Permeationseigenschaften von Verpackungen sind ein wesentliches Kriterium bei der Wahl des geeigneten Verpackungsmaterials. Die Anforderungen an die Permeationseigenschaften sind hoch und werden meist nicht nur durch das Füllgut selbst vorgegeben. Auch aktuelle Trends im Bereich der Lebensmittelverpackung, wie z. B. der Einsatz von Biopolymeren oder das „Light weighting“ von Getränkeflaschen, haben einen starken Einfluss.
Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen erforscht derzeit ein Verfahren, mit dem die Verbesserung der Barrierewirkung plasmapolymerer Schichten auf Kunststoffgetränkeflaschen durch eine elektrische Vorspannung der Flasche, das sogenannte Substrat-Bias, erzielt werden soll. Studien an Folien zeigen, dass sich bei der Abscheidung von Barriereschichten durch den Einsatz eines Substrat-Bias Schichtdefekte verringern lassen. Das wiederum führt zu einer signifikanten Verbesserung der Barriereeigenschaften. Diese Technologie wird aktuell an einem neu aufgebauten Beschichtungsreaktor für PET-Flaschen untersucht. Bei einer erfolgreichen Validierung des Verfahrens soll der Prozess anschließend auf andere Materialen wie Polylactid (PLA) übertragen werden.
Neben der Verbesserung der Barriereeigenschaften soll auch der Einfluss des Substrat-Bias auf die Flexibilität der abgeschiedenen Schichten untersucht werden. Ein eventueller Einfluss auf die Dehnungstoleranz der Schichten ist gerade für die Anwendung im Bereich der kohlensäurehaltigen Getränke entscheidend, da Barriereschichten durch den auftretenden Flascheninnendruck gedehnt werden können. Die hochvernetzten Schichten versagen unter derartiger Belastung. Entstehende Risse stellen nun Schwachstellen in der Barriere dar. Hierzu wird untersucht, inwieweit durch das gezielte Abscheiden multifunktionaler Schichtsysteme bestehend aus Hart- und Weichkomponenten die Dehnbarkeit des Verbunds bei gleichzeitig guter Barrierewirkung erhöht werden kann.
Das IKV forscht seit nun mehr als zwanzig Jahren auf dem Gebiet der plasmagestützten Barrierebeschichtung von Kunststoffen, darunter die Entwicklung von Prozessen zur Innenbzw. Außenbeschichtung von Kunststoffgetränkeflaschen oder zur Beschichtung von Folien und Kunststoffbauteilen. Das aktuelle Substrat-Bias-Projekt 16306 N wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und - entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.
