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Oberfächenbehandlung mit Plasmatechnologie kann den CO2-Footprint reduzieren. Wie das funktioniert, erklärt Lukas Buske, Head of Plasma Applications bei Plasmatreat.

K 2022

Mit Plasma den CO2-Footprint reduzieren

Wie wir mit Plasma den CO 2 -Footprint reduzieren können, erklärt Lukas Buske im Way-2-K-Branchen-Interview des VDMA auf dem Weg zur K-Messe.

Wie wir mit Plasma den CO2-Footprint reduzieren können, erklärt Lukas Buske im Way-2-K-Branchen-Interview des VDMA auf dem Weg zur K-Messe.

Lukas Buske, Head of Plasma Applications bei der Plasmatreat GmbH, spricht im Way-2-K-Branchen-Interview des VDMA auf dem Weg zur K-Messe darüber, wie wir mit dervPlasma-Oberflächenbehandlung den CO2-Footprint reduzieren können.

Buske: Wir können mit der Plasmatechnologie umweltschädliche Lösungsmittel in Produktionsprozessen komplett ersetzen. Viele Materialoberflächen müssen vor der Weiterverarbeitung speziell vorbehandelt werden, um das Verkleben, Bedrucken oder Lackieren zu ermöglichen. Unser Fokus liegt unter anderem auf der Oberflächenbehandlung von Kunststoffen. Viele Kunststoffe, wie etwa Polypropylen oder Polycarbonat, sind unpolar. Das bedeutet, ohne Vorbehandlung haften Klebstoffe, Lacke oder Farben nur unzureichend. In industriellen Prozessen werden daher häufig chemische Haftvermittler, sogenannte Primer verwendet, die zu 80 bis 90 % Lösungsmittel enthalten und die Umwelt belasten. Der Einsatz unserer Plasmatechnologie, die nur Druckluft und Strom erfordert, macht diese chemische Vorbehandlung überflüssig.

Buske: Die Plasmatechnologie funktioniert nach einem einfachen physikalischen Prinzip: Durch Energiezufuhr ändern sich Aggregatzustände. Wird einem Gas weitere Energie zugeführt, wird es ionisiert und geht in den energiereichen Plasmazustand als vierten Aggregatzustand über. Tritt Plasma mit seinem hohen Energieniveau in Kontakt mit Materialien, verändern sich die Oberflächeneigenschaften. Sauerstoff- und stickstoffhaltige Gruppierungen werden in die meist unpolaren Kunststoffe eingebracht, um deren Oberflächenenergie zu erhöhen. Diese sogenannte Aktivierung verbessert die Benetzbarkeit der Oberfläche, bewirkt dadurch eine signifikante Steigerung der Adhäsionsfähigkeit und ermöglicht auf diese Weise eine langzeitstabile Haftfestigkeit von Klebstoffen, Lacken und Farben. Ein Plasma-System besteht in der Regel aus einem Generator, einem Transformator und einer Düse, die auf die jeweilige Behandlung genau abgestimmt ist.

CO<sub>2</sub>-Footprint im Produktionsprozess stark reduziert

Buske: Wir können mit unseren Plasmadüsen großflächig, aber auch punktgenau und damit sparsam nur die Partien des Substrats vorbehandeln, die weiterverarbeitet werden sollen. Im Kunststoffbereich werden Bauteile oft noch mit anderen Vorbehandlungsmethoden wie Beflammung vorbereitet, beispielsweise bei der Herstellung von Dashboards für die Automobilindustrie. Der Beflammungsprozess erfordert aber sehr viel Gas, entsprechend viel CO2 wird freisetzt. Mit unseren Plasmaverfahren können wir diesen Prozess ersetzen und so den CO2-Footprint im Produktionsprozess stark reduzieren. Für unsere Anlagen werden lediglich Strom und Druckluft benötigt. Wenn ein Anwender also mit grünem Strom arbeitet, ist unsere Methode CO2-frei.

Buske: Viele Produktionslinien arbeiten schon zu 100 % mit regenerativ erzeugtem Strom. Konzepte, die dabei unterstützen, umweltschädliche Verfahren durch Plasmatechnologie abzulösen, werden bei uns immer häufiger angefragt. Quer durch alle Branchen findet ein Umdenken in Richtung verbesserter Energiebilanz und CO2-Minderung statt. Die Firmen stehen zunehmend unter dem Druck ihrer Kunden, nachhaltiger zu wirtschaften. Kosteneffizienz steht dabei nach wie vor im Fokus.

Plasmavorbehandlung für Verwendung recycelter Kunststoffe

Buske: Wenn ein Produkt zu einem gewissen Teil aus Rezyklaten besteht, ist das für den Anbieter heute ein Verkaufsargument. In der Gestaltung des Innenraumdesigns verwenden beispielsweise zahlreiche Fahrzeughersteller zu einem gewissen Anteil Recycling-Materialien. Viele Hersteller geben ihren Zulieferern sogar den Rezyklatanteil für Bauteile vor. Dies wirkt sich auf Prozesse wie das Verkleben, Bedrucken, Lackieren, Etikettieren, Auftragen von Dichtungen und mehr aus. Diverse Hersteller nutzen daher inzwischen unsere Plasmatechnologie. In vielen Fällen macht eine Plasmavorbehandlung die Verwendung von recycelten Kunststoffen überhaupt erst möglich und trägt damit zu umweltfreundlicheren, ressourcenschonenderen Produktionsprozessen bei.

Buske: Wir können viel aus einer Oberfläche herausholen, die eigentlich nicht die für die Folgeprozesse erforderlichen Eigenschaften aufweist. Gemeinsam mit dem Spritzgießanlagen-Hersteller Arburg haben wir dies auf der Digital Edition der Hannover Messe 2021 gezeigt: Ein von Arburg im Spritzgussverfahren gefertigter Trinkbecher aus recyceltem PP, dazu noch im Knitter-Look, also mit einer sehr unregelmäßigen Oberfläche, wurde im UV-Digitaldruck ohne den Einsatz zusätzlicher Haftvermittler bedruckt. Dafür wurde der Recycling-Becher nach der Entnahme aus dem Spritzgusswerkzeug einer Behandlung mit Openair-Plasma unterzogen. Die hochwirksame Aktivierung der Druckfläche schafft die Voraussetzung für eine gute Haftung der lösemittelfreien Druckfarben, auch auf unregelmäßigem Untergrund aus unpolarem recyceltem PP. Das Ergebnis ist ein brillantes, scharfes Druckbild, das dauerhaft beständig gegen Abrieb und Feuchtigkeit ist. Insgesamt gelingt es uns bei höchst unterschiedlichen Materialien in den meisten Fällen, durch Reinigung und Aktivierung mithilfe von Openair-Plasma die Oberfläche gut auf Folgeprozesse vorzubereiten. Reicht diese Oberflächenbehandlung nicht aus, schaffen wir mit unserem Plasmaplus-Verfahren Abhilfe. Dabei wird ein sogenannter Präkursor in das Plasma eingespeist. Wir applizieren eine nanometerdünne Schicht auf die Oberfläche und können damit eine zusätzliche Funktion, zum Beispiel eine haftvermittelnde Beschichtung, aufbringen.

Buske: Eine große Herausforderung liegt in der sortenreinen Trennung der Materialien zur Wiederverwertung. Hier bekommt die Plasmatechnologie noch einmal eine besondere Bedeutung: Durch die nicht immer 100-prozentige sortenreine Trennung entstehen beim Recyclingprozess Kunststoffe, die geringfügig andere Eigenschaften haben als Neuware, zum Beispiel in der Qualität der Oberfläche. Das hat Auswirkungen auf die Folgeprozesse. Durch Plasmabehandlung können wir dabei unterstützen, diese Folgeprozesse dennoch möglich zu machen.

VDMA/ak