DE19924650A1

DE19924650A1 - Mehrschalige Vorrichtung zum Lagern und Transportieren von Chemikalien

Info

Publication number: DE19924650A1
Application number: DE19924650A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Hahn; Werner Buettner; Martin Benzinger; Hans Georg Flinner
Original assignee: Merck Patent GmbH; ALTENKIRCHENER KUNSTSTOFF GmbH; Riedel de Haen GmbH
Current assignee: HESSENTALER CONTAINER GMBH, 74523 SCHWAEBISCH HALL,; Merck Patent GmbH
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-14
Also published as: WO2000073154A2; JP2004513844A; WO2000073154A3; KR20020047040A; CA2375200A1; AU5396600A; TW492937B; CN1409678A; EP1261523A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lagern und Transportieren von Chemikalien, insbesondere von flüssigen, hochreinen Chemikalien für die Elektronikindustrie, die mindestens die folgenden Bauelemente aufweist: DOLLAR A a. Einen mehrschaligen Innenbehälter, der eine innere, füllgutseitige Schale aus einem stabilisatorfreien PE-HD und mindestens eine, die innere Schale umschließende Schale aus Polyethylen aufweist, und DOLLAR A b. eine metallfreie Transporteinrichtung aus Kunststoff. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung ein Ko-Extrusionsverfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Lagern und Transportieren von Chemikalien, insbesondere von flüssigen, hochreinen Chemiekalien für die Elektroindustrie, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: DOLLAR A a. Blastechnisches Fertigen eines Hohlkörpers aus einem stabilisatorfreien HD-PE, DOLLAR A b. gleichzeitiges blastechnisches Umschließen des Hohlkörpers aus a) mit mindestens einer Schale aus Polyethylen, DOLLAR A c. Fertigen eines Behälters aus Kunststoff, derart, daß der von mindestens einer Schale aus Polyethylen umschlossene Hohlkörper aus a) darin eingestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrschalige Vorrichtung zum Lagern und Transpor tieren von Chemikalien, insbesondere von flüssigen, hochreinen Chemikalien für die Elektronikindustrie.

Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen werden in vielen Fällen flüssige Chemikalien benötigt, an deren Reinheit hohe Ansprüche gestellt werden. Besonders bei der Herstellung hochintegrierter Mikrochips ist ein hoher Rein heitsgrad erforderlich, bedingt durch die immer kleiner werdenden Abmessungen dieser unter Verwendung von Prozeßchemikalien hergestellten Mikrochips. Gene rell sind die Anforderungen an die Reinheit von flüssigen Spezialchemikalien, z. B. von Prozeßchemikalien für die Elektronikindustrie, in den letzten Jahren stark gestiegen. Es genügt nicht mehr, die Chemikalien in der geforderten Rein heit herzustellen, sondern es muß auch dafür gesorgt werden, daß beim Transport, während der Lagerung und der Handhabung das Produkt nicht mehr verunreinigt wird. Darüber hinaus muß die Lager- und Transportsicherheit gewährleistet sein, da einige dieser Chemikalien aggressiv oder gar toxisch sein können. Ein unbeab sichtiges Ausfließen, beispielsweise aufgrund einer Beschädigung des Transport behälters oder aufgrund von Undichtigkeiten, muß mit höchstmöglicher Sicherheit ausgeschlossen werden. Bei der Lieferung der flüssigen hochreinen Chemikalien kommen aus wirtschaftlichen Gründen nur Großgebinde in Betracht. Diese sollten so beschaffen sein, daß sie eine Kontamination des Behälterinhaltes ausschließen und auch bei rauher Behandlung durch Gabelstapler und dergleichen bruchsicher schützen. Außerdem sollen die Behälter einfach und preiswert herstellbar sein. Sie sollen von Gabelstaplern und anderen üblichen Transportvorrichtungen ohne Transportrisiko bewegt werden können.

Bei der Materialauswahl für derartige Behälter müssen von daher zwei Aspekte berücksichtigt werden. Zum einen soll die Wahl dahingehend gerichtet sein, jegli che Verunreinigungen durch das mit der zu transportierenden bzw. zu lagernden Chemikalie in Kontakt kommende Wandmaterial des Behälters auszuschließen. Neben der Vermeidung der Kontamination der zu transportierenden Chemikalie und der Beständigkeit gegen mögliches Auslaugen durch die zu transportierende Chemikalie muß der Behälter zusätzlich sowohl eine ausreichende Steifigkeit als auch eine gewisse Elastizität aufweisen, so daß der Behälter gegenüber Druck und Stoß unempfindlich und stabil ist und weder zur Verformung noch zur Rißbildung neigt. Weiterhin ist es wünschenswert, daß das Fassungsvermögen des Behälters vergleichsweise groß ist, und seine Fertigung schnell und einfach ist.

Aus der DE 196 28 643 ist bekannt, daß bestimmte Polyethylene, insbesondere unstabilisierte HD-Polyethylene zur Herstellung von Lager- und Transportbehäl tern für flüssige, hochreine Chemikalien für die Elektronikindustrie gut geeignet sind. Insbesondere werden dabei HD-Polyethylene mit einer spezifischen Dichte von 0,940-0,970 g/cm³, insbesondere 0,942-0,961 g/cm³, genannt. Hierzu ge hören insbesondere Polyethylene, die im Handel unter dem Warenzeichen Lupo len vertrieben werden. Darunter seien genannt Lupolen® 6021D, Lupolen® 5021D, Lupolen® 4261AQ149 und Lupolen® 4261AQ135. Gemäß dieses Standes der Technik wurden entsprechende Vorrichtungen durch Verschweißen von aus diesen Materialien bestehenden Platten hergestellt. Die Fertigung derartiger Be hälter war aufgrund der Verschweißung entsprechend extrudierter Platten Zeit- und kostenaufwendig. Darüber hinaus konnten aufgrund der Verschweißung und der dabei entstehenden Schweißnähte die qualitätserhaltenen Eigenschaften von Lupolen® 6021 D nicht in zufriedenstellender Weise gewährleistet werden. Ande rerseits gelang es bisher nicht, monoblasextrudierte Transportbehälter mit einem Volumen von z. B. 200 l blastechnisch herzustellen, bzw. erfüllten diese so herge stellten Behälter die mechanischen Anforderungen der Gefahrgutverpackungsprü fung nicht.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Vorrichtung zum Lagern und Transportieren von Chemikalien, insbesondere von hochreinen, flüs sigen Chemikalien für die Elektronikindustrie und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitzustellen, die den oben genannten Erfordernissen gerecht werden und darüber hinaus eine einfache und schnelle Fertigung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten und Vorteile werden in den Unteransprüchen angegeben.

Demgemäß wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Lagern und Transportie ren von Chemikalien, insbesondere von flüssigen, hochreinen Chemikalien für die Elektronikindustrie bereitgestellt, die mindestens die folgenden Bauelemente auf weist:

a) einen mehrschaligen Innenbehälter, der eine innere, füllgutseitige Schale aus einem stabilisatorfreien PE-HD und mindestens eine, die innere Schale umschließende Schale aus Polyethylen aufweist, und
b) eine metallfreie Transporteinrichtung aus Kunststoff.

Unter stabilisatorfreiem HD-PE wird im Rahmen dieser Erfindung HD-PE ver standen, das ohne jede Verwendung der normalerweise üblichen Stabilisatoren hergestellt wurde. Normalerweise übliche Stabilisatoren sind insbesondere Anti oxidantien, die dem Fachmann bekannt sind (siehe z. B. Kunststoffe 78(2), 142 (1988)).

Erfindungsgemäß wird zur Herstellung einer Vorrichtung zum Lagern und Trans portieren einer Hochreinchemikalie die Methode der Mehrschichtblasextrusion bzw. der Koextrusion gewählt. Dabei wird erfindungsgemäß die mechanisch schwache, hochreine innerste Schale aus stabilisatorfreiem HD-PE füllgutseitig eingesetzt, während das Material der mindestens einen die innere Schale um schließende Schale ein frei wählbares, bekanntes, extrudierbares Material, wie z. B. herkömmliche HD-PEs der Dichte 0,94-0,97 g/cm³, wie z. B. Lupolen® 4261AQ135 oder Lupolen® 5261Z, sowie die entsprechenden Hostalen®-Produkte umfaßt. Die Methode der Mehrschichtblasextrusion erlaubt es, den Innenbehälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem kontinuierlichen Arbeitsgang her zustellen. Dadurch lassen sich im Vergleich zu den bislang verwendeten Schweißverfahren erhebliche Kosten und auch Zeit einsparen. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine wesentlich höhere Druck- und Fallfestigkeit als bisher bekannte Behälter, da sie aus einem Stück gefertigt ist und keine Schweißnähte oder ähnliche Schwachstellen aufweist. Bei der Koextrusion werden in der Extrusionsdüse mehrere Schichten Polymerschmelze übereinander gelegt und miteinander verbunden. Solche Mehrschichtdüsen haben mehrere Schmelzeingänge und einen gemeinsamen Ausgangskanal.

Erfindungsgemäß wird der mehrschalige Innenbehälter der Vorrichtung in eine metallfreie Transporteinrichtung aus Kunststoff eingestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei der metallfreien Transporteinrichtung um eine Vollkunststofftransport box aus metallfreiem Kunststoff. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Transportbox eine integrierte Palette zum Schutz vor Transportschäden auf. Der Innenbehälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhält durch die inte grierte Palette mehr Stabilität und Halt.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem stabilisatorfreien HD-PE um ein Polyethy len mit einer spezifischen Dichte in einem Bereich von 0,940 bis 0,970 g/cm³, insbesondere von 0,942 bis 0,961 g/cm³, besonders bevorzugt von 0,946 bis 0,960 g/cm³, das im Kontakt mit hochreinen, flüssigen Chemikalien besonders geringe Mengen an Partikeln als Verunreinigungen abgibt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem stabili satorfreien HD-PE um ein Polyethylen mit einer spezifischen Dichte in einem Bereich von 0,940 bis 0,970 g/cm³, insbesondere von 0,942 bis 0,961 g/cm³, be sonders bevorzugt von 0,946 bis 0,960 g/cm³, das sowohl im Kontakt mit basi schen, neutralen und sauren, hochreinen Chemikalien mindestens eine der folgen den ionischen Verunreinigungen wie folgt abgibt:
Al ≦ 60 ng/g,
Ca ≦ 60 ng/g,
Fe ≦ 63 ng/g,
Mg ≦ 16 ng/g,
Ti ≦ 4 ng/g,
Zn ≦ 6 ng/g,
Mn ≦ 0,3 ng/g,
Cu ≦ 1,5 ng/g.

Die unstabilisierten HD-PEs zeichnen sich ferner durch einen niedrigen Gehalt an Katalysatorresten aus, was bewirkt, daß von diesen Werkstoffen sowohl im Kon takt mit basischen als auch mit sauren, hochreinen Chemikalien besonders geringe Mengen ionischer Verunreinigungen abgegeben werden. Darüber hinaus werden vergleichsweise wenige Partikel durch irgendeine Wechselwirkung zwischen den zu lagernden oder zu transportierenden Chemikalien und dem Werkstoff erzeugt. Vorzugsweise verhält sich der Gehalt an Partikeln wie folgt:
Partikel mit einer Größe ≦ 0,5 µm: Gehalt ≦ 5/ml Flüssigkeit,
Partikel mit einer Größe ≦ 0,2 µm: Gehalt ≦ 50/ml Flüssigkeit,
Partikel mit einer Größe ≦ 0,1 µm: Gehalt ≦ 500/ml Flüssigkeit.

Besonders bevorzugt wird das HD-PE, das unter der Marke Lupolen® 4261AQ149 vertrieben wird, eingesetzt. Die Reinheit für Hochreinchemikalien ist bei diesem Werkstoff gegeben. Darüber hinaus ist dieses Material gut extrudier bar.

Vorzugsweise ist mindestens eine weitere Schicht der Vorrichtung, vorzugsweise die äußerste Schicht aus einem extrudierbaren Polymer oder Copolymer gefertigt, vorzugsweise aus einem HD-PE mit einer spezifischen Dichte in einem Bereich von 0,940 bis 0,970 g/cm³, insbesondere von 0,942 bis 0,961 g/cm³, besonders bevorzugt von 0,946 bis 0,960 g/cm³.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die äußerste Schicht mindestens ein HD-PE aus der Gruppe Lupolen® 5261 D, Lupolen® 4261AQ135, Hostalen® GM6255, Fina® 56020, Borealis® 8214, Stamylan® 7731 und 7890, Daplen® AH 5493 oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der HD-PE dieser Gruppe.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die äußerste Schicht Pigmente, die die Schicht gegen UV-Licht schützen. Somit wird insbesondere beim Transport der Vorrichtung jegliche Beschädigung der Vorrichtung durch Lichteinstrahlung verhindert. Die Schicht behält ihre mechanisch stabilen Eigenschaften. Vorzugs weise wird hier als Pigment Ruß verwendet, aber auch Quarz, gebräuchliche Ma ster-Batches und andere übliche Pigmente, wie beispielsweise Cu-phthalocyanin oder TiO₂, sowie organische UV-Stabilisatoren und Biphenylverbindungen kön nen eingesetzt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die äußerste Schicht verstärkt, um z. B. mittels Glasfasern oder durch Zusatz weiterer mecha nisch stabiler Materialien, wie z. B. Polymere, so die Druck-, Fall- und Stoßfestig keit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch zu verstärken. Vorzugsweise sind in die äußerste Schicht zur Ermöglichung der Verstärkung Polyamidplättchen ein gearbeitet. So lassen sich z. B. PE-Composites, wie z. B. Selar einarbeiten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zweischalig aufgebaut. Die innerste, vorzugsweise aus Lupolen® 4261AQ149 gefertigte Schale trägt dabei zur Wanddicke vorzugsweise 20% bis 40% bei, während die äußerste Schicht entsprechend 60% bis 80% beiträgt. Diese Konfiguration hat sich als besonders stabil erwiesen.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens drei Schichten auf, wobei die mindestens eine mittlere Schicht aus produktionsbe dingten Abfällen besteht. Es handelt sich dabei um die sogenannten Butzenabfäl le; das sind diejenigen Teile, die bei dem "Fertig-in-Form-bringen" der Vorrich tung am oberen und unteren Ende abfallen.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Öffnung, vorzugsweise mehrere Öffnungen auf. Besonders bevorzugt ist dabei ein Öff nungsdurchmesser von ≦ 150 mm, vorzugsweise ≦ 70 mm. Die Öffnungen dienen zur Aufnahme von Tauchrohren oder Spundstopfen. Diese werden vorzugsweise aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gefertigt: PE-HD, Perfluoral koxy-Polymere (PFA), Polypropylen, PVdF und perfluoriertes Polyethylenpro pylen (FEP).

Die Öffnungen können durch Einlegen besonderer Formteile in die Blasform oder über entsprechende Adapter unterschiedlicher Entnahmesysteme, wie Tauchrohre oder Kupplungssysteme, angepaßt werden. Dadurch wird eine kontaminierungs arme Befüllung und/oder Produktentnahme der bzw. aus den Behältern ermög licht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat ein Füllvermögen ≧ 200 l, besonders bevorzugt ein Füllvermögen von ≧ 500 l. Durch die Herstellung der Vorrichtung mit Hilfe der Technik der Mehrschichtblasextru sion und durch die zusätzliche Vorsehung einer metallfreien Transporteinrichtung ist es möglich, einfach und schnell eine Vorrichtung zum Transport und zur Lage rung von Hochreinchemikalien herzustellen, die den Sicherheitsanforderungen genügt. Dies bedeutet erhebliche Kosten- und Zeitersparnisse.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die metallfreie Trans porteinrichtung derart ausgestaltet, daß sie den mehrschaligen Innenbehälter voll ständig umschließen kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der metallfreien Transporteinrichtung um eine metallfreie Vollkunststofftransportbox, in welche der mehrschalige Innenbehälter eingestellt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Transportbox aus einem LLD-PE gefertigt. Die Her stellung der Box erfolgt dabei nach einem Zweischicht-Verfahren, wobei sowohl die Außenschicht als auch die Innenschicht rotationsgesintert und unter Verwen dung von z. B. mit Pentan oder Hexan versetzten LLD-PE Granulat geschäumt werden. Diese Transportbox ist vorzugsweise mit einem Schutzdeckel versehen, der vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt ist, und mit dessen Hilfe die Transportbox vollständig verschlossen werden kann, so daß der sich darin befind liche Innenbehälter vollständig nach außen geschützt ist. Wie bereits erwähnt weist die Transportbox zur zusätzlichen Stabilisierung vorzugsweise in ihrem In nenraum eine Palette auf, die den Innenbehälter vor Transportschäden schützt.

Vorzugsweise wird die Transportbox durch Rotationssinterung hergestellt. Be dingt durch das Herstellungsverfahren ist es möglich, eine fallfeste und preiswert herstellbare Box herzustellen.

Ferner betrifft die Erfindung ein Ko-Extrusionsverfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Lagern und Transportieren von Chemikalien, insbesondere von flüssigen, hochreinen Chemikalien für die Elektronikindustrie, wobei das Verfah ren mindestens die folgenden Schritte aufweist:

a) Blastechnisches Fertigen eines Hohlkörpers aus einem stabilisator freien HD-PE;
b) Gleichzeitiges blastechnisches Umschließen des Hohlkörpers aus a) mit mindestens einer Schale aus Polyethylen (Ko-Extrusion),
c) Fertigen eines Behälters aus Kunststoff derart, daß der von minde stens einer Schale aus Polyethylen umschlossene Hohlkörper aus a) darin eingestellt werden kann.

Vorzugsweise wird der Plastifizierungsschritt innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Inertgas-Überlagerung durchgeführt. Vorzugsweise wird hierbei Stickstoff als Inertgas eingesetzt. Das bedeutet, daß im Falle der blastechnischen Herstellung als Blasgas nicht Luft sondern das entsprechende Inertgas, vorzugs weise Stickstoff verwendet wird.

Durch die Überlagerung von Stickstoff während der Herstellung der erfindungs gemäßen Vorrichtung wird der aus der Umgebungsluft stammende Sauerstoff verdrängt, bzw. von dem zur Herstellung benötigten Polyethylen abgeschirmt, so daß oxidative Störungen des unstabilisierten Polyethylens bei den einzelnen Ver fahrensschritten vermieden werden. Bei den oxidativen Störungen kann es sich beispielsweise um durch eingelagerte Sauerstoffmoleküle hervorgerufene Git terstörungen oder um die bereits erwähnten Knotenbildungen handeln.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, einfach und schnell eine mehrschalige erfindungsgemäße Vorrichtung herzustellen. Es bedarf quasi nur eines einzigen kontinuierlichen Arbeitsganges, um den Innenbehälter zu for men. Nachträgliches Verschweißen von vorgefertigten Platten entfällt und somit natürlich auch das Auftreten von Schweißnähten an der fertigen Vorrichtung. Durch das unmittelbare Aufeinanderbringen der verschiedenen Schichten noch während deren Herstellung wird eine besondere Stabilität und ein besonders fester Kontakt zwischen den einzelnen Schichten geschaffen.

Claims

1. Vorrichtung zum Lagern und Transportieren von Chemikalien, insbeson dere von flüssigen, hochreinen Chemikalien für die Elektronikindustrie, die mindestens die folgenden Bauelemente aufweist:

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbe hälter der Vorrichtung blastechnisch hergestellt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter der Vorrichtung durch Blasextrusion hergestellt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem stabilisatorfreien PE-HD um ein Polyethylen mit einer spezifischen Dichte in einem Bereich von 0,940 bis 0,970 g/cm³ handelt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem stabilisatorfreien PE-HD um ein Polyethylen handelt mit einer spezifischen Dichte in einem Bereich von 0,940 bis 0,970 g/cm³, das im Kontakt mit Chemikalien mindestens eine der folgen den ionischen Verunreinigungen wie folgt abgibt:
Al ≦ 60 ng/g,
Ca ≦ 60 ng/g,
Fe ≦ 63 ng/g,
Mg ≦ 16 ng/g,
Ti ≦ 4 ng/g,
Zn ≦ 6 ng/g,
Mn ≦ 0,3 ng/g,
Cu ≦ 1,5 ng/g.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die metallfreie Transporteinrichtung eine Transportbox aus metallfreiem Kunststoff ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorrichtung ein Fassungsvermögen von mindestens 200 l aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die metallfreie Transporteinrichtung derart ausgestaltet ist, daß sie den Innenbehälter vollständig umschließen kann.

9. Ko-Extrusionsverfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Lagern und Transportieren von Chemikalien, insbesondere von flüssigen, hochrei nen Chemikalien für die Elektronikindustrie, die mindestens einen mehr schaligen Innenbehälter und mindestens eine metallfreie Transportein richtung, wie jeweils in Anspruch 1 definiert, umfaßt, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:

a) Blastechnisches Fertigen eines Hohlkörpers aus einem stabilisator freien HD-PE;
b) Gleichzeitiges blastechnisches Umschließen des Hohlkörpers aus a) mit mindestens einer Schale aus Polyethylen,
c) Fertigen eines Behälters aus Kunststoff derart, daß der von minde stens einer Schale aus Polyethylen umschlossene Hohlkörper aus a) darin eingestellt werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt a) und b) unter Inertgasatmosphäre ausgeführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) der Behälter rotationsgesintert wird.