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Grenzflächenprozess-Design

Immobilisierung von metallischen Nanopartikeln auf Kunststoffoberflächen durch oberflächenreaktives Spritzgießen

In der Arbeitsgruppe wurde eine Methode entwickelt, um polymere bzw. Kunststoffoberflächen während des Spritzgießens in-situ chemisch zu modifizieren. Unter Ausnutzung der hohen Temperatur der Schmelze wird eine dünne Schicht eines reaktiven funktionellen Polymers (Modifikator), das zuvor im Spritzgießwerkzeug appliziert wurde, an die spätere Formteiloberfläche chemisch angebunden. Durch molekulare Veränderungen des reaktiven funktionellen Polymers kann der Oberflächenmodifizierungseffekt gesteuert werden. Allerdings weist die modifizierte Oberfläche die Eigenschaften der Polymerschicht auf.

Durch Einbeziehung von Nanopartikeln in das Schichtsystem lassen sich u. a. die optischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften der Oberflächenmodifizierung wesentlich verbessern. Die Nanopartikel müssen dazu fest in der Modifikatorschicht gebunden sein. Die Immobilisierung der Nanopartikel erfolgt über intermolekulare Wechselwirkungen zu funktionellen Gruppen des Modifikators und durch partielle Verankerung im Kunststoff. Unter Ausnutzung der thermischen Energie der Schmelze beim Spritzgießen können im Modifikator zusätzliche Netzwerkbindungen geknüpft werden, wobei das Netzwerk die Nanopartikel einschließt ohne die Zugänglichkeit der Partikel für kleine Moleküle, z. B. Lösemittelmoleküle zu beeinträchtigen.

 

Abb. Nanopartikel in der Modifikatorschicht einer Kunststoffformteiloberfläche

Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Aufklärung von Zusammenhängen bei der Präparation von stabilen dünnen Schichtsystemen aus funktionellen Polymeren bzw. deren Netzwerken und den Nanopartikel auf der Oberfläche von Kunststoffformteilen durch Spritzgießen.

Polymer-Biopolymer Grenzflächen: Biokompatibilität für biomedizinische Anwendungen

Für medizinische, biologische Anwendungen bzw. im Lebensmittelbereich sind die Eigenschaften der Polymermaterialien oftmals ungeeignet, da sie nur geringe Benetzbarkeit bzw. Bioverträglichkeit aufweisen. Diese Nachteile können durch eine permanente Oberflächenmodifizierung beim reaktiven Spritzgießen mit speziellen Biopolymeren ausgeglichen werden.Hauptschwerpunkte der Untersuchungen bilden der Aufbau und die Durchführung von in-situ Messungen beim Reaktiven Spritzgießen. Um die belastbare Verbindung zwischen beiden Materialklassen gezielt zu steuern, ist die Kenntnis von folgenden Eigenschaften aus der Grenzschicht notwendig:

•    Art und Anzahl der neu gebildeten chemischen Bindungen
•    Kinetische Daten der Kopplungsreaktionen unter den Prozessbedingungen.

Daraus lässt sich eine Korrelation zwischen mikroskopischen und makroskopischen Adhäsionseigenschaften ableiten.

 

Abb. Biokompatible Oberflächenmodifizierung im reaktiven Spritzgießprozess