Hochrateabscheidung von Siliziumoxid- und Zinkoxidschichten mittels Mikrowellenplasma-unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung auf Polycarbonat

Abstract

Polycarbonat (PC) gehört heute zu den am häufigsten eingesetzten Kunststoffen. Für Anwendungen im Außenbereich muss die Oberfläche jedoch vor dem photochemischen Abbau und Zerkratzung geschützt werden, was heute durch nasschemische Lackierungen geschieht. Durch den Einsatz von plasmatechnologischen Beschichtungsprozessen soll jedoch eine energie- und ressourcenschonendere Alternative zu den Lackierverfahren bereitgestellt sowie verbesserte Schichteigenschaften ermöglicht werden. In der vorliegenden Arbeit wurde daher ein Mikrowellenplasmaverfahren zur Abscheidung von transparenten UV- und Kratzschutzschichten auf PC untersucht. Die jeweiligen Schutzfunktionen werden dabei von auf Zinkoxid (ZnO) bzw. Siliziumoxid (SiOx) basierenden Schichten übernommen. Es sollten möglichst hohe Abscheideraten erzielt werden, um konkurrenzfähig mit den gängigen Lackierverfahren zu sein. Die Abscheidung wurde zunächst für beide Schichttypen einzeln untersucht. Bei den SiOx-Kratzschutzschichten konnten sehr hohe Abscheideraten von bis zu 90 µm/min erreicht werden. Die Schichten wiesen eine hohe Transparenz und Klarheit sowie eine gute Haftung auf dem PC auf. Bei optimalen Abscheideparametern übertrifft der Abriebwiderstand den der heutigen Standardlacke. Für die ZnO-Schichten konnten Abscheideraten von bis zu 700 nm/min erreicht werden. Neben einer hohen Transparenz im sichtbaren Bereich hatten die Schichten, abhängig von den Abscheideparametern, eine hohe Absorption im UV-Bereich. Anschließend wurden die beiden Schutzfunktionen in einem Mehrschichtaufbau zusammengeführt. Das Schichtsystem hatte eine gute Haftung, eine hohe Transparenz und Klarheit sowie einen hohen Abriebwiderstand. In Bewitterungstests konnte eine, im Vergleich zum Lack, verbesserte Schutzfunktion gegenüber dem photochemischen Abbau gezeigt werden. Es wurden zudem erste Versuche zur Aufskalierung des Verfahrens auf industrieübliche Bechichtungsflächen von 0,5 m² durchgeführt.

Polycarbonate (PC) is today one of the most widely used plastics. For outdoor applications the surface must be protected against photodegradation and scratching which is done today by lacquering. By using plasma technology coating processes, however, an energy and resource-efficient alternative to the lacquering as well as improved film properties are expected. In the present work, a microwave plasma process for the deposition of transparent UV- and scratch protection coatings on PC was examined. The protection functions are adopted by layers based on zinc oxide (ZnO) and silicon oxide (SiOx), respectively. High deposition rates should thereby be achieved in order to be competitive with the lacquering processes. The deposition was first examined separately for both layer types. For the SiOx scratch protection coatings very high deposition rates of up to 90 µm/min could be achieved. The layers showed a high transparency and clarity as well as a good adhesion to the PC. Under optimum deposition parameters, the abrasion resistance exceeds that of today's standard lacquers. For the ZnO layers deposition rates of up to 700 nm/min could be achieved. In addition to a high transparency in the visible region the layers had a high absorption in the UV region, depending on the deposition parameters. Subsequently, the two protection functions have been combined in a multilayer system. The coating system had a good adhesion, a high transparency and clarity as well as a high abrasion resistance. An improved protection against photodegradation compared to lacqueres was shown in weathering tests. Furthermore, first investigations of the scaling up of the process to industry-standard coating areas of 0,5 m² have been conducted.