WO1998002368A1

WO1998002368A1 - Werkstoffe für die herstellung von transportbehältern

Info

Publication number: WO1998002368A1
Application number: PCT/EP1997/003534
Authority: WO
Inventors: Martin Hostalek; Werner Büttner; Jürgen BRAUN
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 1999-01-16
Also published as: DE19628643A1; JP2000514487A; CA2261114A1; KR20000023789A; TW342376B; AU3443197A; ID17644A; EP0918708A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Polyethylen-Werkstoffen für die Herstellung von massiven Lager- und Transportbehältern aber auch für die Herstellung von ausgekleideten Lager- und Transportbehältern für Chemikalien, und zwar insbesondere für den Transport und die Lagerung von hochreinen, flüssigen Chemikalien für die Elektronikindustrie. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung dieser Werkstoffe zur Herstellung des Equipments, welches zur Entnahme der Chemikalien aus den Transportbehältern notwendig ist.

Description

Werkstoffe für die Herstellung von Transportbehältern

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Polyethylen-Werkstoffen für die Herstellung von massiven Transport- und Lagerbehältern aber auch für die Herstellung von ausgekleideten Transport- und

Lagerbehältem für Chemikalien, und zwar insbesondere für den Transport und die Lagerung von hochreinen, flüssigen Chemikalien für die Elektronikindustrie. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung dieser Werkstoffe zur Herstellung des Equipments, welches zur Entnahme der Chemikalien aus den Transportbehältern sowie zu deren Befüllung notwendig ist .

Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen werden in vielen Fällen flüssige Chemikalien benötigt, an deren Reinheit höchste Ansprüche gestellt werden. Dieses ist besonders für die

Herstellung hochintegrierter Mikrochips der Fall. Einerseits liegt die

Reinheit dieser Chemikalien in einem Bereich, bei dem es nicht mehr genügt, die Chemikalien in der geforderten Reinheit herzustellen, sondern es muß auch dafür gesorgt werden, daß beim Transport, während der Lagerung und der Handhabung keine Verunreinigungen mehr in das Produkt gelangen. Andererseits muß die Lager- und

Transportsicherheit gewährleistet sein, da einige dieser Chemikalien aufgrund ihrer aggressiven Eigenschaften schwierig zu handhaben und zu lagern sind. Auch sind sie in vielen Fällen toxikologisch nicht unbedenklich oder aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften schädlich. Ein unbeabsichtigtes Ausfließen, z. B. aufgrund einer

Beschädigung des Transportbehälters oder aufgrund von

Undichtigkeiten, hervorgerufen durch die aggressiven Eigenschaften einiger dieser Chemikalien, muß mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden. ^y

Die aterialauswahl für derartige Transportbehälter muß sich aufgrund der Anforderungen an die zu transportierenden Chemikalien in erster Linie danach richten, jegliche Verunreinigungen auszuschließen. Diese Anforderung wird in der Regel von Behältern aus fluorierten oder perfluorierten Werkstoffen oder von Behältern, die mit solchen Werkstoffen ausgekleidet sind, erfüllt. Je nach Anforderungen werden diese Transport- und Lagerbehälter als drucklose Version oder auch als Druckbehälter hergestellt.

Drucklose Behälter dürfen keinem von außen aufgebrachten Innendruck ausgesetzt werden.

Aus solchen Behältern muß die Entnahme der flüssigen Chemikalien ebenfalls drucklos erfolgen, d. h. mit Hilfe von Pumpen. Diese Pumpen weisen zwangsläufig bewegte Teile auf, so daß Verunreinigungen durch im Pumpenbereich entstehenden Abrieb nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Es ist jedoch insbesondere bei der Verwendung von druckfesten Behältern bekannt, Chemikalien mit Hilfe von Tauchrohren durch Zuführung von inerten Druckgasen zu entnehmen, so daß keine Pumpen benötigt werden und somit kein Abrieb entstehen kann. Aus DE 36 36 886 ist ein Transportbehälter für flüssige, hochreine Chemikalien mit einem zweischaligen Innenbehälter bekannt, dessen innerste Auskleidung aus einem Fluorkunststoff besteht. Dieser Transportbehälter ist durch seinen mehrschaligen Aufbau so dimensioniert, daß er mit einem Druck beaufschlagt werden kann. Nachteilig ist jedoch, daß einerseits zur Herstellung solcher Innenauskleidungen nur spezielle Fluorkunststoffe geeignet sind, die in aufwendigen und daher teuren Verfahren hergestellt werden müssen, und daß andererseits die Verarbeitbarkeit dieser Kunststoffe erschwert ist, da aufgrund der hohen Reinheitsanforderungen an die zu transportierenden Chemikalien dem Kunststoff keine beliebigen

Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt werden können und eine

Kontamination durch Werkzeuge und Umwelteinflüsse weitgehend minimiert werden muß..

Bei der Materialauswahl für die Herstellung massiver

Transportbehälter muß der polymere Werkstoff neben der

Beständigkeit gegen mögliches Auslaugen und Verspröden durch zu transportierende Chemikalien zusätzlich sowohl eine ausreichende Steifigkeit als auch eine gewisse Elastizität aufweisen, so daß aus dem Werkstoff hergestellte Behälter gegenüber Druck und Stoß unempfindlich und stabil sind und weder zur Verformung noch zur Rißbildung neigen. Weiterhin müssen diese Materialeigenschaften auf Dauer erhalten bleiben, so daß auch bei längerer Lagerung sowohl die Reinheit der zu transportierenden Chemikalien als auch die Behältereigenschaften erhalten bleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen geeigneten Werkstoff zur Herstellung von Transportbehältern für flüssige, hochreine Chemikalien und des notwendigen Equipments zur Verfügung zu stellen, der preiswert herzustellen ist, während der Synthese in hoher Reinheit erhalten wird, keine oder nur in sehr geringer Konzentration Polymerisationskatalysatoren enthält, sich in einfacher Weise möglichst ohne Zusatz von Verarbeitungshilfsmitteln verarbeiten läßt, bzw. nur solche Verarbeitungshilfsmittel enthält, die sich im Gebrauch nicht störend auswirken, oder die durch die zu transportierenden Chemikalien nicht aus dem Werkstoff ausgelaugt werden. Aufgabe der Erfindung ist es auch, einen geeigneten polymeren Werkstoff zur Verfügung zu stellen, aus dem sowohl massive Lager- und Transportbehälter für flüssige, hochreine Chemikalien als auch Auskleidungen für entsprechende Behälter, die mit Druck beaufschlagt werden können, herstellbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung von HD-Polyethylen (HD = high density) zur Herstellung von massiven Lager- und Transportbehältern für flüssige, hochreine Chemikalien für die Elektronikindustrie, des dazugehörigen Equipments, sowie von Auskleidungen für entsprechende Behälter, die mit Druck beaufschlagt werden können, und des hierzu benötigten Equipments. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung von HD- Polyethylen mit einer spezifischen Dichte von 0,940 - 0,970 g/cm³, insbesondere von 0,942 - 0,961 g/cm³.

Als Werkstoffe für Behälter in denen hochreine Säuren oder Basen transportiert werden sollen kommen nach gängiger Meinung nur Kunststoffe in Frage, die auf fluorierten Kohlenwasserstoffen basieren. Solche Werkstoffe sind beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluor-Alkoxy-Polymere (PFA), Polyvinylidenfluoride (PVDF), oder Poly(ethylen-Chlor-trifluorethylen) (ECTFE) und werden im allgemeinen Sprachgebrauch mit dem bekannten Warenzeichen „Teflon" umschrieben. Für den Fachmann sind unter diese Begriff fallende Kunststoffe gegenüber dem Einfluß von aggressiven Chemikalien, wie besonders starke Säuren oder Basen aber auch gegenüber Temperatueinflüssen unempfindlich. Es handelt sich bei diesen Kunststoffen um teure, und daher nicht wirtschaftliche Materialien.

Versuche haben nun überraschenderweise gezeigt, daß auch nicht fluorierte Kunststoffe zur Herstellung qualitativ hochwertiger Transportbehälter und des dazu gehörenden Equipments, wie z. B. Tauchrohre, Teile von Pumpen und Schläuche, für flüssige, hochreine Chemikalien für die Elektronikindustrie verwendet werden können. Als besonders geeignete Werkstoffe für die gewünschte Verwendung haben sich ausgewählte HD-Polyethylene (high density polyethylen) erwiesen, und zwar solche Polyethylene mit einer spezifischen Dichte im Bereich von 0,940 - 0,970 g/cm³, insbesondere von 0,942 - 0,961 g/cm³. Weiterhin zeichnen sich diese Polyethylenqualitäten In der Analyse durch einen besonders niedrigen Gehalt an

Katalysatorresten aus. Daher werden von diesen Werkstoffen im Vergleich zu anderen im Kontakt mit sowohl basischen als auch sauren, hochreinen Chemikalien besonders geringe Mengen ionischer Verunreinigungen abgegeben. Auch werden im Kontakt mit Chemikalien vergleichsweise wenig Partikel durch Wechselwirkungen zwischen den Chemikalien und dem Werkstoff erzeugt. Dieses ist besonders wichtig im Hinblick auf die Verwendung des Werkstoffs für die Herstellung des Equipments zum Befüllen und zur Entnahme der Chemikalien. Diese Werkstoffe sind überraschenderweise sowohl zur Herstellung von Tauchrohren als auch für die Herstellung von

Pumpen geeignet, die für die Entnahme der hochreinen Chemikalien aus drucklosen Transportbehältern und zum Fördern an den Verarbeitungsplatz benötigt werden.

Dieses war besonders überraschend, da sich entsprechende andere Polyethylen-Werkstoffe, die bereits seit langen Jahren für den Gefahrguttransport bewährt haben, als nicht geeignet für den Transport und die Lagerung von hochreinen, flüssigen Chemikalien eignen. Im Test wurde bei diesen Kunststoffen sowohl eine zu hohe

Partikelabgabe als auch eine nicht akzeptable Abgabe von ionogenen

Verunreinigungen ermittelt.

Als besonders geeignete Werkstoffe für den genannten Zweck haben sich Polyethylen-Werkstoffe erwiesen, die von der Firma BASF unter dem Warenzeichen Lupolen im Handel vertrieben werden.

Insbesondere haben sich in Lagertests aus dieses Gruppe von Polyethylenspezifikationen Werkstofftypen als geeignet erwiesen, die unter den Bezeichnungen Lupolen 6021 D, Lupolen 5021 D, Lupolen

4261 A Q149, und Lupolen 4261 A Q 135 im Handel erhältlich sind.

Für die erfindungsgemäße Verwendung sind diese Werkstoffe besonders geeignet, weil sie extrudierbar sind, sich aber auch ohne Qualitätsverlust verschweißen lassen. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, durch Verschweißen von geeigneten Platten aus diesem Werkstoff Behälter in nahezu beliebiger Größe herzustellen. Durch auf einer Seite dieser Platten aufgebrachtes, und im Werkstoff verankertes Textilgewebe, ist es möglich, relativ dünnwandige Innenbehälter vorzufertigen. Durch Aufbringen von glasfaserverstärktem Polyesterharz ist es möglich, in sich stabile Behälter herzustellen, die bei entsprechender Auslegung der Druckbehälterverordnung gerecht werden. Im Aufbau weisen diese Behälter folglich eine zweischalige Bauweise auf. Insbesondere handelt es sich dabei um miteinander verbundene Schalen, wobei die innere Schale aus dem erfindungsgemäß ausgewählten HD- Polyethylen besteht und die äußere Schale aus einem glasfaserverstärkten Polyesterharz. Weiterhin ist es möglich die Oberfläche der hergestellten Behälter nach dem Fachmann bekannten Methoden zu modifizieren, beispielsweise durch Lackieren, Kaschieren oder Dispersionsbeschichten mittels geeigneter Sperrpolymere oder durch Beschichten mit dünnen Metallfolien. Für diesen Zweck geeignete Sperrpolymere sind Polyamid, Polyester, Polyvinylidendifluorid oder Polymere auf der Basis von Acrylnitril. Auf diese Weise kann die Durchlässigkeit für Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten reduziert werden. Die in den folgenden Tabellen gegebenen Werte sollen die Erfindung näher verdeutlichen, sind aber nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die genannten und untersuchten Polyethylen- Werkstoffe mit der Bezeichnung Lupolen zu beschränken

Tabelle 1

Freisetzung von kationischen Verunreinigungen aus Polyethylen- Werkstoffen in Gegenwart hochreiner Chemikalien

ermittelte Lupolen Lupolen Lupolen LLDPE LLDPE VEPE

Werte in 5021 D 6031 M 6060 D Neste Neste Scairlink ng/g 1 Elution 1 Elution 1 Elution NCPE NCPE 8000 G

Pellet Zeit 7 Tage Zeit 7 Tage Zeit 7 Tage 8682 8682 5

Chemikalie Chemikalie Chemikalie 1 Elution 2 Elution 1 Elution

HCL 35% HCL 35% HCL 35% Zeit 7 Tage Zeit 7 Tage Zeit 7 Tage

40 ^βC 40 "C 40 "C Chemikalie Chemikalie Chemikalie HF 49% HF 49% HF 49% 40 °C 40 °C 40 °C

Aluminium 16 170 8 218 238 815

Antimon - - - - - -

Arsen - - - - - -

Barium - - - 3 - 3

Beryllium - - - - - -

Wismut - - - 72 84 18

Bor - - - - - -

Cad ium - - - - -

Kalzium 6,6 60 17 97 110 147

Chrom 4 0,3 45 - - -

Kobalt - - - - - -

Kupfer - - - - - -

Gallium - - - - - -

Germanium - - - - - -

Gold - - - - -

- Fortsetzung Tabelle 1 :

Tabelle 2

Freisetzung von kationischen Verunreinigungen aus weiteren Polyethylen-Werkstoffen in Gegenwart hochreiner Chemikalien

ermittelte Hostalen Hostalen Lupolen Lupolen Lupolen Lupolen

Werte in GM6255 GM6255 4261 A 5261 Z 5261 Z 6021 D ng/g Q 135 Q135 Q 445

Pellet 1 Elution 1 Elution 1 Elution 1 Elution 1 Elution 1 Elution

Zeit 6 Tage Zeit. 26 Zeit 7 Tage Zeit 7 Tage Zeit 7 Tage Zeit 7 Tage

Chemikalie Tage Chemikalie Chemikalie Chemikalie Chemikalie

HF 49% Chemikalie HCL 35% HCL 35% HCL 35% HCL 35%

25 X HF 49% 40 X 40 X 40 X 40 X 25 X

Aluminium 60 0,5 60 1040 1110 17

Antimon - - - - - -

Arsen - - - - - -

Barium 1,5 - - - - -

Beryllium - - - - - -

Wismut - - - - 84 -

Bor - - - - - -

Cadmium - - - - -

Kalzium 90 0,8 10 33 45 3,6

Chrom 13 1,3 70 110 147 3,6

Kobalt - - - - - -

Kupfer 4 - 1,5 - - -

Gallium - - - - - -

Germanium - - - - - -

Gold - - - - - - Fortsetzung Tabelle 2:

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verwendung von HD-Polyethylen (HD = high density) zur Herstellung von massiven Lager- und Transportbehältern für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie.

2. Verwendung von HD-Polyethylen zur Herstellung von Auskleidungen von Lager- und Transportbehältern für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie.

3. Verwendung von HD-Polyethylen zur Herstellung des Equipments, insbesondere von Tauchrohren, sowie von Flüssigkeit fördernde Pumpen für Lager- und Transportbehälter für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elktronikindustrie.

4. Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Polyethylen mit einer spezifischen Dichte von 0, 945 - 0,970 g/cm³ handelt.

5. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Auskleidung des Lager- und Transportbehälters um einen zweischaligen Innenbehälter handelt, dessen innere Schale aus einem HD-Polyethylen hergestellt wird, welche von einer glasfaservestärkten Außenschale umhüllt wird.

6. Verwendung nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein HD-Polyethylen aus der

Gruppe Lupolen 6021 D, Lupolen 5021 D, Lupolen 4261 A Q149, und Lupolen 4261 A Q 135 handelt.

7. Lager- und Transportbehälter für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie, hergestellt aus HD-Polyethylen.

8. Auskleidungen für Lager- und Transportbehälter für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie, hergestellt aus HD-Polyethylen.

9. Tauchrohre für die Verwendung in Lager- und Transportbehältern für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie, hergestellt aus HD-Polyethylen.

10. Flüssigkeit fördernde Pumpen für hochreine, flüssige Chemikalien für die Elektronikindustrie, hergestellt aus HD-Polyethylen.