Plasmaverfahren zur Außen- und Innenwandbeschichtung von Kunststoffflaschen

Plasmaverfahren zur Außen- und Innenwandbeschichtung von Kunststoffflaschen

Herausforderung

Da Kunststoffe leicht und günstig sind, werden diese in vielen Bereichen als Verpackungsmaterial eingesetzt. Für bestimmte Anwendungen, wie beispielsweise im Bereich der Lebensmittel, müssen die klassischen Verpackungskunststoffe mit einer zusätzlichen Barrierefunktion gegen Gase und andere Stoffe ausgestattet werden, um die Haltbarkeit des Füllgutes garantieren zu können. Eine Möglichkeit hierzu bietet die plasmagestützte Gasphasenabscheidung, mit der Barriereschichten auf Kunststoffen erzeugt werden können. Ein Nachteil des Standes der Technik ist, dass die Barriereleistung der Beschichtungen für bestimmte Anwendungen immer noch zu gering ist. Mit der verfügbaren Anlagentechnik werden die Behälter ausschließlich von innen beschichtet. Eine Außenbeschichtung würde allerdings die notwendige Steigerung der Barrieleistung ermöglichen. Die größte Schwierigkeit besteht hierbei allerdings in der parasitären Mitbeschichtung von Anlagenteilen, wenn das Plasma auch außerhalb des Behälters gezündet wird.

Lösung

Gelöst wird diese Herausforderung, indem zur Aussenbeschichtung gleichzeitig zur klassischen Plasmaanregung mittels Mikrowellen ein Magnetfeld über eine geeignete Spulenanordnung erzeugt wird, welches das Plasma entlang der Feldlinien homogenisiert und dieses gleichzeitig durch einen magnetischen Einschluss von den Kammerwänden fernhält. Am einfachsten lässt sich dieser magnetische Einschluss mit Zylinderspulen erreichen, da das Magnetfeld einer solchen Spule parallel zur Spulenachse gerichtet ist, was den Verlust der Teilchen in radialer Richtung verhindert. Um das Plasma auch an den Spulenenden einzuschließen, werden sogenannte magnetische Spiegel eingesetzt. Hierbei werden die Feldlinien des Magnetfeldes zu einem flaschenhalsförmigen Verlauf gezwungen, sodass die Feldlinien größtenteils im Inneren des Einschlussvolumens in sich zurückgebogen werden. Mit dieser Vorrichtung kann das Plasma auf die direkte Umgebung der zu behandelnden Fläche begrenzt und von den Reaktorwänden ferngehalten werden.

Vorteile

• Höhere Barriereleistung der Beschichtungen durch beidwandige Beschichtung

• Höhere Schichtabscheiderate durch Magnetfeld-induzierte Steigerung der Plasmadichte

• Geringerer Wartungsaufwand der Beschichtungsreaktoren durch vermeidung parasitärer Mitbeschichtung von Reaktorwänden

RWTH Technologie #2427
Anwendungsgebiete Kunststoff, Kunststoffverpackungen, Barrieretechnologie, Lebensmittelverpackungen
Stichworte #Kunststoffe, #Plasma, #PECVD, #Verpackungen, #Beschichtungen