Thesis - Tumb1.biblio.tu-muenchen.de - Technische Universität ...

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3 ZIELSETZUNG UND KONZEPT
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Wie bereits im Grundlagenkapitel erläutert finden sich in der Literatur einige Modelle
zur Berechnung der Permeationsraten durch defektbehaftete Aufdampfschichten auf
Polymeren. Nahezu alle Modelle führen jedoch Näherungen oder physikalisch
inkorrekte Randbedingungen ein, um eine Berechnung durchführen zu können. In den
meisten Fällen wurden auch keine direkten Vergleiche mit experimentell bestimmten
Permeationsraten durchgeführt. Ein Ziel dieser Arbeit war es daher, die
unterschiedlichen Modelle auf ihre Gültigkeit zu überprüfen.
Für den Folienveredler ist die Kenntnis der Permeationsrate durch bedampfte Folien ein
wichtiges Kriterium. Schließlich stellt das Hauptverkaufsargument die Sperrwirkung
der metallisierten Folie dar. Industrieanlagen stellen keine Reinraumanlagen dar, aus
diesem Grund ist eine Kontamination mit Staub und anderen Partikeln während des
Bedampfungsprozesses nicht auszuschließen. Die dadurch entstehenden Defekte in der
Metallisierung verringern neben den bereits beschriebenen Antiblockpartikeln (siehe
Kap. 2.2.2) die Barrierewirkung und verschlechtern so die Verkaufschancen für die
fertige Folie. Daher ist für eine Berechnung der Permeation durch solche Systeme die
Kenntnis der industriell typischen Defektgrößen und -häufigkeiten notwendig. Deshalb
wurden in der vorliegenden Arbeit lichtmikroskopische (LM) Aufnahmen erstellt. Diese
wurden mit Raster-Kraft- und Raster-Elektronenmikroskopmessungen (AFM bzw.
REM) verglichen.
Um die gewonnen Daten nun für eine quantitative Berechnung der Permeationsrate
nutzen zu können, muss ein physikalisch korrektes Modell zur Simulation von Defekten
in einer auf einer Polymerfolie aufgedampften Metallschicht erstellt werden. Dazu
wurde das Problem der Permeation durch Defekte in der aufgedampften Schicht mit
Hilfe erstellter Gittermodelle abgebildet, die Diffusions- und Flussgleichung linearisiert
und schließlich auf dem Gitter numerisch gelöst. Der Vorteil dieser Methode ist die
Möglichkeit eine Wechselwirkung der Defekte untereinander mit einzubeziehen.
Außerdem lassen sich alle Randbedingungen physikalisch korrekt einbinden.
Untersuchungen von Multilagenstrukturen mit Defekten, wie sie beispielsweise bei
kaschierten Folien auftreten, wurden bisher nur in geringem Umfang von Müller et al.
durchgeführt. Da nahezu sämtliche im Verpackungsbereich eingesetzten, bedampften
Folien einen Verbund aus mehreren Schichten darstellen, erschien es wichtig, auch
diesen Bereich näher zu betrachten.
Mit Hilfe der Simulationen lassen sich so charakteristische Kenngrößen ermitteln, die
ihrerseits zum besseren Verständnis der Wirkungsweise von Defekten in auf
Polymerfolien aufgedampften anorganischen Schichten sowie zu Materialeinsparungen