DE19803488A1 - Verfahren zum Beschichten von Kunststoffen auf Basis von Polykohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß im chemischen Labor Behälter aus Kunststoff, wie Flaschen, Ballonflaschen, Weithalsflaschen, Spritzflaschen, Kanister etc. zur Aufbewahrung von flüssigen chemischen Substanzen wie z. B. anorganischen und organischen Lösungsmitteln vielfach Verwendung finden.

Diese Kunststoffbehälter, die meistens aus Polyethylen oder Polypropylen bestehen, haben im täglichen Umgang im Chemielabor den Vorteil, daß sie leicht­ gewichtig, unzerbrechlich, elastisch und auch besonders kostengünstig sind.

Diese Kunststoffbehälter aus PE oder PP oder anderen, ähnlichen wasserstoff­ haltigen Polymeren haben jedoch den Nachteil, daß sie gegenüber vielen aggressiven, hauptsächlich organischen Lösungsmitteln wie aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen oder halogenisierten Kohlenwasserstoffen oder Ketonen, Aldehyden sowie starken Oxidationsmitteln nicht die erforderliche oder wünschenswerte Langzeitbeständigkeit hinsichtlich Diffusion, Quellung oder Extraktion von Substanzen aus den Behältern aufweisen.

Man kann zur Aufbewahrung derartig aggressiver Lösungsmittel allerdings Behälter aus Glas, Metall oder Teflon (PFFE, FEP, PFA) verwenden, was aber mit Nachteilen wie Zerbrechlichkeit (bei Glas), höherem Gewicht und höheren Kosten verbunden ist. Es hat sich aus diesem Grund im Laufe der letzten Jahre in der Laborartikel-Praxis ein Verfahren entwickelt, bei dem die inneren, in Kontakt mit den Lösungsmitteln stehenden Oberflächen der wasserstoffhaltigen Kunststoff­ behälter aus PE oder PP durch Fluoridierung behandelt werden, wobei wenigstens ein Teil der oberflächennahen Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert werden.

Leider lassen sich mit diesem Verfahren nicht sämtliche oberflächennahen Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzen, so daß die erzeugte Oberfläche in ihrer chemischen Schutzwirkung nicht den optimalen Effekt aufweist, wie es z. B. der Fall wäre, wenn die Schutzschicht in ihrer Struktur mit Teflon® PTFE, Teflon® FEP oder Teflon® PFA übereinstimmen würde.

Dennoch zeigen diese Behältnisse aus PE oder PP mit teilfluorierten Innenober­ flächen gegenüber den nicht behandelten Behältern eine erhöhte chemikalische Beständigkeit, vor allem gegenüber Kohlenwasserstoffen, auch halogenierten Kohlenwasserstoffen und Ketonen.

Es sind ferner Flüssigkeitslichtleiter bekannt, welche aus einem Teflon®-Schlauch bestehen, dessen innere Oberfläche mit einem amorphen Perfluorpolymer zur Verbesserung der Totalreflexion beschichtet ist (DE 42 33 087 A1).

Es hat sich nun in erfinderischer Weise eine einfache Möglichkeit ergeben, diese vielfach im Laborbetrieb verwendeten und verbreiteten Behälter aus PE oder PP mit teilfluorierter Innenoberfläche in dem Sinne nachzubehandeln, daß eine perfluorierte Innenhaut oder Schicht entsteht, welche die optimale und wünschenswerte Chemikalienbeständigkeit aufweist.

Es hat sich nämlich gezeigt daß amorphe perfluorierte Fluorpolymere auf einer teilfluorierten Oberfläche aus PE oder PP besonders gut haften, wenn dünne Schichten aus diesen perfluorierten amorphen Materialien aus Lösung durch einfaches Benetzen der Oberfläche mit der Lösung und anschließender Abdunstung des Lösungsmittels hergestellt werden. Auf diese Weise lassen sich Schichten von mehreren µ Dicke erzeugen.

Wenn die Oberflächen der PE- oder PP-Behältnisse nicht vorher fluoridiert werden, haften die Schichten aus perfluorierten amorphen Fluorpolymeren nicht, bzw. wesentlich schlechter.

Die gleichen Überlegungen gelten für Flüssigkeitslichtleiter, deren Schlauch aus Polykohlenwasserstoffen, insbesondere aus PE oder PP besteht, deren innere Oberfläche fluoridiert wurde.

Als perfluorierte amorphe Fluorpolymere für die Aufbringung der zusätzlichen Schutzschicht auf teilfluorierte Substratoberflächen aus PE oder PP aus Lösung eignen sich die folgenden Substanzen: Teflon® AF von DuPont, welches ein Copolymer von Tetrafluorethylen mit Perfluoro-2,2-Dimethy(-1,3-Dioxol ist, oder ein amorphes Perfluorpolymer der Fa. Ausimont, ein Copolymer von Tetrafluorethylen mit einem anderen speziellen Dioxol, wie beschrieben in EPO 803 557 A1 bzw. EPO 633 257, oder Teflon® SF, ein Copolymer von Tetrafluorethylen mit Hexafluorpropylen (TFE/H FP) oder Perfluorvinylmethyläther (TFE/PMVE), wobei der zum TFE copolymerisierte Monomer-Anteil ungewöhnlich hoch ist, d. h. im Bereich von 20-40 Gewichtsprozenten liegt. Derartige Copolymere sind in EP 0656 912 B1 beschrieben.

Alle diese hier erwähnten perfluorierten amorphen Polymere lassen sich leicht bei Raumtemperatur in perfluorierten aliphatischen oder aromatischen Flüssigkeiten wie z. B. in FC 75 von 3M lösen, und zwar im Bereich von einigen Gewichtsprozen­ ten.

Die perfluorierten Schutzschichten im Inneren der Plastikbehälter oder Schläuche mit teilfluorierter Innenoberfläche lassen sich nun dadurch erzeugen, indem man diese Behälter teilweise mit der flüssigen Lösung des amorphen Fluorpolymers füllt, diesen Behälter dann einer unregelmäßigen Schwenk- oder Taumelbewe­ gung unterzieht, so daß seine gesamte Innenoberfläche gleichmäßig benetzt wird, und unter Beibehaltung der Taumelbewegung des Behälters dafür sorgt, evtl. unter Zuhilfenahme eines warmen Luftstroms, daß das Lösungsmittel, z. B. FC 75, möglichst vollständig abdunstet. Nach Beendigung dieses Vorgangs beobachtet man eine gleichmäßig dicke Schicht von einigen µ auf der Innenoberfläche des Plastikbehälters bzw. Schlauchs mit guter Haftung auf der teilfluorierten Substratfläche.

Eine Erwärmung des offenen Behälters auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels (-100°C bei FC 75) sorgt für restlose Abdampfung des Lösungsmittels bei gleichzeitiger Verbesserung der Haftung der Schicht auf der Unterlage. Eine weitere Erwärmung bis oberhalb der Glasübergangstemperatur des amorphen Fluorpolymers ist empfehlenswert zur Erzielung eines geschlossenen und dichten Films aus dem amorphen Material.

Im Falle des DuPont-Materials Teflon® AF liegt diese Temperatur im Bereich von ca. 140°C-240°C, je nach Modifikation des Copolymers, und im Falle des Ausimont-Materials im Bereich von 100°C-140°C.

Diese Erwärmung hängt natürlich von der thermischen Belastbarkeit des Plastikmaterials ab, aus dem der Behälter bzw. der Schlauch besteht.

Eine Beschichtung mit dem Ausimont-Material weist im Hinblick auf diese Temperung Vorteile auf. Ein weiterer Vorteil des Ausimont-Materials besteht darin, daß es im Vergleich zu Teflon® AF eine erhöhte Löslichkeit in den perfluorierten Flüssigkeiten (FC 75) besitzt, so daß auch größere Schichtdicken zu erzielen sind, die nahe 10 µ oder sogar darüber liegen, was mit Teflon® AF nur mit größerem Aufwand zu erreichen ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Oberflächen auf polymeren Kohlenwasserstoffen, insbesondere Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP), welche durch Behandlung mit fluorhaltigen Mitteln, insbesondere Fluor- Gas, fluoridiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Oberflächen mit einer flüssigen Lösung eines amorphen Perfluorpolymeren benetzt werden;
• b) nach dem Benetzen das Lösungsmittel verdampft wird, und
• c) die auf diese Weise erhaltene beschichtete Oberfläche bei Temperaturen bis über die Glasübergangstemperatur des amorphen Perfluorpolymers erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Benetzung in einem Zeitraum von bis zu 2 Stunden erfolgt.

3. Behälter aus polymeren Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus PE und/oder PP, deren innere Oberfläche fluoridiert ist, auf der sich eine Schicht aus einem amorphen Perfluorpolymer befindet.

4. Schlauch aus polymeren Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus PE und/oder PP, dessen innere Oberfläche fluoridiert ist, auf der sich eine Schicht aus einem amorphen Perfluorpolymer befindet.

5. Verwendung eines Behälters gemäß Anspruch 3 zur Aufbewahrung von Chemikalien.

6. Verwendung eines Schlauches gemäß Anspruch 4 als Mantelschlauch mit totalreflektierenden Eigenschaften für Flüssigkeitslichtleiter.

7. Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Behältern oder Flüssigkeitslichtleitern.