eine Plasmavorbehandlung des Polymers erreicht werden.
Eine gute Haftung zwischen Faser und Matrix (oder Laminaten) ist abhängig von den Oberflächeneigenschaften der Faser, Matrix und den physicochemischen Wechselwirkungen an der Grenzfläche. Eine wichtige Vorraussetzung für eine gute Haftung zwischen Faser und Matrix ist, dass die Faser eine grössere Oberflächenenergie aufweisen muss als die Matrix. Dies kann durch Plasmabehandlung erreicht werden.
Die Textilindustrie muss mehrere zum Teil neue Anforderungen erfüllen, die vor allem die europäischen und amerikanischen Märkte betreffen. Dazu gehören z. B.:
Hier gilt es Chancen und Risiken zu erkennen. Neue Märkte und zusätzliche Absatzchanchen werden dort zu finden sein, wo Produkte in besonderem Masse auf diese Trends eingehen.
Die grösste Herausforderung ist und bleibt dabei, die Entwicklung und Nutzung neuer Technologien wie z. B. die Plasmatechnologie, um damit ein besseres Preis/Leistungsverhältnisse zu erzielen.
Dies setzt zweierlei voraus: zum einen eine Verbreiterung und Vertiefung des Kenntnisstandes über die Möglichkeiten das Potential und Chanchen der Plasmatechnologie. Zum anderen eine vertiefte Partnerschaft zwischen Forschungsinstituten, Entwicklern von Plasmaanlagen und Firmen aus dem textilen Sektor. Beides ist sicherlich nichts weltbewegend Neues, aber es fehlt häufig doch noch an der Einsicht in die Notwendigkeit, die Voraussetzung für einen Erfolg ist.
Wir denken, dass dieses Symposium viele Informationen über die Plasmamodifizierung polymerer Materialien zusammen mit den Möglichkeiten und Grenzen dieser innovativen Technologie bietet.
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB