Analytik der durch Niedertemperaturplasmen induzierten Oberflächen- und Grenzflächenchemie von Polylactid (PLA)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Guido Grundmeier
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571427667

Polylactid (PLA) ist ein biobasierter Polyester, der ausgehend von Biomasse oder Agrarrohstoffen synthetisiert werden kann. PLA verfügt über ein breites Anwendungsspektrum, das unter anderen die Verpackungsindustrie sowie die Bereiche „Implantatmaterialien“, „Tissue Engineering“ und „Drug Delivery“ umfasst. In vielen Anwendungsbereichen von PLA muss allerdings seine Oberflächenenergie erhöht werden, um eine gute Benetzung bzw. Haftung applizierter Funktionsschichten zu erreichen. Plasmaprozesse eignen sich in besonderer Weise für eine solche Funktionalisierung. Die Oberflächenmodifikation von PLA in Niedertemperaturplasmen hängt dabei in hohem Maße von den spezifischen Plasmaparametern ab, darunter von der Wahl des Prozessgases, der Art der Entladung und dem gewählten Prozessdruck. Im Rahmen des beantragten Projekts wird die Funktionalisierung von Polylactid mit Funktionsgruppen wie -NH2 und -COOH über ein Niederdruckplasmaverfahren mittels in-situ spektroskopischer Verfahren analysiert. Basierend auf der vorgesehenen analytischen Herangehensweise werden Konzepte zur Variation der Funktionsgruppendichte abgeleitet. Die vergleichende Betrachtung von Ätzrate und Kinetik der Funktionalisierung dient der Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit der Prozesse. Die so plasmamodifizierten Substrate werden in einem weiteren Schritt hinsichtlich der Möglichkeit zur molekularen Derivatisierung untersucht. Die Kombination von in-vacuo Analytik (Röntgen Photoelektronenspektroskopie (XPS) und in-situ Analytik (Infrarotspektroskopische Methoden: PM-IRRAS oder IRRAS in Kombination mit Schwingquarzmikrowägung (QCM)) erlaubt unter Nutzung komplementärer ex-situ Analysemethoden wie Flugzeit- Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS), Ellipsometrie, Rasterkraftmikroskopie (AFM ) sowie Randwinkelmessungen die Aufklärung der Plasmaaktivierung von PLA-Oberflächen sowie nachfolgender Hydrolyse- und Grafting-Prozesse. Untersucht wird im Rahmen des Projekts inwieweit die Funktionalisierung von PLA durch die Kontrolle von Gasphasenzusammensetzung, Teilchenbeschuss und Teilchenfluenz eingestellt werden kann. Die adhäsiven Eigenschaften sowie die Hydrolysekinetik werden so aus der Oberflächenchemie nach Plasmaaktivierung ableitbar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen