DE102022104688A1 - Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und Verfahren zum Herstellen des Laborverbrauchsartikels - Google Patents

Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und Verfahren zum Herstellen des Laborverbrauchsartikels Download PDF

Info

Publication number
DE102022104688A1
DE102022104688A1 DE102022104688.5A DE102022104688A DE102022104688A1 DE 102022104688 A1 DE102022104688 A1 DE 102022104688A1 DE 102022104688 A DE102022104688 A DE 102022104688A DE 102022104688 A1 DE102022104688 A1 DE 102022104688A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
monomer
coating
laboratory
laboratory consumables
until
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022104688.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Taesler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eppendorf SE filed Critical Eppendorf SE
Priority to DE102022104688.5A priority Critical patent/DE102022104688A1/de
Priority to PCT/EP2023/052166 priority patent/WO2023160953A1/de
Publication of DE102022104688A1 publication Critical patent/DE102022104688A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/60—Deposition of organic layers from vapour phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/62—Plasma-deposition of organic layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/08—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
    • B05D5/083—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface involving the use of fluoropolymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/02—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F120/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F120/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F120/10—Esters
    • C08F120/22—Esters containing halogen
    • C08F120/24—Esters containing halogen containing perhaloalkyl radicals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D133/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D133/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C09D133/14—Homopolymers or copolymers of esters of esters containing halogen, nitrogen, sulfur or oxygen atoms in addition to the carboxy oxygen
    • C09D133/16—Homopolymers or copolymers of esters containing halogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D4/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond ; Coating compositions, based on monomers of macromolecular compounds of groups C09D183/00 - C09D183/16
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2201/00—Polymeric substrate or laminate
    • B05D2201/02—Polymeric substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2254/00—Tubes
    • B05D2254/04—Applying the material on the interior of the tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2254/00—Tubes
    • B05D2254/04—Applying the material on the interior of the tube
    • B05D2254/06—Applying the material on the interior and exterior of the tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2259/00—Applying the material to the internal surface of hollow articles other than tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2401/00—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like
    • B05D2401/30—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like the coating being applied in other forms than involving eliminable solvent, diluent or dispersant
    • B05D2401/33—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like the coating being applied in other forms than involving eliminable solvent, diluent or dispersant applied as vapours polymerising in situ
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2502/00—Acrylic polymers
    • B05D2502/005—Acrylic polymers modified
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2506/00—Halogenated polymers
    • B05D2506/10—Fluorinated polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/22—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to internal surfaces, e.g. of tubes
    • B05D7/222—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to internal surfaces, e.g. of tubes of pipes
    • B05D7/225—Coating inside the pipe
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/22—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to internal surfaces, e.g. of tubes
    • B05D7/227—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to internal surfaces, e.g. of tubes of containers, cans or the like

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Laborverbrauchsartikel mit einem Grundkörper aus einem Polymermaterial und einer zumindest abschnittsweise auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebrachten wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung, wobei die Beschichtung ein durch chemische Gasphasenabscheidung eines Monomers mit mindestens einer Perfluoralkylseitengruppe mit maximal sechs perfluorierten C-Atomen gebildetes Polymer umfasst und im Bereich der Beschichtung die Differenz des Vorrückkontaktwinkels und des Rückzugskontaktwinkels höchstens 30°, vorzugsweise höchstens 20°, beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Laborverbrauchsartikels mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung.
  • Laborverbrauchsartikel sollten möglichst flüssigkeitsabweisend sein, damit keine Reagenzien oder Proben auf den Oberflächen dieser Artikel verbleiben. Insbesondere für biochemische und chemische Reaktionen, beispielsweise zu Forschungs- oder Analysezwecken und insbesondere in der medizinischen oder forensischen Diagnostik, werden häufig sehr kleine Mengen an Proben oder Reagenzien verwendet. Die Ergebnisse können durch das Anhaften von Proben oder Reagenzien auf der Oberfläche der Laborverbrauchsartikel erheblich beeinflusst werden. Zudem kann der Verlust kostspieliger Reagenzien die Kosten der Untersuchungen stark erhöhen.
  • Zum rückstandsfreien Pipettieren von Flüssigkeiten insbesondere mit im Vergleich zu Wasser deutlich geringeren Oberflächenspannungen ist es bekannt, die Oberfläche von Pipettenspitzen aus Polypropylen durch Beschichtung chemisch und/oder morphologisch so zu verändern, dass sich bei der Abgabe einer aufgenommenen Flüssigkeit kein Flüssigkeitsfilm durch das Benetzen der Innenoberfläche der Pipettenspitze bildet, welcher in der Pipettenspitze zurückbleibt und somit zu Probenverlust führt. Bekannt sind Pipettenspitzen mit Beschichtungen, die durch Polyacrylat mit Perfluoroktyl-Seitenketten gebildet sind.
  • Aus der EP 1 976 941 B1 und US 8,163,356 B2 ist das Aufbringen derartiger Polymerbeschichtungen auf Laborverbrauchsartikel bekannt, bei dem der Verbrauchsartikel einem gepulsten Plasma ausgesetzt wird, das ein Monomer der Polymerverbindung enthält, für einen Zeitraum, der ausreichend ist, eine Polymerschicht auf der Oberfläche des Laborverbrauchsartikels zu bilden. Hierbei wird ein Plasma aus organischen Molekülen erzeugt, die einem elektrischen Feld ausgesetzt werden. Das Monomer ist eine Verbindung mit einer bestimmten vorgegebenen Strukturformel. Radikale der Verbindung in dem Plasma polymerisieren auf der Oberfläche der Verbrauchsartikel und bilden die Polymerbeschichtung.
  • Ferner sind Polymerbeschichtungen bekannt, die hergestellt werden, indem ein das Polymer enthaltende Lösungsmittel auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats aufgebracht und das Polymer durch Verdunsten des Lösungsmittels auf der Oberfläche niedergeschlagen wird.
  • Perfluoralkyleinheiten mit mehr als sechs perfluorierten C-Atomen sind aufgrund von Bioakkumulation in Menschen und Tieren und ihrer Persistenz in der Umgebung durch umweltrechtliche Bestimmungen international verboten. Insbesondere sind perfluoroktylgruppenhaltige Verbindungen im Rahmen der Erweiterung der in der POP (Persistent Organic Pollutants)-Konvention aufgeführten verbotenen Stoffe seit 2021 nicht mehr erlaubt.
  • In einem Fachartikel sind die Auswirkungen der Seitenkettenlänge auf die molekularen Anordnungszustände und die Oberflächeneigenschaften von Polyfluoralkylacrylat beschrieben (Takahara, A. et al. Molecular Aggregation Structure and Surface Properties of Poly(fluoroalkylacrylate) Thin Films, Macromolecules 2005, 38, 5, 699 bis 5, 705).
  • Demnach wurden durch Spin-Coating aufgebrachte Polymerfilme durch statische und dynamische Kontaktwinkelmessungen, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, Differenzkalorimetrie und Weitwinkel-Röntgenstreuung charakterisiert. Aus geringen Rückzugskontaktwinkeln bei Seitenketten mit höchstens sechs perfluorierten C-Atomen und erhöhten Rückzugskontaktwinkeln bei mindestens acht perfluorierten C-Atomen und kristallförmig in geordneten Strukturen angeordneten Seitenketten bei mindestens acht perfluorierten C-Atomen wurde geschlossen, dass die wasserabweisende Wirkung auf dem Vorliegen hochgeordneter Fluoralkylseitengruppen an der äußeren Oberfläche beruht. Der statische Kontaktwinkel von Wasser und Methyleniodid war unabhängig von der Anzahl perfluorierter C-Atome sehr hoch (bis zu 130° bei Wasser).
  • In einem weiteren Fachartikel (Sung Gap Im et al A Conformal Vapor-Phase Deposition of Poly(2-(perfluorhexyl)ethylmethacrylat) and the Hydrophobic Properties Thereof, Nanoscience and Nanotechnology Letters 2015, Vol. 7, 45 - 49) ist das Beschichten eines Polyestergewebes mit Poly(2-(perfluorhexyl)ethylmethacrylat) mittels initiierter chemischer Gasphasenabscheidung (iCVD) beschrieben und dass der statische Kontaktwinkel von Wasser auf dem Polymerfilm bis zu 130° beträgt.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Laborverbrauchsartikel mit wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtungen zu schaffen, die den umweltrechtlichen Anforderungen hinsichtlich der Benutzung bioakkumulativer und persistenter Stoffe genügen.
  • Die Aufgabe wird durch einen Laborverbrauchsartikel gemäß Anspruch 1 durch ein Verfahren zum Herstellen eines Laborverbrauchsartikels gemäß Anspruch 19 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsarten des Laborverbrauchsartikels und des Verfahrens sind in Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
  • Gemäß Anspruch 1 umfasst der Laborverbrauchsartikel einen Grundkörper aus einem Polymermaterial und eine zumindest abschnittsweise auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebrachte wasser- und/oder ölabweisende Beschichtung, wobei die Beschichtung ein durch chemische Gasphasenabscheidung eines Monomers mit mindestens einer Perfluoralkyl-Seitengruppe mit maximal sechs perfluorierten C-Atomen gebildetes Polymer umfasst und im Bereich der Beschichtung die Differenz des Vorrückkontaktwinkels und des Rückzugskontaktwinkels höchstens 30°, vorzugsweise höchstens 20°, beträgt.
  • Gemäß Anspruch 19 umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Laborverbrauchsartikels insbesondere gemäß Anspruch 1 das Bereitstellen eines Grundkörpers aus einem Polymermaterial mit einer Oberfläche und Beschichten von zumindest einem Teil der Oberfläche mittels chemischer Gasphasenabscheidung eines Monomers insbesondere gemäß Anspruch 1.
  • Zur Vermeidung eines zurückbleibenden Flüssigkeitsfilms an der Oberfläche von Laborverbrauchsartikeln werden Oberflächen mit sehr geringen Oberflächenspannungen im Bereich von 6 bis maximal 12 mN/m benötigt, wohingegen die Oberflächenspannung von Polymermaterialien wie z.B. Polypropylen mit 30 mN/m zu hoch ist. Die Reduzierung der Oberflächenspannung kann durch Beschichtungen erreicht werden, die Perfluoralkyleinheiten enthalten, die an einem Ende eine Trifluormethyl (CF3)-Gruppe tragen. Dabei hat eine Oberfläche, die vollständig mit CF3-Gruppen belegt ist, theoretisch eine Oberflächenspannung von 3 bis 6 mN/m. In der Praxis werden diese zwar nicht erreicht, aber hinreichende Verringerungen der Oberflächenspannung zur Vermeidung von Probenverlust. So haben Polymere auf Acrylatbasis mit Perfluoroktylketten Werte im Bereich von 8 bis 11 mN/m. Nach der POP-Konvention zulässig sind Perfluoralkylverbindungen mit einer Perfluoralkylkette von maximal sechs perfluorierten C-Atomen. Interne Untersuchungen der Anmelderin mit Beschichtungen aus Polyacrylaten mit Perfluorhexyl-Seitenketten haben gezeigt, dass diese das Anhaften von Flüssigkeiten nicht in demselben Ausmaß vermeiden wie Polyacrylate mit Perfluoroktyl-Seitenketten. Von der reinen Primärchemie her gesehen ist dies nicht zu erklären, da die perflurorhexylhaltigen Polyacrylate einen höheren Anteil an CF3-Gruppen haben als die perfluoroktylhaltigen Polyacrylate. Dies beruht darauf, dass sich Perfluoroktyleinheiten parallel zu stabilen flüssigkeitskristallinen (smektischen) Strukturen zusammenlagern. Perflurorhexylketten und andere kürzere Perfluoralkylketten ordnen sich in Ruhe auch parallel zueinander an. Bei äußeren Einflüssen wie eine sich gegen die Oberfläche bewegende Flüssigkeit verschieben sie sich jedoch gegeneinander, sodass die Akkumulierung der CF3-Gruppen an der Oberfläche und damit der wasser- und/oder ölabweisende Effekt verloren geht. Die Stabilität der geforderten Oberflächenmorphologie mit CF3-Gruppen gegenüber sich gegen die Oberfläche bewegenden Flüssigkeiten kann durch die Differenz zwischen dem Vorrückkontaktwinkel („advancing contact angle“) und dem Rückzugskontaktwinkel („receding contact angle“) beim Ablaufen eines Flüssigkeitstropfens auf einer um den dafür notwendigen Ablaufwinkel geneigten ebenen Beschichtungsfläche charakterisiert werden. Für die rückstandsfreie Abgabe von Flüssigkeiten aus Pipettenspitzen und anderen Laborverbrauchsartikeln ist die Differenz der dynamischen Kontaktwinkel der Flüssigkeit und der Beschichtung maßgeblich. Die Differenz zwischen den beiden Winkeln sollte dabei kleiner als 30°, vorzugsweise kleiner als 20°, sein. Unter diesen Umständen weist eine mit einer derartigen Oberfläche ausgestattete Pipettenspitze die geforderten wasser- und/oder ölabweisenden Eigenschaften auf. Die Messung des Vorrück- und des Rückzugskontaktwinkels ist in Takahasa, A. et al. Molecular Aggregation Structure and Surface Properties of Poly(fluoroalkyl)acrylate Thin Films, Macromolecules 2005, 38, 5, 699 bis 5, 705) beschrieben. Der Vorrückkontaktwinkel und der Rückzugskontaktwinkel sind mittels der in dem Fachartikel beschriebenen Verfahren und Vorrichtung eindeutig und zuverlässig bestimmbar.
  • Im Gegensatz zur Beschichtung der Oberfläche mit Polymer durch Auftragen des Polymers in einem flüchtigen Lösungsmittel können beim Aufpolymerisieren eines Monomers durch chemische Gasphasenabscheidung besonders dünne und gleichmäßige Beschichtungen erzeugt werden. Hierdurch können Material und Kosten sowie Aufwand für die Entsorgung gebrauchter Laborverbrauchsartikel eingespart werden.
  • Gemäß einer Ausführungsart der Erfindung ist der Vorrückkontaktwinkel gleich oder im Wesentlichen gleich dem Rückzugskontaktwinkel.
  • Gemäß den nachfolgenden Ausführungsarten der Erfindung kann die Stabilisierung der geforderten Oberflächenmorphologie auf verschiedene Weise erfolgen.
  • Gemäß einer Ausführungsart weist das Polymer eine Glastemperatur auf, die oberhalb der Anwendungstemperatur des Laborverbrauchsartikels angesiedelt ist, die vorzugsweise mindestens 40°C beträgt. Diese Ausführungsart weist ein bei Anwendungstemperatur des Laborverbrauchsartikels starres Polymergerüst auf, an dem die Perfluoralkylketten chemisch gebunden sind. Infolgedessen weisen die Polymerketten des Polymers bei der Anwendung des Laborverbrauchsartikels keine oder eine sehr geringe Beweglichkeit auf und wird eine Stabilisierung der geforderten Oberflächenmorphologie erreicht. Der Übergang von nicht mobilen zu mobilen Polymerketten wird dabei in gutem Maße durch die Glastemperatur (Tg) des Polymers beschrieben.
  • Das früher verwendete Monomer 2-Perfluoroktylethylacrylat funktionierte für die Erzeugung der Plasma-Polymerschichten im Sinne der geforderten Oberflächeneigenschaften, obwohl es sich um ein Acrylat und nicht um ein Methacrylat handelt. Das liegt daran, dass die längeren Perfluoroktylgruppen im entsprechenden Poly(2-perfluoroktylethylacrylat) eine geordnete, thermisch stabile smektische Flüssigkristallstruktur bilden, was bei Poly (2-perflurorhexylethylacrylat) nicht passiert. Dort bildet sich eine ungeordnete, amorphe Struktur mit bei Raumtemperatur beweglichen Polymerketten aus.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist das Monomer ein Monomer auf Acrylatbasis. Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist das Monomer ein Methacrylat. Konkret kann die gewünschte hohe Glastemperatur durch den Wechsel von Polyacrylaten zu Polymethacrylaten bewirkt werden, wobei letztere eine um bis zu 100°C höhere Glastemperatur besitzen als die jeweils strukturanalogen Polyacrylate. Gemäß einer weiteren Ausführungsart sind die Perfluoralkyl-Seitengruppen Perfluoralkyl-Seitenketten, vorzugsweise Perflurorhexyl-Seitenketten. Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist das Polymer Poly(2-perflurorhexylethylmethacrylat).
  • Poly(2-perfluorhexylethylacrylat) besitzt eine Glastemperatur von 0°C und Pipettenspitzen mit einer Beschichtung aus diesem Polymermaterial weisen nicht die geforderten ultrahydrophoben Eigenschaften auf. Poly(2-perfluorhexylmethacrylat) besitzt dagegen eine Glastemperatur von 75°C, sodass eine Beschichtung aus diesem Material die geforderten Eigenschaften insbesondere bei den für das Pipettieren oder den Gebrauch anderer Laborverbrauchsartikel im Labor üblichen Temperaturen (20°C) aufweist. Das Polymer wird durch CVD (chemical vapor deposition - chemische Gasphasenabscheidung) aus der Gasphase auf den Träger aufpolymerisiert, wobei als Monomer bzw. Precursor in der Gasphase nicht Perfluorhexylethylacrylat, sondern Perfluorhexylethylmethacrylat verwendet wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist das Polymer aus vernetzenden, bifunktionellen Monomeren mit zwei oder mehr polymerisierbaren CC-Doppelbindungen gebildet, sodass ein immobiles Netzwerk entsteht. Hierdurch kann ein Polymer mit einer Glastemperatur oberhalb der Anwendungstemperatur des Laborverbrauchsartikels gebildet werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsart sind zwischen dem Polymer und den Perfluoralkyl-Seitengruppen Dipol-Zwischengruppen angeordnet. Hierbei handelt es sich um chemische Gruppen, welche durch Dipol-Dipol-Wechselwirkungen die parallele Anordnung der Perfluoralkylgruppen und die geforderte Oberflächenmorphologie stabilisieren. Gemäß einer weiteren Ausführungsart handelt es sich bei den Dipol-Zwischengruppen um Sulfonamidgruppen. Die Beschichtung wird durch Aufpolymerisieren eines Monomers mit Sulfonamidgruppen mittels eines CVD-Verfahrens hergestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird die Beschichtung durch Aufpolymerisieren des folgenden Monomers auf die Oberfläche des Grundkörpers gebildet:
    • 2-[Methyl[(Nonafluorobutyl)Sulphonyl]Amino]EthylAcrylate CAS-No: [67584-55-8]
  • Im Rahmen des geltenden Umweltrechtes kann dasselbe Monomer mit einer Perfluorhexyl-Gruppe statt mit einer Perfluorbutyl-Gruppe verwendet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist das Monomer ein Methacrylat anstatt eines Acrylates.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsart sind die Perfluoralkyl-Seitengruppen verzweigte Perfluoralkylgruppen. Die Verwendung von verzweigten Perfluoralkylgruppen, welche in alle Raumrichtungen CF3-Gruppen präsentieren, bewirkt, dass eine Verschiebung des mit diesen Gruppen verbundenen Polymergerüstes keine negative Änderung der Anreicherung bzw. Reduzierung der Anzahl von CF3-Gruppen an der Oberfläche mit sich bringt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist die Beschichtung durch Aufpolymerisieren von Bis(perfluorisobutyl)methylacrylat auf die Oberfläche des Grundkörpers gebildet. Bei dem aus diesem Monomer gebildeten Polymer beträgt der Vorrückkontaktwinkel bei Verwendung von Wasser 118° und der Rückwärtskontaktwinkel 103°. Auch bei dieser Ausführungsart wird das Monomer mittels CVD auf die Oberfläche des Grundkörpers aufpolymerisiert.
  • Als einer weiteren Ausführungsart hat die Beschichtung eine Schichtstärke von 25 bis 100 nm. Mittels CVD können diese geringen Schichtdecken gleichmäßig aufgebracht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist die Beschichtung eine Oberflächenspannung im Bereich von 6 bis 12 mN/m, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 11 mN/m auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird die Beschichtung durch Aufpolymerisieren eines Monomers unter Bildung eines Initiators in Form eines Radikals mittels PECVD, durch Aufpolymerisieren eines Monomers mithilfe eines gesonderten Initiators mittels iCVD oder durch Aufpolymerisieren eines Monomers mithilfe eines Initiators mittels eines kontinuierlichen Plasmafeldes (PiCVD) auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht.
  • Das Aufpolymerisieren eines Monomeren aus der Gasphase (chemical vapor deposition) erfolgt dadurch, dass das polymerisationsfähige Monomer, bei dem es sich z.B. um sämtliche Acrylverbindungen handelt, bei denen die CC-Doppelbindung zu einer Polyethylenkette und bei Methacrylaten zu einer Polypropylenkette mit ersten Seitengruppen polymerisiert, zunächst mit einer reaktiven Spezies, z.B. einem Radikal (Molekül mit einem ungepaarten, freien Elektron) reagiert, dabei das freie Elektron übernimmt und somit selbst das reaktive Zentrum für die nächste Anlagerung eines Monomermoleküls wird. Die besagte reaktive Spezies wird aus einem Initiatormolekül gebildet, welches leicht durch Einwirkung äußerer Energie in Radikale zerfällt. Dies wird bei dem klassischen sogenannten iCVD (initiated chemical vapor deposition)-Verfahren nach Zumischen eines flüchtigen Initiators zum Monomer in der Gasphaser durch sogenannte hotfilaments (Heißdrähte) bewirkt, durch deren Kontakt mit dem Initiatormolekül dieses in zwei Radikale zerfällt. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines flüchtigen UV-Initiators, welcher durch eingestrahltes UV-Licht zu Radikalen zerfällt und damit die Polymerisation des Monomers startet.
  • Alternativ wird eine plasmabasierte (PECVD) und eine initiatorbasierte CVD (iCVD) vorteilhaft miteinander kombiniert, wie in dem Fachartikel Karaman, M. Initiation of 2-Hydroxyethylmethacrylat Polymerisation by Tert-Butyl Peroxid in a Planar PECVD-system, Plasma Processes and Polymers, 2016, 13, 438 - 446 beschrieben. Dabei wird wie bei der klassischen iCVD im Monomer ein flüchtiger Initiator (Ditert. Butylperoxid) zugemischt und anschließend ein kontinuierliches, aber sehr schwaches Plasmafeld (ca. 1 W/cm2) erzeugt. Dieses spaltet selektiv nur die Initiatormoleküle in zwei Radikale, welche dann die Polymerisation des Monomeren starten. Die Monomermoleküle bleiben dabei völlig unbeschädigt:
    • Demgegenüber hat das PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)-Verfahren den grundsätzlichen Nachteil, dass aufgrund des Fehlens eines Initiators ein Teil des in der Gasphase befindlichen Monomers selbst durch einen kurzen (wenige Mikrosekunden), starken Plasmapuls in Radikale fragmentiert wird und dann in der Zeitphase, wo das Plasma ausgeschaltet ist (mehrere ms) die Radikalfragmente die Polymerisation von nach dem Plasmapuls einströmendem Monomer starten. Dieser Plasmapuls wird dann in dem µS- und mS-Rhythmus immer wieder appliziert und schädigt aber dann auch immer schon bereits abgeschiedene Polymerschichten, sodass man empfindliche Monomere mit dieser Technik nicht ohne Zerstörung der gewünschten Struktur abscheiden kann. Dieses Problem könnte auch für das Monomer von Anspruch 9 und 10 (Sulfonamidgruppen) zutreffen. Das beschriebene Kombinationsverfahren (PiCVD) löst dieses Problem. Ein weiterer Vorteil des PiCVD-Verfahrens ist eine bis zu zehnmal schnellere Abscheidungsrate im Vergleich zu PECVD, was mit einer entsprechend gesteigerten Produktivität verbunden ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist der Laborverbrauchsartikel ausgewählt aus einem der nachfolgenden Erzeugnisse: Pipettenspitze, Mikroplatte, Probengefäß, Küvette, Filter, Kulturgefäß.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist die Beschichtung an der gesamten Oberfläche, nur an der Innenoberfläche oder nur an der Innenseite mindestens einer Aufnahme für Flüssigkeit angeordnet. Die Beschichtung der gesamten Oberfläche kann herstellungstechnische Vorteile bieten. Die Beschichtung nur an der Innenoberfläche oder an der Innenseite mindestens einer Aufnahme spart Beschichtungsmaterial ein.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Pipettenspitze mit einem Grundkörper aus Polyethylen mittels PECVD beschichtet. Hierfür wird Poly(2-Perfluorhexylmethacrylat) auf die Oberfläche der Pipettenspitze aufpolymerisiert. Hierbei wird das Monomer in einem Vakuum mittels eines Trägergases kontinuierlich in eine Kammer eingespeist, in der mittels gepulster Laserstrahlen das Monomer durch Plasmapulse in Radikale fragmentiert wird, wobei die Radikalfragmente die Polymerisation von dem nach dem Plasmapuls einströmendem Monomer starten. Das Polymer bildet die Beschichtung auf der Oberfläche des Grundkörpers. Bei dem solchermaßen beschichteten Grundkörper ist die Differenz des Vorrückkontaktwinkels und des Rückzugskontaktwinkels maximal 20°.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1976941 B1 [0004]
    • US 8163356 B2 [0004]

Claims (20)

  1. Laborverbrauchsartikel mit einem Grundkörper aus einem Polymermaterial und einer zumindest abschnittsweise auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebrachten wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung, wobei die Beschichtung ein durch chemische Gasphasenabscheidung eines Monomers mit mindestens einer Perfluoralkylseitengruppe mit maximal sechs perfluorierten C-Atomen gebildetes Polymer umfasst und im Bereich der Beschichtung die Differenz des Vorrückkontaktwinkels und des Rückzugskontaktwinkels höchstens 30°, vorzugsweise höchstens 20°, beträgt.
  2. Laborverbrauchsartikel nach Anspruch 1, bei dem der Vorrückkontaktwinkel gleich oder im Wesentlichen gleich dem Rückzugskontaktwinkel ist.
  3. Laborverbrauchsartikel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Polymer eine Glastemperatur aufweist, die oberhalb der Anwendungstemperatur des Laborverbrauchsartikels angesiedelt ist, die vorzugsweise mindestens 40 °C beträgt.
  4. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Monomer ein Monomer auf Acrylatbasis ist.
  5. Laborverbrauchsartikel nach Anspruch 4, bei dem das Monomer ein Methylacrylat ist.
  6. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Perfluoralkylseitengruppen Perfluoralkylseitenketten, vorzugsweise Perfluorhexylseitenketten sind.
  7. Laborverbrauchsartikel nach Anspruch 5 und 6, bei dem das Polymer Poly (2-perflurorhexylethylmethacrylat) ist.
  8. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Polymer aus vernetzenden, bifunktionellen Monomeren mit zwei oder mehr polymerisierbaren CC-Doppelbindungen gebildet ist.
  9. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zwischen dem Polymer und den Perfluoralkylseitengruppen Dipolzwischengruppen angeordnet sind.
  10. Laborverbrauchsartikel nach Anspruch 9, bei dem die Dipolzwischengruppen Sulfonamidgruppen sind.
  11. Laborverbrauchsartikel nach Anspruch 10, bei dem die Beschichtung durch Aufpolymerisieren des folgenden Monomers auf die Oberfläche des Grundkörpers gebildet ist: 2-[Methyl(Nonafluorobutyl)Sulphonyl]Amino]EthylAcrylate.
  12. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Perfluoralkylseitengruppen verzweigte Perfluoralkylgruppen sind.
  13. Laborverbrauchsartikel nach Anspruch 12, bei dem die Beschichtung durch Aufpolymerisieren des folgenden Monomers auf die Oberfläche des Grundkörpers gebildet ist: (Bis(perfluorisobutyl)methylacrylat).
  14. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei den die Beschichtung eine Schichtstärke von 25 bis 100 nm aufweist.
  15. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, der im Bereich der Beschichtung eine Oberflächenspannung im Bereich von 6 bis 12 mN/m, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 11 mN/m aufweist.
  16. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Beschichtung durch Aufpolymerisieren eines Monomers durch Aufpolymerisieren eines Monomers unter Bildung eines Initiators in Form eines Radikals mittels PECVD, durch Aufpolymerisieren eines Monomers mithilfe eines Initiators mittels iCVD oder durch Aufpolymerisieren eines Monomers mithilfe eines Initiators mittels eines kontinuierlichen Plasmafeldes (PiCVD) auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht ist.
  17. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, der ausgewählt ist aus einem der nachfolgenden Erzeugnisse: Pipettenspitze, Mikroplatte, Probengefäß, Küvette, Filter, Kulturgefäß.
  18. Laborverbrauchsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dass die Beschichtung an der gesamten Oberfläche, nur an der Innenoberfläche oder nur an der Innenseite mindestens einer Aufnahme für Flüssigkeit aufweist.
  19. Verfahren zum Herstellen eines Laborverbrauchsartikels gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend das Bereitstellen eines Grundkörpers aus einem Polymermaterial mit einer Oberfläche und Beschichten von zumindest einem Teil der Oberfläche mittels chemischer Gasphasenabscheidung eines Monomers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Beschichtung durch Aufpolymerisieren eines Monomers durch Aufpolymerisieren eines Monomers unter Bildung eines Initiators in Form eines Radikals mittels PECVD, durch Aufpolymerisieren eines Monomers mithilfe eines Initiators mittels iCVD oder durch Aufpolymerisieren eines Monomers mithilfe eines Initiators mittels eines kontinuierlichen Plasmafeldes (PiCVD) auf dem Grundkörper aufgebracht wird.
DE102022104688.5A 2022-02-28 2022-02-28 Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und Verfahren zum Herstellen des Laborverbrauchsartikels Pending DE102022104688A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022104688.5A DE102022104688A1 (de) 2022-02-28 2022-02-28 Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und Verfahren zum Herstellen des Laborverbrauchsartikels
PCT/EP2023/052166 WO2023160953A1 (de) 2022-02-28 2023-01-30 Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden beschichtung und verfahren zum herstellen des laborverbrauchsartikels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022104688.5A DE102022104688A1 (de) 2022-02-28 2022-02-28 Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und Verfahren zum Herstellen des Laborverbrauchsartikels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022104688A1 true DE102022104688A1 (de) 2023-08-31

Family

ID=85150725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022104688.5A Pending DE102022104688A1 (de) 2022-02-28 2022-02-28 Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und Verfahren zum Herstellen des Laborverbrauchsartikels

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022104688A1 (de)
WO (1) WO2023160953A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8163356B2 (en) 2006-01-20 2012-04-24 P2I Ltd Products

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5853894A (en) * 1997-02-03 1998-12-29 Cytonix Corporation Laboratory vessel having hydrophobic coating and process for manufacturing same
JP6356702B2 (ja) * 2013-02-15 2018-07-11 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 滴状凝縮のためのグラフトポリマー表面、ならびに関連使用および製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8163356B2 (en) 2006-01-20 2012-04-24 P2I Ltd Products
EP1976941B1 (de) 2006-01-20 2017-10-11 P2I Ltd Neue produkte

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023160953A1 (de) 2023-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69906817T2 (de) Verfahren zur beschichtung mikrostrukturierter substrate mit einer polymeren schicht zur konservierung des oberflächenmerkmalsprofils
EP0177517B1 (de) Verfahren zum aufbringen einer dünnen, transparenten schicht auf der oberfläche optischer elemente
EP0814116A1 (de) Hydrophile Beschichtung von Oberflächen polymerer Substrate
EP0730011B1 (de) UV-härtbare Kratzfestlacke mit einpolymerisierendem Verdicker
DE102010001992A1 (de) Funktionsmaterialien mit steuerbarer Viskosität
EP1037717B1 (de) Modifikation von oberflächen zur steigerung der oberflächenspannung
DE102010040282A1 (de) Funktionsmaterialien mit steuerbarer Viskosität bzw. reversibler Vernetzung über Aza-Diels-Alder-Reaktionen mit Bishydrazonen oder konjugierten Bis-Schiff'schen Basen
DE3609459C2 (de) Oberflächentrennmittel
DE3012664C2 (de) Verfahren zur Bildung eines Anstrichfilms mit metallischem Aussehen auf einem Substrat
DE19621745A1 (de) Eine Polydimethylsiloxan umfassende strahlungshärtbare Zusammensetzung
DE2943796A1 (de) Polymerisierbare mehrkomponenten- klebstoffmasse und verfahren zum verbinden von substraten unter verwendung derselben
DE4444577A1 (de) Lichtwellenleiter und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0308801B1 (de) Film aus mindestens einer monomolekularen Schicht
DE69121061T2 (de) Verfahren zum Erniedrigen des Reibungskoeffizienten zwischen Wasser und Polymeroberflächen
DE102022104688A1 (de) Laborverbrauchsartikel mit einer wasser- und/oder ölabweisenden Beschichtung und Verfahren zum Herstellen des Laborverbrauchsartikels
EP1417042B1 (de) Verfahren zur herstellung eines beschichteten kunststoffkörpers
EP0582221A1 (de) Schichtelement und Verfahren seiner Herstellung
EP0300418B1 (de) Schichtelement und Verfahren zur Herstellung von dünnen Schichten
DE69211272T2 (de) Verfahren zur Pfropfung von hydrophilen Monomeren enthaltenden Doppelbindungen auf geformten Körpern mit Polymeroberflächen
EP0300420B1 (de) Verfahren zur Herstellung von dünnen Schichten und diese enthaltende mehrschichtige Elemente
DE2625448A1 (de) Verfahren zur herstellung einer schutzschicht auf der oberflaeche optischer reflektoren und nach diesem verfahren hergestellte reflektoren
EP3404070B1 (de) Verbundgebilde mit selektiver beschichtung und herstellungsverfahren
DE10017846A1 (de) Verfahren zum Abscheiden einer Polymerschicht und Verwendung derselben
DE102018121948A1 (de) Verfahren und Mittel zur Fixierung von Partikeln auf einem Substrat
EP1460115B1 (de) Haftklebende Materialien und Dichtungsmaterialien mit drei-dimensionaler Struktur, sowie Verfahren zu deren Herstellung