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Prof. Dr. Volker Bucher

Mikromedizin- und Oberflächentechnik

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Dauerstabile Diffusionsbarrieren auf PTFE-Membranen

Entwicklung und Evaluierung neuer Prozess- und Anlagentechnologien zur Erzeugung wirksamer Diffusionsbarrieren auf PTFE-Oberflächen

Projektname: Diffusionssperrschichten
Entwicklung und Evaluierung plasmabasierter Beschichtungstechnologien zur Erzeugung hochwirksamer Diffusionsbarrieren auf PTFE-Hochleistungsmembranen
Projektleiter: Prof. Volker Bucher, Boris Stamm
Geldgeber: BMWi
Projektträger: AIF
FKZ: KF 2053910 TA3
Laufzeit von: 01.05.2014
Laufzeit bis: 30.04.2016

Membranen werden häufig als hermetische Dichtungen zur Medientrennung in bewegten Systemen eingesetzt. Die Anwendungsgebiete sind dabei vielfältig und umfassen Pumpen, Kompensatoren, Ventile, Drucküberträger, Druckspeicher, Antriebe und mehr. Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, neue Ansätze für die Erzeugung solcher Diffusionssperrschichten zu evaluieren und im Ergebnis den Nachweis für eine signifikant verringerte Permeabilität der PTFE-Membranen bzw. effektive Diffusionsbarriere gerade für kleine Moleküle zu erbringen.

Beschreibung

Für den Einsatz in der Chemie-, Pharma- sowie Lebensmittelindustrie kommen heute zu-nehmend PTFE-kaschierte Gummi-Membranen zum Einsatz. Meist soll die Folien-Auflage dabei das Elastomer vor chemischen Einflüssen schützen, vor allem in der Lebensmittelindustrie wird aber auch die physiologische Unbedenklichkeit des Fluorkunst-stoffes geschätzt.
Trotz PTFE-Auflage kann beim Pumpen von aggressiven Medien wie Chlordioxid oder von Lösungsmitteln wie Ethyl- oder Butylacetat der Elastomer-Rücken angegriffen werden. Der Grund dafür liegt in der Diffusion der Stoffe durch die flexibilitätsbedingt dünn auszulegende PTFE-Folie. Dies tritt verstärkt bei kleinen Molekülen auf, die leicht durch die Polymer-matrix hindurchwandern können. Als Folge löst sich die PTFE-Kaschierung vom Elastomerrücken, was die Lebensdauer der Verbundmembranen drastisch einschränkt und schließlich zum Versagen der Membran führt. Die Beanspruchung der Elastomermembra-nen durch eindiffundierte, aggressive Chemikalien oder Chemikalienbestandteile birgt jedoch gleichermaßen große Risiken in Hinblick auf die mechanischen Membraneigenschaf-ten und insbesondere den Verlust der Biegewechselbeständigkeit, woraus sich verkürzte Standzeiten und höhere Versagenswahrscheinlichkeiten ableiten.
Um die Lebensdauer der Membranen bei nahezu gleichbleibender Foliendicke zu erhö-hen, muss die Permeabilität der PTFE-Folie in Bezug auf aggressive Materialien, insbe-sondere für Moleküle mit geringem Durchmesser signifikant verringert werden. Die me-chanischen Eigenschaften der Membranen müssen dabei erhalten bleiben. Daher wird der Aufbau einer Diffusionsbarriere in Form einer Beschichtung bzw. einer Oberflächenmodifi-kation der PTFE-Membranen in Betracht gezogen, die jedoch gleichzeitig keine Ein-schränkungen der mechanischen Bauteileigenschaften (Flexibilität, Elastizität) sowie physiologie (PTFE-Eigenschaften) nach sich ziehen.

Projektpartner

  • Gottlob Dietz GmbH
  • Plasma Technology GmbH

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