Erosion der Polymere in Atmosphärendruck-Plasmen

Mechanismen und Einflussfaktoren

Autoren: Dariusz Korzec und Markus Trabold
Datum: 2024
Zuerst veröffentlicht auf: https://www.isgatec.com/artikel/erosion-der-polymere-in-atmospharendruck-plasmen/38911

Kalte Atmosphärendruck-Plasmen (ADP) finden eine breite Anwendung für die Konditionierung von Polymer-Oberflächen. Die Hauptanwendung in der Industrie ist die Erhöhung der freien Oberflächenenergie (FOE), die zu besserer Benetzbarkeit mit Flüssigkeiten und stärkerer Haftung von Lacken, Klebstoffen und Vergussmassen führt. Um eine solche Modifikation der Polymeroberfläche zu erreichen, reicht typischerweise eine sehr kurze Behandlungszeit. Je nach Art des ADPs sind das einige 10 ms bis einzelne Sekunden. Bei einer längeren Wechselwirkung zwischen ADP und einer Polymeroberfläche kommt es zu weitergehenden Veränderungen in den Materialeigenschaften. Eine dieser Veränderungen, die sich nach Stunden, Tagen oder Wochen bemerkbar macht, ist die Erosion der Polymere.

ADP ist ein Überbegriff, der zahlreiche Methoden der Plasmaerzeugung umfasst. So können Polymeroberflächen einem Nah- oder einem Fern-Plasma ausgesetzt werden. Charakteristisch für ein Fern- oder indirektes Plasma ist eine hohe Konzentration von chemisch reaktiven Spezies ohne starke Leuchteffekte und elektrische Ladung. Zu den wesentlichen chemischen Spezies in einem indirekten Luftplasma gehören z.B. Ozon und weitere RONS (Reaktive Sauerstoff- und Stickstoff-Spezies). Ein Nah- oder direktes Plasma weist eine signifikante Konzentration von geladenen Partikeln (Elektronen und Ionen) und angeregten Partikeln auf. Letztere verursachen das Leuchten des Plasmas.

Fazit

Die Polymere unterliegen im sauerstoffhaltigen ADP einer Erosion. Die Erosionsgeschwindigkeit
hängt unter anderem von der Art des Polymers und des Plasmas ab. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Temperatur. Die Erosion kann zu einer unerwünschten Beeinträchtigung der Polymereigenschaften führen, aber sie lässt sich auch
technologisch zur gezielten Zersetzung des Polymermaterials nutzen.

^{Die Erosionsgeschwindigkeiten einiger Polymere in einer direkten DBD-Entladung, angegeben in mg·cm2·s-1 [7,8]}

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