Screens mit Schutzschild

Die Oberflächen von Smartphones und Tablets sind die wichtigste Schnittstelle zwischen Nutzer und Gerät, weil sie Bildschirm und Bedienelement zugleich sind. Um Touchscreens vor Schäden zu bewahren, helfen Schutzfolien – ausgestattet mit selbstklebenden Siliconschichten von WACKER.

Brillante Farbwelten, Millionen Pixel und geringer Energieverbrauch: Wenn es um die Display-Eigenschaften von Smartphones, Tablets und Co. geht, greifen die Hersteller gern zu Superlativen. Die Oberflächen sind die wichtigste Schnittstelle zwischen Mensch und Gerät, weil sie Bildschirm und Bedienelement zugleich sind. Ob telefonieren, hochaufgelöste Fotos knipsen oder sich mit einer Spiele-App die Zeit vertreiben – alles läuft über den Touchscreen. Die Display-Qualität beeinflusst die Kaufentscheidung immens.

„Hochwertige Screens vor Kratzern und Stößen zu schützen, wird bei den oftmals sehr teuren Smartphones immer wichtiger.“

Dr. Timo Hagemeister WACKER SILICONES

„Hochwertige Screens vor Kratzern und Stößen zu schützen, wird bei den oftmals sehr teuren Smartphones immer wichtiger“, erklärt Dr. Timo Hagemeister, bis vor Kurzem Entwicklungsleiter für Silicone bei WACKER im chinesischen Shanghai und jetzt Leiter des Business Teams Consumer Care im Konzern. „Dazu setzen die Gerätehersteller einerseits auf dünne Folien, die bereits während der Produktion dauerhaft auf die Oberflächen gebracht werden.“ Andererseits können auch Konsumenten ihren Smartphone-Touchscreens etwas Gutes tun und sie mit einem zusätzlichen, selbstklebenden Schutzfilm ausstatten. Dieser schützt das Display vor kleineren Unfällen und verlängert seine Lebensdauer. Im Handel sind auch Folien aus gehärteten Kunststoffen oder Glasschichten erhältlich, die sich extrem dünn herstellen lassen und gleichzeitig robust und flexibel sind: Sie bewahren die Displays sogar vor heißen Zigarettenstummeln und heftigeren Stößen, wie sie beim Fallenlassen der Geräte auftreten.

Trennkraft entscheidend

Quelle: Gartner, Mai 2017

Ganz gleich, ob Hersteller oder Verbraucher Schutzfilme aufbringen und ob die Folien temporär zum Transport oder dauerhaft angebracht werden: In jedem Fall sollen sie auf der Oberfläche gut haften. Dazu werden die Schutzfilme mit sogenannten Pressure Sensitive Adhesives, kurz PSA, ausgestattet. Diese druckempfindlichen Klebschichten müssen nur ganz leicht angedrückt werden. Weil sich die Folien bei Bedarf aber auch wieder rückstandsfrei abziehen lassen sollen, muss die sogenannte Trennkraft der PSA-Schicht exakt einstellbar sein. Dieser Parameter gibt an, wie viel Kraft aufgewendet werden muss, um eine Folie von ihrem Träger zu ziehen.

Individuell einstellbar

Ob das leicht oder schwer gehen soll, entscheiden die Hersteller nach ihren speziellen Anforderungen und Bedürfnissen. Da ist ein System vorteilhaft, das sich individuell und je nach Anwendung maßschneidern lässt. Mit unserem neuen Silicon DEHESIVE® PSA 765 haben wir genau das realisiert“, erklärt Ki-Eon Kim vom anwendungstechnischen Zentrum des Konzerns im südkoreanischen Seongnam-si, in der Nähe von Seoul. Der WACKER-Experte arbeitet – ebenso wie sein Kollege Timo Hagemeister – dort, wo das Herz der Elektronikindustrie schlägt: In Ostasien finden sich nicht nur die Produktionsstätten vieler Smartphone-Hersteller, sondern es haben sich auch die entsprechenden Zulieferer-Firmen dort angesiedelt – unter anderem die Schutzfolien-Produzenten.

Sandwich-Struktur

Die genauen Eigenschaften der selbstklebenden Folien ergeben sich aus ihrem Aufbau und ihrer chemischen Zusammensetzung. Die Schutzfilme besitzen eine mehrlagige Sandwich-Struktur. Eine Schlüsselfunktion nimmt die PSA-Schicht ein: „Sie kann aus Polyacryl, Polyurethan oder Gummi bestehen – oder eben aus Siliconen“, erklärt Hagemeister. Die PSA-Schicht ist meist zwischen 15 und 25 Mikrometer dick und muss mehrere Funktionen erfüllen: Zum einen sollte sie optimal auf der Glasoberfläche des Displays haften. Zum anderen muss die Schicht gut auf dem Trägermaterial, meist einer PET-Folie (Polyethylenterephthalat), kleben bleiben. Der Haftfilm ist also das verbindende Element zwischen PET-Schicht der Folie und der Glasoberfläche des Smartphones.

„Die Materialien haben allerdings sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften“, sagt der WACKER-Chemiker Hagemeister. „Und deswegen ist es eine Herausforderung, die Silicon-PSAs so zu formulieren, dass sie auf beiden Materialien haften bleiben – und das mit unterschiedlicher Intensität.“ Denn von der Glasoberfläche soll sich der Klebfilm auch wieder abziehen lassen, im Gegensatz zur PET-Schicht: Hier benötigen die Schutzfolien-Hersteller eine höhere Haftkraft.

Genau diesen Spagat beherrscht das neue Produkt DEHESIVE® PSA 765, dessen Eigenschaften einen südkoreanischen Hersteller von Schutzfolien überzeugt haben – und der nun die Silicon-PSAs von WACKER einsetzt.

Optimierte Produktion

Marktanteil unterschiedlicher PSA-Typen (in den Märkten Greater China und Korea) - Schätzung WACKER

„Generell sind Silicone etwas teurer. Deswegen kommen sie bislang lediglich auf einen Marktanteil von acht Prozent. Unsere Kunden setzen Silicone also nur ein, wenn sie einen Leistungsvorteil bringen“, erläutert der WACKER-Experte Kim eine der Herausforderungen bei der Entwicklung. „Praktischerweise verhält sich unser Silicon-PSA optimal im Produktionsprozess. Denn um die schnellen Verarbeitungsabläufe zu gewährleisten, müssen die Viskosität und das Aushärteverhalten exakt stimmen“, ergänzt sein WACKER-Kollege Timo Hagemeister.

Aber auch Lagerstabilität, Abriebbeständigkeit und Oberflächenhaftung sind wichtige Kriterien, nach denen die Schutzfilm-Hersteller ihre Klebstoff-Zulieferer auswählen. Zudem spielt die Handhabbarkeit eine große Rolle: „Die Haftschicht muss gewährleisten, dass sich der Schutzfilm ohne störende Luftbläschen auf die Display-Oberfläche legt“, sagt Ki-Eon Kim. All das leisten die Silicone – und punkten mit einem weiteren Vorteil: Sie vergilben nicht und behalten ihre Eigenschaften sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen.

Im Technical Center von WACKER in Korea können die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Trennbeschichtung getestet werden.

Silicon-PSAs sind Mehrkomponentensysteme und beinhalten unter anderem stark und weniger stark haftende Siliconanteile, verschiedene Additive und einen Platinkatalysator. Letzterer setzt die Vernetzung der Silicone zu einer dreidimensionalen Polymerstruktur in Gang. Das passiert erst beim Hersteller der Schutzfolien, nachdem das Silicon-PSA auf das Trägermaterial aufgetragen wurde. „Der Platinkatalysator wird also als Teil unseres Produkts mitverkauft – und trägt erheblich zum Gesamtpreis bei. Mit je weniger Edelmetall die Vernetzungsreaktion auskommt, desto besser“, erklärt Hagemeister. „Wir konnten den Platinanteil in DEHESIVE® PSA 765 so weit reduzieren, dass wir ein konkurrenzfähiges Produkt erhalten haben, das auf verschiedenen PET-Folien sehr gut funktioniert und das sich die Hersteller von Schutzfilmen nach ihren Anforderungen maßschneidern können“, sagt der WACKER-Experte.

Molekulare Verzweigungen

Hierbei kommen die besonderen Talente von Siliconen zum Tragen, denn durch geschicktes Funktionalisieren, also das Einführen spezieller chemischer Gruppen, und Kombinieren verschiedener Silicontypen lassen sich komplementäre Eigenschaften erzeugen: wenig oder stark haftend, flexibel oder starr. Der Grund dafür liegt in der chemischen Struktur: Während Siliconöle aus linearen Molekülketten bestehen, bilden Siliconharze viele molekulare Verzweigungen und bringen damit einen höheren Vernetzungsgrad in die Haftschicht. Und das wirkt sich auf die Trennkraft aus: Dort, wo der Vernetzungsgrad höher ist, bleibt die Folie stärker haften. Durch die Zugabe von Siliconharzen lässt sich die Trennkraft also exakt einstellen. Und das eröffnet für DEHESIVE® PSA 765 ein breites Anwendungsspektrum für Beschichtungen auf Schutzfolien: „Während der gesamten Produktion von Displays kommen diverse Schutzfilme zum Einsatz – beispielsweise, um die Bauteile während des Herstellungsprozesses vor Schäden zu bewahren. „Unser Ziel ist es, eine Produktfamilie zu entwickeln, die die Elektronikbranche über die komplette Wertschöpfungskette mit Lösungen für selbstklebende Folien versorgt“, erklärt der WACKER-Experte Kim seine Entwicklungsziele für die Zukunft.