Plasmapolymere Barriereschichten für Kunststoffe: Verfahren, Materialien und Eigenschaften

Kunststoffe verdrängen herkömmliche Werkstoffe wie Glas und Metall zunehmend. Jedoch wird ihr Einsatzbereich beispielsweise durch die im makromolekularen Aufbau bedingte Möglichkeit zur Permeation von flüssigen und gasförmigen Medien eingeschränkt. Zur Reduktion der Permeation hat die plasmagestützte Beschichtung – die so genannte Plasmapolymerisation – von Kunststoffen und hier insbesondere die Beschichtung von PET-Getränkeflaschen industrielle Umsetzung gefunden. Zur Erzielung einer guten Sperrwirkung sind an den jeweiligen Werkstoff angepasste Prozesse erforderlich und ein grundlegendes Verständnis der Schichtwachstumsmechanismen wird vorausgesetzt. Ausgehend von einer grundlegenden, wissenschaftlichen Einführung in die Thematik der Permeation bei Kunststoffen werden die Techniken zur Bestimmung relevanter Permeationskennzahlen und die zurzeit wichtigsten Verfahren zur Permeationsreduktion im Bereich der Verpackungstechnik umfassend dargestellt. Das initiale Wachstum plasmapolymerer Schichten und der Einfluss wesentlicher Plasmaprozessparameter auf die Wachstumsmechanismen wird untersucht. Im Weiteren werden zwei verschiedene Verfahrensvarianten, die Kunststoffgetränkeflaschen im Plasma auf der Innen- oder Außenseite mit einer Barriereschicht ausrüsten, beschrieben. Für eine vergleichende Analyse der Machbarkeit und des Potenzials der Technologie für neue bzw. aufstrebende Werkstoffe werden im experimentellen Vergleich Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP) und Polylactid (PLA) betrachtet. Wichtige Beobachtungen für die plasmagestützte Beschichtung werden zusammengetragen und durch eine wissenschaftlich betrachtende Gegenüberstellung diskutiert. Ausblickend wird ein Konzept zur plasmagestützten Barrierebeschichtung von bis zu 1,60 m breiter Bahnware wie z. B. Kunststofffolie vorgestellt und bewertet. Sämtliche Darstellungen werden durch detaillierte Informationen zum jeweiligen Stand der Technik ergänzt.