DE3632748C2 - - Google Patents

Description

Dem zunehmenden Einsatz meist blasgeformter Kunststoffhohlkörper in den unterschiedlichsten Bereichen sind durch die teilweise unzureichenden Sperreigenschaften der Kunststoffe gegen Gas, Dämpfe oder organische Flüssigkeiten Grenzen gesetzt. Zur Ver­ besserung der Barriereeigenschaften sind mehrere Verfahren ent­ wickelt worden. Eine Reihe von Verfahren basiert auf der Modi­ fikation von Kunststoffen (Copolymerisation, Änderung der Mor­ phologie). Andere Verfahren arbeiten mit dem Aufbau von Mehr­ schichtsystemen (Lamellenstrukturen, Coextrusion, Lackieren). Gerade im Bereich großvolumiger Hohlkörper - als Behältnisse für Kohlenwasserstoffe - wird eine chemische Veränderung der Oberfläche durch Sulfonieren oder Fluorieren angestrebt. Vor allem die letztgenannten Verfahren verlangen einen hohen si­ cherheitstechnischen Aufwand, da hierbei prozeßbedingt mit ag­ gressiven Flüssigkeiten und Gasen (Flußsäure, Schwefelsäure, Fluorgas) gearbeitet werden muß. Außerdem bereitet die Ent­ sorgung der Prozeßabfälle große Probleme und ist mit einem erheblichen finanziellen Aufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die Möglichkeit bietet, Hohlkörper aus Kunst­ stoffen oder anderen nicht mikrowellenaktiven Materialien (z. B. Glas) mit diffusionshemmenden Schichten zu versehen. Hierdurch sollen zum einen Diffusionssperrwirkungen erreicht werden, wie sie mit Verfahren wie Sulfonieren und Fluorieren erzielt werden, zum anderen sollen deren prinzipielle Nachteile vermieden und dadurch das Beschichtungsverfahren kostengünstiger gestaltet werden.

Die Erfindung ermöglicht die Beschichtung von Hohlkörpern, die nur eine Öffnung besitzen. Das in DE 32 22 189 Al beschriebene Verfahren weist z. B. den Nachteil auf, daß damit nur Rohre innenbeschichtet werden können und in dem im US-Patent 43 66 208 dargestellten Verfahren sogar nur flächige, ebene Substrate.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1-14 gelöst.

Bei einer möglichen Ausführung des Verfahrens wird der zu beschichtende Hohlkörper in eine Vakuumkammer eingebracht, die gleichzeitig als Mikrowellenapplikator ausgebildet ist. Die Beschichtung erfolgt mit dem Verfahren der Plasmapolymerisation. Hierbei werden Monomere in ein Plasma eingeleitet. Aufgrund von Anregungen durch das Plasma bilden sich Monomerradikale, die anschließend auf Oberflächen auspolymerisieren und sich dort als mikroporenfreie, hochvernetzte Schichten abscheiden. Nach dem Einbringen des Hohlkörpers wird die gesamte Vakuumkammer zusammen mit dem zu beschichtenden Hohlkörper auf den notwen­ digen Arbeitsdruck evakuiert. Von außen werden an mehreren Stellen Mikrowellen in die Vakuumkammer eingespeist, durch zu­ sätzliche Maßnahmen wird dafür gesorgt, daß ein homogenes elek­ trisches Feld in der Vakuumkammer herrscht.

Anschließend werden über eine mikrowellenmäßig abgeschirmte Düse entweder das zur Beschichtung vorgesehene Monomer oder ein Gemisch von Monomeren und einem Plasmaträgergas (Argon, Helium, Sauerstoff, Stickstoff) in das Innere des Hohlkörpers injiziert, so daß - angeregt durch das Mikrowellenfeld - ein Plasma ge­ zündet und die Plasmapolymerisation durchgeführt wird.

Der eigentlichen Beschichtung vorgeschaltet werden kann eine Behandlung des Hohlkörpers in einem Sauerstoffplasma zur Rei­ nigung und Aktivierung der Oberfläche. Desgleichen kann eine Nachbehandlung der zu beschichtenden Flächen in einem Sauer­ stoffplasma oder ein Spülen mit Sauerstoff vorgesehen werden, um eine weitere Verbesserung der Diffusionsschutzwirkung zu erreichen.

Verfahrensbedingt können als zu beschichtende Materialien nur mikrowellenaktive Materialien, die selbst keine Energie aus dem Mikrowellenfeld aufnehmen, oder nur schwach mikrowellenaktive Stoffe dienen.

Die mit dieser Erfindung erzielbaren Vorteile liegen zum einen darin, daß der gesamte Beschichtungsprozeß in einem geschlos­ senen System stattfindet. Somit sind keine Entsorgungsmaßnahmen notwendig, eine Belastung der Umwelt findet nicht statt. Die notwendigen sicherheitstechnischen Maßnahmen beschränken sich auf Maßnahmen zur Erziehung einer Mikrowellendichtigkeit der Anlage.

Zum anderen sind aufgrund der Mikroporenfreiheit der entstehen­ den Schichten, ihres hohen Vernetzungsgrades und ihrer hohen Dichte Verbesserungen der Diffusionsschutzwirkung erreichbar, die die der bisher üblichen Verfahren übertrifft.

Zur Beschichtung von Hohlkörpern, deren Wände hinreichend steif sind, um einer Druckdifferenz von 0,9 bar zwischen Außen- und Innenseite ohne große Verformungen zu widerstehen, wird erfin­ dungsgemäß eine zweite Verfahrensvariante vorgeschlagen.

Hierbei besteht die Mikrowellenkammer aus zwei oder mehreren Teilen, die mit Hilfe geeigneter Verbindungen mikrowellendicht zusammengefügt werden können. Eine Vakuumdichtigkeit der Mikro­ wellenkammer ist nicht erforderlich.

Der zu beschichtende Hohlkörper wird in die geöffnete Mikro­ wellenkammer gebracht und mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung so an eine Vakuumpumpe angeflanscht, daß der Hohlkörper durch seine Öffnung auf den Arbeitsdruck evakuiert werden kann. Die Mikrowellenkammer wird geschlossen; der Hohlkörper wird eva­ kuiert. Durch eine in das Absaugsystem integrierte oder davon getrennte Monomereinspritzdüse wird das zu verwendende Monomer und eventuell ein zusätzliches Trägergas in das Innere des Hohl­ körpers gebracht. Das durch das anschließend angelegte Mikrowel­ lenfeld gezündete Plasma brennt nur im Innern des Hohlkörpers, da die erforderliche Zündspannung für ein Plasma mit steigendem Gasdruck stark ansteigt und das der Hohlkörper nur im Innern evakuiert ist.

Die mit diesem Teil der Erfindung erreichbaren Vorteile liegen zusätzlich darin, daß der vakuumtechnische Aufwand der Anlage auf ein Minimum reduziert wird. Außerdem können die Zyklus­ zeiten bei der Beschichtung weiter reduziert werden.

Das erfindungsgemäß entwickelte Verfahren kann - außer in dem vorstehend beschriebenen Einsatzbereich - auch in anderen Be­ reichen eingesetzt werden. So können mit dem Verfahren z. B. polymere Deckschichten aufgebracht werden, die Aufgaben im Be­ reich des Korrosionsschutzes übernehmen. Andere realisierbare Aufgabenbereiche sind die Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Oberflächen oder die Erzielung dekorativer Effekte. Außer­ dem ist es möglich, die Hohlkörper außen zu beschichten.

Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei mögliche Ausführungsformen der Erfindung. Hierbei bezeichnet

1 - ein Mikrowellengenerator,
2 - die Mikrowelleneinkopplungen in die Beschichtungskammer,
3 - die Monomereinlaßdüse
4 - die Vakuum- bzw. Mikrowellenkammer,
5 - den Anschluß der Vakuumpumpen und
6 - den lösbaren Vakuumanschluß des Hohlkörpers.

Claims (14)

1. Verfahren zur Beschichtung von Hohlkörpern mit polymeren Deckschichten durch Plasmapolymerisation, bei dem der zu beschichtende Hohlkörper in eine Mikrowellenkammer einge­ bracht wird, der zu beschichtende Hohlkörper und/oder die Mikrowellenkammer evakuiert werden, plasmapolymerisierbare Monomere eingeleitet werden, Mikrowellen zur Zündung des Plasmas eingekoppelt werden und unter der Einwirkung des Plasmas eine polymere Deckschicht hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper, der aus nicht mikrowellenaktiven Materialien besteht, beschichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper, der aus nicht mikrowellenaktiven Kunst­ stoffen besteht, beschichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper, der aus schwach mikrowellenaktiven bzw. durch den Zusatz von Ruß schwach mikrowellenaktiv ge­ machten Kunststoffen besteht, beschichtet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung nur auf den Innenseiten der Hohlkörper durchgeführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Plasma in einem Plasmareaktor mit Metallwänden gezündet und durch von außen eingekoppelte Mikro­ wellen angeregt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, das als Plasmareaktor ein Vakuumgefäß verwendet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Plasmareaktor so ausgelegt ist, daß in seinem Innern ein möglichst homogenes Mikrowellenfeld und damit ein homogenes Plasma erzeugt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zu beschichtende Hohlkörper evakuiert wird, während eine ihn umgebende Mikrowellenkammer nicht evakuiert wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das im Plasma zu polymerisierende Monomer über eine Monomer-Einspritzdüse ins Innere des zu beschich­ tenden Hohlkörpers injiziert wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine mehrgeteilte Mikrowellenkammer, die durch geeignete Schnellverbindungen mikrowellendicht verschlossen werden kann, verwendet wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während der Beschichtung als Trägergas des Plasmas Sauerstoff, Stickstoff, Helium oder Argon zugegeben wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtenden Hohlkörper vor der Beschichtung einer Vorbehandlung in einem Sauerstoffplasma unterzogen werden.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der beschichtete Hohlkörper einer Nachbehandlung in einem Sauerstoffplasma oder mit Sauerstoffgas unterzogen wird.