Abscheidung dünner Polymerschichten mit technischer und biologischer Funktion durch Niederdruck-Plasma

Ziel dieser Arbeit war die Abscheidung von stabilen Plasmapolymerschichten mit einer hohen Konzentration an Carboxylgruppen. Für bestimmte Anwendungen ist es wichtig, dass die Funktionalisierung der Substrate nur mit einigen Monolagen des Monomers statt findet, ohne dass die physikalischen und sonstigen chemischen Eigenschaften des Grundmateriales geändert werden. Es wurden sehr dünne Poly(Acrylsäure)-Schichten mit relativ hoher Carboxylgruppen-Konzentration abgeschieden und die Menge (ca. 4 %) der funktionellen Gruppen optimiert. Die resultierende Funktionsschicht ist gegen polare und apolare Lösemittel stabil und in reproduzierbarer Form herzustellen. Für manche Anwendungen (z.B. Biomineralisation oder antimikrobielle Ausrüstung) ist als weitere Eigenschaft die Quellfähigkeit und damit eine gewisse Schichtdicke gefragt, um damit auch über eine größere Menge an zugänglichen Funktionen zu verfügen. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Polymerschichten mit unterschiedlichen Dicken und Funktionalitätsdichten (bis 2,00 * mmol/cm3) erzeugt. Bei diesen Untersuchungen wurde festgestellt, dass sowohl Puls- wie auch CW-Plasma-Behandlungen gleich effektiv sind, um eine Fragmentierung der Carboxylgruppen zu verringern. Es ist also kein Puls-Plasma nötig, um Polymerschichten mit hohen COOH-Konzentrationen abzuscheiden. Die plasmachemische Funktionalisierung mit Carboxylgruppen ist nicht auf Polypropylen begrenzt, sondern kann auf andere Substrate erweitert werden. Die Versuche ließen sich von Polypropylen auf Polycarbonat, Polyethylen, Polystyrol, Silikon, Si-Wafer oder auch auf einer Titaniumlegierung (Ti6Al4V) und nickelfreiem Edelstahl erfolgreich reproduzierbar übertragen. Die in einem kleinen Labor-Reaktor durchgeführten Experimente sollten für industrielle Anwendungen auch auf größere Systeme übertragen werden können. Deshalb wurde ein "DIN A3"-Reaktor aufgebaut. Die Plasmapolymerschichten zeigten sehr ähnliche Eigenschaften. Für die Skalierung erwiesen sich einfache Ähnlichkeitsüberlegungen als hinreichend. Die innerhalb dieser Arbeit etablierten Plasmaverfahren bieten neue verfahrenstechnische Lösungsansätze für eine Funktionalisierung von Materialien an, deren Oberfläche für verschiedenste Anwendungen eine zusätzliche spezifische Funktionalität erfordert. So können dadurch in Verbindung mit nachfolgenden nasschemischen Ausrüstungen an sich nicht direkt anfärbbare Textilien einer Anfärbung zugänglich gemacht werden, oder Produkte im sanitären bzw. im medizinischen Bereich mit einer antimikrobiellen Ausrüstung versehen, aber auch Kontaktflächen von Implantaten biokompatibel beschichtet, oder Membranen, Vliesstoffe oder Katheter für diagnostische oder therapeutische Anwendungen mit einer entsprechenden Biofunktionalisierung versehen werden.