CH535807A - Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigen und antistatischen Kunststoffen - Google Patents

Description

  
 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigen und antistatischen Kunststoffen.



   Es ist bekannt, dass die Kunststoffe im allgemeinen elektrisch isolierend wirken und zur elektrostatischen Aufladung neigen. Da diese Eigenschaft bei zahlreichen Anwendungen nachteilig ist, wurden schon mehrere Verfahren zur Herabsetzung der Neigung der Kunststoffe zur elektrostatischen Aufladung ausgearbeitet, aber keines dieser bekannten Verfahren führte zu völlig befriedigenden Ergebnissen.



   Nach der amerikanischen Patentschrift 2 993   022    bzw. der britischen Patentschrift 888 161 wurde die Struktur der den Kunststoff bildenden Moleküle durch Einbau von elektrische Leitfähigkeit verleihenden Stoffen modifiziert. Dadurch konnte aber nur eine sehr geringe Leitfähigkeit des Kunststoffes erreicht werden, eher konnte nur die Neigung des Kunststoffes zur elektrostatischen Aufladung etwas verrnindert werden.



   Nach anderen Vorschlägen hat man   versuc}lt    die Oberfläche der aus Kunststoffen hergestellten Gegenstände durch chemische Methoden (vgl. Brit. P.   1 018 262;    DAS 1 028 524) oder durch elektrochemische Verfahren (z. B. durch die Bildung von galvanischen Überzügen) elektrisch leitfähig oder antistatisch zu machen. Dadurch wurde aber nur der Oberfläche des Kunststoffs die gewünschte Eigenschaft verliehen und zwar durch das Auftragen einer Schicht. deren Wärmeausdehunng.



  Festigkeit und andere physikalisch-chemische Eigenschaften von der des Kunststoff-Grundmaterials abweichen, was bei vielen Anwendungen ebenfalls nachteilig ist.



   Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Kunststoffe mit verschiedenen elektrisch leitfähigen Stoffen zu kombinieren, um dadurch den Kunststoff leitfähig bzw. antistatisch zu machen (vgl. z. B.: R. Krause, GFK im Lokomotivbau, II.



   Internat. Tagung über glasfaserverstärkte Kunststoffe und    Giessharze.    Berlin 1967). Als elektrisch leitfähige Zusatzstoffe wurden meistens Metalle. Kohle, Russ oder Graphitpulver verwendet (vgl. z. B.: Chem. Abstr. 56,   2977;    BP 886 662;    USP    3   281      624).    Durch dieses Verfahren konnte die elektri sche Leitfähigkeit der Kunststoffe tatsächlich etwas erhöht werden; um aber durch die Einverleibung der aus solchen leitfähigen Partikeln bestehenden Füllstoffe eine erhebliche
Anzahl von elektrisch leitenden Brücken im Kunststoff zu erzeugen, müsste man so grosse   Mengen    solcher Füllstoffe einverleiben, dass dadurch einerseits die Polykondensation bzw.

  Polymerisation des Kunststoffs gehemmt bzw. gestört und andererseits die Festigkeit und andere physikalische und che mische Eigenschaften des Produkts nachteilig beeinflusst wür den. Bei diesen Verfahren fungieren übrigens die einverleibten elektrisch leitfähigen Partikel im Kunststoff nur als Füllstoffe.



   ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften bleiben auch im Kunststoff beibehalten.



   Es besteht also auch weiterhin das Bedürfnis, elektrisch leitfähige bzw. antistatische Kunststoffe herzustellen, welche eine so hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen. dass sie in der elektrotechnischen Praxis als elektrische Leiter angewendet   werden    können bzw. so antistatisch sind, dass sie auch an feuer- und explosionsgefährlichen Stellen gefahrlos   verwend-    bar sind. Es ist ferner erwünscht, dass diese elektrisch leitfähigen bzw. antistatischen Kunststoffe auch gute Festigkeitseigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Stabilität gegen chemische und atmosphärische Einflüsse zeigen und in einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sein sollen.



   Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines die    erwähnten    vorteilhaften Eigenschaften zeigenden, elektrisch leitfähigen bzw. antistatischen Kunststoffs, bei welchem die obenerwähnten Nachteile der bisherigen derartigen Produkte nicht bestehen und welcher neben den erwünschten guten elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften auch den bezüglich der Festigkeit,   Wärme-,    Säure- und   Korrosionsbeständigkeit    erhobenen Forderungen in jeder Hinsicht gut entspricht.



   Es wurde gefunden, dass solche vorteilhaften Produkte hergestellt werden können. indem man Graphitpulver mit einer mit ungesättigten Polyesterharzen copolymerisierbaren monomeren Verbindung (z. B. mit   Styrol,    Acylnitril, Vinyltoluol oder Methylmethacrylat) anfeuchtet bzw. solvatiert, das auf diese Weise erhaltene breiartige Gemisch mit einem ungesättigten Polyesterharz vermischt und das   Gemischdurch    Polymerisation aushärtet.



   Es werden auf diese Weise polymere Kunststoffe erhalten, deren elektrische Leitfähigkeit von dem zwischen weiten Grenzen (etwa 5-30   Gew.-)    variierbaren Graphitgehalt abhängt; die Leitfähigkeit des bei etwa 5-10   Gew.-rc    Graphitgehalt noch nur antistatischen Produktes erhöht sich mit stei   gendem Graphitgehalt und die 20-25 Gew.-6tc Graphit enthal-    tenden Produkte sind schon als gut leitfähig zu bezeichnen.



   Es ist dabei zu bemerken, dass die elektrischen Eigenschaften des Graphits in den erfindungsgemäss hergestellten Produkten wesentliche Änderungen zeigen. Während der Temperaturkoeffizient des verwcndeten Graphits negativ und von einer Grössenordnung von   10- ist.    zeigen die erfindungsgemäss hergestellten graphithaltigen polymeren Produkte positive und ausserordentlich hohe Temperaturkoeffizienten von der Grössenordnung von   10-2.    Dieser Umstand ist ein Zeichen dafür, dass der Graphit in den erfindungsgemäss hergestellten Kunststoffen nicht als leitfähiger Füllstoff wirkt, sondern in die Struktur des polymeren Produkts eingebaut wird,

   wodurch schon mit verhältnismässig wenig Graphit hohe Leitfähigkeiten erreicht werden können und die physikalischen und chemischen Eigenschaften des fertigen Kunststoffs durch den zugesetzten Graphit nicht verschlechtert werden.



   Das erfindungsgemässe Verfahren wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass man feinkörniges Graphitpulver mit etwa derselben Menge des copolimerisierbaren Monomers zu einem gleichmässigen Brei vermischt, diesen dann 12 bis 24 Stunden ruhen lässt und dann den auf diese Weise solvatierten   Graphit    brei mit dem ungesättigten Polyesterharz   vermischt.    Vorzugsweise in solchen Mengenverhältnissen. dass das Gemisch - je nach der gewünschten elektrischen Leitfähigkeit des Produkts - etwa 10 bis 25   Gew.-67c    Graphit enthält. Dem Polyesterharz werden vorzugsweise   zweckmässig    vor der Zumischung des
Graphits, Katalysatoren und gewünschtenfalls auch Polymeri sationsakzeleratoren zugegeben.

  Als Katalysatoren werden gegebenenfalls die zum Polymerisieren der Polyesterharze üblichen derartigen Mittel, wie z. B. organische Peroxyde und als Akzeleratoren z. B. organische Schwermetallsalze, wie Kobaltnaphthenat usw. verwendet. Dann wird das Gemisch auspolymerisiert. Bei Verwendung von Polymerisationsakzeleratoren kann die Polymerisation bei Zimmertemperatur durchgeführt werden, sonst ist es zweckmässig das Polymerisationsgemisch zu erwärmen.



   Bei der Herstellung des graphithaltigen Polymerisationsgemisches kann man auch weitere übliche Zusatzstoffe zum Erhöhen der Festigkeit der herzustellenden Kunststoffe, z. B.

 

  Glasfaser oder andere Verstärker. in das Gemisch einverleiben.



   Das erfindungsgemäse Verfahren wird durch die nachstehenden Beispiele veranschaulicht.



      Beispiel I   
14 g feinkörniges Graphitpulver von   946c    Kohlenstoffgehalt werden mit 14 g Styrol in einem Porzellanmörser zu einem gleichmässigen Brei verrieben. Der erhaltene Brei wird mindestens 12 Stunden ruhen gelassen. Dann werden zu 86 g Poly esterharz von mittlerer Viscosität und mittlerer Aktivität, z. B.



    Viapal H 450 ,   1,72    g   Methyläthylketonperoxyd    (in   50%-    iger Lösung in Dimethylphthalat) und 0,86 g   1067ciger      Kobaltnaphthenatlösung mit   1%    Kobaltmetallgehalt zugesetzt.



  Das Gemisch beider Komponenten härtet bei Zimmertemperatur in etwa 30 Minuten aus. Es wird auf diese Weise ein antistatischer Kunststoff erhalten, dessen spezifischer elektrischer Widerstand etwa 107 Ohm cm ist und der einen positiven Temperaturkoeffizienten von der Grössenordnung von   10-d    zeigt. Die sonstigen Eigenschaften des Produkts sind im wesentlichen gleich mit denen eines aus dem selben Polyesterharz ohne Graphitzusatz auf ähnliche Weise hergestellten Kunststoffs. Das Produkt kann nach den gleichen technologischen Verfahren verarbeitet werden.



   Beispiel 2
26 g feinkörniges Graphitpulver von 94% Kohlenstoffgehalt werden mit 24 g Styrol in einem Porzellanmörser zu einem gleichmässigen Brei verrieben. Der erhaltene Brei wird minde stens 12 Stunden ruhen gelassen. Zu 74 g Polyesterharz von mittlerer Viscosität und mittlerer Aktivität, z. B.  Viapal
H 450  werden 1,48 g Methyläthylketonperoxyd (in 50%iger
Lösung in Dimethylphthalat) und 0,74 g   10 %    iger Kobalt naphthenatlösung mit   1%    Kobaltmetallgehalt zugesetzt. Das Gemisch erhärtet bei Zimmertemperatur in etwa 30 Minuten.

 

   Es wird auf diese Weise ein antistatischer Kunststoff erhalten, dessen spezifischer elektrischer Widerstand   etwa 3,5.10    Ohm cm ist und der einen positiven Temperaturkoeffizienten von der Grössenordnung von 10-2 zeigt. Die sonstigen Eigenschaften des Produktes sind im wesentlichen gleich denen eines aus dem selben Polyesterharz ohne Graphitzusatz auf ähnliche Weise hergestellten Kunststoffes. Das Produkt kann nach den gleichen technologischen Verfahren verarbeitet werden. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigen bzw.

   antistatischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man Graphitpulver mit einer mit ungesättigten Polyesterharzen copolymerisierbaren chemisch aktiven monomeren Verbindung anfeuchtet bzw. solvatiert, das erhaltene breiartige Gemisch in ungesättigtes Polyesterharz einmischt und das Gemisch durch Polymerisation aushärtet.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das Polymerisationsgemisch unter Zugabe von Akzeleratoren und Katalysatoren bei Zimmertemperatur aushärtet.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das Polymerisationsgemisch unter Zugabe von Katalysatoren bei erhöhter Temperatur aushärtet.

   3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Polymerisationsgemisch verstärkende Füllstoffe, vorzugsweise Glasfasern, zusetzt.