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Title:
METHOD FOR COATING PLASTICS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/038913
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing surfaces on substrates made of polymeric hydrocarbons, especially made of polyethylene or polypropylene, which are at least partially fluorinated by pretreating them with fluorine gas. The polymeric hydrocarbons are subsequently coated with an amorphous perfluoropolymer dissolved in fluorinated liquids by means of dipcoating. After tempering, a chemically inert layer results which adheres well and which protects the substrate against aggressive chemical solvents. According to the same method, superficial partially fluorinated tubing made of polyethylene can be coated inside with a thin layer of an amorphous perfluoropolymer and said tubing can then be used as sheathing tubing for fluid light guides.

Inventors:
NATH GUENTHER (DE)
Application Number:
PCT/DE1999/000306
Publication Date:
August 05, 1999
Filing Date:
January 29, 1999
Export Citation:
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Assignee:
NATH GUENTHER (DE)
International Classes:
B65D85/84; C08J7/04; C08J7/12; (IPC1-7): C08J7/12; B65D25/14; C08J7/04; G02B1/06
Domestic Patent References:
WO1992010532A11992-06-25
Foreign References:
US4764405A1988-08-16
DE4233087A11994-04-07
BE1006883A31995-01-17
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Claims:
Anspruchsfassung
1. Verfahren zur Herstellung von Oberflächen auf Substraten aus polymeren Kohlenwasserstoffen, welche durch Behandlung mit fluorhaltigen Mitteln, insbesondere FluorGas, fiuoridiert oder teilfluoridiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Oberflächen mit einem in fluorierten Flussigkeiten loslichen Perfluorpolymer durch Benetzung mit der Lösung beschichtet werden ; b) nach dem Benetzen das fluorierte Lösungsmittel verdampft wird, und c) die auf diese Weise erhaltene beschichtete Oberfläche getempert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächlich fluoridierten Substrate aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächlich fluoridierten Substrate aus anderen polymeren Kohlenwasserstoffen wie Polybutylen, PVC, Polyvinylidenchlorid, Polyurethan, Polycarbonat, Polyester, Polystyrol, Polyamid, Polyacetat, Melamin, Polymethylmethacrylat, Polymethylpenten, Polyoxymethylen, Styrol Acryinitril oder Silikon bestehen.
4. Verfahren nach einem der Anspruche 13, dadurch gekennzeichnet, daß das in der fluorierten Flüssigkeit gelöste Perfluorpolymer amorph ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Perfluorpolymer eines der Materialien Teflon0 AF, Hyflon0 AD, Teflon0 SF oder ein perfluoriertes Fluorelastomer umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den perfluorierten amorphen Polymeren ein flüssiges amorphes Perfluorpolymer wie z. B. ein hochsiedender, hochviskoser Perfluorpolyether (Fomblin0, Galden0) beigemischt ist, welcher nach dem Verdampfen des Lösungsmittels und nach Temperung in der aufgebrachten Schicht verbleibt.
7. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Benetzung in einem Zeitraum von bis zu 2 Stunden erfolgt.
8. Behälter aus polymeren Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus PE und/oder PP oder den in Anspruch 5 erwahnten Materialien, deren innere Oberfläche fluoridiert ist, auf der sich eine Schicht aus einem amorphen Perfluorpolymer befindet.
9. Schlauch aus polymeren Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus PE und/oder PP oder aus den in Anspruch 5 erwähnten Matera lien, dessen innere Oberfläche fluoridiert ist, auf der sich eine Schicht aus einem amorphen Perfluorpolymer befindet.
10. Verwendung eines Behälters gemä# Anspruch 8 zur Aufbewahrung von Chemikalien.
11. Verwendung eines Schlauches gemaf3 Anspruch 9 als Mantelschlauch mit totalreflektierenden Eigenschaften für Flüssig keitslichtleiter.
12. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 17 zur Herstellung von Behältern oder Flüssigkeitslichtleitern.
Description:
VERFAHREN ZUM BESCHICHTEN VON KUNSTSTOFFEN Es ist bekannt, daß im chemischen Labor Behälter aus Kunststoff, wie Flaschen, Ballonflaschen, Weithaisflaschen, Spritzflaschen, Kanister etc. zur Aufbewahrung von flüssigen chemischen Substanzen wie z. B. anorganischen und organischen Lösungsmitteln vielfach Verwendung finden.

Diese Kunststoffbehditer, die meistens aus Polyethylen oder Polypropylen bestehen, haben im täglichen Umgang im Chemielabor den Vorteil, daß sie leichtgewichtig, unzerbrechlich, elastisch und auch besonders kosten- günstig sind.

Diese Kunststoffbehalter aus PE oder PP oder anderen, ähnlichen wasserstoffhaltigen Polymeren haben jedoch den Nachteil, daß sie gegenuber 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 Behäitern aufweisen.

Man kann zur Aufbewahrung derartig aggressiver Lösungsmittel allerdings Behälter aus Glas, Metall oder Teflon (PTFE, 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 Kunststoffbehälter aus PE oder PP durch Fluoridierung behandelt werden, wobei wenigstens ein Teil der oberflächennahen Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert werden (z. B. Behalter aus PE mit teilfluoridierter Oberflache der Fa. Nalgene).

Leider lassen sich mit diesem Verfahren nicht sämtliche oberfächennahen Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzen, so daß die erzeugte Oberflache in ihrer chemischen Schutzwirkung nicht den optimale Effekt aufweist, wie es z. B. der Fal wäre, wenn die Schutzschicht in ihrer Struktur mit Teflon0 PTFE, Teflon0 FEP oder Teflon0 PFA übereinstimmen würde.

Dennoch zeigen diese Behäitnisse aus PE oder PP mit teilfluorierten Innenoberfächen 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 (E)- Schlauch bestehen, dessen innere Oberfläche mit einem amorphen Perfluorpolmer zur Verbesserung der Totalreflektion beschichtet ist (DE 42 33 087 A1).

Es hat sich nun in erfinderischer Weise eine einfache Möglichkeit ergeben, these vielfach im Laborbetrieb verwendeten und verbreiteten Behalter 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 nämiich gezeigt, daß amorphe perfluorierte Fluorpolymere auf einer teilfluorierten Oberfläche aus PE oder PP besonders gut haften, wenn donne 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, u Dicke erzeugen.

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

Neben den Materialien PE und PP werden Behälter oder Schläuche für den Gebrauch im chemischen Labor aber auch aus anderen Polykohlenwasserstoffen hergestellt, deren Oberflachen ebenfalls teilfluoridiert werden können und somit ene gute Haftungsgrundlage fur die Beschichtung mit amorphen Perfluorpolymeren aus flüssiger Phase bilden.

Solche Materialien sind : Polybutylen, PVC, Potyvinylidenchlorid, Polyurethan, Polycarbonat, Polyester, Polystyrol, Polyamid, Polyacetat, Acryl-Butadien-Styrol- Copolymer, Melamin, Polymethylmethacrylat, Polymethylpenten, Polyoxymethylen, Styrol-Acryinitril oder Silikon.

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 fOr 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-Dimethyl-1,3-Dioxol ist, oder ein amorphes Perfluorpolymer der Firma Ausimont, Hfylon (e) AD, ein Copolymer von Tetrafluorethylen mit einem anderen speziellen Dioxol, nämlich 2,2,4-Trifluor-5-trifluormethoxy-1,3- dioxol, wie beschrieben in EPO 803 557 A1 bzw. EPO 633 257, oder TeflonS) SF, ein Copolymer von Tetrafluorethylen mit Hexafluorpropylen (TFE/HFP) oder Perfluorvinylmethylather (TFE/PMVE), wobei der zum TFE copolymerisierte Monomer-Anteil ungewöhnlich hoch ist, d. h. im Bereich von 20-40 Gewichtsprozenten liegt. Es handelt sich hierbei um amorphe Perfluorelastomere. Derartige Copolymere sind in EP 0656 912 B1 beschrieben.

Alle diese hier erwähnten perfluorierten amorphen Polymere lassen sich leicht bei Raumtemperatur in gewissen perfluorierten aliphatischen oder aromatischen Flüssigkeiten wie z. B. in den Fluorinert-Flüssigkeiten FC 72, FC 75 oder FC 77 von 3M lösen, und zwar im Bereich von einigen Gewichtsprozenten.

Zusätzlich kann man zu den Lösungen der oben erwähnten festen amorphen Fluorpolymeren in den FC Flüssigkeiten noch einen flussigen, hochsiedenden (Sp. 270°C) und hochviskosen Perfluorpolyether beimischen (z. B. Fomblin0 oder Galden0 von Firma Ausimont), welcher nach dem Abdunsten der FC Flüssigkeiten sowie nach Temperung in der aufgebrachten Schicht verbleibt und die Elastizität als auch die Haftung der Schicht auf der Substratunterlage günstig beeinflussen kann. Der Gewichtsanteil des Perfluorpolyethers in der Schicht kann bis zu 30% betragen (s. a. WO 98/38538).

Die perfluorierten Schutzschichten im Inneren der Plastikbehälter oder Schläuche mit teilfluorierter Innenoberfläche lassen sich dadurch erzeugen, indem man diese Behälter teilweise mit der flussigen Losung des amorphen Fluorpolymers foliot, diesen Behälter dann einer Schwenk- oder Taumelbewegung unterzieht, so daß seine gesamte Innenoberfläche gleichm5f3ig 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 vllständig abdunstet. Nach Beendigung dieses Vorgangs beobachtet man eine gleichmäßig dicke Schicht von einigen 11 auf der Innenoberfläche des Plastikbehälters bzw. Schlauchs mit guter Haftung auf der teilfluorierten Substratflache.

Eine Erwärmung des offenen Behälters auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Lösungsmittes (# 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 gut haftenden, dichten Films aus dem amorphen Material.

Im Falle des DuPont-Materials Teflon0 AF liegt diese Temperatur im Bereich von ca. 140°C-240°C, je nach Modifikation des Copolymers, und im Falle des Ausimont-Materials Hyflon# AD im Bereich von 100°C- 140°C.

Eine Temperung bis zu diesen hohen Temperaturen hängt natürlich von der thermischen Belastbarkeit des Plastikmaterials ab, aus dem der

Behälter bzw. der Schlauch besteht, aber auch eine Temperung unterhalb der Glasübergangstemperatur verbessert die Haftung.

Eine Beschichtung mit dem Ausimont-Material Hyflon# AD 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 1 Og oder sogar dauber liegen, was mit Teflon@ AF nur mit größerem Aufwand zu erreichen ist.