Entwicklung von plasmapolymeren Beschichtungen für die dauerhafte chemische Beständigkeit von Kunststoffverpackungen

• Antragsteller: Professor Dr. Rainer Dahlmann
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548883846

Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, die chemische Beständigkeit von plasmapolymeren Beschichtungssystemen gegenüber starken Säuren und Laugen zu untersuchen. Dabei sollen die Erkenntnisse zur Entwicklung von vollständig recycelbaren, funktionellen Barrieren für anspruchsvolle Füllgüter beitragen. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass Schichtsysteme mit geringer Defektdichte und Abwesenheit von intrinsischen Spannungen sehr resistent gegenüber Natronlauge sind. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen diese Eigenschaften zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit von plasmapolymeren Schichtsystemen gegenüber Salzsäure eingesetzt werden. Zur Umsetzung werden PECVD-Schichtsysteme von PET- auf PE-HD-Flaschen übertragen, die die Ergebnisse der alkalischen Medienbeständigkeit reproduzieren können. Etablierte Zweischichtsysteme verwendet, um eine ausreichend starke chemische Bindung zwischen Substrat und funktioneller Barriere herzustellen. Gleichzeitig werden die anlagentechnischen Voraussetzungen zur Durchführung der PEALD am Reaktor für Hohlkörper-Innenbeschichtung installiert. Nach der erfolgreichen Implementierung der PEALD werden Monomere und Prozessgase zur Abscheidung von SiO2, SiCx sowie a:Si-H Schichten untersucht und als zusätzlicher Prozessschritt auf die bereits entwickelten Schichtsysteme aufgebracht. Die Beschaffenheit der Grenzflächen wird bei der Integration der Verfahren besonders berücksichtigt. Zudem wird die gezielte Einstellung der Grenzflächeneigenschaften mithilfe von Behandlungsplasmen untersucht. Die resultierenden Schichtsysteme werden eingesetzt, um die identifizierten Schadensmechanismen separat zu betrachten und chemisch homogene und strukturell regelmäßige Beschichtungen aufgrund ihrer Defektarmut ohne Einfluss der physikalischen Infiltration auf ihre Beständigkeit gegenüber den Testmedien zu untersuchen. Anschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse zurück in die die Entwicklung der PECVD-Schichtsysteme geführt. Um die direkte Auswirkung der PEALD auf die Mikro- und Nanoporosität im Vergleich zu konventionellen Beschichtungen (PECVD) zu ziehen, werden umfassende Untersuchungen mithilfe elektrochemischer Methoden wie der CV und EIS durchgeführt. Die Testmedien sollen die Stoffgruppen der Säuren und Laugen repräsentieren, um ein übergeordnetes Verständnis der chemischen Beständigkeit gegenüber polaren wässrigen Lösungen zu ermöglichen. Insgesamt trägt das Forschungsvorhaben zur Erweiterung des Forschungsfeldes der funktionellen PECVD-Barrieren im Bereich der chemischen Beständigkeit bei und hat das langfristige Ziel, vollständig recycelbare, funktionelle Barrieren für anspruchsvolle Füllgüter zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen