INNOVENT - Technologieentwicklung Jena

14:00 Eröffnung des Workshops / Aktuelle Informationen über den ak-adp
Kerstin Horn, Sprecherin des ak-adp

14:05 Analytische Bestimmung funktioneller Gruppen auf Oberflächen
Renate Mix, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM Berlin

14:45 Oberflächenfunktionalisierung bei Atmosphärendruck - Verfahren und Möglichkeiten
Arnd Schimanski, INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

15:15 Vernetzung von Polyacrylaten durch 172 nm Excimer-Strahlung
Carsten Riedel, Innovative Oberflächentechnologien GmbH (IOT) Leipzig

15:45 Kaffeepause

16:15 Thermische Plasma-Herstellung von hoch porösen Schichten und Nanopulversynthese Christian Jäggi, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology Thun

16:45 Korrosionsschutz auf Magnesium mittels Atmosphärendruckplasmen
Jürgen Schmidt, INNOVENT Technologieentwicklung Jena e.V.

17:15 Reinigung von kleinen & großen Metall- & Glasoberflächen mittels Atmosphärendruckplasma
Marcel Hähnel, neoplas GmbH Greifswald

18:15 ak-adp-Stammtisch
Geführter Stadtrundgang durch Konstanz mit anschließender Weinprobe und Imbiss

9:00 Grußwort
Jörg Güttinger, Nano-Cluster Bodensee St. Gallen und Günther Schatz, Nano-Zentrum Euroregio Bodensee

9:20 Plasmafunktionalisierung von Oberflächen: Möglichkeiten und Besonderheiten
Dirk Hegemann, Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology St. Gallen

9:50 Einsatz von Atmosphärendruckplasmen in den technischen Präzisionsgeweben
Peter Chabrecek, SEFAR AG Thal

10:20 Plasmaanwendungen in der Halbleiter- und Automobilindustrie
Hansjoerg Kuenzli, UCP PLASMA TECHNOLOGIES Ruggell

10:50 Kaffeepause

11:15 Trends und Entwicklungen in der Oberflächenfunktionalisierung mit direkten
und indirekten Plasmen
Hans-Peter Krukenberg, AFS GmbH Horgau

11:45 OpenAir®Plasma-Technologie für die Aktivierung von Kunststoffoberflächen
sowie Reinigung und Beschichtung von Metallbauteilen
Joachim Schüßler, Plasmatreat GmbH Birkenfeld

12:15 Die Oberfläche fest im Griff – Bewertungsstrategien für topografische und chemomechanische
Oberflächenstabilität  Wolfgang P. Weinhold, Innowep GmbH Würzburg

12:45 Schlusswort mit Ausblick

13:00 abschließender Mittags-Imbiss

Oberflächenfunktionalisierung auf Kunststoffen, Metallen und Glas durch den Einsatz von Atmosphärendruckplasmen

in Zusammenarbeit mit dem Nano-Cluster Bodensee, St. Gallen, Schweiz

Über 80 Teilnehmer besuchten den 9. Workshop des ak-adp in der Villa Rheinburg in Konstanz. In 11 Vorträgen wurden Forschungsergebnisse und Anwendungen von Atmosphärendruckplasmen zur Oberflächenfunktionalisierung auf Kunststoffen, Metallen und Glas vorgestellt. Dabei konnten auch mehrere Vertreter von Forschungsunternehmen und Firmen aus der Schweiz begrüßt werden.

Nach einer kurzen Eröffnung und Begrüßung der Teilnehmer wurde der Einführungsvortrag des Workshops von Frau Dr. Renate Mix von der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung BAM Berlin gehalten. In dem Vortrag „Analytische Bestimmung funktioneller Gruppen auf Oberflächen“ stellte sie Möglichkeiten zur Charakterisierung von Plasmen vor. Die Erzeugung funktioneller Gruppen ist grundlegend für die funktionalisierende Wirkung des Plasmas auf Oberflächen. Mit Hilfe der Derivatisierung kann die Konzentration verschiedener funktioneller Gruppen ermittelt werden. Es wurden verschiedene Derivatisierungsreaktionen vorgestellt, als Derivatisierungsreagenz wurde u.a. Fluor verwendet.

Referent des zweiten Vortages war Dr. Arnd Schimanski, Geschäftsführer der INNOVENT e.V. Technologieentwicklung, die auch Initiator des Anwenderkreises ist. Sein Vortrag „Oberflächenfunktionalisierung bei Atmosphärendruck – Verfahren und Möglichkeiten“ gab eine allgemeine Übersicht über etablierte Plasmaverfahren auf dem Markt. Corona-Behandlungen und Dielektrische Barriere-Entladungen werden für die Oberflächenfunktionalisierung verschiedener Materialien eingesetzt wie auch die bei Innovent e.V. weiterentwickelten Freistrahlplasmen und  Pyrosil-Flammenbeschichtung. Mögliche Änderungen der Oberflächeneigenschaften beziehen sich u.a. auf die Transmission, die Barrierewirkung gegenüber verschiedenen Gasen, eine Hydrophilierung bzw. Hydrophobierung und Korrosions-Eigenschaften. Hier kann INNOVENT e.V. auf weitreichende Entwicklungsarbeiten verweisen.

Dr. Carsten Riedel, geschäftsführender Gesellschafter der IOT - Innovative Oberflächentechnologien GmbH Leipzig, präsentierte anschließend die Anwendung von „172nm Excimer-Strahlung zur Vernetzung von Polyacrylaten“. Es handelt sich hier um ein eingeschlossenes Plasma, das für die physikalische Mattierung strahlenhärtbarer Schichten wie Lacke angewendet wird. Der Mattierungseffekt beruht dabei auf der Mikrofaltung durch Schrumpfung an der Lackoberfläche vor der Aushärtung. Das Verfahren arbeitet mit einer Eindringtiefe von ca. 0,1mm. Eingesetzt wird die Technologie zur Erhöhung der Chemikalienbeständigkeit der Oberflächen, für eine bessere Haptik und zur Umsetzung des aktuell gewünschten Matt-Designs als Modetrend. Anwendungen liegen u.a. im Automobil-Innenausbau, bei der Herstellung spezieller Folien wie Schwimmbad-Folien und im Möbelbau.

Die Vorträge wurden angeregt diskutiert. In der Kaffeepause bestand Gelegenheit zu ersten direkten Firmenkontakten und zu persönlichen Projekt-Diskussionen, die rege in Anspruch genommen wurden. In Anlehnung an den 8. Workshop mit Strategiesitzung im März in Jena waren wieder alle Workshop-Teilnehmer aufgefordert, über die Workshop-Themen für 2012 abzustimmen. Für verschiedene Materialien bzw. Anwendungsgebiete konnten persönliche Schwerpunkte auf konkrete Funktionalisierungen gelegt werden.

Dr. Christian Jäggi, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology EMPA aus Thun, war der erste Gast-Referent aus der Schweiz und eröffnete die zweite Session mit einem Vortrag zur „Nanopulversynthese und Herstellung von porösen Schichten mittels thermischem Plasma“. Thermisches Plasma kann zur Herstellung von Nanopulvern mit Flexibilität in der Materialwahl und Kontrolle der Größenverteilung eingesetzt werden. Es handelt sich dabei um ein induktiv gekoppeltes Plasma (ICP). Mikroskalige Pulver werden im Plasma verdampft und in der Gasphase abgeschreckt. Der Prozess kann mittels OES und FTIR in situ überwacht werden. Bei der weiterhin vorgestellten Herstellung hoch poröser Schichten mittels thermischem Plasma handelt es sich um einen Vakuum-Plasma-Spraying-Prozess. Es können auch große Flächen beschichtet werden. Anwendungen liegen z.B. im biomedizinischen Bereich.

Der folgende Vortrag von Dipl.-Ing. Jürgen Schmidt, INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena, beschäftigte sich mit „Korrosionsschutz auf Magnesium mittels Atmosphärendruckplasmen“. Magnesium-Legierungen sind für viele Entwicklungen das „Wunsch“-Material, z.B. für den Automobilbau. Das massive Korrosionsproblem steht dabei der Gewichtseinsparung entgegen. Bei der vorgestellten Methode der Plasma-Chemischen Oxidation handelt es sich um ein wässriges Elektrolyt-System, bei der die Anode das Substrat darstellt. Dieses „Unterwasser-Plasma“ eignet sich z.B. neben dem Korrosionsschutzeffekt hervorragend für die Schwärzung von Mg- und Al-Fassungen für die optische Industrie zur Verhinderung von Streulichteffekten. Ein zweites Plasmaverfahren für die Verbesserung des Korrosionsschutzes auf Magnesium sind die Freistrahlplasmen. Sie lassen sich gut in den Produktionsprozess der Mg-Blechherstellung integrieren. Eine mögliche Umsetzung als industrielle Anwendung ist hier die Beschichtung der Mg-Halbzeuge zwischen den Walzschritten für eine Verbesserung der Korrosionseigenschaften.

Anschließend stellte Dr. Marcel Hähnel, Leiter der Produktentwicklung der neoplas GmbH Greifswald, Möglichkeiten der „Reinigung von kleinen und großen Metall- und Glasoberflächen mittels Atmosphärendruckplasma“ vor. Nach einer kurzen Vorstellung der neoplas GmbH und einem Überblick über das Multi-Species-System Plasma und typische Quellen zur Plasma-Erzeugung ging Herr Dr. Hähnel auf Untersuchungen an einer Vielzahl von Kunststoffen, Fluorpolymeren, Elastomeren und Glasoberflächen für eine optimale Aktivierung und Hydrophilierung ein. Als besondere Reinigungsanwendung wurde der Abtrag von Sporen durch Luftplasma beschrieben. Beispiel für ein nicht vollständig gelöstes Problem ist die Entfernung von Glasfaser-Schlichte. Als Testsystem wird hier Heißwachs verwendet. Eine Plasma-Reinigung bewährt sich als effiziente Methode nur für die Feinstreinigung.

en Abschluss des Tages bildete ein geführter Stadtrundgang durch Konstanz. Dabei konnten alle Teilnehmer noch die eine oder andere interessante Anekdote über das mittelalterliche Konstanz erfahren, während uns die Stadtführerinnen sehr lebendig in die Zeit des Konzils von Konstanz 1414 bis 1418 entführten. Die anschließende Weinprobe mit Imbiss gab erneut Gelegenheit zu persönlichen Gesprächen in angenehmer Atmosphäre.

Den zweiten Tag des Workshops eröffneten Vertreter der regionalen Partner des Anwenderkreises Atmosphärendruckplasma. Prof. Günter Schatz, Leiter der Geschäftsstelle des Kompetenz-Zentrums "Nano-Zentrum Euregio Bodensee" NEB begrüßte die Teilnehmer nochmals ganz herzlich in Konstanz. Dr. Jörg Güttinger, Geschäftsführer des Nano-Cluster Bodensee aus St. Gallen in der Schweiz, stellte das branchenübergreifende Schweizer Netzwerk als Mitorganisator des Workshops vor und leitete die folgende Session, in der Vorträge von Fachleuten aus der Schweiz und Liechtenstein auf dem Programm standen.

Im ersten Fachvortrag stellte Dr. Dirk Hegemann, Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology St. Gallen eine neue Übersicht zu „Möglichkeiten und Besonderheiten der Plasmafunktionalisierung von Oberflächen“ zur Diskussion. Neben der Grundaussage, dass Plasmen einen wichtigen Technologie-Baustein in unserer innovativen Zeit darstellen, wurde hier besonders betont, wie wichtig es ist, bei der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Technologien immer die effektivste und umweltschonendste Möglichkeit zu fördern. Hier liegen die Stärken des Atmosphärendruckplasmas aus heutiger Sicht in der Feinstreinigung und der Oberflächenaktivierung verschiedenster Materialien. Vakuum- und Normaldruck-Plasmaprozesse erschließen sich ständig neue unterschiedliche Anwendungen. Dabei spielen physikalische Prozessparameter wie Partikelenergien und das Vorhandensein langlebiger Spezies genau so eine Rolle wie unterschiedliche Reinheitsanforderungen, geforderte Langlebigkeiten und Investitionskosten.

Der zweite Vortrag von Peter Chabrecek, SEFAR AG Thal beschäftigte sich mit dem „Einsatz von Atmosphärendruckplasmen in den technischen Präzisionsgeweben“. SEFAR produziert Spezialtextilien und –gewebe hauptsächlich für Filter und Siebdruckprozesse. Dabei werden ultrafeine Filamente mit Durchmesser 24mm verwendet und mit Atmosphärendruckplasma gereinigt und aktiviert, beschichtet oder plasma-vernetzt. Je nach gewünschtem Effekt und Prozess-Anforderungen wird auch hier zwischen Atmosphärendruckplasma und Niederdruckplasma bzw. Plasma in Kombination mit SolGel-Prozessen gewählt.

Der folgende Vortrag zeigte weitere industriell umgesetzte Anwendungen von Plasmen. Herr Hansjoerg Kuenzli von UCP PLASMA TECHNOLOGIES aus Ruggell in Liechtenstein stellte „Plasmaanwendungen in der Halbleiter- und Automobilindustrie“ vor. UCP PLASMA TECHNOLOGIES ist Hersteller von Niederdruck-Plasmaanlagen für Reinigungsprozesse in der Halbleiter- und Automobilindustrie. Die Anlagen werden immer komplett mit Prozessentwicklung und Service verkauft. In der Halbleiterindustrie ist speziell der Prozess-Schritt „Reinigung“ in verschiedenen Stufen des Wire-Bondings betroffen. Vorgestellt wurden die Produktfamilien LFC 150, die als Batch-Anlage und als in line-Maschine angeboten wird, und LFC 063.

Nach einer weiteren Kaffeepause wurde die letzte Vortrags-Session von Herrn Joachim Schüßler, Plasmatreat GmbH Steinhagen, eröffnet. Plasmatreat ist Hersteller von Plasmaanlagen zur Oberflächenbehandlung. Dabei liegt der Schwerpunkt auf atmosphärischen Plasmen. Herr Schüßler stellte die Kernkompetenz von Plasmatreat – die „OpenAir^âPlasma-Technologie für die Aktivierung von Kunststoffoberflächen sowie Reinigung und Beschichtung von Metallbauteilen“ vor. Als konkrete Anwendungsbeispiele wurden die Aktivierung von Kunststoff-Oberflächen, die Feinreinigung von Metallen und eine Korrosionsschutz-Beschichtung auf Aluminium erläutert.

Der abschließende Fachvortrag des Workshops hatte das Thema „Die Oberfläche fest im Griff – Bewertungsstrategien für topografische und chemo-mechanische Oberflächenstabilität“. Referent war Herr Dr. René Lewinski von der Innowep GmbH Würzburg, einem Hersteller von Prüfgeräten zur Charakterisierung behandelter Oberflächen mit eigenem Prüflabor. Verschiedene Geräte ermöglichen z.B. eine Beanspruchungsanalyse von Oberflächen, Topografiebestimmungen 2D und 3D einschließlich der Mikro- und Nanostruktur und der Rauheit. Weiterhin wurden Möglichkeiten zur Bestimmung mechanischer und tribologischer Materialeigenschaften vorgestellt. Dabei kommen verschiedenste Messköpfe und Gegenkörper zum Einsatz. Auch eine chemo-mechanische Handabriebprüfung ist möglich.

Mit einem Mittagsimbiss in den Räumen der Villa Rheinburg fand der 9. Workshop des ak-adp seinen Abschluss.