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