Barriereschichten

Barriereschichten bilden eine wirksame Sperre gegen abzuschirmende Verbindungen, beispielsweise Gaspermeationsbarrieren für Sauerstoff, Barrieren gegen Wasserdampf oder Chemikalien.

Einsatzbereiche für Barriereschichten.

Barriereschichten auf Verpackungen schützen Lebensmittel, Kosmetika oder pharmazeutische Wirkstoffe vor Oxidation oder Austrocknen. Die Packmittel liegen hierbei häufig als Folien, Flaschen, Kanister und dergleichen vor. Je nach Anforderungsprofil reicht als Barriereschicht eine metallische (Aluminium-)Bedampfung aus, oder aber es werden transparente Einzelschichten (Monolagen) oder Mehrlagenschichtsysteme aufgebracht. Die Plasmatechnik liefert hierbei hochvernetzte organische und anorganische Schichten, die zudem stabil an die Oberflächen angebunden sind.

Auch elektronische Bauteile, etwa in Implantaten, müssen eingekapselt werden, damit sie einerseits vor der korrosiven Wirkung des Körpermediums geschützt werden und andererseits keine Stoffe in das Gewebe freisetzen können.

Ein Schwerpunkt des Fraunhofer IGB liegt derzeit auf der Entwicklung von Hochbarriereschichten für Sauerstoff, wie sie unter anderem selbst bei OLEDs (organic light emitting diodes) oder in der Photovoltaik benötigt werden. 

Zusammenarbeit

Am Fraunhofer IGB entwickeln wir gemeinsam mit unseren Kunden und Partnern maßgeschneiderte Lösungen für optimale Barriereeigenschaften von Produkten – von der Entwicklung bei uns im Labor bis zur Umsetzung im Unternehmen.   

Effektive Barriere gegen Wasserdampf und Sauerstoff

Am Fraunhofer IGB wurden Barriereschichten hergestellt, die die Barrierewirkung des Kunststoffes Polyethylenterephthalat (PET) gegen Wasserdampf und Sauerstoff um mehr als den Faktor 1000 gegenüber dem unbehandelten Material erhöhen. Vergleicht man die Beschichtung mit einer handelsüblichen Beschichtung auf Basis von Ethylen-Vinylalkohol-Kopolymer (EVOH), so wird Sauerstoff fünfmal besser, Wasserdampf sogar 50-mal besser zurückgehalten.

Verbessertes Ablaufverhalten

Wird durch einen direkt nachfolgenden Prozessschritt eine weitere Schicht aufgebracht, so kann die Oberfläche an weitere Anforderungen wie chemische Eigenschaften oder Benetzbarkeit angepasst werden. Verwendet man hier beispielsweise öl- und wasserabweisende Fluorkohlenstoffbeschichtungen, so erhält man eine teflonartige Oberfläche. Von dieser laufen Testflüssigkeiten deutlich besser ab als von unbehandelten. Die Verbesserung bezieht sich nicht nur auf labortypische Testmedien wie Wasser und Öle, sondern auch auf industrietypische Füllgüter wie Leime, Lacke und Farben. So konnten wir zum Beispiel die Restentleerbarkeit von ausgerüsteten HDPE-Kanistern für ölhaltige Füllgüter gegenüber unbeschichteten Kanistern um 10 Prozent verbessern. Die multifunktionalen Beschichtungen wurden bereits erfolgreich auf verschiedene Flachmaterialien, aber auch auf Formkörper wie Kanister und Tanks appliziert.

Große Bandbreite von Oberflächeneigenschaften durch Plasmatechnik

Mittels Plasmatechnik lässt sich durch Variation der Beschichtungsparameter eine große Bandbreite von Oberflächeneigenschaften gezielt einstellen. So können beispielsweise die Permeation von Substanzen reduziert und die Benetzbarkeit einer Oberfläche angepasst werden. Plasmaprozesse benötigen nur eine minimale Menge von Beschichtungssubstanzen, da diese im Plasma hocheffizient zu einer Beschichtung umgesetzt werden.