DE2022848C3

DE2022848C3 - Herstellung von elektrisch leitfähigen bzw. antistatischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE2022848C3
Application number: DE2022848A
Authority: DE
Inventors: Laszlo Gal; Otto Dipl.-Ing. Gots
Original assignee: Licencia Talalmanyokat Ertekesito Vallalat
Current assignee: Licencia Talalmanyokat Ertekesito Vallalat
Priority date: 1970-05-11
Filing date: 1970-05-11
Publication date: 1980-05-22
Also published as: DE2022848B2; BE752216A; DE2022848A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigen beziehungsweise 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 bereits mehrere Verfahren zur Verminderung der Neigung der Kunststoffe zur elektroslatischen Aufladung entwickelt, aber keines dieser bekannten Verfahren führte zu völlig befriedigenden Ergebnissen.

So wurde nach der US-Patentschrift 29 93 022 beziehungsweise der britischen Patentschrift 8 88 161 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 und höchstens nur die Neigung des Kunststoffes zur elektrostatischen Aufladung etwas vermindert werden. Weiterhin wurde (beispielsweise nach der brititschen Patentschrift 10 18 262 und der deutschen Auslegeschrift 10 28 024) versucht, die Oberfläche der aus Kunststoffen hergestellten Gegenstände durch chemische oder elektrochemische Verfahren (beispielsweise durch die Bildung von galvanischen Überzügen) elektrisch leitfähig oder antistatisch zu machen. Dadurch wurde aber nur der Oberfläche des Kunststoffes die gewünschte Eigenschaft verliehen, und zwar durch das Aufbringen einer fremden Schicht, deren Wärmeausdehnung, Festigkeit und andere physikalischchemische Eigenschaften von denen des Kunststoffgrundmateriales abwichen, was bei vielen Anwendungen ebenfalls nachteilig ist.

Es ist auch schon bekannt, die Kunststoffe mit verschiedenen elektrisch ieitfähigen Stoffen zu kombinieren, um dadurch den Kunststoff leitfähig beziehungsweise antistatisch zu machen (siehe beispielsweise 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 (siehe beispielsweise Chem. Abstr. 56, 2977, die britische Patentschrift 8 86 662 und die US-Patentschrift 32 81 624). Durch diese« Verfahren konnte die elektrische Leitfähigkeit der Kunststoffe tatsächlich bis zu einem gewissen Grad erhöht werden; dazu aber, daß durch die Einverleibung der aus solchen Ieitfähigen Teilchen bestehenden Füllstoffe eine erhebli-

ehe Anzahl von elektrisch leitenden Brücken im Kunststoff erzeugt werde, müßten so große Mengen solcher Füllstoffe eingearbeitet werden, daß dadurch einerseits die Polykondensation beziehungsweise Polymerisation des Kunststoffes gehemmt beziehungsweise gestört und andererseits die Festigkeit und andere physikalische und chemische Eigenschaften des Produktes nachteilig beeinflußt würden. Bei diesen Verfahren wirken übrigens die einverleibten elektrisch Ieitfähigen ίο Teilchen im Kunststoff nur als Füllstoffe, ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften werden also auch im Kunststoff beibehalten.

Es besteht daher auch weiterhin das Bedürfnis, solche elektrisch leitfähige beziehungsweise antistatische Kunststoffe herzustellen, weiche eine so hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen, daß sie in der elektrotechnischen Praxis als elektrische Leiter verwendet werden können, beziehungsweise in solchem Maße antistatisch sind, daß sie auch an feuer- und explosionsgefährlichen

;>o Stellen gefahrlos anwendbar sind. Ferner ist es erwünscht, daß diese elektrisch Ieitfähigen beziehungsweise antistatischen Kunststoffe auch gute Festigkeitseigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen chemische und atmosphärische Einflüsse

zeigen und in einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines die erwähnten vorteilhaften Eigenschaften aufweisenden elektrisch Ieitfähigen und antistatischen Kunststoffes, bei welchem die oben erwähnten Nachteile der Produkte des Standes der Technik nicht vorliegen und welcher neben den erwünschten guten elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften den an die Festigkeit, Wärme-, Säure- und Korrosionsbeständigkeit gestellten Forderungen in jeder Hinsicht gut entspricht.

Es wurde nun festgestellt, daß solche vorteilhafte Produkte in der Weise hergestellt werden können, daß Graphitpulver mit einer polymerisierbaren und mit chemisch aktiven Polyesterharzen copolymerisierbaren beziehungsweise weiter aushärtbaren ungesättigten monomeren Verbindung (beispielsweise mit Styrol, Acrylnitril, Vinyltoluol oder Methylmethacrylat) angefeuchtet beziehungsweise solvatisiert wird und das so erhaltene breiartige beziehungsweise pastenartige Ge-

misch mit einem weiter polymerisierbaren Polyesterharz vermischt und, zweckmäßigerweise unter Zugabe von geeigneten Katalysatoren beziehungsweise Polymerisationsbeschleunigern, «(polymerisiert wird. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch Ieitfähigen beziehungsweise antistatischen Kunststoffen unter Verwendung von Graphitpulver, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß Graphitpulver mit einem mit ungesättigten Polyestern copolymerisierbaren Monomer angefeuchtet beziehungsweise solvatisiert, das erhaltene breiartige Gemisch in ein ungesättigtes Polyesterharz eingemischt und das Gemisch, gegebenenfalls in Gegenwart von Polymerisationsbeschleunigern und/oder Katalysatoren, in üblicher Weise ausgehärtet wird.

Es werden auf diese Weise polymere Kunststoffe, deren elektrische Leitfähigkeit von dem innerhalb weiter Grenzen (von etwa 5 bis 30 Gew.-°/o) variierbaren Graphitgehalt abhängt, erhalten; die Leitfähigkeit des bei etwa 5 bis 10Gew.-% Graphitgehalt noch nur

antistatistischen Produktes erhöht sich rnit steigendem Graphitgehalt und die 20 bis 25 Gew.-% Graphit enthaltenden Produkte sind schon als gut leitfähig zu bezeichnen.

Dabei ist zu bemerken, daß die elektrischen Eigenschaften des Graphits in den erfindungsgemäß hergestellten Produkten wesentliche Änderungen erfahren haben; während der Temperaturkoeffizient des verwendeten Graphites im ursprünglichen Zustand negativ und in der Größenordnung von ΙΟ-⁴ ist, zeigen die erfindungsgemäß hergestellten graphithaltigen polymeren Produkte positive und außerordentlich hohe Temperaturkoeffizienten in der Größenordnung von ΙΟ-². Dieser Umstand ist ein Anzeichen dafür, daß der Graphit in den erfindungsgemäß hergestellten Kunststoffen nicht als ein leitfähiger Füllstoff wirkt, sondern in die Struktur des polymeren Produktes eingebaut wird, wodurch schon mit verhältnismäßig wenig Graphit hohe Leitfähigkeiten erreicht werden können und die physikalischen und chemischen Eigenschaften durch den zugesetzten Graphit nicht verschlechtert werden.

Das eifindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in der Weise durchgeführt, daß feinkörniges Graphitpulver mit etwa derselben Menge des copolymerisierbaren Monomers zu einem gleichmäßigen Brei vermischt und dieser dann 12 bis 24 Stunden lang stehengelassen wird, worauf dann der in dieser Weise solvatisierte Graphitbrei mit dem ungesättigten Polyesterharz vermischt .wird, und zwar in solchen Mengenverhältnissen, daß das Gemisch je nach der gewünschten elektrischen Leitfähigkeit des Produktes etwa 10 bis 25 Gew.-% Graphit enthält. Dem Polyesterharz werden zweckmäßigerweise vordem Zumischen des Graphites Polymerisationsbeschlcuniger und/oder Katalysatoren zugesetzt Als solche werden die zum Polymerisieren der Polyesterharze üblichen derartigen Mittel, beispielsweise organische Peroxide, Kobaltnaphthenat, usw., verwendet. Dann wird das Gemisch in üblicher Weise a>jspolymerisiert; bei Verwendung von Polymerisationsbeschleunige™ kann die Polymerisation bei Zimmertemperatur durchgeführt werden, anderenfalls ist es zweckmäßig, das Polymerisationsgemisch zu erwärmen.

Beim Aufarbeiten des graphithaltigen Polymerisationsgemisches können auch weitere übliche Z-usatzstoffe, beispielsweise solche zum Erhöhen der Festigkeit der herzustellenden Kunststoffe, zugegeben werden. So können Glasfasern oder andere Verstärkungsmaterialien in das Gemisch eingearbeitet werden.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden nicht als Beschränkung aufzufassenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurden 14 g feinkörniges Graphitpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von 94% in einem Porzellanmörser mit 14 g Styrol zu einem gleichmäßigen Brei verriebea Der erhaltene Brei wurde mindestens 12 Stunden tang stehengelassen. Zu 86 g Polyesterharz von mittlerer Viskosität und mittlerer Aktivität, beispielsweise »Viapal H 450«, wurden 1,72 g Methyiäthylketonperoxid (in 50%iger Lösung in Dimethylphthalat) und 0,86 g 10%ige Kobaltnaphthenatlösung mit einem Kobaltmetallgehalt von 1% zugegeben. Das Gemisch erhärtete bei Zimmertemperatur etwa in 30 Minuten. In dieser Weise wurde ein antistatischer Polyesterkunststoff, dessen spezifischer elektrischer Widerstand etwa ΙΟ⁷ Ωΰπι betrug und der einen positiven Temperaturkoeffizienten in der Größenordnung von 10~² hatte, erhalten. Die sonstigen Eigenschaften des Produktes waren denen eines aus demselben Polyesterharz ohne Graphitzusatz in ähnlicher Weise hergestellten Kunststoffes im wesentlichen gleich; das Produkt konnte mit Hilfe der gleichen technologischen Verfahren verarbeitet werden.

Beispiel 2

Es wurden 26 g feinkörniges Graphitpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von 94% in einem Porzellanmörser mit 24 g Styrol zu einem gleichmäßigen Brei verrieben. Der erhaltene Brei wurde mindestens 12 Stunden lang stehengelassen. Zu 74 g Polyesterharz von mittlerer Viskosität und mittlerer Aktivität, beispielsweise »Viapal H 450«, wurden 1,48 g Methyiäthylketonperoxid (in 50%iger Lösung in Dimethylphthalat) und 0,74 g 10%ige Kobaltnaphthenatlösung mit einem Kobaltmetallgehalt von 1% zugegeben. Das Gemisch erhärtete bei Zimmertemperatur etwa in 30 Minuten. In dieser Weise v/urde ein antistatischer Polyesterkunststoff, dessen spezifischer elektrischer Widerstand etwa ΙΟ³ Ωαη war und der einen positiven Temperaturkoeffizienten in der Größenordnung von 10~² hatte, erhalten. Die sonstigen Eigenschaften des Produktes waren denen eines aus demselben Polyesterharz ohne Graphitzusatz in ähnlicher Weise hergestellten Kunststoffes im wesentlichen gleich; das Produkt konnte mit Hilfe der gleichen technologischen Verfahren verarbeitet werden.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen von elektrisch leitfähigen beziehungsweise antistatischen Formkörpern unter Verwendung von Graphitpulver, dadurch gekennzeichnet, daß man Graphitpulver mit einem mit ungesättigten Polyestern copolymerisierbaren Monomer anfeuchtet beziehungsweise solvatisiert, das erhaltene breiartige Gemisch in ein ungesättigtes Polyesterharz einmischt und das Gemisch, gegebenenfalls in Gegenwart von Polymerisationsbeschleunigern und/oder Katalysatoren, sowie ggf. unter Zusatz von Glasfasern oder andere festigkeitsteigernden Füllstoffen in üblicher Weise aushärtet.