DE60112786T3

DE60112786T3 - Kunststoffrohr mit sperrschicht

Info

Publication number: DE60112786T3
Application number: DE60112786T
Authority: DE
Inventors: Nicola NEGRI; Johan Gons
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: ATE302395T1; EP1336069B1; AU6793601A; DE60112786T2; WO2002001115A1; DE60112786D1; EP1336069A1; EP1336069B2; NL1015537C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr mit einer Sperrschicht, die auf seiner Außenseite aufgebracht ist.
Kunststoffrohre sind als solche nicht in allen Situationen für alle Medien vollständig undurchlässig. Insbesondere aus Polyolefinen, wie Polyethylen und Polypropylen, hergestellte Rohre ermöglichen es Substanzen wie Sauerstoff und bestimmten organischen Substanzen in gewissem Maße hindurchzutreten. Dies kann zu Problemen führen. Wenn Kunststoffrohre für Heizzwecke im Innenbereich verwendet werden, kann Sauerstoff einwärts durch die Rohrwand diffundieren und danach die Metallkomponenten des Heizsystems beeinträchtigen. Wenn Kunststoffrohre als Außenwasserrohre im Boden verwendet werden, der mit organischen Substanzen verunreinigt ist, können diese Substanzen eine nachteilige Wirkung auf die Wasserqualität in dem Rohr haben.
Es ist daher vorgeschlagen worden, dass die Kunststoffrohre für solche Anwendungen mit einer Sperrschicht, insbesondere einer Metallschicht, die vollständig diffusionsbeständig ist, auf der Außenseite versehen werden.
Bekannte Verfahren zum Aufbringen der Metallschicht sind beispielsweise des Wickeln von Metallfolie um das Kunststoffrohr oder das Bilden eines dünnwandigen Metallrohrs und Aufbringen einer Kunststoffschicht auf der Innenseite und/oder Außenseite durch Extrusion. Die Dicke der auf diese Weise aufgebrachten Metallschicht ist jedoch viel größer, als für eine gute Sperrwirkung erforderlich wäre.
Aus der DE-U-298 22 212 ist die Auftragung einer dünnen Sperrschicht aus Siliciumoxid mit einer Dicke von wenigen nm bis μm auf ein Kunststoffrohr mittels physikalischer Ablagerung im Hochvakuum bekannt. Es ist jedoch gefunden worden, dass Rohre dieses Typs eine unzureichende Sperrwirkung haben.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kunststoffrohr mit einer Sperrschicht zu liefern, die auf der Außenseite aufgebracht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Kunststoffrohrs gemäß Anspruch 1 gelöst.
Tests haben gezeigt, dass die Sperrschicht nicht vollständig undurchlässig ist, wenn sich die äußere Oberfläche des Kunststoffrohrs in ihrem üblichen Zustand befindet und die übliche Rauheit hat. Selbst wenn die äußere Oberfläche bei normaler Betrachtungsweise glatt zu sein scheint, wird sich im Mikromaßstab dennoch Unebenheit zeigen, die, wenn eine sehr dünne Metallschicht aufgebracht wird, zu Unterbrechungen der Sperrschicht führt, die dazu führen, dass die Sperrschicht nicht vollständig undurchlässig ist.
Das erfindungsgemäße Kunststoffrohr weist die gewünschte Sperrwirkung bei einer minimalen Dicke der Sperrschicht auf.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 zur Herstellung eines Kunststoffrohrs.
Dieses Verfahren ermöglicht die Aufbringung einer sehr dünnen, diffusionsbeständigen Metallschicht auf ein Kunststoffrohr.
Bevorzugte Ausführungsformen des Kunststoffrohrs und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung wird ausführlicher unter Bezug auf die Zeichnung erläutert, wobei die einzige Figur einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kunststoffrohr zeigt.
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch ein Kunststoffrohr 1, das an seiner Außenseite mit einer dünnen Sperrschicht, wie einer Metallschicht 2, versehen ist. Ein Kunststoffrohr dieses Typs wird beispielsweise innen bei Heizinstallationen oder außen als Wasserrohr im Boden verwendet, welcher mit organischen Substanzen verunreinigt ist. Die Metallschicht versieht das Kunststoffrohr mit den gewünschten Sperreigenschaften.
Das Kunststoffrohr 1 wird beispielsweise aus einem Polyolefin hergestellt, wie Polyethylen, Polypropylen oder Polybutylen.
Die Sperrschicht 2 ist erfindungsgemäß weniger als 1 μm, vorzugsweise weniger als 0,1 μm dick und besteht vorzugsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Aluminiumoxid. Als Alternative zu Aluminium können auch andere Metalle in Frage kommen, wie Kupfer und Zink. Es wäre, falls es sich anbietet, auch möglich, andere Materialien wie Siliciumoxid zu verwenden.
Im folgenden Text wird angenommen, dass eine Metallschicht als Sperrschicht verwendet wird.
Die Metallschicht 2 wird mittels physikalische Dampfablagerung unter Hochvakuum, einer an sich bekannten Technik, auf das Kunststoffrohr 1 aufgebracht.
Um eine gute Adhäsion zwischen der sehr dünnen Metallschicht 2 und dem Kunststoffrohr 1 und/oder einer diffusionsbeständigen Schicht 2 zu erreichen, wird die äußere Oberfläche des Kunststoffrohrs vor der physikalischen Dampfablagerung geglättet. Das Glätten wird vorzugsweise durch die Aufbringung einer Lackschicht, durch Extrusion oder durch Sprühung bewirkt. Die Dicke der Lackschicht beträgt vorzugsweise 10 μm.
Auf der Außenseite wird die Metallschicht vorzugsweise mit einer Schutzschicht 4 versehen, die aus dem gleichen Material wie das Kunststoffrohr 1 bestehen kann. Diese Schutzschicht 4 wird insbesondere zur Verhinderung der mechanischen Beschädigung der sehr dünnen Metallschicht 2 verwendet, jedoch auch, um übermäßige Oxidation dieser Schicht zu verhindern. Die Schutzschicht kann auch mit bestimmten Additiven versehen sein, wie Farbstoffen oder UV-Schutzmitteln, oder sie kann bedruckt sein. Hierdurch kann das Kunststoffrohr für einen speziellen Zweck besser geeignet sein.
Die Schutzschicht auf der Außenseite kann auch aus einer Lackschicht bestehen, die ähnlich der Lackschicht zwischen dem Rohr und der Metallschicht oder vom gleichen Typ ist. Es hat sich herausgestellt, dass die dünne äußere Lackschicht auch die Sperrwirkung verbessert, indem eine mechanische Beschädigung der Metallschicht verhindert wird.
Eine Kombination aus zuerst einer Lackschicht und danach einer Kunststoffschicht liefert sogar noch bessere Ergebnisse.
Die Metallschicht kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich auf das Kunststoffrohr 1 aufgebracht werden.
Bei dem kontinuierlichen Aufbringungsverfahren wird das Kunststoffrohr 1 nacheinander extrudiert, auf der Außenseite geglättet, in einer Reihe von Schritten in aufeinanderfolgenden Vakuumkammern mit einem kontinuierlich steigenden Vakuum auf das gewünschte Hochvakuum gebracht und durch physikalische Dampfablagerung unter Hochvakuum mit einer Metallschicht 2 versehen, wie mit einer Aluminiumschicht. In dem gleichen Verfahren wird mittels in-line-Extrusion auch eine Schutzschicht 4 auf die Außenseite der Metallschicht 2 aufgebracht.
Wenn, wie es möglich erscheint, die Lineargeschwindigkeit des Geräts zur physikalischen Dampfablagerung der Metallschicht höher als diejenige der Maschinen zur Herstellung des Rohrs ist, ist es offensichtlich auch möglich, das inhärent kontinuierliche Verfahren in getrennten Teilen durchzuführen. Zuerst wird das gesamte Rohr extrudiert, gegebenenfalls mit einer glatten äußeren Schicht versehen und aufgespult.
Vorhandene Spulen können dann, falls geeignet von mehreren Maschinen zur Rohrherstellung, abgespult werden und nacheinander in einem kontinuierlichen Verfahren das Dampfablagerungsgerät durchlaufen, nachdem sie gegebenenfalls zuerst mit einer glatten äußeren Schicht versehen worden sind. Dies erleichtert, die optimale Anpassung der unterschiedlichen Kapazitäten aneinander.
Bei dem diskontinuierlichen Aufbringungsverfahren wird das Kunststoffrohr 1 extrudiert und in einem kontinuierlichen Verfahren auf der Außenseite mit einer Lackschicht versehen, und eine bestimmte Länge des auf diese Weise gebildeten Rohrs 1 wird aufgespult, beispielsweise mit einer Wickelmaschine. Danach wird das aufgespulte Rohr 1 unter Hochvakuum gesetzt, abgespult, durch physikalische Dampfablagerung unter Hochvakuum mit einer Metallschicht versehen und wieder aufgespult. In einem anschließenden Schritt kann eine Schutzschicht 4 auch auf die Außenseite der Metallschicht 2 aufgebracht werden, wobei die Schutzschicht eine Lackschicht und/oder eine Kunststoffschicht umfassen kann.
Obwohl das diskontinuierliche Aufbringungsverfahren zeitraubend zu sein scheint, ist es eine einfachere Ausgestaltung, da die erforderliche Versiegelung der aufeinanderfolgenden Vakuumkammern, die das mit einer Metallschicht 2 versehene Kunststoffrohr 1 durchlaufen muss, nicht leicht ohne Beschädigung der Metallschicht 2 zu erreichen ist.

Claims

Kunststoffrohr mit einer Sperrschicht, die auf seiner Außenseite aufgebracht ist, wobei die Dicke der Sperrschicht geringer als 1 μm ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine glatte Zwischenschicht zwischen dem Kunststoffrohr und der Sperrschicht vorhanden ist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1, bei dem das Kunststoffrohr aus thermoplastischem Material hergestellt ist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zwischenschicht eine Lackschicht ist.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Sperrschicht auf der Außenseite mit einer Schutzschicht versehen ist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 4, bei dem die Schutzschicht eine Lackschicht ist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 4, bei dem die Schutzschicht eine Kunststoffschicht ist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 4, bei dem die Schutzschicht, von innen nach außen, eine Lackschicht und eine Kunststoffschicht umfasst.
Kunststoffrohr nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Kunststoffschicht aus dem gleichen Material wie das Kunststoffrohr besteht.
Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Sperrschicht eine Metallschicht umfasst.
Kunststoffrohr nach Anspruch 9, bei dem die Metallschicht aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Aluminiumoxid besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs mit einer auf seiner Außenseite aufgebrachten Metallschicht, die durch physikalische Dampfablagerung unter Hochvakuum aufgebracht wird, wobei die Außenseite des Kunststoffrohrs durch Aufbringung einer Lackschicht geglättet wird, bevor die Metallschicht aufgebracht wird, wobei das Kunststoffrohr ein Rohr gemäß Anspruch 1 ist und die Metallschicht die Sperrschicht ist und die Lackschicht die Zwischenschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Lackschicht in einem kontinuierlichen Vorgang aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Lackschicht durch Extrusion aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Lackschicht durch Sprühung aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Metallschicht auf der Außenseite mit einer Schutzschicht versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem das Kunststoffrohr nacheinander extrudiert, auf der Außenseite geglättet, in einer Reihe von Schritten in aufeinanderfolgenden Vakuumkammern mit einem kontinuierlich steigenden Vakuum auf das gewünschte Hochvakuum gebracht wird und durch physikalische Dampfablagerung unter Hochvakuum mit einer Metallschicht versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem es, nachdem die Metallschicht aufgebracht worden ist, auf der Außenseite mittels in-line-Extrusion mit einer Schutzschicht versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem das Kunststoffrohr extrudiert und auf der Außenseiten geglättet wird, eine bestimmte Länge des Kunststoffrohrs aufgespult wird, in dem aufgespulten Zustand unter Hochvakuum gebracht wird und wieder abgespult wird, durch physikalische Dampfablagerung unter Hochvakuum mit einer Metallschicht versehen wird und wieder aufgespult wird.