PEN-Folien

PEN-Folien sind Folien mit hoher thermischer Stabilität

Folien aus Polyethylennaphthalat sind wie PET-Folien Polyesterfolien, deren Grundstoff aber im Unterschied zu diesen nicht aus Dimethylterephthalat und Ethylenglykol, sondern aus Naphthalin-2,6-Dicarbonsäure mit Ethylenglykol synthetisiert wird. Der Herstellungsprozess von Polyethylennaphthalat ist eine Polykondensation. Aus der Zusammensetzung dieses Polyesters ergeben sich bei der Folienproduktion chemische und mechanische Eigenschaften, die von denen anderer Polyesterfolien abweichen. PEN-Folien werden deswegen in Bereichen eingesetzt, in denen höhere Hitzebeständigkeit und sehr gute Beständigkeit gegenüber Wasser erforderlich sind.

Chemische und physikalische Eigenschaften von PEN-Folien

PEN-Folien zeichnen sich durch eine höhere thermische Stabilität als PET-Folien aus, was eine höhere Gebrauchstemperatur zulässt. Eine höhere Zugfestigkeit sowie geringere Dehnungs- und Schrumpfungswerte sind weitere Unterschiede zu PET-Materialien. Auch im Bereich der Hydrolysebeständigkeit, also der Beständigkeit gegen Wasser haben PEN-Folien bessere Werte als PET, ebenfalls bei der Barrierewirkung gegenüber Gasen und Feuchtigkeit. Auch die mechanische Festigkeit und die chemische Beständigkeit sind sehr gut. Im Bereich der UV-Beständigkeit erzielen PEN-Folien ebenfalls sehr gute Werte. Einzig im Bereich der Dauerbiegefestigkeit haben PEN-Folien schlechtere Werte als PET-Folien.

Elektrische Eigenschaften von PEN-Folien

PEN-Folien verfügen über sehr gute elektrische Eigenschaften und haben bei hoher thermischer Stabilität nur geringe Dielektrizitätsverluste. Sie eignen sich daher für Anwendungen wie Kondensatoren oder Transformatoren, die hohe Ansprüche an langfristig stabile, elektrische Isolationseigenschaften stellen. Bei manchen dieser Anwendungen wie im Solarbereich ist auch die UV-Beständigkeit der PEN-Folien eine wichtige Eigenschaft.

Der Herstellungsprozess von PEN-Folien

Nach der Herstellung des thermoplastischen Grundstoffes Polyethylennaphthalat durch Polykondensation wird daraus eine Folie extrudiert. Diese wird direkt nach dem Produktionsprozess biaxial gereckt, also in Längs- und Querrichtung gedehnt. Dieser Reckprozess, der auch von BO-PET-Folie bekannt ist, verleiht der PEN-Folie seine guten mechanischen und thermischen Eigenschaften. Da alle PEN-Folien den Reckprozess durchlaufen wird auf den Namenszusatz BO für biaxiale Orientierung verzichtet.

Modifizierungen von PEN-Folien

Die Herstellung von PEN-Folien kann an die jeweiligen Anforderungen an das Endmaterial angepasst werden. Es ist sowohl Coploymerisation mit anderen Materialien möglich wie auch Beschichtungen oder Laminierungen, um die Oberflächeneigenschaften zu modifizieren. So können PEN-Folien beispielsweise mit antistatischen, kratzfesten oder optisch optimierten Oberflächen ausgerüstet werden.

Anwendungsbeispiele im Bereich Elektrik und Elektronik

• Flexible Leiterplatten
• Solarzellen-Rückseitenfolien
• Isolationsmaterial bei der Batterieproduktion
• Isoliermaterial in Elektromotoren und Generatoren
• Displays in der Elektronik

Für welche Anwendungsbereiche außerhalb der Elektrotechnik eignen sich PEN-Folien?

Im Bereich Verpackungen werden PEN-Folien für chemisch empfindliche Bauteile eingesetzt. Im Lebensmittelbereich sind PEN-Folien für Verpackungen geeignet, die UV-beständig sein müssen und die höhere Temperaturen vertragen müssen als PET-Folien. Vor allem für sensible Produkte wie Arzneimittel oder leicht verderbliche Lebensmittel ist PEN-Folie das perfekte Verpackungsmaterial. Auch Etiketten, Laminate, optische Displays und optische Geräte wie zum Beispiel Szintillatoren oder Polarisationsfilter für Kameras und LCD-Bildschirme werden aus Polyethylennaphthalat hergestellt ebenso Fasern, die reißfester sind als Polyester oder Nylon. Im Bereich der Medizintechnik werden Behälter und medizinische Geräte aus dem Material gefertigt. Zusammenfassend kann man sagen, dass PEN-Materialien für anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt werden, für die Folien aus PET-Materialien nicht mehr ausreichen. Zwar sind PEN-Folien teurer als PET-Folien, aber günstiger als Polyimidfolien, die noch bessere chemisch-physikalische Eigenschaften aufweisen als PEN-Folien.

Vorteile von PEN-Folien gegenüber anderen Folienarten

• PEN-Folien übertreffen PET-Folien bei Anwendungen, die hohe Anforderungen an thermische Stabilität stellen
• In bestimmten Bereichen der chemischen Beständigkeit sind PEN-Folien den PET-Folien ebenfalls überlegen
• PEN-Folien sind UV-beständiger als PET-Folien und viele andere Folien
• Bei den elektrischen Eigenschaften übertrifft PEN-Folie die meisten anderen Folienarten
• PEN-Folien bieten ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis gegenüber Polyimid-Folien, die ebenfalls für Hochtemperatur-Anwendungen geeignet sind
• PEN-Folien sind einfacher zu verarbeiten als Polyimidfolien

Nachteile von PEN-Folien

• Die Herstellung von PEN-Folien ist kostenintensiv
• Wegen des Preis-Leistungs-Verhältnisses sind PEN-Folien auf wenige, spezialisierte Anwendungen beschränkt
• Ein etabliertes Recyclingsystem existiert für PEN-Folien bisher nicht, obwohl eine technische Recyclingfähigkeit vorliegt

Nachhaltigkeit von PEN-Folien

PEN-Folien werden aus fossilen Grundstoffen hergestellt. Sie sind nicht kompostierbar und ein anerkanntes Recyclingverfahren existiert für das Material bisher nicht. Als positiver Nachhaltigkeitsaspekt wird angeführt, dass die Folien sehr haltbar sind und bei der Verlängerung der Haltbarkeit von Produkten eine positive Rolle spielen. Es gibt auch Forschungsansätze, die sich darum bemühen Alternativen zu den fossilen Rohstoffen zur Herstellung von Polyethylennaphthalat zu finden. Diese sind aber erst im Forschungsstadium und ob ein großtechnischer Einsatz machbar und finanzierbar wird, ist noch nicht abzusehen. Auch im Recyclingbereich werden Anstrengungen unternommen, um PEN-Folien wieder für einen Herstellungsprozess nutzbar zu machen. Es wird von diesen Forschungsansätzen abhängen, ob es gelingt, die Nachhaltigkeit von PEN-Folien langfristig zu verbessern.