DD280772A1 - PROCESS FOR SURFACE FLUORATION OF POLYMERS - Google Patents

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DD280772A1
DD280772A1 DD32684489A DD32684489A DD280772A1 DD 280772 A1 DD280772 A1 DD 280772A1 DD 32684489 A DD32684489 A DD 32684489A DD 32684489 A DD32684489 A DD 32684489A DD 280772 A1 DD280772 A1 DD 280772A1
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fluorine
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Eckhard Uhse
Dieter Hass
Martin Schoenherr
Anja Zimmerling
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Univ Berlin Humboldt
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12Chemical modification
    • C08J7/126Halogenation

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflaechenfluorierung von Polymeren. Sie ist in der plastverarbeitenden Industrie anwendbar. Erfindungsgemaess werden fluorierte Sperrschichten auf Polymeren erzeugt, indem die Polymeroberflaeche einem Gasgemisch aus Fluor, Sauerstoff und einem Inertgas ausgesetzt wird. Die Fluorierung erfolgt als Gasphasen-off-line-Fluorierung unter statischen Bedingungen, bis der Fluorgehalt der Oberflaeche mindestens 100 mg/cm2 betraegt.The invention relates to a process for the surface fluorination of polymers. It is applicable in the plastic processing industry. According to the invention, fluorinated barrier layers are produced on polymers by exposing the polymer surface to a gas mixture of fluorine, oxygen and an inert gas. The fluorination is carried out as gas-phase off-line fluorination under static conditions until the fluorine content of the surface is at least 100 mg / cm 2.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenfiuorierung von Polymeren. Die Erfindung ist in der plastverarbeitenden Industrie anwendbar.The invention relates to a process for Oberflächenfiuorierung of polymers. The invention is applicable in the plastic processing industry.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die Verwendung von Kunststoffbehältern, insbesondere aus Polyethylen, für unpolare Flüssigkeiten ist durch die relativ hohen Permeationsverluste nur in begrenztem Umfang möglich.The use of plastic containers, in particular polyethylene, for non-polar liquids is only possible to a limited extent due to the relatively high permeation losses.

Zur Eliminierung dieses Nachteiles sind Verfahren zur Oberflächenmodifizierung der Polymere beschrieben, wobei die Oberflächenfluorierung die technisch vorteilhafteste und bilrgste Variante darstellt.To eliminate this disadvantage, methods for the surface modification of the polymers are described, wherein the surface fluorination represents the technically most advantageous and most advantageous variant.

In DE-OS 3511743 ist ein Verfahren zur Oberflächenfluorieru·. g von Polymeren beschrieben. Dabei werden die Innenoberflächen von kjnstrtoffbehältern in einer Gasphasen-off-line-Fluorierui.g unter statischen Bedingungen fluoriert. Es wird bei Temperp' ren von 20 bis 800C und Drücken von 1 bis 4 · 104Pa gearbeitet. Das Behandlungsgas besteht aus 3 bis 10 Vol.-% Fluor und 90 b's 97Vol.-% Inertgas. Die Einwirkungszeit beträgt 1 bis 15 Minuten.In DE-OS 3511743 a process for Oberflächenfluorieru ·. g of polymers described. The interior surfaces of plastic containers are fluorinated under static conditions in a gas phase off-line fluorinator. It is at Temperp 'ren from 20 to 80 0 C and pressures of from 1 to 4 × 10 4 Pa worked. The treatment gas consists of 3 to 10 vol .-% fluorine and 90 b 's 97Vol .-% inert gas. The exposure time is 1 to 15 minutes.

Der Nacl 'eil dieses Verfahrens ist in der Anwendung von sauerstofffreiem Fluor zu sehen. Als vorgelagerte Verfahrensstufe is1:The essence of this process is the use of oxygen-free fluorine. As an upstream process stage is 1 :

dazu entweder die Direktdarstellung sauerstofffreien Fluors oder die Auftrennung von Fluor-Sauerstoff-Gemischen notwendig.either the direct representation of oxygen-free fluorine or the separation of fluorine-oxygen mixtures necessary.

Beides ist technisch kompliziert und teuer. Außerdem muß bei der Durchführung der Fluorierung Luftausschluß gewährleistet werden, was die Technologie des Verfahrens kompliziert gestaltet.Both are technically complicated and expensive. In addition, in the implementation of fluorination air exclusion must be ensured, which makes the technology of the process complicated.

Ein weitgehender Sauerstoffausschluß bei der Florierung von Polymeroberflächen wird in US 4.491.653 als notwendig angesehen, da der Sauerstoff an der Oberfläche des Polymers eine Oxidation verursacht, die durch das anwesende Fluor unterstützt wird. Dies hat die Formierung instabiler fluorhaltiger Gruppen zur Folge, die eine geringere Beständigkeit gegenüber äußeren Einflüssen, wie Wasser oder Temperaturänderungen, aufweisen.Substantial exclusion of oxygen from the flooding of polymer surfaces is considered necessary in US 4,491,653 because the oxygen on the surface of the polymer causes oxidation promoted by the presence of fluorine. This results in the formation of unstable fluorine-containing groups which have less resistance to external influences such as water or temperature changes.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in dar Herstellung fluorierter Oberflächen auf Polymeren durch ein einfaches und billiges Verfahren, wobei diese Oberflächen insbesondere als Sperrschichten gegen umolare Flüssigkeiten einsetzbar sein sollen.The object of the invention is to produce fluorinated surfaces on polymers by a simple and inexpensive process, which surfaces are to be used in particular as barrier layers against umolare liquids.

Darlegung das Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenfluorierung von Polymeren zu entwickeln, das sich durch technologische Einfachheit und Verzicht auf technisch komplizierte Vorstufen auszeichnet und durch das als Sperrschicht gegen unpolare Flüssigkeiten verwendbare, gegen Säuren und Laugen beständige Polymeroberflächen erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu behandelnden Oberflächen einem Fluor und einem Inertgas enthaltenden Gasgemisch ausgesetzt werden, das einen Sauerstoffgehalt bis zu 10 Vol.-% aufweist. Als Inertgas wird bevorzugt Stickstoff eingesetzt. Die Huorierung erfolgt bis zu einem Fluorgehalt auf der Polymeroberflächo von mindestens lOOnmg/cm2. Die Fluorierung wird als Gasphasen-off-line-Fluorierung unter statischen Bedingungen bevorzugt bei Raumtemperatur durchgeführt.The invention has for its object to develop a process for Oberflächenfluorierung of polymers, which is characterized by technological simplicity and waiver of technically complicated precursors and be produced by the usable as a barrier against non-polar liquids, resistant to acids and alkalis polymer surfaces. According to the invention, this object is achieved in that the surfaces to be treated are exposed to a fluorine and an inert gas-containing gas mixture having an oxygen content of up to 10 vol .-%. Nitrogen is preferably used as the inert gas. The Huorierung takes place up to a fluorine content on the Polymeroberflächo of at least lOOnmg / cm 2 . The fluorination is carried out as gas-phase off-line fluorination under static conditions, preferably at room temperature.

Das Gasgemisch weist dabei einen Gesamtdruck von 105Pa auf. Es enthält neben dem Sauerstoff etwa 40 Vol.-% Fluor und eir Inertgas, beispielsweise Stickstoff. Der Sauerstoffgehalt liegt bevorzugt unter 5VoI.-%. Vorteilhaft ist eine Fluorierung bis zu einem Fluorgehalt auf der Polymeroberfläche von 200 bis 400pg/cm2. Mit dem erfindungsgamäßen Verfahren werden auch bei Anwesenheit von Sauerstoff im Behandlungsgas Oberflächen erhalten, die zum Beispiel als Sperrschichten für unpolare Flüssigkeiten anwendbar sind.The gas mixture has a total pressure of 10 5 Pa. In addition to the oxygen, it contains about 40% by volume of fluorine and an inert gas, for example nitrogen. The oxygen content is preferably below 5% by volume. A fluorination up to a fluorine content on the polymer surface of 200 to 400 pg / cm 2 is advantageous. With the method according to the invention, even in the presence of oxygen in the treatment gas, surfaces are obtained which, for example, can be used as barrier layers for non-polar liquids.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, da es von sauerstoffhaltigem Fluor ausgeht und somit die aufwendige und teure Bereitstellung sauerstofffreien Fluors und der Luftausschluß bei der Fluorierung entfallen. Überraschenderweise werden trotz Sauerstoffgegenwart keine instabilen fluorhaltigen Gruppen auf der Polymeroberfläche gebildet, so daß die Oberflächen gegen Säuren und Laugen beständig sind.The process of the invention is particularly advantageous because it starts from oxygen-containing fluorine and thus eliminates the costly and expensive provision of oxygen-free fluorine and the exclusion of air during fluorination. Surprisingly, despite the presence of oxygen, no unstable fluorine-containing groups are formed on the polymer surface, so that the surfaces are resistant to acids and lyes.

Ausfühi ungsbelspleleAusfühi ungsbelsplele

1. Inoinem Monel-Druckreaktor, der über einen Flansch mit PTFE-Dichtung zur Beschickung zerlegbar ist, wird eine 30 pm dicke Hochdruckpolyethylen-Folie eingelegt. Über Ventile wird der Zugang zur Vakuum- beziehungsweise Gasdosierstrecke geregelt. Vor der Fluorierung wird der Reaktor 30min evakuiert. Nach Abtrennung der Vakuumstrecke wird ein 2,5Vol.-% Sauerstoff enthaltendes Fluor-Stickstoff-Gemisch (etwa 40Vol.-% Fluor) in 10min in den Reaktor dosiert. Ein Manometer dient der Einstellung des Reaktorinnendruckes von etwa 105Pa. Es wird bei Raumtemperatur weitere 50min fluoriert. Nach der Fluorierung wird der Reaktor 15 min evakuiert und danach mit Stickstoff belüftet.1. Inoinem Monel pressure reactor, which can be disassembled via a flange with PTFE seal for charging, a 30 pm thick high-pressure polyethylene film is inserted. Valves are used to regulate access to the vacuum or gas metering section. Before fluorination, the reactor is evacuated for 30 minutes. After separation of the vacuum section, a 2.5% by volume of oxygen-containing fluorine-nitrogen mixture (about 40% by volume of fluorine) is metered into the reactor in 10 minutes. A manometer is used to adjust the internal pressure of the reactor of about 10 5 Pa. It is fluorinated at room temperature for another 50 minutes. After fluorination, the reactor is evacuated for 15 minutes and then vented with nitrogen.

Die Massezunahme beträgt 230pg/cm2 Folie.The mass increase is 230pg / cm 2 foil.

Die Permeationsverluste an n-Pentan werden für die fluorierte Folie und ebenfalls für die nach der Fluorierung mit 0,1 M NaOH beziehungsweise HCI behandelten Folienstücke um den Faktor 100 gesenkt.The permeation losses of n-pentane are reduced by a factor of 100 for the fluorinated film and also for the film pieces treated after the fluorination with 0.1 M NaOH or HCl.

2. Für die Fluorierung der Innenoberflächen von 100ml Hochdruckpolyethylen-Behältern wurde der in DE-OS 3511743 vorgeschlagene Aufbau des Reaktors genutzt.2. The structure of the reactor proposed in DE-OS 3511743 was used for the fluorination of the inner surfaces of 100 ml high-pressure polyethylene containers.

Der gleichzeitigen Evakuierung (30min) von Behälter- und Reaktorinnenraum folgt das parallele Beschicken des Behälterinnenraumes mit im Beispiel 1 beschriebenem Fluor-Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch und des Reaktorinnenraumes mit Stickstoff. Bei Raumtemperatur und etwa 105Pa Gasdruck wird 60min fluoriert. Nach der Fluorierung wc: den Reaktor und Behälter gleichzeitig 15min evakuiert und danach mit Stickstoff belüftet. Die Massezunahme beträgt 240ug/cm2 Behälterinnenoberfläche.The simultaneous evacuation (30 min) of container and reactor interior follows the parallel loading of the container interior with described in Example 1 fluorine-nitrogen-oxygen mixture and the reactor interior with nitrogen. At room temperature and about 10 5 Pa gas pressure is fluorinated for 60min. After fluorination wc: evacuated the reactor and vessel simultaneously for 15 min and then vented with nitrogen. The mass increase is 240ug / cm 2 container inner surface.

Die Permeationsverluste an n-Pentan werden für den fluorierten Behälter und den nach der Fluorierung mit 0,1 M NaOH beziehungsweise HC! behandelten Behälter um den Faktor 100 gesenkt.The permeation losses of n-pentane are for the fluorinated container and after the fluorination with 0.1 M NaOH or HC! treated container lowered by a factor of 100.

Claims (3)

1. Verfahren zur Oberflächenfluorierung von Polymeren, bei dem die Oberflächen der Polymeren zur Fluorierung einem Fluor und ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, enthaltenden Gasgemisch ausgesetzt werden und die Fluorierung als Gasphasen-off-line-Fluorierung unter statischen Beding ingen durchgeführt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Gasgemisch einen Sauerstoffanteil bis zu 10Vol.-% aufweist und die Fluorierung bis zu enern Fluorgehalt auf der Polymeroberfläche von mindestens 10(^g/cm2 durchgeführt wird.1. A process for the surface fluorination of polymers, in which the surfaces of the polymers for fluorination are exposed to a gas mixture containing fluorine and an inert gas, for example nitrogen, and the fluorination is carried out under static conditions as gas-phase off-line fluorination, characterized by the gas mixture has an oxygen content of up to 10% by volume and the fluorination is carried out to a fluorine content of at least 10 (g / cm 2) on the polymer surface. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Sauerstoffanteil im Gasgemisch kleiner als 5% ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the oxygen content in the gas mixture is less than 5%. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Fluorierung bis zu einem Fluorgehalt auf der Polymeroberfläche von 200 bis 400μg/cm2 durchgeführt wird.3. Process according to claims 1 and 2, characterized in that the fluorination is carried out to a fluorine content on the polymer surface of 200 to 400μg / cm 2 .
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