Neue Technologie für ultraglatte Polymerfolien

Glatte Oberflächen mit geringen Defekt­dichten sind für viele Anwen­dungs­bereiche von großer Bedeutung, seien es dekorativ beschichtete Fahrzeug­karosserien, hoch­glänzende und ver­schmut­zungs­resistente Möbel oder ultra­glatte Metall- und Kunst­stoff­folien als Substrate für die High-Tech-Industrie. Insbesondere hier können nachfolgende Ver­edlungs­schritte nur ihre volle Wirkung entfalten, wenn die Oberflächen­qualität der Substrate ein sehr hohes Niveau aufweist. So werden beispiels­weise Folien für die Verkapselung von elektro­nischen Bauteilen in einem Vakuum­beschichtungs­prozess mit dünnen Permeations­sperr­schichten versehen, die das Eindringen von Sauerstoff oder Feuchtigkeit verhindern. Defekte auf der Ober­fläche würden dieses Ansinnen zunichte­machen. Die Abscheidung von elektronisch aktiven Schichten zum Beispiel für OLED oder Touch­screens erfordert ebenfalls ultraglatte Ober­flächen, um Fähigkeiten wie Licht­emission oder groß­flächige Leit­fähigkeit zu gewähr­leisten.

Wissenschaftler des Fraunhofer FEP haben nun eine neue Methode zur Erzeugung ultraglatter Ober­flächen entwickelt – den Glättungs­folien­ansatz. „Dieser neuartige Prozess benötigt keine spezielle Umgebung und könnte somit auch unter Standard­bedingungen in der Industrie verwendet werden.“, erklärt Dr. Steffen Günther, verantwortlicher Projektleiter am Fraunhofer FEP. „Teure Reinräume sind hierfür nicht nötig.“

Bei diesem neuen Ansatz wird zunächst eine Nass­beschichtung auf ein flexibles Rollen­substrat aufgebracht. Unmittelbar danach wird die noch nasse Beschichtung mit einer zweiten Folie, der Glättungs­folie, abgedeckt. Anschließend erfolgt die Vernetzung der Nass­beschichtung durch einen energetischen Trocknungs­prozess. Am Fraunhofer FEP wird dazu die hoch­produktive Vernetzung mittels Elektronen­strahlen eingesetzt.

Um die Kosten für die verwendeten Glättungs­folien zu reduzieren, wurde deren Wieder­verwend­barkeit untersucht. Es gelang den Wissen­schaftlern aufzuzeigen, dass auch nach 10-maliger Wieder­verwendung der Glättungsfolie keinerlei Mängel in der Oberflächen­qualität auftraten.

Das Verfahren wurde im ersten Schritt auf Mustern im A4-Format durchgeführt und ausgewertet. Anschließend wurde es auf den Rolle-zu-Rolle-Prozess der Anlage atmoFlex 1250 übertragen. Diese Anlage wurde durch das Maschinen­bau­unternehmen 3D-Micromac AG gebaut und bietet am Fraunhofer FEP die Möglichkeit, flexible Folien­substrate auf 1,25 m breiten Bahnen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren zu beschichten. Die Ergebnisse des Prozess­transfers auf Rolle-zu-Rolle-Technologie übertrafen die Erwartungen bei weitem. Nicht nur die Reproduktion des neuen Verfahrens von kleinen A4-Mustern auf große Substrate gelang erfolgreich. Die erzielten Test­ergebnisse der im Rolle-zu-Rolle-Verfahren beschichteten Substrate übertrafen die vorherigen Klein­muster­versuche um den Faktor 4.

Die mittels Weiß­licht­inter­ferometrie bestimmte Defekt­dichte lag bei ca. 1%. Dies entspricht der Defektdichte von Substraten, die bisher in teuren Rein­raum­umgebungen planarisiert werden.

Die erfreulichen Ergebnisse können nun die Grundlage bilden, um mit Industrie­partnern weitere innovative Folien­produkte zu entwickeln. Derzeit überlegen die Wissen­schaftler schon, die Techno­logie weiter zu optimieren und auch auf andere An­wendungs­gebiete zu übertragen.

Diese Arbeit wurde teilweise von der Europäischen Union und dem Bundes­land Sachsen innerhalb des Förder­projektes OptiPerm unterstützt (Förderkennzeichen: 3000651169). OptiPerm ist ein Verbund­projekt mit den Industrie­partnern Von Ardenne GmbH, 3D-Micromac AG, GfE Fremat GmbH und IOT – Innovative Oberflächen­technologien GmbH zur Erforschung der Herstellung von Funktions­folien mit optimierten Permeations­barriere­beschichtungen.

FEP / LK