Stenzel, Volkmar (Rotdornring 11a, Thedinghausen, 27321, DE)
Vissing, Klaus (Alte Dorfstr. 10, Morsum, 27321, DE)
Stenzel, Volkmar (Rotdornring 11a, Thedinghausen, 27321, DE)
| 1. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) aus zumindest einer Deckschicht (15) und einer zwischen der Deckschicht (15) und dem Erzeugnis (11) angeordneten Abformschicht (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Abformschicht (13) eine plasmapolymere Schicht ist, die die Konturen des Erzeugnisses (11) abformt und an der Deckschicht (15) fester haftet als an dem Erzeugnis (11), wobei das Erzeugnis (11) kein Wafer oder Mikroplättchen ist. |
| 2. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach Anspruch 1, wobei die Abformschicht (13) sowohl die makroskopische Kontur des Erzeugnisses (11) als auch dessen Nanostruktur abformt. |
| 3. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abformschicht (13) eine Gradientenschicht ist und/oder eine an die Deckschicht (15) angrenzende Adhäsivzone und eine an das Erzeugnis (11) angrenzende Dehäsivzone sowie gegebenenfalls eine Übergangszone umfasst, wobei die Adhäsiv und die Dehäsivzone stofflich unterschiedlich zusammengesetzt sind. |
| 4. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abformschicht (13) erzeugnisseitig einen vormals flüssigen Precursor als integralen Bestandteil umfasst. |
| 5. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Abformschicht (13) im wesentlichen rückstandsfrei von dem Erzeugnis (11) lösen lässt. |
| 6. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abformschicht (13) und das Erzeugnis (11) mechanisch enthaftbar sind. |
| 7. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (15) aus einem polymeren oder polymerisierbaren Material besteht. |
| 8. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach Anspruch 7, wobei die Deckschicht (15) aus einem Lack besteht. |
| 9. | Erzeugnis (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Erzeugnis eine Folie ist. |
| 10. | Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Erzeugnisses (11), b) Beschichten des Erzeugnisses (11) mit einer plasmapolymeren Abformschicht (13), so dass diese an dem Erzeugnis (11) haftet, c) Beschichten der Abformschicht (13) mit einer Deckschicht (15), so dass die Abformschicht (13) an der Deckschicht (15) fester haftet als an dem Erzeugnis (11). |
| 11. | Verfahren nach Anspruch 10, wobei in Schritt b) die Abformschicht (13) auf das Erzeugnis (11) abgeschieden wird, wobei die Abscheidungsbedingungen zeitlich so variiert werden, dass die erzeugte Abformschicht (13) eine Gradientenschicht ist und/oder eine Adhäsivzone zum Aufbringen der Deckschicht (15) und eine an das Erzeugnis (11) angrenzende Dehäsivzone sowie gegebenenfalls eine Übergangszone umfasst. |
| 12. | Verfahren Anspruch 10 oder 11, wobei das Erzeugnis (11) vor oder in Schritt b) mit einem flüssigen Precursor benetzt wird. |
| 13. | Verfahren nach Anspruch 12, wobei der flüssige Precursor eine trennaktive Substanz ist. |
| 14. | Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Schritt b) so durchgeführt wird, dass der flüssige Precursor vernetzt und integraler Bestandteil der Abformschicht (13) wird. |
| 15. | Verfahren zum Herstellen eines (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche eines Erzeugnisses (11) abformenden Negatives (13; 15), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Erzeugnisses (11) mit Schichtsystem (13; 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, b) Trennen des Schichtsystems (13; 15) vom Erzeugnis (11), so dass das abgetrennte Schichtsystem (13; 15) ein (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche des Erzeugnisses abformendes Negativ (13; 15) ist. |
| 16. | Verfahren zum Herstellen eines Positivmodells (11b) von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses (11), umfassend die folgenden Schritte: a) Herstellen eines abformenden Negatives (13; 15) von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche des Erzeugnisses mittels eines Verfahrens nach Anspruch 15, b) Abformen des Negatives (13; 15), so dass das Positivmodell (11b) gebildet wird. |
| 17. | Verfahren zum Herstellen eines Positivmodells (21b; 27) von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses (21 ), umfassend die folgenden Schritte: a) Herstellen eines (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche des Erzeugnisses (21) abformenden Negatives (25), b) Beschichten des Negatives (25) mit einer Abformschicht (27), die eine plasmapolymere Schicht ist, welche die Konturen des Negatives (25) abformt, c) Beschichten der Abformschicht (27) mit einer Trägerschicht (21 b), wobei die Abformschicht (27) an der Trägerschicht (21b) fester haftet als an dem Negativ (25), d) Trennen der Trägerschicht (21b) von dem Negativ (25), so dass die Abformschicht (27) auf der Trägerschicht (21b) verbleibt und das Schichtsystem aus Trägerschicht (21b) und Abformschicht (27) das Positivmodell (21b; 27) bildet. |
| 18. | Verfahren nach Anspruch 17, wobei nach Schritt c) das beschichtete Negativ (25; 27; 21b) ein Erzeugnis mit Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist, bei dem die Trägerschicht (21b) der Deckschicht entspricht. |
| 19. | Verfahren zum Herstellen eines Positivmodells (31b; 37) von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses (31) nach Anspruch 17 oder 18, umfassend im Schritt a) die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Erzeugnisses (31) mit Schichtsystem (33; 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, Trennen des Schichtsystems (33; 35) vom Erzeugnis, so dass das abgetrennte Schichtsystem (33; 35) ein (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche des Erzeugnisses abformendes Negativ (33; 35) ist. |
Erzeugnis mit Deckschicht und Abformschicht
Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit Schichtsystem aus zumindest einer Deckschicht und einer zwischen der Deckschicht und dem Erzeugnis angeordneten Abformschicht, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Erzeugnisses mit Schichtsystem, sowie jeweils ein Verfahren zum Herstellen eines abformenden Negatives bzw. eines Positivmodells von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses.
Das Abformen von Oberflächen erfolgt vielfach durch Abgießen. Dabei ist es in der Regel gewünscht, dass die Vorlage/das Original möglichst dimensionstreu und detailgenau abgeformt werden. Zusätzlich ist es oft wünschenswert, dass die Abformergebnisse an ihrer Oberfläche einen Schutz beispielsweise durch eine schützende Schicht erhalten. Zum Abgießen werden vorwiegend dünnflüssige polymere Materialien verwendet, die auf der abzugießenden Oberfläche aushärten. Die Abgussmasse muss sich nach der Aushärtung leicht vom abgeformten Erzeugnis entfernen lassen, wobei diese Entfernung möglichst rückstandsfrei erfolgen sollte. Deshalb sollte die Abgussmasse gegenüber der Oberfläche des abzuformenden Erzeugnisses über Eigenschaften verfügen, die eine Trennung der Abgussmasse von letzterem ermöglichen/erleichtern (dehäsive Eigenschaften). So werden zur Herstellung von z.B. Lederimitaten vielfach Abgussmassen verwendet, die auf die Oberfläche von Leder aufgetragen werden, auf dieser ausgehärtet und dann von dem Leder getrennt werden, so dass die Oberfläche der dann ausgehärteten Abgussmasse ein Negativ der abgeformten (originalen) Lederoberfläche darstellt.
Die genannten Anforderungen an das Abformmaterial schränken die Zahl der gut verwendbaren aus dem Stand der Technik bekannten Materialien sehr ein. Heutige Abgussmassen leiden u.a. vielfach darunter, dass sie ihre Form über ein „Fließen" verändern können (z.B. bei mechanischer Belastung), dass sie zu weich sind (mangelnde mechanische Stabilität) oder eine eigene Struktur besitzen, so dass die ursprüngliche Struktur (ggf. Nanostruktur) des Originals verändert wiedergegeben wird. Ein Problem ist auch ein rückstandsfreies Trennen von der abzuformenden Oberfläche, insbesondere beim Abformen von Nano- und Mikrostrukturen. Weitere Probleme können sein, dass die Materialien für einige Anwendungen eine unzureichende Temperaturstabilität besitzen, nicht ausreichend formstabil sind und/oder keinen geeigneten Haftgrund für anschließende Beschichtungen bieten, die beispielsweise dem Schutz oder der Stabilisierung des Negatives (des Abformergebnisses) dienen sollen.
Aus dem Stand der Technik ist eine mittels Niederdruckplasmapolymerisation hergestellte Dehäsivbeschichtung bekannt: Die DE 100 34 737 C2 offenbart eine plasmapolymere Entformungsschicht, die über dehäsive Eigenschaften verfügt, so dass die Trennung der abformenden Masse (nach dem Aushärten) von dem formgebenden Original erleichtert/ermöglicht wird. Diese Funktion wird dadurch erfüllt, dass die plasmapolymere Schicht zwar gegenüber der formgebenden Oberfläche eine hervorragende Haftung (Adhäsion), gegenüber der Abformmasse aber dehäsive Eigenschaften besitzt. Erreicht wird dies durch die Ausgestaltung der plasmapolymeren Schicht, die unter zeitl icher Variation der Abscheidungsbedingungen als Gradientenschicht erzeugt wird. Mit einer solchen Beschichtung werden z. B. metallische Formen (Negative) in der Kunststoffverarbeitung beschichtet, um auf flüssige Trennmittel verzichten zu können. Die Schicht zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine rückstandsfreie Abformung ermöglicht.
Nachteil der offenbarten Beschichtung ist es, dass das Original durch die Beschichtung unwiderruflich verändert wird. Eine solche Veränderung ist z.B. für Kunstwerke inakzeptabel. Hier zieht man derzeit berührungslose Verfahren vor. Ferner wird das abgeformte Negativ um das Volumen der Beschichtung (Entformungsschicht) gegenüber dem Original verringert ist oder - falls zunächst als abzuformende Oberfläche (Original) ein Negativ erzeugt wurde, welches nachträglich mit der Schicht beschichtet wurde - das nach dem Abformen resultierende Positivmodell um das entsprechende Volumen von dem Original abweicht. Letztendlich führt also der Beschichtungsschritt dazu, dass das abgeformte Erzeugnis vom Original zusätzlich abweicht. Zudem besteht nicht die Möglichkeit, das Erzeugnis der Abformung (Positivmodell oder Negativ) beim Abformen lediglich mit einer beispielsweise schützenden Beschichtung zu versehen.
Nachteil für den Fall, dass das Original (die abzuformende Oberfläche) klassisch mit Abformmassen abgeformt wird, ist es, dass die Materialauswahl stark eingeschränkt ist. Hieraus ergibt sich ferner, dass kleinste Oberflächenstrukturen (Nanostrukturen, also Strukturen im Größenbereich von 10 nm-500 nm) und die sich hieraus ergebenden Oberflächeneigenschaften nicht abgebildet werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Erzeugnis mit einem Schichtsystem aus zumindest einer Deckschicht und einer zwischen der Deckschicht und dem Erzeugnis angeordneten Abformschicht, wobei die Abformschicht eine plasmapolymere Schicht ist, die die Konturen (Oberflächenstrukturen) des Erzeugnisses abformt und an der Deckschicht fester haftet als an dem Erzeugnis, wobei das Erzeugnis kein Wafer oder Mikroplättchen ist.
Bei einem „Erzeugnis" handelt es sich im Rahmen dieser Anmeldung um einen beliebigen Körper mit einer festen Oberfläche, dessen Oberfläche (zumindest teilweise) abgeformt werden soll. Dementsprechend kann ein Erzeugnis im Sinne dieses Textes auch ein Negativ von einem bereits zuvor abgeformten anderen Erzeugnis sein. Wichtig für das Verständnis dieses Textes ist es jedoch, sich zu verdeutlichen, dass ein Festkörper nur dann im Sinne dieser Anmeldung ein Erzeugnis darstellen kann, wenn seine Oberfläche vor dem Beschichten mit der Abformschicht bereits ausgebildet war. Anders ausgedrückt muss das Erzeugnis vor der Beschichtung mit der Abformschicht und einer Deckschicht bereits in seiner äußeren (abzuformenden) Form bestanden haben, um unter den hier verwendeten Begriff des Erzeugnisses zu fallen. Zusätzlich nicht unter den Begriff „Erzeugnis" fallen Wafer sowie Teile von Wafern (Mikroplättchen, Dies), insbesondere solche, die elektronische Bauelemente und/oder an ihrer Oberfläche eine Passivierungsschicht umfassen.
Erzeugnisse können insbesondere sein:
Kunst- und Spaltleder Optische Strukturen (Fresnel-Linsen, Beugungsgitter, Hologramme) Gebrauchsgegenstände mit Nanostrukturierung und Easy-to-Clean Eigenschaften
Die Deckschicht dient dazu, die Abformschicht nach Trennung von dem Erzeugnis zu tragen und sie gegebenenfalls zu stabilisieren. Bei der Abformschicht handelt es sich erfindungsgemäß um eine plasmapolymere Schicht, wobei das Verfahren, mit dem diese Abformschicht aufgetragen wurde, nicht entscheidend ist, solange die Zusammensetzung der Abformschicht und das Auftragverfahren so gewählt ist, dass die Haftung der Abformschicht an der Deckschicht höher ist als an der Oberfläche des Erzeugnisses. Von Gleichspannungs- bis Mikrowellenanregung zur Erzeugung des Plasmas ist alles möglich. Auch die Verwendung von Atmosphärendruckplasmen ist nicht ausgeschlossen.
Die Herstellung der plasmapolymeren Abformschicht erfolgt allerdings bevorzugt im Niederdruckplasmapolymerisationsverfahren. Bei dieser Vorgehensweise kommt der Gaszusammensetzung bei Start des Plasma- beschichtungsprozesses eine besondere Bedeutung zu: Ein zu hoher Restsauerstoffgehalt oder eine zu hohe Restfeuchte (z.B. aus Wandbelegun¬ gen) führen zu einer starken, unkontrollierten Veränderung der Gas- Zusammensetzung und damit zu einer nicht optimalen ersten Monolage der BeSchichtung. Eine nicht optimale erste Monolage der Beschichtung kann auch dann eintreten, wenn diese Lage während der Einschwingphase des Plasmas abgeschieden wird. Daher ist es bevorzugt, gezielt die notwendigen Rahmenbedingungen für das Abscheiden der ersten Monolage herzustellen. Dieses kann beispielsweise durch ausreichendes Evakuieren (zwei bis drei Zehnerpotenzen unterhalb des späteren Arbeitsdruckes) ggf. unterstützt durch ein Ausfrieren von Feuchtigkeit und/oder Ausheizen der Plasmakammer geschehen, und/oder auch insbesondere während der Einschwingphase des Plasmas durch temporäres Abdecken des zu beschichtenden Erzeugnisses im Vakuum (z.B. durch eine bewegliche Blende) erfolgen. Nach der Einschwingphase herrschen ausreichend stabile Verhältnisse, da der Restsauerstoffgehalt bzw. die Restfeuchte im Reaktor durch den Plasmaprozess stark reduziert wird. Die Hafteigenschaften der Abformschicht gegenüber dem Erzeugnis werden nach Bedarf über die Veränderung der Reaktionsparameter, beispielsweise Gaszusammensetzung, Leistung und/oder Druck hergestellt. Die Dicke der Abformschicht beträgt vorzugsweise 1 bis 1000 nm, weiter bevorzugt 10 bis 500 nm und besonders bevorzugt 50 bis 200 nm.
Ein besonderer Vorteil eines erfindungsgemäßen Erzeugnisses mit Schichtsystem besteht darin, dass nach Trennung des Schichtsystems vom Erzeugnis durch die auf der Deckschicht verbleibende Abformschicht z. B. ein dimensionstreues Negativ vorliegt, das - wie in vielen Fällen gewünscht - an seiner Oberfläche eine plasmapolymere Schicht umfasst, die beispielsweise Schutzfunktionen übernehmen kann. Diese Schicht kann sich auch aufgrund ihrer dehäsiven Eigenschaften gegenüber dem Material der Oberfläche des abgeformten Erzeugnisses positiv bei der Herstellung von Positivmodellen dieses Erzeugnisses auswirken: Falls ein hergestelltes Negativ z.B. zur Erzeugung solcher Positivmodelle verwendet wird, können die dehäsiven Eigenschaften der Schicht bei entsprechender Wahl des Positivmodell- Materials dazu dienen, die Trennung des Positivmodells vom Negativ zu unterstützen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Erzeugnis mit Schichtsystem, wobei die Abformschicht sowohl die makroskopische Kontur (Oberflächenstruktur) des Erzeugnisses als auch dessen Nanostruktur abformt.
Von besonderer Bedeutung ist es dabei, dass es mit diesem Abformen erstmals gelingt, Nanostrukuren eines Positivs übertragbar zu machen. Neben der makroskopischen Wiedergabe eines Gegenstandes kann es vielfach wichtig sein auch dessen Nanostrukturen, die z.B. einen Selbstreinigungseffekt, optische Effekte oder Strömungseffekte hervorrufen zu übertragen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Erzeugnis mit Schichtsystem, wobei die Abformschicht eine Gradientenschicht ist und/oder eine an die Deckschicht angrenzende Adhäsivzone und eine an das Erzeugnis angrenzende Dehäsivzone sowie gegebenenfalls eine Übergangszone umfasst, wobei die Adhäsiv- und die Dehäsivzone stofflich unterschiedlich zusammengesetzt sind.
Im Rahmen des Abscheidungsprozesses der plasmapolymeren Abformschicht ist es möglich, die Abscheidungsparameter z.B. über die Gaszusammen- setzung so zu steuern, dass die Abformschicht eine Adhäsiv- und eine Dehäsivzone umfasst. Das ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Oberfläche des Erzeugnisses, welche die Abformschicht tragen soll oder trägt, ähnliche oder gleiche Adhäsionseigenschaften wie die zur Anwendung kommende Deckschicht besitzt. Durch die entsprechende Wahl der Abscheidungsparameter ist es möglich, die Adhäsionseigenschaften der Adhäsiv- und der Dehäsivzone gegenüber den an die Abformschicht angrenzenden Schichten (Deckschicht bzw. Oberfläche des Erzeugnisses) genau einzustellen. Dabei ist zu betonen, dass die Funktion der jeweiligen Adhäsiv- bzw. Dehäsivzone sich immer auf das Material bezieht, das auf der oder auf dem in die Trennschicht aufliegt. Insbesondere im Falle der (später als die Abformschicht aufzubringenden bzw. aufgebrachten) Deckschicht, bezieht sich die Eigenschaft „adhäsiv" zunächst auf die zukünftig aufzubringende Deckschicht.
Überraschenderweise lässt sich mittels eines Abscheidungsprozesses, der genau umgekehrt zu dem in der DE 100 34 737 C2 beschriebenen Verfahren geführt wird, eine Abformschicht erhalten, die zum Abformen eingesetzt werden kann. Die Abscheidebedingungen für die plasmapolmere Abformschicht müssen also im Unterschied zum Verfahren gemäß DE 100 34 737 C2 so gewählt werden, dass die Abformschicht mit einer Dehäsivzone auf dem (abzuformenden) Erzeugnis abgeschieden wird. Damit wird gewährleistet, dass nach Auftrag einer Deckschicht (auf die zuletzt abgeschiedene Adhäsivzone der Abformschicht) die Trennung zwischen Dehäsivzone und Erzeugnis erfolgen kann.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Erzeugnis mit Schichtsystem, besonders in einer der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen, bei dem die Abformschicht erzeugnisseitig einen vormals flüssigen Precursor als integralen Bestandteil umfasst.
Eine besonders gute Qualität für die Dehäsiveigenschaften der Abformschicht lässt sich dadurch erreichen, dass das zu beschichtende Erzeugnis vor dem Einbringen in die Vakuumkammer (beim Niederdruckplasma) dünn mit einem flüssigen Precursor benetzt wird, an den folgende Anforderungen gestellt werden:
Er sollte im Vakuum nicht zu wesentlichen Teilen verdampfen. Er sollte eine trennaktive Substanz sein (z.B. ein Silikonöl wie AK5 bis AK50 der Firma Wacker Chemie).
Der Fachmann wird den flüssigen Precursor vorzugsweise an die Chemie der plasmapolymeren Abformschicht anpassen, und der Precursor sollte bevorzugt so dünn aufgetragen werden (z.B. 0,1 bis 50 nm), dass der Precursor durch den anschließenden Plasmaprozess Teil der plasmapolymeren Beschichtung wird. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der zunächst flüssige Precursor vollständig in die Abformschicht integriert wird. Der flüssige Precursor wird auf das Substrat (das Erzeugnis) bevorzugt durch Tauchen, Sprühen oder Spin-Coating aufgebracht
Der so aufgebrachte flüssige Precursor wird im ersten Schritt der Plasmapolymerisation den aktiven Bestandteilen des Plasmas (Elektronen, Protonen, Ionen etc.) ausgesetzt. Dadurch findet üblicherweise sowohl eine Vernetzung der Precursor-Moleküle untereinander (bevorzugt zur Polymerkette bzw. zu einem dreidimensionalen Polymergerüst) statt als auch eine mit derjenigen Schicht, die aus der Gasphase abgeschieden wird. Der zunächst flüssige Precursor wird also zum integralen Bestandteil der plasmapolymeren Abformschicht und kann deshalb auch anschließend mit dieser vom Erzeugnis wieder entfernt werden.
Der Fachmann wird die Art des flüssigen Precursors und die Beschichtungs- dicke (auf dem Substrat), sowie die nachfolgenden Schritte der plasmapoly- meren Beschichtung so aufeinander abstimmen, dass eine weitgehende Integration, bevorzugt eine vollständige Integration des zunächst flüssigen Precursors in die plasmapolymere Beschichtung erfolgt. Dies ist nach Entfernung der Abformschicht vom Erzeugnis z.B. mit Kontaktwinkelmessung der Erzeugnisvorderseite überprüfbar. Auch mit XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) lassen sich gegebenenfalls Precursorrückstände auf der Vorderseite des Erzeugnisses nachweisen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Erzeugnis mit Schichtsystem, besonders bevorzugt in einer der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen, wobei sich die Abformschicht im Wesentlichen rückstandsfrei von dem Erzeugnis lösen lässt. Besonders bevorzugt ist ein solches erfindungsgemäßes Erzeugnis mit Schichtsystem, bei dem sich die Abformschicht vollständig rückstandsfrei vom Erzeugnis ablösen lässt. Um die Abformschicht und die Deckschicht vom Erzeugnis abzulösen, kann es sinnvoll sein, weitere Verarbeitungsschritte mit dem Schichtsystem aus Abformschicht und Deckschicht durchzuführen. Bevorzugt ist dafür ein erfindungsgemäßes Erzeugnis mit Schichtsystem, bei dem die Abformschicht und das Erzeugnis mechanisch enthaftbar sind (z.B. durch ein Schälverfahren), da mechanische Verfahren anderen - etwa thermischen oder chemischen - Verfahren gegenüber für viele Anwendungen überlegen sind, insbesondere weil sie oberflächenschonender durchgeführt werden können.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Erzeugnis, besonders in einer der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen, bei dem die Deckschicht aus einem polymeren oder polymerisierbaren Material besteht. Dabei ist es wiederum bevorzugt, dass die Deckschicht aus einem Lack besteht. Vorzugsweise ist ein solches Erzeugnis eine Folie. Diese Ausfuhrungsform eignet sich besonders dazu, Lack auf Oberflächen aufzubringen, wobei der Lack bereits mit einer plasmapolymeren Beschichtung versehen ist. Dazu wird eine oberflächlich strukturierte Folie mit einer plasmapolymeren Abformschicht versehen, so dass die plasmapolymere Abformschicht die Konturen der Oberfläche der Folie abformt. Nachfolgend wird die Abformschicht mit einem Lack benetzt. Zum Aufbringen des Lacks auf eine geeignete Oberfläche (Substrat), wird dann die Folie mit der plasmapolymeren Abformschicht und dem noch nicht vollständig ausgehärteten Lack lackseitig auf die zu lackierende Oberfläche aufgebracht, unter Bedingungen, die eine (weitere) Aushärtung des Lackes ermöglichen. Ab dem Zeitpunkt, ab dem die Lackschicht an der Abformschicht fester haftet als die Abformschicht an der Folie, ist es möglich, die Folie von der plasmapolymeren Abformschicht abzuziehen. Sinnvollerweise sollte dabei der Lack an dem zu lackierenden Substrat fester haften als die Folie an der Abformschicht. Nach Entfernen der Folie verbleibt eine lackierte Fläche auf dem zu lackierenden Substrat, welche zusätzlich an ihrer Oberfläche die plasmapolymere Abformschicht umfasst. Diese Abformschicht trägt ein Negativ der Oberfläche der ursprünglich mit ihr in Kontakt stehenden Folie, so dass bei einer entsprechenden Auswahl der Folie erwünschte Oberflächenstrukturen des Systems aus Lack und Abformschicht leicht erzeugbar sind.
Ein Vorteil eines solchen besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Erzeugnisses besteht darin, dass bereits vor seinem Entstehen (d. h. vor dem Erreichen des entsprechenden Aushärtungsgrades des Lackes) eine gute Benetzung der plasmapolymeren Abformschicht durch den Lack gewährleistet werden kann. Dies geschieht durch Auswahl bzw. Steuerung der Eigenschaften, die die Oberfläche der plasmapolymeren Abformschicht auf der zum Lack hin gewandten Oberfläche besitzt. Weitere Vorteile des besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Gegenstandes liegen darin, dass die Folie leicht von der plasmapolymeren Abformschicht lösbar ist und eine Schutzschicht auf dem Lack verbleibt.
Es ist auch möglich, Folien mit plasmapolymerer Abformschicht und einer Lackschicht unter Bedingungen aufzubewahren, die ein Aushärten des Lackes verhindern. Dies kann z. B. durch Aufrollen geschehen. Selbstverständlich sind dem Fachmann weitere Möglichkeiten bekannt, um ein Auspolymerisieren des Lackes zu verhindern und er wird je nach Anwendung die geeignete wählen.
Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Erzeugnisses mit Schichtsystem (bevorzugt in den vorher beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungsformen), umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen eines Erzeugnisses,
b) Beschichten des Erzeugnisses mit einer plasmapolymeren Abformschicht, so dass diese an dem Erzeugnis haftet,
c) Beschichten der Abformschicht mit einer Deckschicht, so dass die Abformschicht an der Deckschicht fester haftet als an dem Erzeugnis. Bevorzugt ist dabei, dass im Schritt b) die Abformschicht auf dem Erzeugnis abgeschieden wird, wobei die Abscheidungsbedingungen zeitlich so variiert werden, dass die erzeugte Abformschicht eine Gradientenschicht ist und/oder eine Adhäsivzone zum Aufbringen der Deckschicht und eine an das Erzeugnis angrenzende Dehäsivzone sowie gegebenenfalls eine Übergangszone umfasst.
Bevorzugt wird dabei das Erzeugnis vor oder in Schritt b) mit einem flüssigen Precursor benetzt, der wiederum vorzugsweise eine trennaktive Substanz ist, um so die Trenneigenschaften der Dehäsivzone der Abformschicht in gewünschter Weise zu beeinflussen. Bevorzugt wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren, dass der flüssige Precursor mittels Tauchens, Sprühens oder eines spin-coating-Verfahrens auf das Erzeugnis aufgebracht wird. Ganz besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren im Schritt b) so durchgeführt, dass der flüssige Precursor vernetzt und integraler Bestandteil der Abformschicht wird.
Auf diese Weise können die meisten Nachteile der heutigen Abgussmassen durch die Erfindung überwunden oder verbessert werden.
Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche eines Erzeugnisses abformenden Negatives, umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Erzeugnisses mit Schichtsystem (wie oben charakterisiert),
b) Trennen des Schichtsystems vom Erzeugnis, so dass das abgetrennte Schichtsystem ein (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche des Erzeugnisses abformendes Negativ ist.
Abgeformt werden können Erzeugnisse jeglicher Art (technische, biologische oder künstlerische). Dabei wird entsprechend der Vorgehensweise im erfindungsgemäßen Verfahren die Abformschicht (bevorzugt völlig) rückstandsfrei vom Formgebungsgegenstand (dem Erzeugnis) abgelöst und verleiht dem Negativ eine dehäsive Oberfläche gegenüber Materialien, die in ihren Adhäsions-/Dehäsionseigenschaften dem Oberflächenmaterial des abgeformten Erzeugnisses ähneln.
Dabei weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines abformenden Negativs nicht nur den Vorteil auf, dass das Negativ vom formgebenden Positiv rückstandsfrei getrennt werden kann, sondern dass bei Verwendung einer plasmapolymeren Gradientenschicht als Abformschicht eine erheblich höhere Freiheit bezüglich der Auswahl der Materialien besteht, die die Deckschicht bilden sollen. Damit lassen sich die Eigenschaften des Negativs beeinflussen, da die Abscheidebedingungen für die Abformschicht so gewählt werden können, dass die Adhäsivzone an das gewünschte Material für die Deckschicht angepasst ist (d.h., dass es zumindest fester an ihr haftet als an dem abzuformenden Erzeugnis). Gleichzeitig hängen die dehäsiven Eigenschaften hinsichtlich der abzuformenden Oberfläche der Abformschicht nur von den Bedingungen in der Anfangsphase des Abscheidens der Abformschicht (und gegebenenfalls von einer entsprechenden Precursor-Vorbehandlung) ab. Dabei ist zu beachten, dass die Dehäsivzone die Oberfläche des Negativs nach der Trennung von dem abzuformenden Erzeugnis darstellt und diese in ihren adhäsiven (dehäsiven) Eigenschaften prägt Des Weiteren können mittels der plasmapolymeren Abformschicht auch Nanostrukturen abgebildet werden, sofern sie nicht in Form von Kavitäten oder H intersch neidungen vorliegen (z.B. Lotusblattoberflächen). Auch wird der Aufbau von mechanisch und temperaturstabilen Negativen möglich. Die Langlebigkeit der Negative wird erheblich verbessert, das „Fließen" unterbunden. Es ist noch anzumerken, dass für den Fall, dass das abzuformende Erzeugnis bereits selbst ein Negativ (von einem ursprünglichen Erzeugnis) darstellt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines abformenden Negatives erzeugte abformende Negativ (als „doppeltes" Negativ) ein Positivmodell (oder einen Teil davon) des ursprünglichen Erzeugnisses darstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines abformenden Negatives lässt sich im technischen Bereich des Prägens einsetzen: Hier ist es wiederum besonders vorteilhaft, wenn gleichzeitig mit dem Prägevorgang eine dehäsive Beschichtung (ggf. kombiniert mit einer weiteren Funktionsbeschichtung, wie z.B. einer Barrierebeschichtung) vom Prägewerkzeug, das hier einem „Erzeugnis mit Schichtsystem" entspricht, auf das zu prägende Material, das analog hier dann das Negativ bildet, übertragen wird.
Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Positivmodells von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses, umfassend die folgenden Schritte:
a) Herstellen eines abformenden Negatives von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche des Erzeugnisses mittels eines Verfahrens wie zuvor beschrieben,
b) Abformen des Negatives, so dass das Positivmodell gebildet wird.
Dabei kann bevorzugt der Schritt b) auch mehrfach durchgeführt werden. Das Abformen des Negativs kann beispielsweise durch Ausgießen, Spritzgießen oder Tauchen erfolgen, dabei ist es selbstverständlich, dass mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Abformen von Hinterschneidungen nur sehr schwer oder gar nicht möglich ist (dies gilt auch für die vorbeschriebene Erstellung von Negativen).
Auch die zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines abformenden Negatives lässt sich auch im technischen Verfahren des Prägens einsetzen. Dabei ist es vorteilhaft, dass das Negativ (als Prägestempel) als äußerste Schicht die plasmapolymere Abformschicht (mit ihren dehäsiven Eigenschaften nach außen) umfasst. Bei entsprechender Materialwahl für die Oberfläche des zu prägenden Positivmodells wird dabei die Trennung von Negativ und Positivmodell erleichtert, anders ausgedrückt, das zu prägende Material (Oberfläche des Positivmodells) besitzt eine geringe Adhäsion gegenüber dem Prägestempel (Negativ).
Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Positivmodells von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses, umfassend die folgenden Schritte:
a) Herstellen eines (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche des Erzeugnisses abformenden Negatives,
b) Beschichten des Negatives mit einer Abformschicht, die eine plasmapolymere Schicht ist, welche die Konturen des Negatives abformt,
c) Beschichten der Abformschicht mit einer Trägerschicht, wobei die Abformschicht an der Trägerschicht fester haftet als an dem Negativ,
d) Trennen der Trägerschicht von dem Negativ, so dass die Abformschicht auf der Trägerschicht verbleibt und das Schichtsystem aus Trägerschicht und Abformschicht das Positivmodell bildet.
Dabei ist es bevorzugt, dass nach Schritt c) das beschichtete Negativ ein erfindungsgemäßes Erzeugnis mit Schichtsystem (bevorzugt in einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungsformen) ist, bei dem die Trägerschicht der Deckschicht entspricht.
Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das dadurch erzeugte Positivmodell an seiner Oberfläche die Abformschicht trägt, die je nach Ausgestaltung beispielsweise als Schutzschicht beispielsweise gegen Verschmutzung, Wasserdiffusion und mechanische Beschädigung dienen kann.
Auch das letztbeschriebene erfindungsgemäße Verfahren lässt sich im technischen Bereich des Prägens einsetzen: Hier ist es wiederum besonders vorteilhaft, wenn gleichzeitig mit dem Prägevorgang eine dehäsive Beschichtung (gegebenenfalls kombiniert mit einer weiteren Funktionsbeschichtung, wie z.B. einer Barrierebeschichtung) vom Prägewerkzeug, das hier selbst ein Negativ ist, auf das zu prägende Material, das dann entsprechend das Positivmodell bildet, übertragen wird.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Positivmodells von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses, dessen Schritt
a) also das Herstellen eines (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche des Erzeugnisses abformenden Negatives,
b) Beschichten des Negatives mit einer Abformschicht, die eine plasmapolymere Schicht ist, welche die Konturen des Negatives abformt,
c) Beschichten der Abformschicht mit einer Trägerschicht, wobei die Abformschicht an der Trägerschicht fester haftet als an dem Negativ,
d) Trennen der Trägerschicht von dem Negativ, so dass die Abformschicht auf der Trägerschicht verbleibt und das Schichtsystem aus Trägerschicht und Abformschicht das Positivmodell bildet, wobei der Schritt a) die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Erzeugnisses mit Schichtsystem (bevorzugt in einer oben als bevorzugt beschriebenen Variante),
Trennen des Schichtsystems vom Erzeugnis, so dass das abgetrennte Schichtsystem ein (i) Teile der Oberfläche oder (ii) die Oberfläche eines Erzeugnisses abformendes Negativ ist, wobei bevorzugt nach Schritt c) das beschichtete Negativ ein erfindungsgemäßes Erzeugnis mit Schichtsystem darstellt (wiederum bevorzugt in einer oben als bevorzugt beschriebenen Ausgestaltungsformen). Die in dem letzten Abschnitt beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens haben den Vorteil, dass 1. ein optimal angepasstes Negativ verwendet wird, da letzteres an seiner Oberfläche eine plasmapolymere Abformschicht umfasst und 2. das Positivmodell eine zweite plasmapolymere Abformschicht umfasst.
Dem Fachmann erschließen sich aufgrund der oben gemachten Ausführungen für die erfindungsgemäßen Verfahren weitere Anwendungsfelder. Als Beispiele seien genannt:
Spritzguss; Herstellung von spritzgegossenen Bauteilen mit permanter Dehäsivbeschichtung (Abformbeschichtung)
- das Reproduzieren/Abformen von Kunstwerken ohne diese selbst zu verändern
das Abformen biologischer Oberflächen, z.B. von Oberflächen des Blattes
Ersatz der Wachsbeschichtung bei Prägefolien
Herstellung von leicht zu reinigendem bzw. verschmutzungsresistentem Spaltleder, bzw. Kunstlederoberflächen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren erläutert.
Es stellen dar:
Figur 1: Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Positivmodells von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses; Figur 2: Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Positivmodells von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses, wobei ein Schichtsystem aus Trägerschicht und Abformschicht das Positivmodell bildet;
Figur 3: Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Positivmodells von (i) Teilen der Oberfläche oder (ii) der Oberfläche eines Erzeugnisses, wobei ein Schichtsystem aus Trägerschicht und Abformschicht das Positivmodell bildet.
Detaillierte Figurenbeschreibung
Figur 1 a) stellt dar: Ein Erzeugnis (mit abzuformender Oberfläche) 11, mit einem Schichtsystem aus einer Abformschicht 13 und einer Träger - bzw. Deckschicht 15, wobei die Abformschicht 13 an der Träger- bzw. Deckschicht 15 fester haftet als an dem Erzeugnis 11.
Figur 1 b) stellt dar: Das Schichtsystem aus der Abformschicht 13 und der Träger- bzw. Deckschicht 15 nach Trennen von dem Erzeugnis 11. Das Schichtsystem aus Abformschicht 13 und Träger- bzw. Deckschicht 15 bilden gemeinsam das abformende Negativ des Erzeugnisses 11.
Figur 1 c) stellt dar: Das Abformen des abformenden Negatives 13, 15 mittels eines zu formenden Materials 11b. Figur 1 c) kann beispielsweise auch einen Prägevorgang darstellen.
Figur 1 d) stellt dar: Das abformende Negativ 13, 15, das von dem abgeformten Positivmodell 11b getrennt ist. Das Positivmodell 11b entspricht in seiner Oberflächenstruktur dem Erzeugnis 11 (gilt für den abgeformten Bereich).
Figur 2 a) stellt dar: Ein Erzeugnis (mit abzuformender Oberfläche) 21 und ein Negativ 25, das die Struktur von der Oberfläche des Erzeugnisses übernimmt. Figur 2 b) stellt dar: Das strukturierte, abformende Negativ 25, das mit einer Abformschicht 27 beschichtet ist, welche die Struktur übernimmt.
Figur 2 c) stellt dar: Das Schichtsystem aus strukturiertem, abformendem Negativ 25, strukturierter Abformschicht 27 und Träger- bzw. Deckschicht 21b, wobei die Abformschicht 27 an der Träger- bzw. Deckschicht 21 b fester haftet als an dem abformenden Negativ 25.
Figur 2 d) stellt dar: Das abformende Negativ 25, nachdem es von dem gebildeten Positivmodell, das aus strukturierter Abformschicht 27 und Träger¬ bzw. Deckschicht 21b gebildet wird, getrennt wurde. Das in den Figuren 2a - d gezeigte Verfahren kann so gesteuert werden, dass das Positivmodell 21b, 27 exakt der räumlichen Ausdehnung des Erzeugnisses 21 entspricht.
Figur 3 a) stellt dar: Ein Erzeugnis (mit abzuformender Oberfläche) 31 mit Schichtsystem aus Abformschicht 33 und Träger- bzw. Deckschicht 35, wobei die Abformschicht 33 fester an der Träger- bzw. Deckschicht 35 haftet als an dem Erzeugnis 31.
Figur 3 b) stellt dar: Das Schichtsystem aus der Träger- bzw. Deckschicht 35 und der Abformschicht 33 als abformendes Negativ des Erzeugnisses 31, wobei das Negativ seinerseits mit einer zweiten Abformschicht 37 beschichtet wurde, wobei die Abformschicht 33 fester an der Träger- bzw. Deckschicht 35 haftet als an der zweiten Abformschicht 37.
Figur 3 c) stellt dar: Das abformende Negativ, bestehend aus Träger- bzw. Deckschicht 35 und Abformschicht 33, welches mit der zweiten Abformschicht 37 beschichtet ist, wobei letztere ihrerseits mit abformendem Material 31b so beschichtet ist, dass die zweite Abformschicht 37 fester an dem abformenden Material 31b haftet als an der Abformschicht 33.
Figur 3 d) stellt dar: Das Positivmodell des Erzeugnisses 31, das aus dem abformendem Material 31b und der zweiten Abformschicht 37 gebildet wird, und davon getrennt das abformende Negativ des Erzeugnisses 31, das aus der Abformschicht 33 und der Träger- bzw. Deckschicht 35 gebildet wird. Dabei kann das in den Figuren 3a - d gezeigte Verfahren so gesteuert werden, dass das Positivmodell 37, 31b exakt der räumlichen Ausdehnung des Erzeugnisses 31 entspricht.