Verbesserte Verbundhaftung bei Polycarbonaten durch Plasmabehandlung

Abb. 1: Atmosphärendruck-Plasmabehandlung einer Polycarbonatplatte

Abb. 2 (links): Wassertropfen auf PC ohne Atmosphärendruck-Plasmabehandlung, (rechts): Wassertropfen auf PC nach Atmosphärendruck-Plasmabehandlung; Effekte einer Atmosphärendruck-Plasmabehandlung von Polycarbonat: In einem Vorversuch zeigt sich eine deutliche Reduzierung der Kontaktwinkel zu Wasser = dies lässt auf eine verbesserte Benetzung als Voraussetzung für Verbundhaftung zu Reaktionslacken schließen.

Ein neues Forschungsprojekt am Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) ermittelt, wie hochtransparente kratzempfindliche Polycarbonate (PC) oberflächenveredelt werden können. Ziel ist es eine Direktlackierung mit lösemittelfreien „selbstheilenden“ Reaktionsklarlacken bei guter Verbundhaftung zu erreichen.

Polycarbonate in hochtransparenter Qualität nehmen einen steigenden Marktanteil auf dem Gebiet optischer Komponenten ein. Ein wichtiger Marktschwerpunkt ist die Automobilindustrie. Hier ermöglicht beispielsweise der Ersatz gläserner Autoscheiben durch Kunststoffmaterialien eine Gewichtseinsparung des Fahrzeuges und stellt somit eine Handhabe zur Senkung des Kraftstoff-Verbrauches dar. Nachteilig im alltäglichen Einsatz von PC-Formteilen und -Designelementen ist deren kratzempfindliche Oberfläche, so dass häufig schützende Lackschichten in nachgelagerten Arbeitsschritten aufgebracht werden
müssen.

"Selbstheilende" Reaktionslacke für empfindliche Oberflächen

Zur Verminderung der Kratzeranfälligkeit von Kunststoff-Oberflächen im Fahrzeuginnenraum zeichnet sich tendenziell eine weitere Herangehensweise ab. Da hier die mit Hardcoats überzogenen Formteiloberflächen von Bedienelementen oder Displays den Nutzungsbeanspruchungen im Fahrzeug-Innenraum nicht dauerhaft standhalten können, lässt alternativ die Beschichtung mit „selbstheilenden“ Reaktionsklarlacken auf Polyurethan(PUR)- oder Polyurea(PUA)-Basis deutliche Vorzüge erwarten.

Herausforderungen der Direktlackierung im Werkzeug bei PC

Zur erfolgreichen technologischen Umsetzung bietet sich der etablierte Prozess „Direktlackierung im Werkzeug“ an. Aktuell werden hinreichend polare Kunststoffe, wie bspw. PC/ABS-Blends, SAN- und ASATypen sowie ausgewählte Polyester, durch Formteil-Direktlackierung im Spritzgießwerkzeug dauerhaft oberflächenveredelt. Dagegen eigneten sich nach Untersuchungen im KUZ diverse PC-Formmassen bisher nicht umfänglich als formgespritzte Substrate für die Direktlackierung im Werkzeug mit den lösemittelfreien PUR- bzw. PUA-Reaktionslacken. Die Anwendung derartig veredelter PC-Formteile scheitert bislang an unzureichender Schichthaftung, welche unter verschiedenen anwendungsnahen Klimabedingungen sehr rasch zum Versagen des Substrat-Reaktionslack-Verbundes führt.

Atmosphärendruck-Plasmabehandlung verbessert Haftung

Im Forschungsvorhaben „PC-AdPro2RIM“ wird experimentell untersucht, wie spritzfrische PolycarbonatFormteile im Spritzgießwerkzeug mittels Atmosphärendruck-Plasma oberflächenbehandelt und zu thermoplastischen Tragelementen für den Prozess „Direktlackierung im Werkzeug“ mit VOC-freien PUR- bzw. PUA-Lacken qualifiziert werden können. Dabei sollen die mittels Atmosphärendruck-Plasmabehandlung erzeugten chemisch-reaktiven Gruppen durch selektive Farbreaktionen nachgewiesen werden und, erstmals flächenbezogen, Aussagen zu Art, Belegungsdichte und Homogenität der Oberflächenaktivierung ermöglichen. Durch die Variation der Plasmabehandlungsparameter im Prozess soll die haftungsoptimierte Anpassung der Oberflächenaktivierung an die differierenden Anforderungen lösemittelfreier PUR- bzw. PUA-Klarlacken erzielt werden.

Ziel des Forschungsvorhabens

Die angestrebte Lösung ist auf die Herstellung hochwertiger Consumer-Produkte und Design-Elemente fokussiert. Dabei bleibt die Anwendung der Forschungsergebnisse nicht allein auf die Beschichtung und Veredelung von PC-Formteilen beschränkt. Durchaus denkbar und wünschenswert ist auch die Umsetzung der Technologie für weitere technisch bedeutsame, aber problematisch direkt zu beschichtende thermoplastische Werkstoffe, wie bspw. PMMA, COC u.a. Als Zielmärkte für die Umsetzung der F&E-Ergebnisse in die Fertigung kommen zunächst in Betracht:

- Automobil-Zulieferer-Industrie und OEM´s,
- Hersteller hochwertiger Consumer-Technik,
- Unternehmen der Spritzgießverarbeitung.

Ansprechpartner: Jens Müller, Tel. 0341 4941605, mueller@kuz-leipzig.de
Zuwendungsgeber: BMWi, FKZ: 49MF200040