Wenn vor allem eine dünne, transparente Schicht mit vergleichsweise hoher anorganischer Barrierewirkung benötigt wird, kann zunächst Perhydropolysilazan (PHPS) geprüft werden. Muss die Folie wiederholt gebogen, aufgewickelt oder stark verformt werden, sollten Organopolysilazane oder Verbundbeschichtungen stärker berücksichtigt werden. Die Auswahl darf nicht allein anhand der Härte erfolgen. Kunststoffart, Schichtdicke, Härtungsbedingungen, Lösemittelverträglichkeit und Biegeradius müssen ebenfalls geprüft werden.

Warum kann eine Beschichtung für Glas oder Metall nicht direkt auf flexible Kunststoffe übertragen werden?

Glas und Metall besitzen üblicherweise eine höhere Dimensionsstabilität. Kunststoffe wie PET, PI, PC, PMMA, PE und PP reagieren auf Wärme, Biegung und Lösemittelkontakt unterschiedlich.

Wird ein Kunststoffsubstrat gedehnt oder gebogen, ist die harte Oberflächenschicht Zug- oder Druckspannungen ausgesetzt. Bei hohem Schichtmodul, zu großer Schichtdicke oder unzureichender Haftung können folgende Probleme auftreten:

• Mikrorisse oder sichtbare Risse;
• abnehmende Barrierewirkung nach dem Biegen;
• Ablösung oder Aufrollen der Schichtränder;
• Veränderungen von Transparenz oder Trübung;
• Lösemittelangriff, Quellung oder Spannungsrisse im Substrat;
• Schrumpfung oder Verformung der Folie durch zu hohe Härtungstemperatur.

„Je härter, desto besser“ gilt daher nicht für jede flexible Folie.

Für welche Anwendungen eignet sich PHPS?

PHPS kann unter geeigneten Bedingungen in ein überwiegend aus SiOₓ bestehendes anorganisches Netzwerk umgewandelt werden. Es kommt deshalb für transparente, dünne Beschichtungen mit höheren Anforderungen an die Gasbarriere infrage.

In veröffentlichten Untersuchungen wurde PHPS für Barriereschichten auf PET und anderen Polymerfolien eingesetzt. Die Wirkung hängt jedoch von Auftragsmenge, Vorbehandlung, Härtungsmethode und Umwandlungsgrad ab. Daraus lässt sich nicht ableiten, dass PHPS direkt auf jedem Kunststoff eingesetzt werden kann.

Die aus PHPS gebildete anorganische Schicht ist üblicherweise relativ hart. Bei häufig gebogenen Substraten muss die Trockenschichtdicke kontrolliert werden. Außerdem sind statische Biegeprüfungen, wiederholte Biegeprüfungen und Barrieremessungen nach dem Biegen erforderlich.

Für welche Anwendungen eignet sich Organopolysilazan?

Organopolysilazane enthalten organische Seitengruppen. Ihr Härtungsnetzwerk, ihre Flexibilität, Hydrophobie und ihr Verarbeitungsfenster unterscheiden sich von PHPS. Sie können für flexible Schutzschichten, transparente Beschichtungen oder Verbundsysteme geprüft werden.

„Organisch“ bedeutet jedoch nicht automatisch rissfrei. Eine zu hohe Vernetzungsdichte, zu große Schichtdicke, zu schnelle Härtung oder unzureichende Substrathaftung können ebenfalls Fehler verursachen.

Veröffentlichte Untersuchungen zeigen Anwendungen von Organopolysilazanen auf Glas, Kunststoff und Metall. Auftragsverfahren, Lösemittelverdampfung und Umgebungsfeuchte beeinflussen jedoch Schichtgleichmäßigkeit und Defektbildung deutlich.

Wann sollte eine Verbundbeschichtung geprüft werden?

Wenn ein einzelner Werkstoff Barrierewirkung, Härte und Biegefähigkeit nicht gleichzeitig erfüllt, können folgende Ansätze geprüft werden:

• flexible Grundierung mit einer dünnen Polysilazanschicht;
• Organopolysilazan in Kombination mit einem weiteren filmbildenden Harz;
• mehrere dünne Schichten anstelle einer einmaligen dicken Schicht;
• lokale Anorganisierung oder organisch-anorganische Gradientenschichten;
• andere für flexible Substrate geeignete Barrierematerialien.

Bei Verbundsystemen müssen Zwischenhaftung, Härtungsreihenfolge, Lösemittelverträglichkeit und langfristige Biegefestigkeit geprüft werden. Rezepturen für andere Substrate dürfen nicht direkt übernommen werden.

Welche Einsatzbedingungen müssen vor der Auswahl geklärt werden?

Mindestens erforderlich sind:

1. Substrat aus PET, PI, PC, PMMA, PE, PP oder einem anderen Kunststoff;
2. Foliendicke und Oberflächenbehandlung;
3. Ziel: Kratzfestigkeit, Sauerstoffbarriere, Wasserdampfbarriere, Schmutzbeständigkeit oder kombinierter Schutz;
4. zulässige Härtungstemperatur, Feuchtigkeit und Zeit;
5. Auftragsverfahren und angestrebte Trockenschichtdicke;
6. Anforderungen an Wickeln, Falten oder wiederholtes Biegen;
7. kleinster Biegeradius und erwartete Biegezyklen;
8. Anforderungen an Lichtdurchlässigkeit, Trübung und Aussehen;
9. Lösemittelbeständigkeit des Substrats;
10. Kontakt mit Feuchtigkeit, Chemikalien oder Temperaturwechseln.

Bei unvollständigen Angaben sollte keine konkrete Polysilazan-Type festgelegt werden.

Häufige Auswahlfehler

Nur die Bleistifthärte vergleichen

Härte ersetzt keine Prüfung von Haftung, Flexibilität, Abriebfestigkeit und Barrierewirkung nach dem Biegen.

Eine Glasrezeptur direkt auf Kunststoff auftragen

Kunststoff unterscheidet sich von Glas hinsichtlich Oberflächenenergie, Lösemittel- und Wärmebeständigkeit. Vorbehandlung und Härtung müssen neu validiert werden.

Eine dicke Einzelschicht für grundsätzlich besser halten

Eine dicke Schicht kann die Barrierewirkung erhöhen, aber auch innere Spannungen und Rissrisiko steigern. Die wirksame Schichtdicke muss durch abgestufte Versuche bestimmt werden.

Eine stärkere Oberflächenbehandlung für grundsätzlich besser halten

Corona-, Plasma- oder Primerbehandlungen können Benetzung und Haftung verbessern. Eine übermäßige Behandlung kann jedoch die Folienoberfläche schädigen.

Nur die anfängliche Biegung prüfen

Eine anfangs rissfreie Beschichtung kann nach Alterung, Feuchtwärme oder wiederholtem Biegen dennoch Barrierewirkung verlieren.

Empfohlenes Auswahlverfahren

Zuerst Kunststofftyp, Oberflächenzustand sowie Temperatur- und Lösemittelgrenzen klären. Danach PHPS, Organopolysilazan oder Verbundsysteme entsprechend dem erforderlichen Verhältnis von Barrierewirkung und Flexibilität auswählen. Anschließend abgestufte Versuche zu Oberflächenbehandlung, Trockenschichtdicke und Härtungsbedingungen durchführen. Danach Aussehen, Haftung, Härte und anfängliche Barrierewirkung prüfen. Abschließend nach wiederholtem Biegen, Feuchtwärme und Temperaturzyklen erneut testen.

Als Anbieter von Lösungen entlang der gesamten Silikon-Wertschöpfungskette kann IOTA Silicone Oil (Anhui) Co., Ltd. bei der Vorauswahl von PHPS, Organopolysilazanen, Silikonharzen und verwandten Silikonmaterialien für flexible Folienbeschichtungen unterstützen. Werkstoff und Verfahren müssen anhand des tatsächlichen Substrats und verifizierter Prüfergebnisse festgelegt werden.

Verwandte Materialien:

• IOTA PHPS Perhydropolysilazane (PHPS) or Inorganic Polysilazane - IOTA CORPORATION LTD.
• Organopolysilazane (room temperature curing coating resin) IOTA-OPSZ-9150 - IOTA CORPORATION LTD.

 FAQ

Kann PHPS direkt auf PET-Folie aufgetragen werden?

Einige PHPS-Systeme können Barriereschichten auf PET bilden. Oberflächenbehandlung, Lösemittelverträglichkeit, Härtungstemperatur, Schichtdicke und Biegeeigenschaften müssen jedoch geprüft werden.

Ist Organopolysilazan immer flexibler als PHPS?

Dies lässt sich nicht allein anhand der Materialbezeichnung bestimmen. Die Flexibilität hängt auch von organischen Seitengruppen, Vernetzungsdichte, Rezeptur, Schichtdicke und Härtungsbedingungen ab.

Reißt eine dünnere Polysilazanschicht weniger leicht?

Eine angemessene Verringerung der Schichtdicke reduziert häufig die Biegespannung. Eine zu dünne Schicht kann jedoch Deckung und Barrierewirkung beeinträchtigen. Abgestufte Schichtdickenversuche sind erforderlich.

Bedeutet hohe Bleistifthärte einen guten Folienschutz?

Nein. Bei flexiblen Folien müssen auch Haftung, Abriebfestigkeit, Biegeradius und Barrierewirkung nach dem Biegen geprüft werden.

Warum ist die Haftung auf PE- und PP-Folien schwieriger?

PE und PP besitzen üblicherweise eine niedrige Oberflächenenergie. Vor dem Beschichten müssen gegebenenfalls Corona-, Plasma-, Primer- oder andere Vorbehandlungen geprüft werden.

Wie lässt sich die Eignung für Wickelanwendungen bestimmen?

Die Prüfung muss mit tatsächlichem Wickelradius, tatsächlicher Spannung und erwarteter Zyklenzahl erfolgen. Danach sind Rissbildung, Haftung und Barrierewirkung erneut zu untersuchen.