Kunststoffoberflächen effektiv maßgeschneidert: Grenzflächenreaktives Spritzgießen von Thermoplasten

Wissenschaftler des Instituts für Polymerforschung Dresden präsentieren auf dem Gemeinschaftsstand „Forschungsland Sachsen“ zur Hannover Messe (15. bis 20. April 2002) ein neues Verfahren zur Modifizierung von Kunststoffoberflächen: das grenzflächenreaktive Spritzgießen. Das Prinzip erscheint erstaunlich einfach, eröffnet aber mit dem notwendigen chemischen Know-how interessante Möglichkeiten einer kostengünstigen Erzeugung von definierten Oberflächeneigenschaften.

In zahlreichen Anwendungen von Kunststoffen sind spezifische Oberflächeneigenschaften erforderlich, und es wird deshalb sehr häufig das gesamte Kunststoffmaterial einer kostenaufwändigen Modifizierung unterzogen. Dabei wären im Inneren des Bauteils die Eigenschaften des Standardkunststoffs völlig ausreichend.
Die Entwicklung der Dresdener Wissenschaftler setzte bei der Überlegung an, wie eine Modifizierung allein an der Oberfläche direkt während des Verarbeitungs- bzw. Formgebungsprozesses erreicht werden kann. Die für die Forschungsarbeiten des IPF charakteristische Kombination von chemischem und ingenieurtechnischem Know-how ermöglichte dieses neue Verfahren: Die Wände des Spritzgießwerkzeuges werden mit einem geeigneten polymeren Modifikator benetzt, der während des Spritzgießprozesses innerhalb von Zehntel-Sekunden mit der Kunststoffoberfläche reagiert und den gewünschten Effekt permanent erzeugt. Auf diese Weise ist eine Funktionalisierung der meist hydrophoben (wasserabweisenden) Kunststoffoberfläche und eine verbesserte Verklebbarkeit erzielbar. Beim grenzflächenreaktiven Zweikomponentenspritzgießen wird eine Erhöhung der Verbundhaftung zwischen zwei unterschiedlichen Kunststoffen auch ohne Verklebung durch eine reaktive Kopplung der Kunststoffe erreicht.

Die größte Herausforderung dabei war, den Modifikator nicht nur so auszuwählen, dass er prinzipiell die gewünschte Änderung der chemischen Oberfläche bewirkt, sondern dass diese Reaktion auch noch sehr schnell abläuft. Spritzgießen ist ein hocheffektives Verfahren mit kurzen Zykluszeiten – ein Grund, weshalb Kunststoffteile so preisgünstig herstellbar sind.
Das innovative Verfahren ist auf allen konventionellen Spritzgießmaschinen mit geringem technologischen Aufwand – ohne zusätzliche Investitionen in Maschinen und Ausrüstungen – anwendbar und damit attraktiv für die meist klein- und mittelständischen Unternehmen der kunststoffverarbeitenden Industrie. Die innovativen Produkte verschaffen den Firmen neue Chancen im Wettbewerb mit der billig produzierenden Konkurrenz aus Asien.