DE102017209357A1 - Compound - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Compound und dessen Verwendung wobei der Compound mindestens einen Matrixstoff gewählt aus der Gruppe gebildet durch Polymerblends, Homopolymere, Copolymere, Elastomere und duroplastische Polymere und mindestens einen, nach Verarbeitung des Compounds in den Matrixstoff eingebetteten Füllstoff aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Füllstoff einen Kern und einen ersten, den Kern zumindest teilweise umhüllenden ersten Hüllstoff aufweist, wobei ein Anteil des Füllstoffes am Compound mindestens ein zur Perkolationsbildung befähigender Anteil ist und wobei der Füllstoff eine elektrische Leitfähigkeit als eine erste Eigenschaft und zusätzlich wenigstens eine zweite Eigenschaft eines aus dem Compound hergestellten Kunststoffs beeinflussend ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Compound im unverarbeiteten Zustand mit in mehreren Hinsichten erhöhter Funktionalität, insbesondere auch der Leitfähigkeit.
• Es ist seit langem ein Ziel der Compound-Entwicklung, die Eigenschaften der später aus diesen hergestellten Kunststoffe durch Zugabe von Additiven gezielt zu verändern und an den jeweiligen Einsatzzweck des Kunststoffs anzupassen, wobei ein Additiv jeweils eine bestimmte Eigenschaft des späteren Kunststoffes spezifisch verändert.
• Für den späteren technischen Einsatzbereich der Compounds sind dabei solche Additive von großem Interesse, die nach Verarbeitung des Compounds elektrisch und thermisch leitfähige Kunststoffe aus Polymerblends ergeben.
• Durch Reibung an Körpern kommt es zur Aufladung. Kunststoffe, die einen ausreichend niedrigen Oberflächenwiderstand besitzen, sorgen dafür, dass zum einen die Höhe der Aufladespannung minimiert wird und sich zum anderen die elektrostatische Aufladung wieder abbauen kann. Der Ableitwiderstand, bzw. das Abklingverhalten, von Körpern aus derartigen Kunststoffen sorgt dafür, dass elektrostatische Aufladungen gegen das Bezugspotential Erde abfließen und somit keine unzulässig hohen Aufladungen entstehen können, die ansonsten zu Spannungsdurchschlägen - auch in Form von Funken - führen. Diese kurzfristigen hohen elektrischen Ströme können Schädigungen von elektrischen Komponenten in Geräten bis hin zu Brand- und Explosionsgefährdungen in entsprechender Umgebung hervorrufen. Schutz vor derartigen elektrostatischen Entladungen bieten Kunststoffe, die statisch ableitfähig sind und hierzu Oberflächenwiderstände aufweisen, die gemäß DIN EN 61340-5-1 im Bereich zwischen 100 kΩ und 100 GΩ, also zwischen 1E5 und 1E11 Ohm liegen. Noch höhere Oberflächenwiderstände liegen bei Isolatoren vor, die nicht mehr für den ESD-Schutz geeignet sind. Jedoch gibt es einen Übergangsbereich bis etwa ~5E13 Ohm, in dem das Compound zwar eigentlich zu hohe Oberflächenwiderstände aufweist, aus ihm hergestellte Körper jedoch ein Abklingverhalten zeigen, also Ladung auf dem einen oder anderen Wege von dem Körper abfließen lassen oder die sich durch Reibung nur gering aufladen. Die Beurteilung und Bewertung entsprechender Messergebnisse erfordert Erfahrung und sollte daher immer sowohl die Oberflächenwiderstände als auch das Abklingverhalten erfassen.
• Als technische Einsatzgebiete derartiger statisch ableitfähiger Compounds kommen insbesondere technische Anlagen der Herstellung und Verarbeitung von Kunststofffolien, Papier, Textilien und Glas genauso in Betracht wie Produktionsmaschinen für elektrisch isolierende Endloserzeugnisse, Gerätschaften für den Umgang mit isolierenden Schüttgütern, Schutzbekleidung für in ESD-Bereichen arbeitende Personen, antistatische Arbeitsflächen, Bodenbeläge, leitfähige Bezüge oder auch Bauteile im Automotive-Bereich.
• Zur Beeinflussung der elektrischen Leitfähigkeit des späteren, verarbeiteten Compounds ist es bisher aus dem Stand der Technik bekannt, dem Compound einzelne Zusatzstoffe hinzuzufügen, die jeweils eine bestimmte Eigenschaft des späteren Kunststoffes spezifisch verändern. Beispielsweise erfolgte die Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit im Hinblick auf die elektrostatische Ableitfähigkeit des Kunststoffs über Zugabe intrinsisch leitfähiger Polymere wie beispielsweise Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen, Iod dotiertes Polyacetylen, Polyethylenoxid, blockcopolymerisierte Fettsäureester mit einer Polyamid/Polyetherblockamid-Matrix aber auch über Zugabe hochmolekularer polarer Moleküle mit einem Molekulargewicht < 3000 g/mol, durch Zugabe von natürlichem und synthetischem Graphit oder Leitruß, Metallen wie Silberpulver oder durch Zugabe von Kohle-/Stahlfasern. Besonders häufig verwendet wird Graphit oder Leitruß für eine hohe elektrische Leitfähigkeit und damit für statisch ableitfähige Kunststoffe. Ergänzend oder alternativ ist es auch bekannt, im Vergleich zu unmodifizierten Kunststoffen geringere Oberflächenwiderstände durch das Aufbringen eines Antistatikums auf der Oberfläche zu erreichen.
• Eine Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung wurde bisher durch die Zugabe von Stahlfasern erreicht.
• Eine Einstellung der Wärmeleitfähigkeit erfolgte durch einen hohen Rußanteil im Compound.
• Zur mechanischen Verstärkung von Kunststoffen wurden bislang Additive wie Mineralien, Glas- und Kohlefasern hinzugefügt, wobei Kohlefasern ebenfalls die elektrische Leitfähigkeit des Bauteils aus dem verarbeiteten Compound erhöhen.
• Eine antimikrobielle Wirkung wird durch Zugabe von Pulvern erhöht, die Silberionen enthalten.
• Schließlich wurde bislang eine erhöhte Kratzfestigkeit durch Zugabe von plättchenförmigen Mineralien oder durch mit Siloxanen modifizierten Polyestern erreicht.
• Will der Fachmann gleichzeitig mehrere Eigenschaften des späteren Kunststoffes einstellen, so muss er eine Vielzahl von Additiven hinzugeben, wobei diese jedoch üblicherweise nicht in jedem beliebigen Verhältnis zueinander vorliegen und auch nicht beliebig untereinander kombinierbar sind.
• Die vorliegende Erfindung löst daher die Aufgabe, ein Compound anzugeben, dass diese Nachteile vermeidet. Sie löst weiter die Aufgabe, eine Verwendung dieses Compounds anzugeben.
• Die stoffliche Aufgabe wird bei einem Compound, aufweisend mindestens einen Matrixstoff gewählt aus der Gruppe gebildet durch Polymerblends, Homopolymere, Copolymere, Elastomere oder duroplastische Polymere und mindestens einen, nach Verarbeitung des Compounds in den Matrixstoff eingebetteten Füllstoff dadurch gelöst, dass der Füllstoff einen Kern und einen ersten, den Kern zumindest teilweise umhüllenden ersten Hüllstoff aufweist, wobei ein Anteil des Füllstoffes am Compound mindestens ein zur Perkolationsbildung befähigender Anteil ist und wobei der erste Hüllstoff eine elektrische Leitfähigkeit als eine erste Eigenschaft und wenigstens eine zweite Eigenschaft eines aus dem Compound hergestellten Kunststoffs beeinflussend ist.
• Der erfindungsgemäße Compound weist mindestens einen Füllstoff auf, der aus einem Kern und wenigstens einer Hülle besteht und der neben der elektrischen Leitfähigkeit auch wenigstens eine weitere Eigenschaft eines aus dem erfindungsgemäßen Compounds hergestellten Kunststoffes beeinflussend ist. Hierdurch wird mit großem Vorteil eine Reduktion der Anzahl der Füllstoffe erreicht, die für die Erreichung der gewünschten Eigenschaften eines aus dem Compound herzustellenden Kunststoffes verwendet werden müssen. Hierdurch lassen sich Probleme und Unzulänglichkeiten hinsichtlich Mischbarkeiten und Mischungsanteile unterschiedlicher Füllstoffe verringern und Kosten sparen.
• Der erfindungsgemäße Compound kann neben dem beschriebenen Füllstoff ohne weiteres auch weitere Füllstoffe enthalten, die sich mit der beanspruchten Füllstoffart und der Matrix zu 100 Massen-% ergänzen, es ist jedoch auch erfindungsgemäß, wenn nur der beanspruchte Füllstoff enthalten ist und sich mit der Matrix zu 100 Massen-% ergänzt.
• Insbesondere sind auch bereits gefüllte Matrixstoffe erfindungsgemäße, also solche, diese selber Füllstoffe enthalten, beispielsweise Glasfaser, Kohlefaser, Mineralien, Stahlfasern, etc.
• Die Mehrschichtigkeit des Füllstoffes führt zu einer Erhöhung der Anzahl der durch ihn beeinflussbaren Eigenschaften des späteren Kunststoffes, von denen eine erfindungsgemäß stets dessen elektrische Leitfähigkeit ist. Der Füllstoffanteil am Compound ist dabei so hoch, dass er eine Perkolation ermöglicht, also eine Clusterbildung und damit das Ausbilden von zusammenhängenden Fülllstoffgebieten bei zufallsbedingtem Besetzen von Strukturen der Matrix, beispielsweise als Punkt- oder Kantenperkolation. Bei der Punktperkolation werden Gitterpunkte der Matrix mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit besetzt, bei der Kantenperkolation werden vom Füllstoff besetzte Punkte der Matrix untereinander verbunden. Die sich hierbei bildenden Gruppen (= Cluster) von besetzten Felder innerhalb der Struktur der Matrix in unmittelbarer Nachbarschaft werden umso größer sein, je größer die Wahrscheinlichkeit zur Besetzung eines Feldes durch den Füllstoff ist. Die Wahrscheinlichkeit hängt vermutlich auch von den jeweiligen chemischen Eigenschaften von Matrix und Füllstoff ab, so dass wohl nicht jede Matrix mit jedem Füllstoff zu entsprechender Perkolation führen dürfte. Durch die Perkolation werden die Eigenschaften eines aus dem Compound hergestellten Kunststoffgegenstandes über dessen gesamte räumliche Ausdehnung in gleicher Weise beeinflusst, so dass sich ein in seinen Eigenschaften homogener Gegenstand ergibt.
• Die zweite, von dem Füllstoff beeinflusste Eigenschaft ist gewählt aus den Eigenschaften: Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, E-Modul und damit zusammenhängend die Kerbschlagzähigkeit, Kratzfestigkeit, antibakterielle Aktivität, Farbe und Schmelzvolumenrate des Compounds.
• Der Anteil des Füllstoffes im unverarbeiteten Zustand des Compounds beträgt erfindungsgemäß zwischen 1 Massen-% und 49 Massen-%, insbesondere zwischen 1 Massen-% und 35 Massen-%, besonders bevorzugt zwischen 1 Massen-% und 31 Massen-%. Mit diesen hohen Anteilen wird der erfindungsgemäße Effekt besonders gut erreicht. Nach jetzigem Preisniveau ist dabei ein Anteil zwischen 1 Massen-% und 16 Massen-% besonders wirtschaftlich und verwirklicht dabei die Vorteile der Erfindung noch in sehr befriedigendem Maße.
• Im Hinblick auf die erfindungsgemäß möglichen genannten Matrixstoffe ist der Homopolymer-Matrixstoff gewählt ist aus den styrolbasierten Homopolymeren wie GPPS (general purpose polystyrol), HIPS (Highimpact polystyrol) und der Copolymer-Matrixstoff gewählt aus den styrolbasierten Copolymeren SBC (StyrolButadienCopolymer), SMMA (StyrolMethylMethacrylat); MABS (MethylmethacrylatAcrylnitrilButadienStyrol), MBS (MethylmethacrylatButadienStyrol), AMSAN (AlphaMethylStyrolAcrylNitril), SAN (StyrolAcrylNitril), ABS (AcrylnitrilButadienStyrol) und ASA (AcrylnitrilStyrolAcrylat).
• Im Hinblick auf die erfindungsgemäß möglichen genannten Matrixstoffe ist der Polymerblend-Matrixstoff gewählt aus den im vorherigen Absatz genannten styrolbasierten Copolymeren + PA oder aus den im vorherigen Absatz genannten styrolbasierten Copolymeren + Polyester, wobei der Polyester bevorzugt ein Polycarbonat ist und wobei der Polymerblend ganz besonders bevorzugt ein PC+ABS ist.
• Die erfindungsgemäß verwendeten speziellen radial mehrschichtigen Füllstoffe sind fraglos auch jeweils in den Bestandteilen des in den Ausführungsbeispielen verwendeten Polymerblends alleine einsetzbar sind, so dass der erfindungsgemäße Matrixstoff auch ohne weiteres ein Polycarbonat und damit allgemeiner ein Polyester sein kann. Er kann ebenfalls ein styrolbasiertes Copolymer sein und damit allgemeiner auch ein nicht styrolbasiertes Copolymer sein.
• Neben diesen geeigneten Matrixstoffen ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kern des Füllstoffes gewählt ist aus der Gruppe gebildet durch Metalle, insbesondere Kupfer oder Aluminium, Keramiken, insbesondere Siliziumoxid, auch in Form von Glas, oder Titanoxid und Kohlenstoff in Nanoröhrenstruktur. Diese Kernmaterialien verbessern mit Vorteil die elektrische Leitfähigkeit als erste Eigenschaft eines Kunststoffes, gleichzeitig ermöglichen sie auch die Beeinflussung einer zweiten Eigenschaft des Kunststoffes, beispielsweise dessen Farbe, Kratzfestigkeit und anderes mehr.
• Der erste Hüllstoff ist erfindungsgemäß gewählt aus der Gruppe gebildet durch Metalle, insbesondere Silber, Keramiken, insbesondere einem Metalloxid, Kohlenstoff, insbesondere in Nanoröhrenstruktur.
• Damit ergeben sich erfindungsgemäß eine ganze Reihe von Kombinationen für den Füllstoffaufbau, insbesondere metallbeschichtete Metalle und metallbeschichtetes Glas, mit Glas als Metalloxid.
• Besonders im Fall der Kohlenstoffnanoröhren sind Kern und erster Hüllstoff von gleicher chemischer Natur, gleiches gilt auch für die Kombination von metallischem Kern und metallischem Hüllstoff. Jedoch ist auch eine Kombination von chemisch ungleichen Stoffen von Kern und Hülle erfindungsgemäß, beispielsweise ein metallischer Kern und eine keramische Hülle oder umgekehrt. Ebenso die Kombination mehrerer erfindungsgemäßer Füllstoffe in einem Compound.
• Weiter ist vorgesehen, dass der Füllstoff wenigstens einen, den ersten Hüllstoff zumindest teilweise umhüllenden, zweiten Hüllstoff aufweist, der vorzugsweise Kohlenstoff in nanoröhrenform ist. Insbesondere bei letzteren ist ein drei- oder mehrschichtiger Aufbau vorteilhaft.
• Wie bereits erläutert, ist es auch erfindungsgemäß, dass erster Hüllstoff und zweite Hüllstoff in ihrer chemischen Natur unterschiedlich ausgebildet sind.
• Der erfindungsgemäße Füllstoff ist faserförmig, plattenförmig, kugelförmig oder griesartig ausgebildet. Diese Formen sind ausreichend stabil, um den Compoundierprozess und den Compoundverarbeitungsprozess in einer eigenschaftserhaltenden Weise zu überstehen und gleichzeitig besonders gut zur Perkolation geeignet.
• Das erfindungsgemäße Compound kann dabei auch einen bereits gefüllten Matrixstoff enthalten, der insbesondere mit Glasfasern, Kohlefasern, Stahlfasern, Mineralien gefüllt ist. Diese zählen daher nicht zu den erfindungsgemäßen Füllstoffen und deren Massenanteil.
• Ein derartiges Compound ist zur Herstellung von Teilen mittels Urformung aus plastischem Zustand, insbesondere zur Herstellung von Pressform-, Spritzguß, -Spritzpress-, Strangpress-, Ziehform-, Kalander- und Blasformteilen bestens geeignet.
• Ausführungsbeispiele
• Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind in Tabellen zusammengefasst, wobei die ersten beiden Tabellen Referenzbeispiele und erfindungsgemäße Beispiele mit einer ersten Basiszusammensetzung und die dritte und nachfolgende Tabelle erfindungsgemäße Beispiele mit einer zweiten Basiszusammensetzung enthalten. Insbesondere auch die fünfte und nachfolgende Tabelle enthält erfindungsgemäße Beispiele aus zweiter Basiszusammensetzung und jeweils einer Kombination mehrerer erfindungsgemäßer Füllstoffe.
• Beispiele mit erster Basiszusammensetzung
• Die erste Basiszusammensetzung besteht aus
• - dem Matrixstoff Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol (ungefülltes Bayblend T65 XF (ca. 65 Massen-% Polycarbonat, 35 Massen-% AcrylnitrilButadienStyrol), eXtreme Flow Type, Covestro AG), nachfolgend als PC+ABS bezeichnet (Einwaage 10.000 g) und
• - einem Antioxidationsmittel (Irgafos 168 (Phosphorous acid, tris(2,4-ditert-butylphenyl)ester, CAS Nr. 31570-04-4, BASF SE) oder Songnox 1680 PW (Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite, CAS Nr. 31570-04-4, Songwon International AG), nachfolgend auch als Antioxidant bezeichnet (Einwaage 10 g) und
• - einem Weißpigment aus Titandioxid (Einwaage 100 g).
• Bei PC+ABS handelt es sich um ein Polymerblend, das als Kunststoffmatrix für einen oder mehrere Füllstoffe dient. Das Weißpigment dient der Weißfärbung des PC+ABS und das Antioxidant dem Schutz des PC+ABS vor thermischer Schädigung. Das auch im Rahmen der Erfindung verwendete PC+ABS lag in Granulatform vor.
• Zur Herstellung aller in den nachfolgenden Tabellen aufgeführter Zusammensetzungen nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung wurden die folgenden Schritte durchgeführt:
1. 1. Wiegen der Basismaterialien PC+ABS, Antioxidant und Weißpigment der ersten Basiszusammensetzung, sodass gemäß den vorstehenden Zusammensetzungstabellen Granulatansätze von jeweils 10110,00 g verwendet werden konnten. Entsprechend geänderte Inhaltsstoffe und Einwaagen erfolgten bei der zweiten Basiszusammensetzung, wie zu der dritten Tabelle aufgeführt ist.
2. 2. Mischen der Granulatansätze aus Schritt 1 mit einem Trogmischer (Diosana 229-057 Typ V50, Anzahl der Mischschritte 1, Mischdauer 60 s/Schritt, Mischgeschwindigkeit 144 Umdrehungen/min).
3. 3. Extrudieren der Granulatansätze aus Schritt 2 mit einem Doppelschneckenextruder mit gleichläufigem Schneckenpaar (Krupp Werner & Pfleiderer Typ ZSK 25, Motorleistung rund 20 kW, Drehmoment >150 Nm, 11 Gehäuseelemente, Schneckendrehzahl 450 Umdrehungen/min, Lochplatte mit 4 Löchern als Extrusionswerkzeug, Durchsatz 30 kg/h, Wasserbadlänge 300 cm).
4. 4. Zudosieren des oder der Füllstoffe nach dem Plastifizieren der Granulatansätze während dieses Schrittes in einer Förderzone des Doppelschneckenextruders, wobei der oder die Füllstoffe vor dem Zudosieren mithilfe einer Feinwaage gewogen werden.
5. 5. Spritzgießen der extrudierten Granulatansätze aus Schritt 3 und 4 mit einer Spritzgussmaschine (Arburg Allrounder 270S 500-150) zur Erzeugung von Prüfkörpern mit genormten Prüfgeometrien zur Bestimmung der Eigenschaften des aus dem erfindungsgemäßen Compound hergestellten Kunststoffs.
• Die erste Tabelle enthält Referenzbeispiele R1 bis R5 mit dieser ersten Basiszusammensetzung, zu der aus dem Stand der Technik bekannte Füllstoffe zugefügt wurden, die die elektrische Leitfähigkeit des PC + ABS erhöhen. Es handelt sich hierbei um ein blockcopolymerisiertes Polyamid/Polyetherblockamid (Irgastat® P 22, BASF SE), nachfolgend auch als Fettsäureester bezeichnet, einem sphärischen natürlichen Graphit (Mechano-Cap 1P1, Fa. H.C. Carbon GmbH) nachfolgend auch als Graphit bezeichnet und einen Leitruß auf Basis von Polystyrol (LIFOCOLOR-SCHWARZ 3031 PS (Leitruß-Batch mit 30 Massen-% Polystyrol, Fa. LIFOCOLOR FARBEN GmbH & Co. KG) nachfolgend auch als Leitrußbatch (30%) bezeichnet.
• Die zu der ersten Basiszusammensetzung hinzutretenden Bestandteile der Referenzbeispiele sind mit ihrer Einwaage in [g] angegeben, der Anteil der Füllstoffe ist auf die Gesamtmasse aus Basiszusammensetzung (10110 g) und Masse Zuschlagstoff bezogen und in [%] dieser Gesamtmasse angegeben. Die ermittelten Eigenschaften sind ebenfalls angegeben. Tabelle 1: Referenzbeispiele mit erster Basiszusammensetzung

  Füllstoff	R1	R2	R3	R4	R5
  Fettsäureester	4333	-	-	-	-
  Graphit	-	206,3	532,1	-	-
  Leitrußbatch (30%)	-	-	-	721,4	2021
  Anteil Füllstoff	30,0	2,0	5,0	2,0	5,0

  Eigenschaften
  Oberflächenwiderstand	1E10	1E12	1E13	7E13	2E14
  Elektr. Durchgangswiderstand	2E10	1E13	1E13	1E12	5E11
  Abklingverhalten
  Wärmeleitfähigkeit	0,2	0,2	0,3	0,2	0,2
  Spezifische Wärmekapazität	1,6	1,4	1,3	0,9	1,4
  MVR 260/5	120	14,93	13,9	17,4	23,5
  Dichte	1,14	2,1	1,16	1,35	1,14
  Zug E-Modul	1710	2480	2630	2370	2550
  Kerbschlagzähigkeit	30,7	19,7	13,1	63,4	13
  Kratzfestig ke it	n.b.	n.b.	n.b.	n.b.	n.b.
  antimikrobielle Aktivität E. coli	Keine	n.b.	n.b.	n.b.	n.b.
  antimikrobielle Aktivität S. aureus	Keine	n.b.	n.b.	n.b.	n.b.
  Aussehen	weiß	grau	dunkelgrau	schwarz	schwarz

• Die noch ausstehenden Wert des jeweiligen Abklingverhaltens werden noch ergänzt.
• Die in dieser und den folgenden Tabellen aufgeführten Eigenschaften der Kunststoffe wurden dabei jeweils wie folgt ermittelt:
• - Oberflächenwiderstand und elektrischer Durchgangswiderstand nach DIN IEC 60093 VDE 0303/30 in Ohm, wobei die Messwerte durch Luftfeuchtigkeit, Umgebungstemperatur und durch den Anpressdruck des Widerstandsmessgerät mit der Ringelektrode auf die Probenplatte beeinflusst, wobei die Luftfeuchtigkeit nicht reguliert werden konnte.
• - Abklingverhalten nach PV 3977 in s,
• - Wärmeleitfähigkeit nach DIN EN ISO 22007-2 in W/(mK),
• - spezifische Wärmekapazität nach DIN EN ISO 11357-4 in J/(gK),
• - Schmelzfließfähigkeit (MVR 260°C/5 kg) nach DIN EN ISO 1133 in cm³/10 min,
• - der Dichte nach DIN EN ISO 1183 in g/cm³,
• - mechanischer Kennwerte wie E-Modul und Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 527-1: Zug-E-Modul in N/mm²,
• - Kerbschlagzähigkeit nach DIN EN ISO 179 1eA in kJ/m²,
• - Kratzbeständigkeit nach DIN EN ISO 1518-1 qualitativ,
• - antimikrobielle Aktivität nach ISO 22196 mit Staphylococcus aureus (S. aureus) und Escherichia coli (E. coli) inm % und
• - Farbanmutung auf Basis einer optischen Begutachtung durch einen Laboranten
• Es wurden zwei weitere Referenzbeispiele erstellt, bei denen in Abwandlung der ersten Basiszusammensetzung in dieser kein Weißpigment jedoch eine Metallfaser enthalten war. Diese beiden Referenzbeispiele R6 und R7 sind in der nachstehenden Tabelle 1a widergegeben: Tabelle 1a:

  Füllstoff	R6	R7
  Fettsäureester	-	-
  Graphit	-	-
  Leitrußbatch (30%)	-	-
  Metallfaser	526,8	1766
  Anteil Füllstoff	3,75	11,25

  Eigenschaften
  Oberflächenwiderstand	1E14	1E14
  Elektr. Durchgangswiderstand	1E14	1E14
  Abklingverhalten
  Wärmeleitfähigkeit
  Spezifische Wärmekapazität
  MVR 260/5
  Dichte
  Zug E-Modul
  Kerbschlagzähigkeit
  Kratzfestig ke it
  antimikrobielle Aktivität E. coli
  antimikrobielle Aktivität S. aureus
  Aussehen	grau	grau

• Die in dieser und den folgenden Tabellen fehlenden Eigenschaftswerte zu den durchgeführten Versuchen werden nach Erhalt ergänzt.
• Die folgende Tabelle 2 gibt Ausführungsbeispiele E1 bis E6 der Erfindung mit der ersten Basiszusammensetzung wieder. Zu dieser Basiszusammensetzung traten mindestens einer der erfindungsgemäßen folgenden Füllstoffe hinzu: mehrwandige Kohlenstoffnanoröhrchen (Plasticyl PC 1501, Polycarbonatbatch mit 15 Massen-% Multiwall CNT NC7000 CAS Nr. 7782-42-5, Fa. Nanocyl S.A.), nachfolgend MWCNT, und/oder Titan-Heptaoxid (schwarzes Titanoxid, CAS Nr. 51745-87-0, KELA PIGMENT BLACK 35, Fa. Chemikos Industrievertretungen), nachfolgend schwarzes Titanoxid, und/oder silberbeschichtete Kupferpartikel (u.a. eCONDUCT COPPER 421000, plättchenförmig D50 = 39,5 µm, 10 Massen-% Silber, Fa. Eckart GmbH), nachfolgend Ag-Cu-10. Tabelle 2, Erfindungsgemäße Beispiele mit erster Basiszusammensetzung

  Füllstoff	E1	E2	E3	E4	E5	E6
  MWCNT	1555	5054	-	-	-	-
  schwarzes Titanoxid	-	-	532	4333	-	-
  Ag-Cu-10	-	-	-	-	532	4333
  Eigenschaften
  Oberflächenwiderstand	3E11	5E5	2E12	1E12	1E12	5E13
  Elektr. Durchgangswiderstand	2E11	1E7	1E13	1E12	1E12	1E12
  Wärmeleitfähigkeit	0,3	0,3	0,2	0,3	0,2	0,6
  Spezifische Wärmekapazität	1,5	1,3	1,3	1,2	1,3	1,1
  MVR 260/5	6,28	19,3	14,97	10,98	24,87	17,23
  Dichte	1,15	1,17	1,175	1,45	1,18	1,53
  Zug E-Modul	2470	2850	2470	3070	2450	3750
  Kerbschlagzähigkeit	36,9	10,6	44,8	7,4	14,4	4,9
  Kratzfestigkeit	n.b.	n.b.	Mäßig	Ja	Mäßig	Ja
  antimikrobielle Aktivität E. coli	n.b.	n.b.	n.b.	n.b.	-92,73	-99,92
  antimikrobielle Aktivität S.aureus	n.b.	n.b.	n.b.	n.b.	-82,98	-99,94
  Aussehen	schwarz	schwarz	Dunk elgrau	schwarz	Metallic hellbraun	Metallic hellbraun
  Anteil Füllstoff	2,0	5,0	5,0	30,0	5,0	30,0

• Den vorstehenden Tabellen ist zu entnehmen, dass die erfindungsgemäßen Beispiele sämtlich eine hohe elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffs ganz ohne den Zusatz von Graphit ermöglichen. Es zeigt sich weiter, dass Beispiele mit metallischem Füllstoff die Kratzfestigkeit erhöhen und auch eine antimikrobielle Aktivität zeigen. Demnach führt die Zugabe eines erfindungsgemäßen Füllstoffs sogar zur Verbesserung dreier Eigenschaften des aus dem Compound hergestellten Kunststoffs. Die Färbbarkeit wird auch überall dort erhöht, wo sich eine hellbraune Farbe einstellt. Das Beispiel E5 stellt dabei ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar, da es mit einem sehr geringen und damit kostengünstigen Füllstoffanteil auskommt und dennoch alle Vorteile der Erfindung zeigt.
• Die nachfolgende dritte Tabelle gibt erfindungsgemäße Compounds mit weiteren erfindungsgemäßen Füllstoffen an, wobei eine zweite Basiszusammensetzung eingesetzt wurde. Diese besteht aus
• - dem bereits beschriebenen Matrixstoff Polycarbonat/AcrylnitrilButadien-Styrol (ungefülltes Bayblend T65 XF (ca. 65 Massen-% Polycarbonat, 35 Massen-% AcrylnitrilButadienStyrol), eXtreme Flow Type, Covestro AG), nachfolgend als PC+ABS bezeichnet (Einwaage 10.000 g) und dem bereits beschriebenen
• - Antioxidationsmittel wie zuvor beschrieben, nachfolgend erneut als Antioxidant bezeichnet (Einwaage 10 g).
• Die zu dieser zweiten Basiszusammensetzung hinzutretenden weiteren erfindungsgemäßen Füllstoffe sind mit ihrer Einwaage in [g] angegeben, der Anteil der Füllstoffe ist auf die gesamte Einwaage der zweiten Basiszusammensetzung (10010 g) bezogen und in [%] dieser Einwaage angegeben. Die auf dieselbe Weise wie zuvor ermittelten Eigenschaften sind ebenfalls angegeben.
• Als derartige weitere erfindungsgemäße Füllstoffe wurden eingesetzt:
• - Beschichtete Metallfasern (Beki-Shield Fasern, 75 Massen-% Stahlfasergehalt, 25 Massen-% Schlichte, 5 mm Schnittlänge, 11 µm Faserdurchmesser, Fa. Nanoverbundwerkstoffschicht Bekaert SA), nachfolgend: Metallfaser,
• - silberbeschichtete Aluminiumpartikel (eCONDUCT ALUMINIUM 201500, Aluminiumgrieß, D50 = 18 µm, 13,5 Massen-% Silber, Fa. Eckart GmbH), nachfolgend: Ag-Al-13,5,
• - silberbeschichtete Aluminiumpartikel (eCONDUCT ALUMINIUM 203000, Aluminiumgrieß, D50 = 23 µm, 29,0 Massen-% Silber, Fa. Eckart GmbH), nachfolgend: Ag-Al-29,
• - silberbeschichtete Kupferpartikel (eCONDUCT COPPER 421000, plättchenförmig, D50 = 39,5 µm, 10,0 Massen-% Silber, Fa. Eckart GmbH), nachfolgend: Ag-Cu-10,
• - silberbeschichtete Kupferpartikel (eCONDUCT COPPER 122000, plättchenförmig, D50 = 10,5 µm, 20,0 Massen-% Silber, Fa. Eckart GmbH), nachfolgend: Ag-Cu-20,
• - silberbeschichtete Glaspartikel (eCONDUCT GLASS VP70308, Vorprodukt, ca. D50 = 35 µm, 20 bis 25 Massen-% Silber, Fa. Eckart GmbH), nachfolgend: Ag-Glas-20/25.
• Die folgende Seite enthält die Tabelle 3, die erfindungsgemäße Beispiele mit zweiter Basiszusammensetzung zeigt. Tabelle 3: Erfindungsgemäße Beispiele mit zweiter Basiszusammensetzung

  Füllstoff	E7	E8	E9	E10	E11	E12	E13	E14	E15	E16
  Ag-Al-13,5							527	1765
  Ag-Al-29									527	1765
  Ag-Cu-10					527	1765
  Ag-Cu-20			527	1765
  Ag-Glas- 20/25	527	1766
  Füllstoffanteil	5,0	15,0	5,0	15,0	5,0	15,0	5,0	15,0	5,0	15,0

  Eigenschaft
  Oberflächenwiderstand	1E13	1E13	2E14	2E14	2E14	1E12	1E14	2E14	1E12	1E12
  Elektr. Durchgangswid.	1E13	1E13	2E14	6E11	2E14	1E12	1E13	3E12	1E12	1E12
  Abklingverhalten
  Wärmeleitfähigkeit
  Spez. Wärmekapazität
  MVR
  Dichte
  Zug E-Modul
  Kerbschlagzähigkeit
  Kratzfestigkeit
  Antimikrob. Akt. E. coli
  Antimikrob. Akt. S.aureus
  Aussehen	Metallic, Graugold	Metallic, Graugold	Metallic, kupferfa rben	Metallic, kupferfa rben	Metallic, kupferfa rben	Metallic, kupferfa rben	Hellgrau	Hellgrau	Beigegrau	Graugold

• Auch bei dieser Tabelle sind die erfindungsgemäßen Compounds bei Einreichung der Anmeldung hergestellt, die Versuche zur Bestimmung ihrer Eigenschaften sind noch nicht gänzlich abgeschlossen, die Werte werden ergänzt.
• Die Füllstoffe aus metallbeschichteten Metallen und metallbeschichteten Metalloxiden bzw. Halbmetallen, insbesondere Glas, sind als Farbpigmente aus der Lackindustrie auch für Schutzcoatings bekannt.
• Schließlich gibt die vierte Tabelle auf der nächsten Seite erfindungsgemäße Compounds mit Kombinationen von erfindungsgemäßen Füllstoffen an, die zu der zweiten Basiszusammensetzung wie beschrieben zugefügt wurden.
• Die in dieser Tabelle zusätzlich aufgeführte Eigenschaft der Kunststoffe wurde dabei jeweils wie folgt ermittelt:
• - Shielding Efficiency nach ISO 7637 bzw. IEC 1000-4 in dB.


• Es zeigt sich besonders bei den Füllstoffkombinationen mit MWCNT ein besonders hoher Oberflächenwiderstand und damit eine verbesserte Leitfähigkeit, gleichzeitig sind diese zum Teil einfärbbar und weisen einen metallischen Glanz auf. Sie sind darüberhinaus auch antimikrobiell wirksam und weisen eine gute Kratzfestigkeit auf.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• DIN EN ISO 22007-2 [0040]
• DIN EN ISO 11357-4 [0040]
• DIN EN ISO 1133 [0040]
• DIN EN ISO 1183 [0040]
• DIN EN ISO 179 [0040]
• DIN EN ISO 1518-1 [0040]
• ISO 22196 [0040]
• ISO 7637 [0052]
• IEC 1000-4 [0052]

Claims (13)

1. Compound, aufweisend mindestens einen Matrixstoff gewählt aus der Gruppe gebildet durch Polymerblends, Copolymere, Homopolymere, Elastomere und duroplastische Polymere und mindestens einen, nach Verarbeitung des Compounds in den Matrixstoff eingebetteten Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff einen Kern und einen ersten, den Kern zumindest teilweise umhüllenden ersten Hüllstoff aufweist, wobei ein Anteil des Füllstoffes am Compound mindestens ein zur Perkolationsbildung befähigender Anteil ist und wobei der Füllstoff eine elektrische Leitfähigkeit als eine erste Eigenschaft und zusätzlich wenigstens eine zweite Eigenschaft eines aus dem Compound hergestellten Kunststoffs beeinflussend ist.
2. Compound nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eigenschaft gewählt ist aus den Eigenschaften: Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, E-Modul und damit zusammenhängend Kerbschlagzähigkeit, Dichte, Kratzfestigkeit, antibakterielle Aktivität, Farbe und Schmelzvolumenfließrate.
3. Compound nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Füllstoffes im unverarbeiteten Zustand des Compounds zwischen 1 Massen-% und 49 Massen-%, insbesondere zwischen 1 Massen-% und 35 Massen-%, besonders bevorzugt zwischen 1 Massen -% und 31 Massen -% beträgt.
4. Compound nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Copolymer-Matrixstoff gewählt ist aus den styrolbasierten Copolymeren SBC, SMMA; MABS, MBS, AMSAN, SAN, ABS und ASA und/oder der Homopolymer-Matrixstoff gewählt ist aus den styrolbasierten Homopolymeren GPPS, HIPS.
5. Compound nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerblend-Matrixstoff gewählt ist aus den in Anspruch 4 genannten styrolbasierten Copolymeren+PA oder aus den in Anspruch 4 genannten styrolbasierten Copolymeren +Polyester, wobei der Polyester bevorzugt ein Polycarbonat ist und wobei der Polymerblend ganz besonders bevorzugt ein PC+ABS ist.
6. Compound nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des Füllstoffes gewählt ist aus der Gruppe gebildet durch Metalle, insbesondere Kupfer oder Aluminium, Keramiken, insbesondere Siliziumoxid oder Titanoxid, Kohlenstoff in Nanoröhrenstruktur.
7. Compound nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hüllstoff gewählt ist aus der Gruppe gebildet durch Metalle, insbesondere Silber, Keramiken, insbesondere einem Metalloxid, Kohlenstoff, insbesondere in Nanoröhrenstruktur.
8. Compound nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kern und erster Hüllstoff von gleicher chemischer Natur sind, insbesondere jeweils Kohlenstoffnanoröhren.
9. Compound nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff wenigstens einen, den ersten Hüllstoff zumindest teilweise umhüllenden, zweiten Hüllstoff aufweist, der vorzugsweise Kohlenstoff in Nanoröhrenform ist.
10. Compound nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erster Hüllstoff und zweite Hüllstoff in ihrer chemischen Natur unterschiedlich ausgebildet sind.
11. Compound nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff faserförmig, plattenförmig, kugelförmig oder griesförmig ausgebildet ist.
12. Compound nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixstoff selber gefüllt ist, insbesondere mit Glasfasern, Kohlefasern, Stahlfasern, Mineralien.
13. Verwendung des Compounds nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung von Teilen mittels Urformung aus plastischem Zustand, insbesondere Pressform-, Spritzguss-, Spritzpress-, Strangpress-, Ziehform-, Kalander- und Blasformteilen.