Polysiloxane

Oberflächenverunreinigungen mit Polysiloxanen (PDMS, Silikonöl) sind häufig Auslöser von Benetzungs- und Haftungsstörungen. Bereits geringe Konzentrationen (Belegungsdichte < 1 Moleküllage) können bei empfindlichen Systemen zu massiven Störungen führen. Gleichzeitig sind Polysiloxane aber auch erwünschter Bestandteil in Produkten wie etwa Lacken, Klebern oder Kosmetika. Aus diesem Grund stellen sich bei Beschichtungsproblemen verschiedene Fragen:

Liegt ein Polysiloxan auf einer Oberfläche vor?

Ein analytischer Nachweis von Polysiloxanen gelingt mit dem ToF-SIMS Verfahren. Mit einer Nachweisgrenze im ppm-Bereich liefert die Methode deutlich höhere Empfindlichkeiten als andere Nachweistechniken (z.B. die IR-Spektroskopie). Somit können auch geringe, prozessschädigende Mengen erfasst werden.

Wieviel Polysiloxan verträgt mein Prozess?

Bei der Beantwortung dieser Frage kombiniert man die semi-quantitative Information des ToF-SIMS Verfahrens mit den Ergebnissen geeigneter Haftungstests (z.B. Gitterschnitten von Lacken).

Abbildung 1: Semi-quantitativer Vergleich der Polysiloxanbelegung verschiedener Stahloberflächen.

Exemplarisch zeigt Abbildung 1 die Korrelation einer semi-quantitativen Bestimmung der Poly­siloxan­be­le­gung von Stahloberflächen und der farbcodierten Ergebnisse eines Haftungstests nach Beschichtung (gute Haftung: grün; schlechte Haftung: rot). Bei den Analysen wurden auf allen Proben Polysiloxane nachgewiesen. Durch den Vergleich der Referenzen mit den Schlecht­mustern A bis C konnte ein für den Nachfolgeprozess haftungs­un­schäd­licher Poly­siloxan­grenzwert festgelegt werden. Hierauf basierend wird seitdem die Polysiloxan­fracht neuer Stahlchargen ermittelt und in einem standardisierten Verfahren mit einem Ampelcode bewertet.

Abbildung 2: Verteilung verschiedener Substanzen an der Oberfläche eines Lackkraters.

Neben den bereits gezeigten Aspekten erlaubt das ToF-SIMS Verfahren auch eine Unterscheidung verschiedener Polysiloxanklassen. Abbildung 2 zeigt dies anhand der chemischen Landkarte eines Lackkraters. Die Oberfläche des Lacks enthält ein modifiziertes Polysiloxan B, das im Bereich des Kraters durch ein zweites Polysiloxan A verdrängt wird. Zudem findet sich im Krater ein Teflonpartikel. Sowohl Teflon als auch das nicht an das Lacksystem angepasste Polysiloxan A verändern die Benetzungseigenschaften und führen so zur Bildung von Lackkratern.