Forschungsbereich

Primer & Chemische Oberflächenbehandlung

Hydrophiliserung

Hydrophilie (altgriechisch) - Wasser liebend
Oberflächen bezeichnet man als hydrophil, wenn deren Kontaktwinkel gegenüber Wasser möglichst gering ist, idealerweise bei 0° liegt. Ein Wassertropfen auf einer hydrophilen Oberfläche spreitet, d. h. er läuft breit und benetzt die Oberfläche.

Hydrophile Oberflächen können durch physikalische Methoden, wie Plasmabehandlung oder chemische Methoden, z. B. durch Oberflächenreaktionen oder eine Belegung mit einer hydrophilen Beschichtung, erzeugt werden.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet hydrophilisierender Oberflächenbehandlungen in der Praxis ist die Verbesserung der Benetzbarkeit von Oberflächen gegenüber Wasser als Vorbehandlung für homogene und haftfeste Beschichtungen, Lacke oder Klebstoffe.

Entwicklungs- und Anwendungsbeispiele

ortsaufgelöste Hydrophilisierung mittels Lasertechnik

Durch den Einsatz eines Lasers können die Oberflächen von verschiedenen Werkstoffen gereinigt werden. Diese Reinigungswirkung unter Luftatmosphäre führt, besonders bei Metallen wie Edelstahl oder Titan, bereits zu einer Verringerung des Kontaktwinkels. Erfolgt die Reinigung zusätzlich noch in einer Silikatisierungsflüssigkeit, so wird neben der normalen Reinigungswirkung zusätzlich die Oberfläche funktionalisiert bzw. im speziellen silikatisiert. Diese Silikatisierung führt zu einer sehr guten Hydrophilisierung der Oberfläche. Mehr zu unseren Silikatisierungsverfahren finden Sie hier. Gleichzeitig eignet sich die Silikatisierung sehr gut als Basis für eine Verklebung. Weitere Informationen zu Klebeprozessen und -techniken finden Sie hier.
Vorzugsweise wird die ortsaufgelöste Hydrophilisierung mittels der Lasertechnik  für Werkstoffe eingesetzt, die im Wellenlängenbereich der Laserstrahlung (ca. 1064 nm) nicht transparent sind.

Vorteile dieses Verfahrens:

  • örtlich hoch aufgelöste Hydrophilisierung
  • komplexe Strukturen sind möglich
  • kleinste abbildbare Struktur ca. 55 µm (Spotdurchmesser des Laserstrahls)
  • max. Behandlungsfläche 28 × 28 cm (ohne Zusatzbewegung – mit Zusatzbewegung ist die Behandlungsfläche theoretisch unbegrenzt)
  • geringe Temperaturbelastung durch die gleichzeitige Kühlwirkung des Bades
kurzwelliges UVC-Licht zur Oberflächen-Hydrophilisierung

Die Anwendung von kurzwelligem UVC-Licht ist eine moderne, vielseitig erweiterbare und automatisierungsfähige Methode, um Oberflächen von ursprünglich hydrophoben Kunststoffen auf schonende und saubere Weise mit hydrophilen Eigenschaften auszustatten (keine Anwendung von aggressiven Chemikalien, keine Abprodukte). Die physikalisch-chemische Grundlage hierfür sind photonisch initiierte Spaltungen und Neuknüpfungen von Bindungen an Oberflächenstrukturen. Die Ausbildung polarer/ hydrophiler Oberflächeneigenschaften nach einer UVC-Behandlung in Gegenwart von Sauerstoff (z. B. an Luft) wird überwiegend auf die Anlagerung von Sauerstoff-Spaltprodukten an aktivierte Spezies der Kunststoffoberfläche zurückgeführt. Aufgrund der starken Absorption von UVC-Licht < 200 nm durch fast alle Kunststoffe ist eine sehr geringe Eindringtiefe der Strahlung in das jeweilige Bulkmaterial gewährleistet, so dass die Wirkung des UVC-Lichtes auf die Materialoberfläche beschränkt bleibt.
Die Methode kann für eine Vielzahl von Kunststofftypen mit verschiedenen Basispolymeren angewendet werden. Zur Erprobung für konkrete Fragestellungen ist entsprechende UVC-Versuchstechnik vorhanden. Um bestmögliche Hydrophilisierungsergebnisse für bestimmte Aufgabenstellungen zu erzielen, kann eine Anpassung der Behandlungsparameter an das jeweilige Material und insbesondere an die Zusammensetzung der Oberfläche erfolgen.

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Dr. Jörg Leuthäußer
Bereichsleiter
Primer und Chemische Oberflächenbehandlung
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