Strukturierung von polymeren Oberflächen für mikro- und biotechnische Anwendungen mittels hybrider UV-Laser-Fluorierungstechnik

• Antragsteller: Dr. Arnd Schimanski; Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 174919320

Oberflächenfluorierungen werden seit geraumer Zeit eingesetzt, um zum Beispiel eine Diffusion von Kohlenwasserstoffen durch ein Polymer zu erschweren oder die Benetzbarkeit einer Polymeroberfläche zu verändern. Üblicherweise wird hierfür das zu fluorierende Bauteil in einem Reaktor elementarem Fluor ausgesetzt, wobei das Bauteil an jeder dem Fluor zugänglichen Stelle fluoriert wird. Ein spezielles Verfahren zur Fluorierung, bei dem ein nicht-reaktiver fluorhaltiger Precursor und zwei UV-Quellen verwendet werden, wurde ebenfalls vorgestellt, wird aber bisher kaum eingesetzt. Soll die Fluorierung lokal begrenzt erfolgen, sind unabhängig von der Methode immer mehrere Prozessschritte notwendig. Oftmals erfolgt eine zeit- und kostenintensive Maskierung der Bereiche, die nicht fluoriert werden sollen. Die Minimalgröße der erzeugbaren Bereiche ist naturgemäß beschränkt.Um die zeit- und arbeitsaufwändige Maskierung bei lokal begrenzten Fluorierungen zu umgehen, soll hier ein hybrides Fluorierungsverfahren untersucht werden, bei dem die lokal begrenzte Fluorierung in einem einzigen Prozessschritt erfolgt. Ziel des Projekts ist die Erarbeitung der Grundlagen für ein neues hybrides Verfahren zur lokalen Fluorierung von Polymeroberflächen. Die neuartige Hybridfluorierungstechnologie kombiniert zwei bewährte Technologien, den Prozess der Gasphasenfluorierung und die Oberflächenmodifikation von Polymeren mittels UV-Bestrahlung. Beide Prozesse finden dabei zeitgleich statt, wodurch Synergieeffekte ausgenutzt werden und Strukturen erzeugt werden können, die auf anderen Wegen bisher nicht herstellbar sind, wie z. B. örtlich begrenzte hydrophile Strukturen innerhalb einer hydrophoben Oberfläche. In der ersten Förderphase stand der Machbarkeitsnachweis einer UV-laserbasierten lokalen Fluorierung von polymeren Oberflächen im Vordergrund der Forschungsarbeiten. Die ursprünglich beantragte Förderdauer belief sich auf 3 Jahre, von denen zunächst nur 1,5 Jahre bewilligt wurden und mit einem Meilenstein verknüpft wurden: In dieser Zeit sollte der Nachweis der Machbarkeit der UV-laserbasierten lokalen Fluorierung erbracht werden. Mit der untersuchten Methode konnte jetzt der Nachweis der lokalen Fluorierung einer polymeren Oberfläche erbracht werden. In der hier beantragten zweiten Förderphase soll gemäß dem ursprünglichen Antrag weiter verfahren werden und dabei vor allem die Grenzen der lokalen Fluorierung ermittelt werden. Während der ersten Förderphase kam neben der Gasphasenfluorierung auch die Idee der Flüssigphasenfluorierung auf, die eine weitaus scharfkantigere lokale Fluorierung erwarten lässt. Untersuchungen hierzu sollen ebenfalls in der hier beantragten zweiten Förderphase durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen