Ein oberflächliches Kompetenzfeld

Links: Wassertropfen auf einer unbehandelten, hydrophoben (= wasserfürchtenden) Polypropylenoberfläche. Rechts: Wassertropfen auf einer vorbehandelten, hydrophilen (= wasserliebenden) Polypropylenoberfläche (Quelle: Sonja Neuhaus).

Hat man bei der Auswahl von Materialien die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften im Griff und stimmen sogar noch die Kosten, so kann man sich glücklich schätzen. Allerdings ist die Arbeit dann oft noch nicht getan - «oberflächliche» Probleme beeinflussen das Produkt stärker als gedacht: Zwei Materialien haften aneinander, obwohl sie nicht sollten. Auch das Gegenteil bereitet Kopfzerbrechen, wenn zum Beispiel eine Klebestelle nicht gut genug hält. Erschwerend bei Kunststoffen ist ausserdem, dass sich die Zusammensetzung der Oberfläche mit der Zeit durch Migration von Bestandteilen verändern kann. Die Oberflächenchemie wiederum bestimmt unter anderem darüber, ob Flüssigkeiten (zu) gut oder (zu) schlecht benetzen und ob sich während des Einsatzes Ablagerungen auf dem Produkt bilden.

Oberflächen nach Kundenwunsch

Durch die Oberfläche kommt ein Material in Kontakt zur Aussenwelt – dadurch entstehen einerseits Anforderungen an Optik und Haptik, aber auch sehr viele andere Oberflächeneigenschaften haben eine direkte Auswirkung auf die Anwendung. Dies ist nicht nur ein Problem, sondern auch eine Chance: wir können der Oberfläche auch Eigenschaften verleihen, die das Grundmaterial nicht hat. Unsere Projektpartner benötigen für ihre Produkte eine Vielzahl unterschiedlicher Oberflächeneigenschaften, zum Beispiel:

Wir helfen unseren Partnern zu definieren, welche Eigenschaften sich miteinander verheiraten lassen (und welche eben nicht) und entwickeln Wege, um die Oberfläche entsprechend zu funktionalisieren.

Vier Methoden der Funktionalisierung

Die von uns verwendeten Funktionalisierungsstrategien lassen sich grob in die Kategorien Grafting, Skin Crosslinking, Beschichtung und Aktivierung unterteilen.

• Bei der Grafting-To Methode werden Polymere mit funktionalen Gruppen zum Beispiel mittels Elektronenbestrahlung auf der Oberfläche kovalent verankert und können so die Benetzbarkeit und weitere Eigenschaften verändern.
• Bei gewissen Kunststoffen bietet sich Elektronenbestrahlung auch für das so genannte Skin‑Crosslinking an – dabei wird die äusserste Schicht des Materials vernetzt und erhält so mehr Stabilität gegenüber thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen.
• Beschichtungen können eine Materialoberfläche in vielerlei Hinsicht verändern und diese zum Beispiel kratzbeständiger oder schmutzabweisend machen. UV- oder Elektronenstrahlhärtbare Beschichtungen sind für den Einsatz auf Kunststoffen besonders attraktiv, da dabei die thermische Belastung des Substrats gut kontrolliert werden kann.
• Zu guter Letzt ist auch die Aktivierung der Oberfläche mittels Plasma, Elektronenbestrahlung, Coronabehandlung oder Beflammen als Zwischenschritt in der Verarbeitung von entscheidender Bedeutung, um die Oberfläche zum Beispiel für die nachfolgende Verklebung vorzubereiten.

Auf den modifizierten Oberflächen messen wir die Benetzbarkeit mit verschiedenen Flüssigkeiten und bestimmen die Oberflächenenergie (Kontaktwinkelmessungen). Die chemischen Funktionalitäten auf der Oberfläche des Materials können mit einer speziellen Form der Infrarot-Spektroskopie erfasst werden. Die Topographie untersuchen wir je nach erforderlicher Auflösung mit verschiedenen Mikroskopen (REM, AFM, CLSM).

Wir verfügen über langjährige Erfahrung mit Strategien zur Oberflächenfunktionalisierung und haben ein tiefes Verständnis von strahlungsinduzierter Funktionalisierung aus Grundlagen-Projekten und angewandten Projekten. Das Team des Kompetenzfelds Oberflächenfunktionalisierung freut sich auf Ihr «oberflächliches» Problem und hilft Ihnen gerne auf dem Weg zu Ihrer Wunschoberfläche!

• Weitere Informationen zur Kompetenz Oberflächenfunktionalisierung