Oberflächenmodifikation von Polyethylen-Pulver in einem Wendelförderer mittels Hohlkathodenglimmentladung

Quitzau, Meike

Die weltweite Kunststoffproduktion ist seit den 1950er Jahren von 1,5 Millionen Tonnen auf 260 Millionen Tonnen 2007 angestiegen, wovon knapp ein Drittel von Polyethylen (PE, (C2H4)n) in Anspruch genommen wird. Kunststoffe (organische Polymere) sind aufgrund ihrer geringen Produktionskosten und ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften in der Lage, die traditionellen Materialien wie Metalle sukzessiv zu ersetzen. Die Mehrheit der produzierten Polymere verteilt sich neben Pellets und Folien stark anwachsend auch auf Pulver. Polymere besitzen allerdings eine unpolare Oberfläche, die aufgrund ihrer schlechten Benetzungs- und Adhäsionseigenschaften die Anwendungen begrenzt, d.h. eine Verarbeitung der Polymere ist ohne eine vorherige Modifikation der Oberflächen nicht möglich. Dabei werden vermehrt Plasmen für die Oberflächenmodifikation eingesetzt, da diese im Gegensatz zu thermischen, mechanischen oder nasschemischen Verfahren berührungslos, trocken und umweltfreundlich ablaufen und die gewünschten Basiseigenschaften erhalten bleiben. Eine immer mehr verbreitete Art der Modifizierung von Polymeren ist die Beschichtung mit siliziumoxidhaltigen Schichten bei Verwendung von siliziumorganischen Verbindungen als Ausgangsstoff zur Verbesserung der Kratzfestigkeit und für Gasdiffusionsbarriereschichten. Siliziumorganische Verbindungen wie Hexamethyldisiloxan (HMDSO) ermöglichen die Deposition von sowohl anorganischen SiO2-ähnlichen Schichten als auch organischen polymerähnlichen Schichten in Abhängigkeit von der Prozessgaszusammensetzung. Im Rahmen dieser Arbeit soll mit einer neuartigen Kombination aus Wendelförderer und Gleichstrom-Hohlkathodenglimmentladung als Plasmaquelle die Modifikation von PE-Pulver mittels Abscheiden dünner SiOx-haltiger Schichten bei verschiedenen Prozessgaszusammensetzungen von HMDSO und Argon untersucht werden. Der Wendelförderer besteht aus einer zylindrischen Edelstahlkammer, an deren Innenwand eine Spiralbahn verläuft, die am Ende in einer Rutsche mündet, welche zentral oberhalb der Hohlkathode befestigt ist. Der gesamte Aufbau ist auf zwei entgegen gesetzten Vibrationsmotoren montiert und erlaubt eine homogene Oberflächenmodifikation von Pulvern schon bei geringen Gasflüssen und einer variablen Behandlungszeit. Dafür werden zuerst mittels plasmadiagnostischer Verfahren die geeigneten Randbedingungen für die nachfolgende Oberflächenmodifikation des PE-Pulvers bestimmt. Anschließend werden mittels oberflächendiagnostischer Verfahren die chemische Zusammensetzung der plasmabehandelten PE-Pulveroberfläche und deren Benetzbarkeit wie auch deren Oberflächenenergie abhängig von verschiedenen Prozessgaszusammensetzungen untersucht. Als geeignete Randbedingungen haben sich ein Prozessgasdruck von 50Pa, eine möglichst hohe eingespeiste Leistung, ein hoher HMDSO-Anteil und ein geerdetes Substrat herausgestellt. Durch die Oberflächendiagnostiken konnte eine erfolgreiche Modifizierung nachgewiesen werden. SiOx-haltige Schichten konnten abgeschieden und mit einem HMDSO-Anteil größer 10% konnte der sonst auftretende Alterungseffekt nicht mehr beobachtet werden.

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Quitzau, Meike: Oberflächenmodifikation von Polyethylen-Pulver in einem Wendelförderer mittels Hohlkathodenglimmentladung. 2010.

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