Polycarbonate sind Kohlensäureester von zweiwertigen Alkoholen. Am häufigsten wird Bisphenol A als Diol eingesetzt. PC-Formteile finden wegen ihrer hohen Transparenz, Festigkeit und Zähigkeit Anwendungen bei optischen Bauteilen wie Brillen, Scheinwerfergehäusen, CD, in der Labordiagnostik, aber auch im Karosseriebau und als Konstruktionswerkstoff. PC ist sehr unpolar und hydrophob. Anschaulich wird das Benetzungsverhalten beim Versuch, einen Tropfen auf eine schräge Oberfläche zu platzieren: Der Tropfen läuft sofort herunter. Häufig werden Ansprüche an die Oberflächengestaltung gestellt, die durch eine Oberflächenmodifizierung erreicht werden müssen. Unser Ansatz sieht vor, diese Modifizierung in den Spritzgießprozeß zu integrieren. Dazu wird ein funktionelles Molekül unter Ausnutzung der Schmelzetemperatur reaktiv an PC gekoppelt.

Reaktionsmöglichkeiten

Die aromatische Esterbindung wird leicht durch Amine gespalten. Dabei entsteht im ersten Schritt eine Urethanbindung, die den Molekülrest aus der PC-Kette und das Polyamin verbindet.

Das eingesetzte Polyethylenimin (PEI) ist ein verzweigtes hochmolekulares Polymer mit einer sehr hohen Dichte an Aminogruppen, und speziell einer hohen Dichte an besonders reaktiven primären Aminogruppen. Darüber hinaus liegt der Glasübergang weit unter 0°C, woraus eine hohe Beweglichkeit der Molekülsegmente resultiert. Dies ist vorteilhaft für eine Reaktion zwischen beiden Stoffen.

Im Prozess wird eine wäßrige PEI-Lösung durch Spray-Coating direkt in das Werkzeug appliziert. Für Grundlagenuntersuchungen wird oft der Weg über eine Zwischenoberfläche gewählt, da hier eine bessere Charakterisierung der applizierten Schicht möglich ist.

Ergebnisse der Modifizierung

Die hergestellten Formteile weisen die typischen Eigenschaften von PC auf.

• Geändert haben sich allerdings die Oberflächeneigenschaften:
• Der Randwinkel gegenüber Wasser, besonders der Rückzugswinkel verkleinert sich stark. Nach Benetzung mit Wasser bilden sich keine Tropfen, sondern die Oberfläche bleibt benetzt.
• Das Zeta-Potential zeigt das typische Verhalten von Aminen, positiv bis zum isoelektrischen Punkt bei pH 8
• Die elektrische Oberflächenleitfähigkeit steigt mit dem Modifizierungsgrad und ließ eine elektrostatische Lackierung zu
• Die Lackhaftung wird verbessert
• Die Möglichkeiten der Verklebbarkeit wird erweitert

Die Oberflächeneingenschaften können, je nach eingesetztem Modifiaktor, gezielt eingestellt werden. Daraus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Neben der vollflächigen Oberflächenmodifizierung ist auch eine zweidimensionale Strukturierung mit dem Verfahren möglich. Die Feinheit hängt im Wesentlichen davon ab, wie fein die Strukturen auf dem Substrat oder dem Werkzeug hergestellt werden können. Solche Strukturen könnten beispielsweise in der Mikrofluidik Anwendung finden.

Das hier gezeigte Beispiel kann ebenso auf andere Thermoplaste übertragen werden. Dazu sind für den die jeweiligen Kunststoffe effektive Reaktionsmöglichkeiten zu finden. Das wurde für viele Kunststoffe schon erreicht. Die Modifikatorsubstanzen sind dabei an den jeweiligen Thermoplast und die gewünschte Wirkung der Oberflächenmodifizierung entsprechend anzupassen. Dies ist einer der Schwerpunkte der Arbeiten.