Diffusionssperrschichten

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.

Für den Einsatz in der Chemie-, Pharma- sowie Lebensmittelindustrie kommen heute zunehmend 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 Fluorkunststoffes 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 Polymermatrix 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 Elastomermembranen durch eindiffundierte, aggressive Chemikalien oder Chemikalienbestandteile birgt jedoch gleichermaßen große Risiken in Hinblick auf die mechanischen Membraneigenschaften und insbesondere den Verlust der Biegewechselbeständigkeit, woraus sich verkürzte Standzeiten und höhere Versagenswahrscheinlichkeiten ableiten.
Um die Lebensdauer der Membranen bei nahezu gleichbleibender Foliendicke zu erhöhen, muss die Permeabilität der PTFE-Folie in Bezug auf aggressive Materialien, insbesondere für Moleküle mit geringem Durchmesser signifikant verringert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Membranen müssen dabei erhalten bleiben. Daher wird der Aufbau einer Diffusionsbarriere in Form einer Beschichtung bzw. einer Oberflächenmodifikation der PTFE-Membranen in Betracht gezogen, die jedoch gleichzeitig keine Einschränkungen der mechanischen Bauteileigenschaften (Flexibilität, Elastizität) sowie physiologie (PTFE-Eigenschaften) nach sich ziehen.