Dehnungstolerante PECVD-Barrierebeschichtungen für flexible Verpackungsanwendungen
Bei der Entwicklung nachhaltiger Kunststoffverpackungen sind Plasmabeschichtungen für den Einsatz als Gas- und Wasserdampfbarriere ideal geeignet. Dem gegenüber steht ihre geringe Dehnungstoleranz, durch die sie für Anwendungen mit erhöhter mechanischer Belastung nur begrenzt geeignet sind. Hier setzte das DFG-Projekt StrainCoat an, bei dem Schädigungsmechanismen sowie mögliche Gegenmaßnahmen erforscht wurden.
Durch gezielte Einstellung der Prozessparameter lassen sich durch PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) sowohl siliziumoxidische (SiOx) als auch siliziumorganische (SiOCH) Beschichtungen hintereinander abscheiden. SiOx-Schichten weisen eine glasartige Struktur mit exzellenten Barriereeigenschaften auf, neigen jedoch zu früher Rissbildung. SiOCH-Schichten mit höherem organischen Anteil ermöglichen flexiblere Netzwerkstrukturen, jedoch zulasten der Barrierewirkung.
Basierend darauf wurden Mehrschichtsysteme entwickelt, die harte SiOx-Barriereschichten mit weicheren SiOCH-Zwischenschichten kombinieren (Abb. 1). Dieser Aufbau soll durch Entkopplung der Rissbildung in einzelnen Schichten den Diffusionsweg verlängern. Simulationen zeigten, dass dieser Effekt bei zwei Barriereschichten die Permeation um bis zu 81 % gegenüber einer Einzelschicht gleicher Gesamtdicke reduzieren kann.
Die Versuche erzielten eine Verbesserung der Dehnungstoleranz gegenüber Einzelschichten. Dennoch bleibt das System anfällig: Mikroskopieaufnahmen zeigten, dass bereits 1,4 % offene Fläche durch Rissbildung zum vollständigen Barriereverlust führen. Die Diskrepanz zwischen geringer sichtbarer Schädigung und drastischem Funktionsverlust deutet auf zusätzliche, bisher nicht identifizierte Versagensmechanismen im Nanometerbereich hin.
© IKVProjektdaten und Förderung
Wir danken der DFG für die Förderung des Projekts (Förderkennzeichen DA 488/3-1) und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
Projektlaufzeit: 01.10.2022 – 30.09.2025
Förderung:
