DE1901172C3 - - Google Patents

Description

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Es sind verschiedene Verfahren zur Verhinderung elektrostatischer Aufladung von Kunststoff gegenständen bekannt, beispielsweise der Zusatz geeigneter oberflächenaktiver Mittel zur Formmasse oder die Behandlung der Oberfläche der Kunststoffgegenstände mit einem derartigen Mittel. Diese Verfahren hatten jedoch die Nachteile, daß die antistatische Eigenschaft nur von sehr kurzer Lebensdauer war oder die Witterungsbcständigkeit verschlechtert wurde. Um möglichst bleibende antistatische Eigenschaften zu erzielen, war es erforderlich, erhöhte Mengen an Antistatikmittel zu verwenden. Dies hatte jedoch die unerwünschte Wirkung, daß die physikalischen Eigenschaften der Kunst-Stoffgegenstände, wie z. B. die Biegefestigkeit, Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit, verschlechtert wurden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird bezweckt, die obenerwähnten Nachteile zu beseitigen und Kunststoff-Formlinge mit einer ausgezeichneten semipermanenten antistatischen Eigenschaft zu liefern.

Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung antistatischer Kunststoffgegenstände durch Vermischen eines Antistatikums, das an ein Adsorbens adsorbiert worden ist, mit organischen polymeren Kunststoffen sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen und anschließendes Verformen der Mischung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Silicagel oder Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Gel mit einer BET-Oberfläche von mehr als 600 m²/g und einem Porenvolumen von 0,35 bis 0,45 ml/g als Adsorbens verwendet, an dem man das Antistatikum adsorbiert, indem das Adsorbens auf 150 bis 230° C zur Aktivierjng erhitzt wird, und es dann in das vorher bei einer Temperatur von 100²C geschmolzene Antistatikum eingetaucht wird.

Das BET-Verfahren ist ein bekanntes Verfahren zur Messung der Oberfläche einer Substanz durch daran adsorbierte Gase. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Adsorbens besteht aus Silicagel oder SiIiciumdbxydAluminiumoxyd-Gal. Versuche haben gezeigt, daß jedes Adsjrbans, das eine dieser beiden Bedingungen nicht erfüllt, keinen Kunststoffgegenstand mit guten antistatischen Eigenschaften liefert. Das Antistatikum ist bevorzugt ein solches, das normalerweise in flüssiger Form vorliegt oder einen Schmelzpunkt von höchstens etwa 100³C aufweist. Das Antistatikum kann entweder durch Erhitzen des Adsorbens auf eine Temperatur von 150 bis 230° C zur Aktivierung und Eintauchen desselben in das vorher bei einer Temperatur von etwa 100⁰C geschmolzene Antistatikum oder durch thermische Adsorption beispielsweise unter einem erhöhten Druck an das Adsorbens im Vakuum adsorbiert werden. (Unter »thermischer Adsorption« versteht man eine Arbeitsweise, bei der Antistatikum und Adsorbens zunächst auf eine geeignete Temperatur erhitzt, bei dieser Temperatur miteinander kontaktiert und dann unmittelbar abgekühlt werden, wodurch das Antistatikum adsorbiert wird.) Wenn das Antistatikum in fester Form vorliegt, kann es ratsam sein, es in einem flüchtigen, nicht polaren Lösungsmittel zu lösen und dann das obenerwähnte Adsorbens darin einzutauchen und nach der Adsorption des Antistatikums zu trocknen.

Das adsorbierte Antistatikum wird erforderlichenfalls mit anderen Hilfsstoffen wie Stabilisatoren, Weichmachern, Schmiermitteln, UV-Adsorbentien oder färbenden Agenzien wie üblich dem Kunststoff beigemischt, und diese Masse wird wie üblich verformt. Die Menge an Antistatikum, die zu dem Kunststoff gegeben wird, kann innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 6 Gewichtsprozent liegen.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Kunststoffe unterliegen keiner besonderen Beschränkung. Sie können sein Polyvinylchlorid, Vinylchlorid-Vinylacetat - Mischpolymerisate, Polystyrol, Styrol-Butadien - Mischpolymerisate, Acrylnitril - Styrol-Mischpolymerisate, ABS-Harz, Polyacetale, Poly.methylmethacrylat, Polyäthylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polyester-Harz und Diallylphthalat-Harz.

Erfindungsgemäß ergibt sich folgender Fortschritt:

1. Das Antistatikum wird gleichmäßig dispergiert, so daß die antistatische Eigenschaft leicht gleichmäßig verteilt wird, unabhängig von der Gestalt der geformten Gegenstände. Selbst relativ kleinere Mengen an verwendetem Antistatikum können dem Kunststoffgegenstand einen großen antistatischen Effekt verleihen.

2. Da die Adsorbentien keine schädliche Wirkung auf die physikalischen Eigenschaften der Kunststoffgegenstände haben, wird eine Qualitätsverschlechterung auf Grund der Zugabe eines Antistatikums minimal gehalten.

3. Zusammengesetzte Kunststoff materialien gle't η nicht auf der Oberfläche von Walzen oder S.hnekken beim Vermischen oder Verformen.

4. Da das Antistatikum in einem durch das Adsarbens geschützten Zustand verbleibt, wird wirksam verhindert, daß es beim Vermischen oder Verformen thermisch zersetzt wird.

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5. Das an ein Adsorbens adsorbierte Antistatikum wandert infolge einer verringerten Konzentration derart, daß Stellen mit verringerter Konzentration wieder aufgefüllt werden, so daß selbst dann, wenn die antistatische Eigenschaft dort verlorengeht, wo die Oberfläche mit Seifenlauge od. dgl. gewaschen wird, das Antistatikum aus dem Inneren bis zur Oberfläche des geformten Gegenstands wieder durchdringt, wodurch die antistatische Eigenschaft zurückgewonnen wird.

Beispiel 1

Als Antistatikum wurde Stearamido-äthyldimethyl-/9-hydroxyäthyl-ammoniumchlorid veiwendet. Unter Verwendung der in Tabelle I angegebenen vier Adsorbentien wurden die in Tabelle II angegebenen zehn Proben hergestellt. Jedes Adsorbens wurde zur / k.ivierung 3 Stunden lang auf 170° C erhitzt und in das auf 100°C erhitzte Antistatikum eingetaucht. Einige der Proben wurden hergestellt, indem man das Antistatikum 5 Minuten in einem Vakuum von 20 mm Hg thermisch adsorbieren ließ. Jede der so hergestellten Proben wurde mit 100 Gewichtsteilen Polyvinylchlorid und 3 Gewichtsteilen Dibutylzinn-maleat vermischt. Die Masse wurde bei einer Temperatur von 200° C und einem Druck von 1000 kg pro cm² unter Verwendung einer 247-g-(8 ounce)-Schnecken-Spritzgußmaschine verformt. So wurden zehn plattenförmige Teststücke mit einer Dicke von 3 mm, einer Breite von 100 mm und einer Länge von 200 mm aus jeder Probe hergestellt. Jedes Teststück blieb 2 Tage nach dem Verformen stehen, wurde dann mehrmals mit einem Schwamm abgewaschen, der mit Wasser vollgetränkt oder befeuchtet war, und nach dem Waschen 7 Tage stehengelassen. Dann wurde es innerhalb 30 Sekunden 30mal mit einer Gaze-Folie bei einem Druck von 1 kg/5 cm² gerieben zur Bildung einer statischen Spannung auf seiner Oberfläche. Die Ergebnisse der Messe sung dieser Spannung sind in Tabelle II angegeben.

Tabelle I
Adsorbentien-Arten

Adsorbentien-Arten

Oberflächengrüße in Porenvolumen m^a/g in ml/g

Mengenanteile der Komponenten
in Gewichtsprozent
SiOj Al₁O₃

A	775	0,35	99,75	—
B	680	0,40	95,5	4,3
C	500	0,58	97,0	2,7
D	850	0,30	72,0	25

Tabelle II

Ergebnisse der Missung der durch R:ibung hervorgerufenen statischen Spannung

Proben

Mengenverhältnisse
in Gewichtsteilen

Adsorptionsverfahren

Adsorbens-Arten

Antistatikum

Durch Reibung hervorgerufene statische Spannung
2 Tage nach dem 7 Tage nach dem Waschen

Verformen mit Wasser

(in Volt) (in Volt)

1	A 0,5	2
2	Al	2
3	A2	2
4	B 1	2
5	B2	1
6	B2	0
7	—	2
8	Cl	2
9	C2	2
10	D2	2

thermische Adsorption thermische Adsorpl.ion thermische Absorption

thermische Vakuum-Adsorption

thermische Adsorption

thermische Absorption thermische Adsorption thermische Adsorption

-120 bis -300

-20 bis -70

-25 bis -80

-110 bis -160
-2700

-150 bis -1000

-190 bis -830

-130 bis -480

-25 bis -150

-450 bis -600

-180 bis -3C0
-30

-260 bis -310

-270 bis -380
-2700

-850 bis -2100
-680 bis -2000
-560 bis -1900
-400 bis -1200

Wie aus Tabelle II ersichtlich, führt die Verwendung die nicht in den Rahmen der vorliegenden Erfindung der Absorbentien A und B zu ein;r ausgezeichneten (>s fallen, eine weit schlechtere antistatische Eigenschaft. antistatischen Eigenschaft, die sich nur wenig ändert, wenn man mit Wasser wäscht. Im Gegensatz dazu

zeigt sich bei Verwendung der Absorbentien C und D, Der Ersatz des Polyvinylchlorids durch Polypropylen-Nylon-Harze oder ABS-Harze zeigte praktisch die gleiche Tendenz wie in Tabelle II.

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Beispiel 2
Aus dem Antistatikum

.CH₂CH₈OH

R-N

(R = Cocosalkyl)

CH₁CH₂OH

und den drei Adsorbentien-Arten der Tabelle III wurden die in Tabelle IV angegebenen sieben Proben hergestellt. Jedes Adsorbens wurde zur Aktivierung 2 Stunden lang auf eine Temperatur von 200⁰C erhitzt. Einige der Proben wurden hergestellt durch Eintauchen des Adsorbens in ein auf 120⁰C erhitztes Antistatikum und thermische Adsorption bei Normaldruck unter Rühren, die anderen Proben durch thermische Adsorption in einem Vakuum von 20 mm Hg. Jede der so hergestellten Proben wurde zu 100 Gewichtsteilen eines Styrol-Butadien-Mischpolymerisats zugegeben. Die Masse wurde 2 Minuten lang unter Verwendung von zwei auf 180⁰C erhitzten Walzen vermischt und anschließend vermählen. Danach wurden aus jeder Probe wie im Beispiel 1 zehn plattenförmige Teststücke der gleichen Größe hergestellt. Man ließ jsdjs Teststück 2 Tage lang nach dem Verformen und weitere 7 Tage lang nach dem Waschen stehen und rieb es innerhalb 30 Sekunden 30mal mit einer Gaze-Folie bei einem Druck von 1 kg/5 cm*, um auf seiner Oberfläche eine statische Spannung zu erzeugen. Die Ergebnisse dieser Spannungsmessung sind in Tabelle IV ίο angegeben.

Tabelle III
Adsorbentien-Arten

Adsorbentien- Oberflächen- Poren- SiO, in

Arten größe in volumen Gewichts-

m*/g in ml/g prozent

E	710	0,37	99,8
F	625	0,43	99,5
G	3SO	0,80	98,0

Tabelle IV

Ergebnisse der Messung der durch Reibung hervorgerufenen statischen Spannung

Proben

Mengenanteile
in Gewichtsteilen

Adsorptions verfahren

Adsorbens-Arten

Antistatikum

Durch Reibung hervorgerufene statische Spannung
2 Tage nach dem 7 Tage nach dem Waschen

Verformen mit Wasser

(in Volt) (in Volt)

11	E 0,3	1
12	E 0,7	2
13	E 2	4
14	E 2	2
15	F 2	2
16	—	4
17	G3	2

thermisch +310 bis +850

thermisch +180 bis +400 thermisch und im Vakuum 0

thermisch +30

thermisch +70

— +20 bis +900

thermisch +280 bis +1200

+400 bis +850
+ 300 bis +600
+ 120
+ 80
+ 120

+1100 bis +2300
+ 900 bis +2000

Der Ersatz des obengenannten Styrol-Butadien-MischpolytTierisats durch Polyäthylen oder Styrol-Acrylnitril-Mischpolymerisat zeigte die gleiche Tendenz wie in Tabelle IV.

Es wurden weitere Versuche durchgeführt unter den gleichen Bedingungen wie im vorhergehenden Beispiel, mit der Ausnahme, daß das in diesem Beispiel verwendete Styrol-Butadien-Mischpolymei isat durch ein Vinylchlorid-Vinylacetat-Mischpolymerisat, das 15% Vinylacetat enthielt, ersetzt wurde, 8 Teile Dibutylzinn-dilaurat als Stabilisator zugesetzt und Alkylnaphthalinsulfonat als Antistatikmittel verwendet wurden. Der erhaltene Kunststoffgegenstand zeigte nahezu die gleiche Tendenz wie in dem zuvor genannten Beispiel.

Claims (2)

19 Ol Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung antistatischer Kunststoffgegenstände durch Vermischen eines Antistatikums, das an ein Adsorbens adsorbiert worden ist, mit organischen polymeren Kunststoffen sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen und anschließendes Verformen der Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß man Silicagel oder Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Gel mit einer BET-Oberfiäche von mehr als 600 m²/g und einem Porenvolumen von 0,35 bis 0,45 ml/g als Adsorbens verwendet, an dem man das Antistatikum adsorbiert, indem das Adsorbens auf 150 bis 230° C zur Aktivierung erhitzt wird, und es dann in das vorher bei einer Temperatur von 10O⁰C geschmolzene Antistatikum eingetaucht wird.

2. Verfahren zur Herstellung antistatischer Kunststoffgegenstände durch Vermischen eines Antistatikums, das an ein Adsorbens adsorbiert worden ist, mit organischen polymeren Kunststoffen sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen und anschließendes Verformen der Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß man Silicagel oder SiIiciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Gel mit einer BET-Oberfläche von mehr als 600 m²/g '-'.nd einem Porenvolumen von 0,35 bis 0,45 ml/g als Adsorbens verwendet, an dem man das Antistatikum adsorbiert, indem das Adsorbens auf 150 bis 23O⁰C zur Aktivierung erhitzt wird, und es dann in das in einem nichtpolaren Lösungsmittel gelöste Antistatikum eingetaucht und anschließend getrocknet wird.