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Dec 13, 2023

Geben Sie ihm die Plasmabehandlung: starke Haftung

Forscher der Universität Osaka binden Polymere an Glas und

Forscher der Universität Osaka binden Polymere mithilfe von Oberflächenchemie anstelle von Klebstoffen an Glas und Metall und öffnen so Türen für eine mögliche Verwendung in der Lebensmittelproduktion und der Medizin

Universität Osaka

Bild: Foto von dreischichtigen Anordnungen aus (a) PTFE/PDMS/Cu, (b) PTFE/PDMS/SUS430 und (c) PTFE/PDMS/Glas. Wenn die PTFE- oder PDMS-Folie geschüttelt und geschüttelt wurde, trat an den Grenzflächen von PTFE/PDMS, PDMS/Cu, PDMS/SUS430 und PDMS/Glas kein Ablösen auf. Dies zeigt, dass PJ-behandeltes PDMS als Alternative zu starken Klebstoffen verwendet werden könnte, um Fluorpolymere an andere Arten von Materialien zu kleben.mehr sehen

Bildnachweis: Universität Osaka

Osaka – Polymere, die Kunststoffe enthalten, sind im modernen Leben unverzichtbar. Da sie leicht, robust und unreaktiv sind, sind sie für eine Vielzahl von Technologien von Nutzen. Da die meisten Polymere jedoch nicht auf natürliche Weise an anderen Materialien haften, sind zur Befestigung an anderen Materialien Klebstoffe oder ätzende chemische Behandlungen erforderlich. Dies ist ein Problem in Bereichen wie der Lebensmittel- und Medizinbranche, wo eine Kontamination unbedingt vermieden werden muss.

Es wird dringend ein sauberer Weg zur Herstellung industrieller Polymerklebstoffe benötigt. Nun ist einem Team der Universität Osaka genau das gelungen. Sie haben eine Reihe von Plasmabehandlungen entwickelt, die es vulkanisiertem Gummi und dem Kunststoff PTFE (Polytetrafluorethylen) ermöglichen, aneinander oder an anderen Materialien zu haften. Die Methode aktiviert die Oberflächenchemie der Polymere, wie in einer Studie in Scientific Reports beschrieben.

„Wenn man PTFE mit einem Heliumplasma bei 200 Grad besprüht, kann es an unvulkanisiertem Gummi haften – das ist eine Technik, die wir früher in unserem Labor entwickelt haben“, sagt Studienleiter Yuji Ohkubo. „Vulkanisierter Kautschuk stellt jedoch eine größere Herausforderung dar. In unserer neuesten Studie haben wir eine neue Plasmabehandlung für vulkanisierten Silikonkautschuk angepasst, sodass dieser erstmals stark an PTFE haftet.“

Bei dem Silikon handelte es sich um PDMS (Polydimethylsiloxan), ein bekanntes Harz. Während der entscheidende Durchbruch bei der PTFE-Haftung die wärmeunterstützte Plasmabehandlung war, besteht der Trick bei PDMS darin, die Oberfläche mit einem Plasmastrahl zu bombardieren, indem Stickstoff/Luft-Plasma durch ein kleines Loch gedrückt wird. Der Strahl bricht die Silizium-Kohlenstoff-Bindungen an der Oberfläche auf und wandelt sie in Silanol (Si-OH) um.

Da diese Silanolgruppen reaktiver als die ursprüngliche Silikonoberfläche sind, können sie sich mit PTFE verbinden. Unter hohem Druck bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Silanol und den sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen auf dem behandelten PTFE. Starke kovalente Bindungen (CO-Si, wobei C von PTFE und Si von Silikon stammt) verbinden die beiden Polymere zusätzlich, auch ohne Klebstoff.

Durch die Kombination der beiden Materialien profitieren beide von den Vorteilen des anderen: der chemischen Beständigkeit, der Schmutzabweisung und der Gleitfähigkeit von PTFE sowie der Elastizität von Silikon. Wenn Transparenz erforderlich ist, kann undurchsichtiges PTFE auch durch PFA (Perfluoralkoxyalkan) ersetzt werden. Und das ist noch nicht alles: Wenn die Rückseite des PDMS ebenfalls mit Plasma bestrahlt wird, kann es sich mit Kupfer und sogar Glas verbinden. Wie ein extrem starkes doppelseitiges Klebeband sorgt dieses dreischichtige Sandwich dafür, dass die Fluorpolymere sauber an anderen nützlichen Materialien haften.

„PDMS wird in der Medizin häufig eingesetzt, beispielsweise in mikrofluidischen Chips“, erklärt Co-Autor Katsuyoshi Endo. „Es könnte enorme Vorteile bringen, PTFE und PDMS durch klebstofffreie Haftung vielseitiger für die Medizin- und Lebensmitteltechnologie zu machen. In Kombination mit dem Wegfall jeglicher Notwendigkeit für flüchtige Chemikalien hoffen wir, dass unsere Methode den Horizont für Polymere in der Hochtechnologie erweitern wird.“ "

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Der Artikel „Klebstofffreie Haftung zwischen wärmeunterstützten plasmabehandelten Fluorpolymeren (PTFE, PFA) und plasmastrahlbehandeltem Polydimethylsiloxan (PDMS) und seine Anwendung“ wurde in Scientific Reports unter DOI veröffentlicht: https://doi. org/10.1038/s41598-018-36469-y.

Über die Universität Osaka

Die Universität Osaka wurde 1931 als eine der sieben kaiserlichen Universitäten Japans gegründet und hat sich inzwischen zu einer der führenden Volluniversitäten Japans entwickelt. Laut Reuters 2015 Top 100 Innovative Universities und dem Nature Index Innovation 2017 hat die Universität nun die Revolution der offenen Forschung in Angriff genommen und ist Japans innovativste Universität und eine der innovativsten Institutionen der Welt Grundlagenforschung durch die Schaffung nützlicher Technologien mit wirtschaftlicher Bedeutung ist das Ergebnis ihres breiten disziplinären Spektrums.

Website: https://resou.osaka-u.ac.jp/en/top

Wissenschaftliche Berichte

10.1038/s41598-018-36469-y

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