DE2018823B2

DE2018823B2 - Anstrichmittel zum Herstellen elektrisch leitfähiger Beschichtungen

Info

Publication number: DE2018823B2
Application number: DE19702018823
Authority: DE
Inventors: John Allen Teddington Middlesex Saunders, (Grossbritannien)
Original assignee: Research Association Of British Paint Colour & Varnish Manufacturers Teddington Middlesex (grossbritannien)
Current assignee: Research Association Of British Paint Colour & Varnish Manufacturers Teddington Middlesex (grossbritannien)
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1970-04-14
Publication date: 1975-08-28
Also published as: IE34233B1; DE2018823A1; FI56464B; AT325180B; FI56464C; LU60739A1; DE2018823C3; CH547848A; NL7005613A; NO136622C; NO136622B; IE34233L; ES378761A1; SE384220B; JPS4948462B1; FR2039278A1; CA931342A

Description

Die Erfindung betrifft ein Anstrichmittel zum Her-•tellen elektrisch leitfähiger Beschichtungen auf der Basis von graphitenthaltenden lufttrocknenden Bindemitteln.

Es sind bereits Anstrichmittel bekannt, die als Pigment ein feinverteiltes Metall enthalten. Nachteilig ist hierbei der relativ hohe Preis. Der Widerstand der daraus hergestellten Beschichtung ist sehr gering.

Daneben gibt es eine zweite Gruppe von Anstrichmitteln. Diese enthalten Kohlenstoff oder Graphit und ergeben Beschichtungen mit höhereil Wideritandswerten.

Gemäß der GB-PS 11 36977 werden Graphitruß oder feinverteiltes Metall zusammen mit einem Alkalimetallsilikatbinder verwendet.

Elektrische Widerstände in der Größenordnung von 25 bis 40 Ohm/cm² werden bei einem Anstrichmittel, bestehend aus Alkalimetallsilikatbinder und Graphit oder bituminösen Kohlemischungen, in der Beschichtung erreicht.

Derartige Widerstandswerte sind jedoch für Anstriche, die einen derartigen elektrischen Widerstand aufweisen, daß sie als Erhitzungselemente dienen können, bei der Beschichtung von Wänden u. dgl. noch zu hoch, wenn man berücksichtigt, daß aus Sicherheitsgründen nur eine maximale Spannung von 40 Volt für zulässig erachtet wird.

Hohe Widerstandswerte geben aber bei einer geringen Spannung eben nur eine zu geringe Wärmeleistung ab, so daß die Verwendung als Anstrichmittel nicht in Frage kommt.

Die vorher beschriebenen — Metall enthaltenden — Anstrichmittel weisen, wie erwähnt, einen relativ hohen Preis auf, und infolge der niedrigen Widerstandswerte sind übermäßig hohe Ströme notwendig, um auch hierbei zu einer befriedigenden Wärmeleistung zu kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Anstrichmittel zum Herstellen elektrisch leitfahiger Beschichtung bereitzustellen, das sich leicht aufbringen läßt und nur dünne Beschicbtungen ergibt, die dann geringe elektrische Widerstandswerte aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.

Das Naßmahlen eines laminaren Materials, beispielsweise des Graphits, ist dabei in Verbindung mit der Herstellung eines Schutzlackes aus der BE-PS 6 59 006 bekannt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es hat sich gezeigt, daß Beschichtungen aus dem erfindungsgemäßen Anstrichmittel mit einer Dicke von z. B 0,025 mm einen elektrischen Widerstand von weniger als 10 Ohm/cm² aufweisen, und es können auch Werte in der Größenordnung von 1 Ohm cm² erzielt werden. So führt eine quadratische Beschichtung mit Abmessungen von 30 cm mit einem elektrischen Widerstand von 1 Ohm/cm² zu einer Abgabe von •>5 Watt bei einer zugeführten Spannung von 5 Volt. Eine größere Fläche von etwa 2,4 m führt zu der gleichen Abgabe (d.h. 25Watt pio 30cm²) bei einer zugeführten Spannung von 40 Volt.

Der tatsächliche Widerstand einer Beschichtung hängt von der Schichtdicke ab, die normalerweise 00">5 bis 0.127 mm beträgt. Eine dünne Beschichtung besitzt eine Stärke von etwa O,O25mm (25Mikroni bis 0,038 mm, und dies entspricht einem Trockengewicht des Überzuges von etwa 50 bis 60 gm Es können dickere überzüge von z. B. 0,075 mm (75 Mikron) hergestellt werden, entweder durch stärkeres Aufbringen oder durch Aufbringen mehrerer dünner Schichten.

Es ist nicht mit Sicherheit bekannt, warum Beschicntigungen aus dem erfindungsgemäßen Anstrichmittel zu derartig geringen Widerstandswerten fuhren, jedoch wird angenommen, daß dies mit dasauf zurückzuführen ist. daß der Graphit in nassem Zustand vermählen worden ist. Dieses Naßmahlen des Graphits in nasser Suspension führt zu einer unterschiedlichen Form der erhaltenen vermahlenen Graphitteilchen im Vergleich zu denjenigen, wie sie durch ein Trockenvermahlen erhalten werden, und es ergibt sich ebenfalls eine unterschiedliche Teilchengrößenverteilung. Dieses Naßvermahlen führt zu einer laminaren Gestaltung der Graphitteilchen und ergibt eine breite Verteilung der Teilchengrößen und eine dichte Packung in der Beschichtung. Vorzugsweise sollte es sich bei dem Graphit um eine Art handeln, die leicht Flocken oder dünne Plättchen ausbildet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Beschichtungen aus dem erfindungsgemäßen Anstrichmittel wiederholten Wärmebehandlungen ausgesetzt werden können, d.h. wiederholtem Erwärmen beim Hindurchleiten eines Stroms und anschließendem Abkühlen, ohne daß die Beschichtung Rißbildung zeigt, während eine Beschichtung, die durch einfaches Vermischen eines feinverteilten Rußes und des gleichen Bindemittels hergestellt worden ist, bereits nach einigen wenigen Erhitzungsvorgängen zur Rißbildung neigt.

Hinsichtlich des Graphiigehaltes des Anstrichmittels muß man ein Gleichgewicht anstreben zwischen dem Erzielen einer hohen Leitfähigkeit und der Stabilität des Mittels. Allgemein sollte sich somit das Verhältnis von Graphit zu Bindemittel auf 0,33: 1 bis 4: 1 belaufen, wie es durch das Gewicht des nichtflüchtigen Produktes berechnet wird, oder die Pigmentvolumenkonzentration (PVK) sollte sich auf 25 bis 75% belaufen, wobei ein Wert größer als 45% bevorzugt ist.

Natürlich hat auch der Kohlenstoffgehalt des Gra-Iiits eine Wirkung auf die Leitfähigkeit, und somit Ff ein hoher Kohlenstoffgehalt bevorzugt.

Neben der Senkung der Widerstandswerte durch verwendung naßgemahlenen Graphits tritt eine weiure Verringerung des Widerstandes durch die Zuüabe kolloidal verteilten Kohlenstoffs ein.

Es ist möglich, ein Verhältnis von kolloidalem Kohlenstoff zu Graphit bis zu 0,8 auf der Gewichts- »mndlaee anzuwenden, bevorzugt beläuft sich das Verhältnis auf 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent, und ein Verhältnis von 0,4 auf der Gewichtsgrundlage führt Iu einem optimal geringen Widerstand, während ein Verhältnis von 0,2 bis 0,3 auf der Gewichtsgrundlage zu optimalen Fließeigenschaften der Anstrichmittel ffihrt Die Gesamtmenge der Graphitteilchen kann Sch nicht durch kolloidale Kohknstoffteilchen ersetzt werden, da die Beschichtung dann gegenüber wiederholten Temperaturveränderungen unbeständig

ist.
Der kolloidale Kohlenstoff weist vorzugsweise eine

Teilchengröße von 20 bis 60 Millimikron auf, die mittels Elektronenmikroskopie bestimmt wird.

Geeignete Bindemittel sind anorganische Bindemittel, wie Alkalimetallsilikate, z.B. Kalium- oder Natriumsilikat, wäßrige Bindemittel, wie teilweise organische Bindemittel, z. B. Silikate quatcrnärer organischer Basen oder vollständig organische Bindemittel, z. B. wäßrige Emulsionsbindemittel und in organischen Lösungsmitteln lösliche Kunstharzbindemittel. Die höchste Arbeitstemperatur der getrockneten Beschichtung hängt von dem in Anwendung kommenden Bindemittel ab. Somit können unter Anwenden von Silikatbindemitteln hergestellte Beschichtungen bis zu Temperaturen von 400⁰C angewandt werden, während unter Anwenden wäßriger Emulsionsbindemittel hergestellte Beschichtungen auf Anwendungsgebiete unter 100"C beschränkt sind.

Wenn die Beschichtungen an den Wänden von Gebäuden angewandt werden sollen, ist es zweckmäßig, daß dieselben nicht entflammbar sind. Diesem Erfordernis wird durch anorganische Silikatbindemittel entsprochen.

Das Naßvermahlen von Graphit kann durch Zusatz eines oberflächenaktiven Mittels gefördert werden. Derartige Mittel verbessern die Fümbildungseigenschafien und erleichtern das Aufbringen der sich ergebenden Anstrichfarbenmassen und dies abgesehen davon, daß der Wirkungsgrad des Vermahlungsverfahrens verbessert und die erforderliche Vermahlungszeit verringert wird.

Wenn wäßrige Alkalisilikate als das Bindemittel angewandt werden, können anionische, kationische und nichtionische oberflächenaktive Mittel herangezogen werden. Das bevorzugte Mittel stellt jedoch ein Kondensat des Typs Natriumnaphthalinsulfonsäure/Formaldehyd dar, jedoch kann dasselbe nicht angewandt werden, wenn das Anstrichmittel frei von Alkalimetallionen sein soll, z. B. wenn ein organisches Ammoniumsilikat herangezogen wird. In einem derartigen Fall ist ein nichtionisches Mittel bevorzugt. Dies führt auch zu einer Verbesserung der Lagerfähigkeit des Anstrichmittels. Bei einigen Silikatanslrichmitteln, die dazu neigen zu gelieren, sobald sie keramische Abriebprodukte aus der Mahlvorrichtung aufnehmen, führt das Anwenden eines kationischen Mittels, z. B. eines Kondensats des Typs Fettamin/ Äthylenoxid, zu einer verbesserten Stabilität.

In organischen Lösungsmitteln lösliche, polymere Bindemittel arbeiten in einigen Fällen ausreichend für das Dispergieren, ohne daß ein Zusatz eines getrennten oberflächenaktiven Mittels erfolgt; wo es jedoch erforderlich ist, erweist sich eine Rosanilmfoase als geeignet . . ,

Das erfindungsgemäße Anstrichmittel ist für viele Zwecke geeignet, wo eine elektrisch leitfähige Beschichtung erforderlich ist, so an Wänden von Hausern, Wohnungen, Büros, Betrieben, Schulen und Krankenhäusern. Es können auch vorgefertigte fcrhitzunespaneele mit einem getrockneten Hirn aes Anstrichmittels, z.B. auf isoliertem Stahl isoliertem Aluminium, Spanplatten und Holz, entweder fur ein Einsetzen in ein Gebäude oder als ein frei stehendes Paneel hergestellt werden. Derartige Paneele finden allgemein im Haushalt und in der Industrie Anwendung, z.B. als Spezialerhitzungseinheiten in Kraitfahrzeugen, Zügen und Flugzeugen.

Daneben kann das Anstrichmittel auch auf dem h uU-boden als Zentralheizung aufgebracht werden.

Zu weiteren vorgesehenen Anwendungsgebieten gehört das Erhitzen von Pipelines, wo Temperaturen bis 200" C leicht erzielt werden können, um so em Einfrieren oder Verfestigen zu verhindern das überziehen der Wände von Kathodenstrahlrohren fur die elektrostatische Abtastung oder Erhitzunfeseinheiten für Gase, z. B. über Konvektion arbeitende, frei stehende Erhitzungsvorrichtungen. Die Erfindung wird ίο im folgenden an Hand einer Reihe von Ausfuhrungsbeispielen erläutert, wobei die Zusammensetzungen ohne Ruß zum Vergleich dienen.

20

Beispiel 1

Es werden zwei Anstrichmittel (A und B) durch 8stündiges Vermählen in einer Planetenkugelmunle mit folgenden Bestandteilen hergestellt:

45 Kaliumsilikatlösung (Molverhältnis SiO₂ZK₂O von 3,89,
29,9% Feststoffe)
Madagaskar-Flockengraphit
(grob, >85% Kohlenstoff)

⁵⁰RuB

Dispergiermittel
Destilliertes Wasser

Anstrichmittel A (Vergleich) B

333,3 200,0

10,0 231,8

333,3

181,8

18,2

14,5

231.8

Wie ersichtlich, enthält das Anstrichmittel B etwa 10% der gesamten Gewichtsmenge an Kohlenstoffteilchen in Form eines kolloidalen Rußes und ebenfalls eine erhöhte Menge an Dispergiermittel, um so die Dispersion der kolloidalen Teilchen zu unterstützen.

6o Nach einmaligem Auftragen mit einem Pinsel auf Gipsplatten mit Abmessungen von 30 χ 35 cm und nach dem Trocknen werden Aluminiumfolienanschlüsse mit einer Breite von 2,5 cm hieran befestigt wodurch sich eine leitfähige Fläche von 30 χ 30 cn

65 ergibt. Als Widerstandswerte ergeben sich:

Anstrichmittel A 5,5 Ohm/cm²

Anstrichmittel B 1,6 Ohm/cm²

Beispiel 2

Es werden zwei Anstrichmittel (C und D) mit den folgenden Zusammensetzungen, jeweils zu verstehen auf der Gewichtsgrundlage, hergestellt:

Beispiel 4

Es werden zwei Anstrichmittel (G und H) mit den folgenden Zusammensetzungen (Gewichtsgrundlage) hergestellt:

	Anstrichmittel	D	tu Lithiumsilikatlösung (Molver- hälinis SiO₂ZLi₂O von 6,0, 25% Feststoffe auf Gewichts	Anstrich mitte	1	H
	C (Vergleich)	333,3	grundlage) ¹⁵ Cevlon-Graphit (0,29 mm Pulver, 93 bis 94% Kohlenstoff)	G (Vergleich)	400
KaliumsiliVrUlosung (Molver hältnis SiO₂ZK₂O von 3,89, 29,9% Feststoffe)	333,3	181,8 18,2	Ruß Dispergiermittel 20 Destilliertes Wasser	400	181,8
Ceylongraphit (<0,29 mm Pulver, 93 bis 94% Kohlenstoff) Ruß	200,0	14,5 231,8	200	18,2 14,5 165
Dispergiermittel Destilliertes Wasser	14,5 231,8		14,5 165

Dieselben werden wie im Beispiel 1 beschrieben geprüft. Die erhaltenen trockenen überzüge weisen die folgenden Widerstandswerte auf:

Anstrichmittel C 7,6 Ohm/cm²

Anstrichmittel D 1,5 Ohm/cm²

Die erhaltenen trockenen überzüge weisen
folgenden Widerstandswerte auf:

Anstrichmittel G 10,0 Ohm 'cm² ^

Anstrichmittel H 3,75 Ohm/cm²

Beispiel 3 Beispiel 5

Es werden zwei Anstrichmittel (E und F) mit den 30 Es werden zwei Anstrichmittel (I und J) mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt: folgenden Zusammensetzungen hergestellt:

Anstrichmittel
E (Vergleich) F

Natriumsilikatlösung (Molver- 357,0 357,0

hältnis SiO₂/Na₂O von 3,98,
28,0% Feststoffe)

Ceylon Graphit (< 0,29 mm 200,0 181,8
Pulver, 93, 94% Kohlenstoff)

Ruß - 18,2

D.spergiermittel 14,5 14,5

Destilliertes Wasser 208,0 208,0

Jedes Anstrichmittel wird mit 75 ml Wasser verdünnt, bevor es aus der Zerkleinerungsvorrichtung entfernt wird, und die erhaltenen Anstrichmittel werden, wie im Beispiel 1 beschrieben, geprüft. Die erhaltenen trockenen überzüge weisen dit folgenden Widerstandswerte auf:

Anstrichmittel E 4,7 Ohm/cm²

Anstrichmittel F 1,3 Ohm/cm²

Wie an Hand der Beispiele 1 bis 3 ersichtlich, führen die Anstrichmittel A, C und E zu Filmen mit geringen Widerstandswerten, jedoch führen die Anstrichmittel B, D und F, die durch zusätzliches Einarbeiten von Kohlenstoffteilchen mit kolloidaler Größe hergestellt worden sind, zu Filmen, die noch geringere Widerstandswerte aufweisen.

Lithiumsilikate und Gemische aus Lithiumsilikat mit Natriumsilikat und möglicherweise Kaliumsilikat bilden ebenfalls gute Bindemittel für das Anwenden in den erfindungsgemäßen Anstrichmitteln, wie es an Hand der folgenden Beispiele 4 und 5 aufgezeigt wird.

	Natriumsilikatlösung (Molver	Anstrichmittel	J
35	hältnis SiO₂ZNa₂O von 3,98,	I (Vergleich)	155
28% Feststoffe auf der Gewichts-	155
40 grundlage)
Lithiumsilikatlösung (Molver
hältnis SiO₂/Li₂O von 6,0,		226
25% Feststoffe auf der Gewichts-	226
grundlage)
⁴⁵ Ceylon-Graphit (0,29 mm Pulver,
93 bis 94% Kohlenstoff)		181,8
Ruß	200
Dispergiermittel		18,2
so Destilliertes Wasser	—	14,5
14,5	184
184

Die erhaltenen trockenen überzüge weisen die folgenden Widerstandswerte auf:

Anstrichmittel I 7,9 Ohm/cm²

Anstrichmittel J 3,5 Ohm/cm²

An Hand der Beispiele 4 und 5 ergibt sich, daß zufriedenstellende, elektrisch leitfähige Beschichtungen hergestellt werden können unter Anwenden von Lithiumsilikat lediglich oder im Gemisch mit Natriumsi'.ikal als Bindemittel und dies unabhängig davon, ob kolloidaler Graphit vorliegt oder nicht. Das Anwenden von Lithiumsilikat (das kostspieliger als Natrium- oder Kaliumsilikat ist) scheint jedoch nicht zu einem geringeren elektrischen Widerstand zu fuhren, sondern kann zu einem Bindemittel führen, das gegenüber Wasser widerstandsfähiger als Natrium- oder Kaliumsilikat ist.

Weiterhin ermöglicht das Anwenden von Natriumsilikat als solches oder im Gemisch mit Nalriumsilikat das Anwenden eines Silikatbindemittels, das ein höheres Molverhältnis von Silikat zu Alkalimetalloxid aufweist.

Beispiel 6

Um die Wirkung des Gehaltes an Ruß nachzuweisen, werden eine Reihe Anstrichmittel hergestellt mit Kaliumsilikatbindemittel (Molverhältnis SiO₂/K₂O 3,89, 29,9% Feststoffe). Das Verhältnis von Ruß zu Graphit (Ceylonprodukt unter 0,29 mm) wird verändert. In jedem Anstrichmittel ist ein Dispergiermittel enthalten, und die Mittel werden 4 Stunden in einer Planetenmühle vermählen, wobei das Silikatbindemittel nach dem Vermählen zugesetzt wird.

Die Mittel werden unter Anwenden der folgenden Bestandteile hergestellt, wobei »x« das Ruß-Graphit-Verhältnis darstellt.

Graphitpulver 200/x + 1 g

Ruß 200/x + 1 g

Dispergiermittel 14,5 kg

Wasser 307,0 g

Kaliumsilikat 333,3 g

Nach Aufbringen auf Gipsplatten in einer Menge von 50 g trockenem Uberzug/m² werden die folgenden Widerstandswerte festgestellt:

0,1

0,2

0,3

0.4

0.5

0,6

0.7

0.8

Widerslandswert
(Ohm cm²)

6,50
1,81
1,45
1,31
0,88
1,86
1.94
2,04
2.45

Der geringste elektrische Widerstand wird bei einem Ruß-Graphit-Verhältnis von 0,4 festgestellt. Es wird bei einem Verhältnis bis zu 0,8 eine Verbesserung gegenüber dem Anstrichmittel festgestellt, die Graphit allein enthält.

Veränderungen des Wertes »x« führen ebenfalls zu zu einer Veränderung der Viskosität der Anstrichmittel, und oberhalb eines Wertes von 0,4 verschlechtert sich die Aufbringbarkeit mit einem Pinsel, während ein optimaler Zustand für Werte von 0,1 bis 0,3 vorliegt.

Beispiel 7

Wie im Beispiel 6 werden Anstrichmittel mit verschiedenen Arten von Ruß und Werten von »x«. wie oben definiert, hergestellt. Die folgende Tabelle zeigt Widerstandswerte, wie sie bei einem überzug mit einem Gewicht von 50g'm² auf Gips vorliegen Teilchengröße χ

(ΓΠμ)

Widerstand

(Ohm/cm²)

Ruß
Ruß
Ruß
Ruß
Ruß
Ruß
Kein Ruß

13
25
41
41
41
250

0,1 0,1 0,1 0,2 0,3 0,1 0,0

3,2 1,8 1,7 1,6 1,5 3,3 7,8

In jedem der obigen Fälle werden die Verbesserungen der elektrischen Leitfähigkeit im Vergleich zum Anwenden von lediglich Graphit aufgezeigt, und man sieht, daß die Rußsorte nicht kritisch ist, wenn die Teilchengröße desselben in dem Bereich der sogenannten »Ofenruße« liegt. Man sieht jedoch, daß hohe Widerstandswerte vorliegen, wenn Ruße eine Teilchengröße außerhalb des Bereiches von 20 bis 60 πΐμ aufweisen.
Ähnliche Ergebnisse werden dann festgestellt, wenn diese Rußsorten angewandt und als Bindemittel ein teilweise organisches, wäßriges Bindemittel in Form eines quaternären Ammoniumsilikats herangezogen wird oder eine vollständig organische, wäßrige Emulsion herangezogen wird, wie es an Hand des folgenden Beispiels gezeigt ist.

Beispiel 8

Es werden vier Vorgemische I bis IV durch 4stündiges gemeinsames Vermählen in einer Planetenkugelmühle der folgenden Teile auf der Gewichtsgrundlage hergestellt.

Bestandteil	Vorgemisch	Π	111·)**	IV
	],*	166,7	200	166.7
Graphit	200	33,3	kein	33,3
Ruß	kein	14,5	kein	kein
Dispergiermittel A*)	14	357	357	357
Dispergiermittel B**)	357	kein	12	12
Destilliertes Wasser	kein

* I Dmatriumsalz der Methylendinaphthalinsulfonsäure. **) Nonylphenyläthylenoxid-Kondensat. ·*) Zum Vergleich.

Anstrichmittel werden sodann durch Vermische! bestimmter dieser Vorgemische I bis IV mit bestimm ten der folgenden Bindemittel V bis XI hergestellt.

V = Carboxylierter Styrol 'Butadien-Copoiy-

mensat-Latex.

Vl = Plastifizierter Polyvinylacetat-Latex. VlI = 75 ^SVinylacetat/l-Äthylhexylacrylat-

Copolymerisat-Latex.

VIII = Styrol /Acryteäure-Copolyraerisat-Latex. IX = Latex aus einem 70/30-Copolytnerisat vo Vinylacetat und verzweigten tertiären ung< sättigten Carbonsäuren. X = Quaternäres Ammoniumsilikat. SiO₂ G<

wichtsprozent 45%.

XI = Quaternäres Ammoniumsilikat, SiO₂ Gi wichtsprozent 45%.

509 535/41

Durch einmaliges Aufpinseln hergestellte Beschichtungen jedes Anstrichmittels werden sodann auf Gipsplatten mit Abmessungen von 30 χ 35 cm aufgebracht, und nach dem Trocknen werden Aluminiumfolienanschlüsse mit einer Breite von 2,54 cm an jedem Ende angeordnet, wodurch man eine leitfähige Fläche des Films mit Abmessungen von 30 χ 30 cm erhält. Sodann werden die elektrischen Widerstandswerte gemessen.

Die erhaltenen Ergebnisse und Zusammensetzungen jedes Anstrichmittels sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.

Vorgemisch
Type

Bindemittel
Type

Menge in Gewichtsteilen

Widerstandswert

(Ohm/cm²)

II III
IV
IV
IV
III
IV
IV

VI

VII

XI

Di

IX

VIII

VI

XI

110
110
106,5 106,5

117,5 117,5 122 122 101 101 105 106,5 117.5 117,5 122

17,0 3,3 9,3. 2,4

20,0 3,6

12,3 3,6

10,4 3,5

10,3 4,9 5,7 4,5 4.0 3.0 Z5

35

40

Wie ersichtlich, führt das Anwenden von Ruß in der Masse zu einer erheblichen Verringerung der Widerstandswerte.

Das Aufbringen eines zweiten leitfähigen Überzuges auf den Gipsplatten führt zu einer Verringerung der Widerstandswerte der Ruß enthaltenden Anstrichmittel auf einen Bereich von 1 bis 2 Ohm/cm².

Alle Anstrichmittel sind gegenüber wiederholtem Erhitzen beständig. Die Temperatur der Paneele wird auf etwa 40⁰C (unter 5A) gebracht, wodurch sich eine Leistung von 35 Watt/cm² ergibt. Im heißen Zustand erfahren die Beschichtungen eine Verringerung von etwa 10 bis 30% ihres Widerstandes, nehmen jedoch ihre ursprünglichen Werte nach dem Abkühlen wieder an. Diese Stabilität gilt ebenfalls für Paneele, die mit einer nicht leitfähigen Emulsion überzogen worden sind.

Es können ebenfalls Anstrichmittel unter Anwenden eines in organischen Lösungsmitteln löslichen Kunst harzen als Bindemittel hergestellt werden, wodurch ach Filme mit geringem Widerstand bei einer Dicke der Beschichtung von 0.075 bis 0,05 mm ergeben. Der Zusatz eines Dispergiermittels zu derartigen auf der Grundlage von organischen Lösungsmitteln vorlie genden Systemen ist jedoch, wenn auch zweckmäßig, vom Standpunkt des Aussehens und der Fließeigenschaften der Anstrichfarbe nicht immer erforderlich.

55

ίο

da die Kunstharze als solche ebenfalls als Dispergiermittel wirken können.

Diese Anstrichmittel werden an Hand des folgenden Beispiels 9 erläutert.

Beispiel 9

Es werden fünf Anstrichmittel K bis O hergestellt mit unterschiedlichen Vermahlungszeiten. In allen Fällen wird ein Bindemittel in Form eines Epoxyesters angewandt.

Zu den sich ergebenden Anstrichmitteln werden 2 g Kobaltnaphthenat-Trocknerlösung (6% Kobaltgehalt) zugesetzt, und die Anstrichmittel werden dann auf eine Gipsplatte aufgebracht und die elektrischen Widerstandswerte der getrockneten Filme gemessen.

Bestandteil

20 Anstrichmittel
K L

Epoxyester (g)
Graphit

Lackbenzin/
Xylol

(50:50-Gemisch) (ml)

Kupferoleat
(g)

Dispergiermittel*) (g)

Äthylglycol/

Xylol

(3:1-Gemisch)

(ml)

Vermahlungszeit (Std.)

Epoxyester
zugesetzt vor
oder nach dem
Vermählendes
Graphits

Elektrischer
Widerstand
(Ohm cm²)

87,5
166,7

33,3
600

87,5
166,7

33,3
600

87,5 166,7

33,3 600

87,5

166,7

33,3

— — — 600 600

vor

vor nach vor

6.8

7.9

9,4

6.6

*) N-Alkyltrimethylendiamindioleat.

Wie ersichtlich, werden Filme mit geringem elek tnschen Widerstand erhalten.

Diese Anstrichmittel sind recht viskos, and es wir< gefunden, daß bessere Fließeigenschaften dadurch er halten werden, daß die PVK von 65 aaf 47% verrrogeH und das Kohlenstoff- zu GraphitverhältiHs erhöhi und Rosamhnbase als Dispergiermittel zugesetzt wird Diese wird an Hand des folgenden Beispiels 10 er läutert. ^

Beispiel 10

Es werden zwei Anstrichmittel (P und Q), ausgehe« von den folgenden Bestandteilen, hergestellt:

Epoxyester _87>5g LackbenzinOCylol <50:50-Gemisch) 350 ml

.. 313 g

Ruß Dispergiermittel

10 e

Diese Bestandteile werden 1 Stunde lang in einer Planetenmühle vermählen, und sodann werden zu beiden Anstrichfarben 66,7 g Graphit zugesetzt und weitere 3 Stunden lang vermählen.

Die zwei hergestellten Anstrichmittel sind frei fließend.

Es wird angenommen, daß dies im wesentlichen auf das Dispergiermittel, die Rosanilinbase zurückzuführen ist, das ein bevorzugtes Dispergiermittel für kolloidale Kohlenstoffteilchen und Graphit in orga- ι ο nischen Lösungsmitteln darstellt.

Rosanilin wird in zwei verschiedenen Weisen angewandt. Für das Anstrichmittel P wird Rosanilin auf 190⁰C mit den Epoxyester 15 Minuten vor dem Vermählen erhitzt, wodurch wahrscheinlich eine gewisse chemische Umsetzung eintritt, da die Base ihre Farbe verändert und die Dispergierfähigkeit verbessert wird. Bezüglich der Anstrichfarbenmasse Q wird die Rosanilinbase in dem Kunstharz bei einer Temperatur von lediglich 100° C vor dem Vermählen gelöst und hierbei gefunden, daß die Masse viskoser als die Masse P ist. Die Anstrichmittel werden auf Gipsplatten in der oben beschriebenen Weise aufgebracht und das Gewicht des Überzuges festgestellt. Der elektrische Widerstandswert wird gemessen und auf ein Überzugsgevicht von 100 g/m² berechnet, und dies ist äquivalent einem Film mit einer Dicke von etwa 0,05 mm. Es handelt sich hierbei um die elektrischen Widerstandswerte:

Anstrichmittelzusammensetzung

Widerstand für 100 g Überzug/m²

(Ohm/cm²)

7,4
6,9

Beispiel 11

Es werden acht Anstrichmittel R bis Y durch Vermählen in einer Planetenmühle hergestellt. Wenn Ruß eingearbeitet wird, wird derselbe zuvor 2 Stunden vor Zusatz des Graphits dispergiert. Nach Zusatz des Graphits werden alle Anstrichmittel 4 Stunden lang vermählen. Nach der Herstellung werden die Anstrichmittel auf Gipsplatten aufgebracht und die elektrischen Widerstandswerte der getrockneten Filme gemessen, wobei eine Berechnung fiir ein Überzugsgewicht von 100 g/m² erfolgt. Dort, wo das Bindemitte ein Alkyd/Melamin-Bindemittel ist, werden die Film< durch halbstündiges Erhitzen in einem Ofen au 125° C ^l/₂ Stunde lang gehärtet.

Bestandteile

Anstrichmittel
R S

T¹M

U*)

X*)

Y*)

Polymethacrylsäure- 131 131 131 131 — — — —

ester (40% Lösung)
(B)

Xylol (ml) 500 500 500 500 — — — —

Ruß(g) 33,3 16,7 — — 33,3 16,7 — —

Graphit (g) 166,7 83,3 200 100 166,7 83,3 200 100

Nichttrocknendes — — — — 65 65 65 65

Rizinusöl —
Alkydharz (60% Feststoffe) (g)

Butyliertes Melamin- — - — — 21,8 21,8 21,8 21,8

Formaldehyd-Harz

(60% Feststoffe) (g)

Xylol. n-Butanol - — ■- 600 600 600 600

(3:1-Gemisch) (ml)

PVK (%) 65 47 65 47 65 47 65 47

Ruß/Graphit 0,2 0,2 kein kein 0,2 0,2 kein kein

Widerstand 3,0 2,4 9,5 18,0 3,9 3,0 6,8 6,1

(Ohm/cm²)

·» Zum Vergleich.

Wie ersichtlich, führt das Einarbeiten von Ruß in die Masse zu einer wesentlichen Verringerung der Widerstandswerte, und man erhält ebenfalls bei verringerter PVK eiiien Film geringen Widerstandes.

Beispiel 12

Eine Asbestplatte mit Abmessungen 30 χ 25 cm wird durch Aufbringen von stärkeren überzügen aus teilweise hydrotysiertem Äthylsilikat oberflächenbebandelt, wobei die Oberfläche nach dem Trocknen fest und glänzend ist Es wird sodann ein dicker Film des Anstrichmittels W nach Beispiel 11 aufgebracht.

and man läßt sich die Lösungsmittel bei Räumte peratur verdampfen. Es werden Aluminiumfol befestigt und der elektrische Widerstand gemess Es wird festgestellt, daß sich derselbe vor dem Ritzen auf 6 Ohm/cm² belauft.

Es wird ein elektrischer Strom durch den F: hindurchgeführt, und nachdem die Oberflächente peratur einen Wert von etwa 125° C erreicht hat. w eine konstante Temperatur aufrechterhalten. \ mittels Hindurchführen eines Stroms von 4 A, a gehend von einer 12-Volt-Quelle. Das Hiadurchfüh des Stroms erfolgt 2 Stunden lang.

Der abschließend vorliegende Widerstand des kalten Films wird zu 3,2 Ohm/cm² festgestellt. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß derartige Massen durch in situ elektrisches Erhitzen und nicht durch Anwenden eines herkömmlichen Ofens gehärtet werden können.

Beispiel 13

Es werden Anstrichmittel auf der Grundlage eines hydrolysierten Äthylsilikat-Bindemitlels hergestellt. Dieses Bindemittel weist einen SiO₂-Gehalt von 18% auf.

Es werden Anstrichmittel A¹ und B¹ vermittels Vermählen der folgenden Bestandteile 4 Stunden lang in einer Planetenmühle hergestellt:

Bestandteil

A¹ (Vergleich) B¹

200

Graphitpulver (< 0,29 mm)

Ruß (g) —

Isopropanol (ml) 300

Bindemittel (g) 100

166,7

33.3
300
100

Mittel	Widerstand
	(Ohm'cm²)
A¹	17,6
B¹	8.8

Weise ergeben sich temperaturfeste überzüge vergleichbar denjenigen, die unter Anwenden von wäßrigen Silikat-Bindemitteln erhalten worden sind.

öl modifizierte Alkydharze können als Bindemittel dienen, wie es an Hand des folgenden Beispiels aufgezeigt wird.

Beispiel 14

Es werden vier Anstrichmittel C¹ bis F¹ hergestellt, vermittels Vordispergieren in einer Planetenmühle von Ruß in dem Bindemittel, wobei man 1 Stunde lang arbeitel. Hieran schließt sich der Zusatz von Graphit an und weiteres dreistündiges Vermählen. In allen Massen belaufen sich die Kohlenstoff zu Graphitverhältnisse auf 0,5 bei einer PVK von 47%. Nach dem Vermählen werden 2 geiner Kobaltnaphthenat-Trocknerlösung (6% Kobaltgehalt) zugesetzt, und die Anstrichmassen werden auf Gipsplalten aufgebracht. Die elektrischen Widerstandswerte der getrockneten Filme werden gemessen und die Ergebnisse auf ein Uberzugsgewicht von 100 g/m² berechnet.

Bestandteil

Anstrichmittel
C D¹

Im Anschluß hieran werden weitere 455 g Bindemittel zugesetzt.

In jeder der Anstrichfarbenmassen beläuft sich das Verhältnis von gesamten Kohlenstoffpigmenten zu Kieselsäure auf der Gewichtsgrundlage auf 2:1. Es werden frei fließende Anstrichmittel mit niedriger Viskosität erhalten.

Es werden Beschichtungen auf Prüfpaneele aus Gipsplatten in der oben beschriebenen Weise aufgebracht. und nach dem Trocknen werden die elektrischen Widerstandswerte bestimmt sowie auf ein Uberzugsgewicht von 100 g/m² berechnet. Es werden die folgenden Ergebnisse erhalten:

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Wenn auch diese Mittel auf der Grundlage von organischen Lösungsmitteln zusammengestellt sind, stellt doch nach dem vollständigen Härten das abschließende Bindemittel lediglich Kieselsäure dar. In dieser Leinöl Pentaery- 52,5 52,5 thrit-Alkylharz (g)

Ruß (g) 33,3 33,3

Lackbenzin Xylol 400 350
(5O:5O-Gemisch)
(ml)

Rosanilinbase 1,0

vorerhitzt mit

Harzaufl90X(g)

Rosanilinbase — 1,0

(gelöst in Harz

bei 100 C) (g)

Graphit (g) 66,7 66,7

Mittelöliges

Leinöl Holzöl-

Glyzerinalkydharz

Xylol (ml)

Elektr. Wider- 7,3 4,9

stand I Ohm cm²)

33,3

1,0

66.7

87.5

450 6.4

400 4.1

Diese vier Anstrichmittel waren ähnlich denjeniger nach Beispiel 10.

Claims

Patentansprüche:

1. Anstrichmittel zum Herstellen elektrisch leitfähiger Beschichtungen auf der Basis von graphitenthaltenden, lufttrocknenden Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß sie als leitfähige Teilchen außer — in nn sich bekannter Weise naßgemahlenem — Graphit noch kolloidal verteilten Kohlenstoff enthalten, wobei die Pigment-Volumenkonzentration der leitfähigen Teilchen insgesamt 25 bis 75%, davon die des Graphits 14 bis 70% und die des kolloidalen Kohlenstoffe 2 bis 35% beträgt

2. Anstrichmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es den kolloidalen Kohlenstoff in einem Teilchengrößenbereich von 20 bis 60 Millimikron enthält

3. Anstrichmittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bindemittel ein anorganisches Silikat oder organisches Ammoniumsilikat enthält.

4. Anstrichmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Dispergiermittel enthält.

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