DE19628643A1

DE19628643A1 - Werkstoffe für die Herstellung von Transportbehältern

Info

Publication number: DE19628643A1
Application number: DE19628643A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Chem Dr Hostalek; Werner Buettner; Juergen Braun
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-01-22
Also published as: EP0918708A1; WO1998002368A1; ID17644A; TW342376B; AU3443197A; KR20000023789A; JP2000514487A; CA2261114A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Polyethylen-Werkstoffen für die Herstellung von massiven Transport- und Lagerbehältern aber auch für die Herstellung von ausgekleideten Transport- und Lagerbehältern für Chemikalien, und zwar insbesondere für den Transport und die Lagerung von hochreinen, flüssigen Chemikalien für die Elektronikindustrie. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung dieser Werkstoffe zur Herstellung des Equipments, welches zur Entnahme der Chemikalien aus den Transportbehältern sowie zu deren Befüllung notwendig ist.

Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen werden in vielen Fällen flüssige Chemikalien benötigt, an deren Reinheit höchste Ansprüche gestellt werden. Dieses ist besonders für die Herstellung hochintegrierter Mikrochips der Fall. Einerseits liegt die Reinheit dieser Chemikalien in einem Bereich, bei dem es nicht mehr genügt, die Chemikalien in der geforderten Reinheit herzustellen, sondern es muß auch dafür gesorgt werden, daß beim Transport, während der Lagerung und der Handhabung keine Verunreinigungen mehr in das Produkt gelangen. Andererseits muß die Lager- und Transportsicherheit gewährleistet sein, da einige dieser Chemikalien aufgrund ihrer aggressiven Eigenschaften schwierig zu handhaben und zu lagern sind. Auch sind sie in vielen Fällen toxikologisch nicht unbedenklich oder aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften schädlich. Ein unbeabsichtigtes Ausfließen, z. B. aufgrund einer Beschädigung des Transportbehälters oder aufgrund von Undichtigkeiten, hervorgerufen durch die aggressiven Eigenschaften einiger dieser Chemikalien, muß mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden.

Die Materialauswahl für derartige Transportbehälter muß sich aufgrund der Anforderungen an die zu transportierenden Chemikalien in erster Linie danach richten, jegliche Verunreinigungen auszuschließen. Diese Anforderung wird in der Regel von Behältern aus fluorierten oder perfluorierten Werkstoffen oder von Behältern, die mit solchen Werkstoffen ausgekleidet sind, erfüllt.

Je nach Anforderungen werden diese Transport- und Lagerbehälter als drucklose Version oder auch als Druckbehälter hergestellt.

Drucklose Behälter dürfen keinem von außen aufgebrachten Innendruck ausgesetzt werden.

Aus solchen Behältern muß die Entnahme der flüssigen Chemikalien ebenfalls drucklos erfolgen, d. h. mit Hilfe von Pumpen. Diese Pumpen weisen zwangsläufig bewegte Teile auf, so daß Verunreinigungen durch im Pumpenbereich entstehenden Abrieb nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Es ist jedoch insbesondere bei der Verwendung von druckfesten Behältern bekannt, Chemikalien mit Hilfe von Tauchrohren durch Zuführung von inerten Druckgasen zu entnehmen, so daß keine Pumpen benötigt werden und somit kein Abrieb entstehen kann. Aus DE 36 36 886 ist ein Transportbehälter für flüssige, hochreine Chemikalien mit einem zweischaligen Innenbehälter bekannt, dessen innerste Auskleidung aus einem Fluorkunststoff besteht. Dieser Transportbehälter ist durch seinen mehrschaligen Aufbau so dimensioniert, daß er mit einem Druck beaufschlagt werden kann. Nachteilig ist jedoch, daß einerseits zur Herstellung solcher Innenauskleidungen nur spezielle Fluorkunststoffe geeignet sind, die in aufwendigen und daher teuren Verfahren hergestellt werden müssen, und daß andererseits die Verarbeitbarkeit dieser Kunststoffe erschwert ist, da aufgrund der hohen Reinheitsanforderungen an die zu transportierenden Chemikalien dem Kunststoff keine beliebigen Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt werden können und eine Kontamination durch Werkzeuge und Umwelteinflüsse weitgehend minimiert werden muß.

Bei der Materialauswahl für die Herstellung massiver Transportbehälter muß der polymere Werkstoff neben der Beständigkeit gegen mögliches Auslaugen und Verspröden durch zu transportierende Chemikalien zusätzlich sowohl eine ausreichende Steifigkeit als auch eine gewisse Elastizität aufweisen, so daß aus dem Werkstoff hergestellte Behälter gegenüber Druck und Stoß unempfindlich und stabil sind und weder zur Verformung noch zur Rißbildung neigen. Weiterhin müssen diese Materialeigenschaften auf Dauer erhalten bleiben, so daß auch bei längerer Lagerung sowohl die Reinheit der zu transportierenden Chemikalien als auch die Behältereigenschaften erhalten bleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen geeigneten Werkstoff zur Herstellung von Transportbehältern für flüssige, hochreine Chemikalien und des notwendigen Equipments zur Verfügung zu stellen, der preiswert herzustellen ist, während der Synthese in hoher Reinheit erhalten wird, keine oder nur in sehr geringer Konzentration Polymerisationskatalysatoren enthält, sich in einfacher Weise möglichst ohne Zusatz von Verarbeitungshilfsmitteln verarbeiten läßt, bzw. nur solche Verarbeitungshilfsmittel enthält, die sich im Gebrauch nicht störend auswirken, oder die durch die zu transportierenden Chemikalien nicht aus dem Werkstoff ausgelaugt werden. Aufgabe der Erfindung ist es auch, einen geeigneten polymeren Werkstoff zur Verfügung zu stellen, aus dem sowohl massive Lager- und Transportbehälter für flüssige, hochreine Chemikalien als auch Auskleidungen für entsprechende Behälter, die mit Druck beaufschlagt werden können, herstellbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung von HD-Polyethylen (HD = high density) zur Herstellung von massiven Lager- und Transportbehältern für flüssige, hochreine Chemikalien für die Elektronikindustrie, des dazugehörigen Equipments, sowie von Auskleidungen für entsprechende Behälter, die mit Druck beaufschlagt werden können, und des hierzu benötigten Equipments. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung von HD-Polyethylen mit einer spezifischen Dichte von 0,940-0,970 g/cm³, insbesondere von 0,942-0,961 g/cm³.

Als Werkstoffe für Behälter in denen hochreine Säuren oder Basen transportiert werden sollen kommen nach gängiger Meinung nur Kunststoffe in Frage, die auf fluorierten Kohlenwasserstoffen basieren. Solche Werkstoffe sind beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluor-Alkoxy-Polymere (PFA), Polyvinylidenfluoride (PVDF), oder Poly(ethylen-Chlor-trifluorethylen) (ECTFE) und werden im allgemeinen Sprachgebrauch mit dem bekannten Warenzeichen "Teflon" umschrieben. Für den Fachmann sind unter diese Begriff fallende Kunststoffe gegenüber dem Einfluß von aggressiven Chemikalien, wie besonders starke Säuren oder Basen aber auch gegenüber Temperatureinflüssen unempfindlich. Es handelt sich bei diesen Kunststoffen um teure, und daher nicht wirtschaftliche Materialien.

Versuche haben nun überraschenderweise gezeigt, daß auch nicht fluorierte Kunststoffe zur Herstellung qualitativ hochwertiger Transportbehälter und des dazu gehörenden Equipments, wie z. B. Tauchrohre, Teile von Pumpen und Schläuche, für flüssige, hochreine Chemikalien für die Elektronikindustrie verwendet werden können. Als besonders geeignete Werkstoffe für die gewünschte Verwendung haben sich ausgewählte HD-Polyethylene (high density polyethylen) erwiesen, und zwar solche Polyethylene mit einer spezifischen Dichte im Bereich von 0,940-0,970 g/cm³, insbesondere von 0,942-0,961 g/cm³. Weiterhin zeichnen sich diese Polyethylenqualitäten in der Analyse durch einen besonders niedrigen Gehalt an Katalysatorresten aus. Daher werden von diesen Werkstoffen im Vergleich zu anderen im Kontakt mit sowohl basischen als auch sauren, hochreinen Chemikalien besonders geringe Mengen ionischer Verunreinigungen abgegeben. Auch werden im Kontakt mit Chemikalien vergleichsweise wenig Partikel durch Wechselwirkungen zwischen den Chemikalien und dem Werkstoff erzeugt. Dieses ist besonders wichtig im Hinblick auf die Verwendung des Werkstoffs für die Herstellung des Equipments zum Befüllen und zur Entnahme der Chemikalien. Diese Werkstoffe sind überraschenderweise sowohl zur Herstellung von Tauchrohren als auch für die Herstellung von Pumpen geeignet, die für die Entnahme der hochreinen Chemikalien aus drucklosen Transportbehältern und zum Fördern an den Verarbeitungsplatz benötigt werden.

Dieses war besonders überraschend, da sich entsprechende andere Polyethylen-Werkstoffe, die bereits seit langen Jahren für den Gefahrguttransport bewährt haben, als nicht geeignet für den Transport und die Lagerung von hochreinen, flüssigen Chemikalien eignen. Im Test wurde bei diesen Kunststoffen sowohl eine zu hohe Partikelabgabe als auch eine nicht akzeptable Abgabe von ionogenen Verunreinigungen ermittelt.

Als besonders geeignete Werkstoffe für den genannten Zweck haben sich Polyethylen-Werkstoffe erwiesen, die von der Firma BASF unter dem Warenzeichen Lupolen im Handel vertrieben werden. Insbesondere haben sich in Lagertests aus dieses Gruppe von Polyethylenspezifikationen Werkstofftypen als geeignet erwiesen, die unter den Bezeichnungen Lupolen 6021 D, Lupolen 5021 D, Lupolen 4261 A Q149, und Lupolen 4261 A Q135 im Handel erhältlich sind.

Für die erfindungsgemäße Verwendung sind diese Werkstoffe besonders geeignet, weil sie extrudierbar sind, sich aber auch ohne Qualitätsverlust verschweißen lassen. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, durch Verschweißen von geeigneten Platten aus diesem Werkstoff Behälter in nahezu beliebiger Größe herzustellen. Durch auf einer Seite dieser Platten aufgebrachtes, und im Werkstoff verankertes Textilgewebe, ist es möglich, relativ dünnwandige Innenbehälter vorzufertigen. Durch Aufbringen von glasfaserverstärktem Polyesterharz ist es möglich, in sich stabile Behälter herzustellen, die bei entsprechender Auslegung der Druckbehälterverordnung gerecht werden. Im Aufbau weisen diese Behälter folglich eine zweischalige Bauweise auf. Insbesondere handelt es sich dabei um miteinander verbundene Schalen, wobei die innere Schale aus dem erfindungsgemäß ausgewählten HD-Polyethylen besteht und die äußere Schale aus einem glasfaserverstärkten Polyesterharz. Weiterhin ist es möglich die Oberfläche der hergestellten Behälter nach dem Fachmann bekannten Methoden zu modifizieren, beispielsweise durch Lackieren, Kaschieren oder Dispersionsbeschichten mittels geeigneter Sperrpolymere oder durch Beschichten mit dünnen Metallfolien. Für diesen Zweck geeignete Sperrpolymere sind Polyamid, Polyester, Polyvinylidendifluorid oder Polymere auf der Basis von Acrylnitril. Auf diese Weise kann die Durchlässigkeit für Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten reduziert werden.

Die in den folgenden Tabellen gegebenen Werte sollen die Erfindung näher verdeutlichen, sind aber nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die genannten und untersuchten Polyethylen-Werkstoffe mit der Bezeichnung Lupolen zu beschränken.

Tabelle 1

Freisetzung von kationischen Verunreinigungen aus Polyethylen-Werkstoffen in Gegenwart hochreiner Chemikalien

Tabelle 2

Freisetzung von kationischen Verunreinigungen aus weiteren Polyethylen-Werkstoffen in Gegenwart hochreiner Chemikalien

Claims

1. Verwendung von HD-Polyethylen (HD = high density) zur Herstellung von massiven Lager- und Transportbehältern für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie.

2. Verwendung von HD-Polyethylen zur Herstellung von Auskleidungen von Lager- und Transportbehältern für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie.

3. Verwendung von HD-Polyethylen zur Herstellung des Equipments, insbesondere von Tauchrohren, sowie von Flüssigkeit fördernde Pumpen für Lager- und Transportbehälter für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie.

4. Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Polyethylen mit einer spezifischen Dichte von 0,945-0,970 g/cm³ handelt.

5. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Auskleidung des Lager- und Transportbehälters um einen zweischaligen Innenbehälter handelt, dessen innere Schale aus einem HD-Polyethylen hergestellt wird, welche von einer glasfaserverstärkten Außenschale umhüllt wird.

6. Verwendung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein HD-Polyethylen aus der Gruppe Lupolen 6021 D, Lupolen 5021 D, Lupolen 4261 A Q149, und Lupolen 4261 A Q135 handelt.

7. Lager- und Transportbehälter für hochreinen flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie, hergestellt aus HD-Polyethylen.

8. Auskleidungen für Lager- und Transportbehälter für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie, hergestellt aus HD-Polyethylen.

9. Tauchrohre für die Verwendung in Lager- und Transportbehältern für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie, hergestellt aus HD-Polyethylen.

10. Flüssigkeit fördernde Pumpen für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie, hergestellt aus HD-Polyethylen.