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B06 - Neuartige Reaktivlaminierprozesse

Leitung:Prof. Rühe
Bearbeitung:Anna Schuler und Raimund Rother
Laufzeit:2013-2016
Förderung durch:DFG

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines kontinuierlichen Fertigungsprozesses zur Erzeugung mikrostrukturierter Mehrschichtsysteme für optisch passive und aktive Bauteile und Systeme in Kunststofffolien.

Die wichtigste etablierte und allgemein eingesetzte Methode zur Erzeugung von Mehrschicht-Kunststofffolien ist das Verbinden von jeweils zwei Einzelfolien mithilfe von Laminierprozessen, die auf einer thermisch induzierten (partiellen) Interdiffusion von Polymerketten beruhen. Die bestehenden Laminierprozesse stoßen jedoch immer dann an ihre Grenzen, wenn eine Verbindung aus Polymermaterialien nötig wird, die nicht miteinander mischbar sind (inkompatible Polymere). Ein Beispiel dafür ist die Kombination von Polymethylmethacrylat (PMMA) und Cyclo-Olefin-Copolymeren (COC). Ein Anpassen der Zusammensetzung des Gesamtsystems an die Erfordernisse des Laminierprozesses ist jedoch oftmals nicht möglich ohne die optischen Eigenschaften des Systems zu kompromittieren.

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Reaktivlaminierprozesses, der es erlaubt auch chemisch sehr unterschiedliche Materialien zu Multilayerfolien durch Laminieren zu verbinden. Dabei wird per Spraycoating eine dünne Kompatibilisierungsschicht aus photo- bzw. thermoreaktiven Polymeren auf eines von zwei inkompatiblen Polymersubstraten aufgetragen und diese anschließend laminiert. Die Verbindung der Materialien soll durch chemische Grenzflächenreaktionen erfolgen, die photochemisch oder thermisch induziert werden. Um dieses Ziel zu erreichen sollen neue Materialien entwickelt werden, die es erlauben über biradikaloide oder andere reaktive Zwischenstufen (Nitrene) die Verbindung zwischen den unterschiedlichen Materialien  durch Rekombinationsreaktionen bzw. Insertionsreaktionen zu erzielen. Während des Laminierprozesses sollen so unterschiedliche Folienlagen durch kovalente Bindungen miteinander verbunden werden. In analoger Weise könnten dann auch Schutzschichten bzw. Kompatibilisierungsschichten auf den Folienoberflächen generiert werden.

Zur Einbringung spezifischer optischer Einzelfunktionen und -elemente (beam splitter, Gitter) werden auch die Schnittstellen des Laminierprozesses zu vor- bzw. nachgelagerten Prozessierungen mittels Vakuum-Thermoformung und Nanoimprint­technologien untersucht. Systematisch soll zunächst die Lösung für passive Bauelemente und danach die Lösung für aktive Bauelemente erarbeitet werden, um so zu einem integrierten Fertigungsprozess zu kommen.

Erfolge konnten bereits erzielt werden, indem eine dünne Kompatibiliserungsschicht, bestehend aus photochemisch aktivierbarem Material, auf ein COC-Substrat aufgetragen und anschließend mit eigentlich inkompatibler PMMA-Folie überlaminiert wurde. Abb. 2 zeigt ein solches Laminat, bei dem die Folien im benetzten Bereich im Gegensatz zum unbenetzten Bereich verbunden sind. Zwischen benetztem und unbenetztem Bereich des Substrates ist deutlich eine weißliche Stelle zu erkennen, die auf Crazing durch starke Belastung eines Pull-Tests schließen lässt und somit die Festigkeit des Laminats verdeutlicht.

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