DE3617268A1

DE3617268A1 - Ueberzugsmittel

Info

Publication number: DE3617268A1
Application number: DE19863617268
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Chem Dr Jonas; Rolf Dipl Chem Dr Dhein; Lothar Dipl Ing Baecker
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1987-11-26

Description

Gegenstand der Erfindung sind Überzugsmittel zur Herstellung transparenter, antistatischer bzw. elektrisch leitfähiger Beschichtungen auf Kunststoffen, deren elektrische Eigenschaften unabhängig von der Luftfeuchtigkeit der Umgebung sind.

Kunststoffe - meist synthetische thermoplastische Polymere - sind im allgemeinen gute elektrische Isolatoren mit spezifischen elektrischen Leitfähigkeiten kleiner als 10^-4 (Ohm × cm)^-1. Kunststoffe können sich daher stark elektrostatisch aufladen, was für viele Anwendungsbereiche unbedingt vermieden werden muß. Dies trifft insbesondere dort zu, wo explosive Gas- oder Staub-Gas-Gemische durch Funkenentladung gezündet werden können.

Zm Kunststoffe antistatisch auszurüsten, ist eine große Zahl von Antistatikzusätzen entwickelt worden. Diese Stoffe werden beispielsweise auf die Oberfläche von Kunststoffteilen aufgebracht. In der Regel verlieren sie aber nach kurzer Zeit ihre Wirksamkeit. Man hat auch Antistatikzusätze in die Kunststoffe eingearbeitet. Häufig verschlechtern sich dann die Eigenschaften des Kunststoffes oder die Zusätze diffundieren aus. Die Antistatikzusätze verleihen der Kunststoffoberfläche eine gewisse Hydrophilie, so daß sich ein von der Luftfeuchte abhängiger Wasserfilm an der Oberfläche bilden kann, der die Aufladung verhindert.

Um Kunststoffe antistatisch zu machen, bedarf es mindestens einer spezifischen Leitfähigkeit von 10^-11 bis 10^-10 (Ohm × cm)^-1 oder eines Oberflächenwiderstandes von max. 10⁹ bis 10¹⁰ Ohm.

Für elektrisch leitfähige Kunststoffe gibt es eine Fülle von Anwendungen im Bereich der Elektrotechnik bzw. Elektronik. So werden z. B. in zunehmenden Maße Chemie-Werkstoffe gebraucht, die elektromagnetische Felder abschirmen können. Daneben finden leitfähige Polymere Anwendungen als aktive bzw. passive Systemkomponenten. Natürlich richtet sich hier die Anwendung nach der erzielten Leitfähigkeit. Hierbei kommt es darauf an, das übrige Eigenschaftsbild der Kunststoffe nicht nachteilig zu verändern.

Um Kunststoffe elektrisch leitfähig zu machen, hat man versucht, anorganische, elektrisch leitende Substanzen, z. B. Metalle, Metalloxide, Metallsulfide, Ruß oder Graphit einzuarbeiten. Diese Zusätze vertragen sich aber mit den organischen Polymeren sehr schlecht. Um praktisch verwendbare Leitfähigkeiten zu erzielen, muß man so große Mengen zusetzen - meist 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den Kunststoff - daß die mechanischen und optischen Eigenschaften entscheidend verschlechert werden. Man kann auch Kunststoffe durch Zusatz von Charge-Transfer-Komplexen (CT-Komplexen) elektrisch leitend machen. Kristalline CT- Komplexe gehören mit zu den besten organischen Leitern. Kristalle bestimmter CT-Komplexe besitzen sogar metallische Leitfähigkeit. Organische Komplex-Salze auf Basis des, 7,7,8,8-Tetracyanochinodimethan, nachstehend als TCNQ bezeichnet, sind besonders gut leitende CT-Komplexe.

Durch Zusatz von CT-Komplexen zu Kunststoffen läßt sich deren elektrische Leitfähigkeit zum Teil beträchtlich erhöhen. Hierbei ist die erzielte Leitfähigkeit abhängig von der Konzentration und Kristallform des im Polymeren eingearbeiteten CT-Komplexes. Zur Erzielung hoher Leitfähigkeiten bis in den halbleitenden Bereich (10^-6 bis 10^-3 (Ohm × cm)^-1) sind zum Teil erhebliche Mengen an CT- Komplexen erforderlich, die zwischen 8 und 20 Gew.-%, bezogen auf den Kunststoff, liegen können und ebenfalls zu einer Verschlechterung der mechanischen und optischen Eigenschaften der Kunststoffe führen.

Für viele Anwendungen z. B. die Verpackung elektronischer Bauteile ist es aber wünschenswert transparente bzw. teilweise transparente antistatische Kunststoffe einzusetzen, um eine Kontrolle des Inhalts der Verpackung von Außen zu ermöglichen.

Es wurde gefunden, daß dieses Ziel durch Überziehen von Kunststoffgegenständen mit Lösungen aus:

a) einem organischen Lösungsmittel
b) einem physikalisch trocknenden organischen Bindemittel
c) einem Komplexsalz des Tetracyanochinodimethans
d) und gegebenenfalls stabilisierenden Zusätzen

erreicht werden kann.

Zur Herstellung der Überzugslösungen geeignete organische Lösungsmittel sind:
aliphatische, aromatische oder araliphatische Kohlenwasserstoffe z. B.: Hexan, Heptan, Benzol, Toluol, Xylol, Cyclohexan,
aliphatische, aromatische oder araliphatische Halogenkohlenwasserstoffe z. B.: Methylenchlorid, Chloroform, 1,2- Dichlorethan, Chlorbenzol, Chlortoluol,
gegebenenfalls substituierte aliphatische, aromatische oder araliphatische Alkohole, Ether und Ketone z. B.: Ethanol, Isopropanol, Butanol, Cyclohexanol, Aceton, Methylethylketon, Diacetonalkohol, Diethylenglykoldimethylether, Phenol, Kresol,
gegebenenfalls substituierte aliphatische, aromatische oder araliphatische Carbonsäureester z. B.: Essigsäureethylester, Essigsäurebutylester, Ethylenglykolmonomethyletheracetat,
gegebenenfalls substituierte cyclische Ether z. B.: Dioxan, Tetrahydrofuran,
gegebenenfalls substituierte aliphatische Carbonsäureamide z. B.: N,N-Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid, gegebenenfalls substituierte Lactame z. B. N-Methylpyrrolidon, N-Methylcaprolactam.

Geeignete physikalische trocknende Bindemittel sind z. B. Polyvinylchlorid, Polyvinylisobutylether, Polyacrylate wie Polymethylacrylat und Polymethylmethacrylat, Polyvinylbutyral, Polycarbonate bzw. Copolymerisate der entsprechenden Monomeren oder Mischungen der Polymeren.

Besonders bevorzugt sind Vinylchlorid-vinylisobutylether- Copolymere.

Geeignete TCNQ-Komplexsalze sind an sich bekannt.

Ihre Zusammensetzung kann durch die Formel (I)

D⊕ · (TCNQ)_n⊖

beschrieben werden, in der
D für ein Kation und
n für eine Zahl von 1 bis 5, vorzugsweise für 2,
steht.

Ein Überblick findet sich in J. Am. Chem. Soc. 84, 3374 bis 3387 (1962).

Bevorzugt werden im Rahmen der Erfindung solche CT-Komplexe, deren Donatorteil sich von einer organischen, Stickstoff und/oder Sauerstoff und/oder Schwefel enthaltenden Verbindung ableitet und als Kation vorliegt. Beispiele hierfür sind die Kationen der folgenden Verbindungen bzw. die durch Alkylierung hergestellten entsprechenden quarternären Ammoniumionen:

Triethylamin, Diethylcyclohexylamin, Chinolin, Benzo-2,3- chinolin, o-Phenanthrolin, Benzthiazol, N-Methylbenzimidazol, Pyridin, 2,2′-Dipyridin, 4,4′-Dipyridin, 4,5-Dimethylthiazolin, 1-Phenylimidazolin, Bis-[1,3-diphenyl- imidazolidinyliden-(2)], Bis-[3-methyl-benz-thiazolinyliden- (2)], Isochinolin, Triphenylphosphin.

Besonders geeignete TCNQ-Komplexe seien formelmäßig angegeben:

mit R = CH₃, -C₂H₅, i-C₃H₇, n-C₄H₉

Geeignete, die TCNQ Komplexe stabilisierende Zusätze sind in der DE-OS 33 35 513 beschrieben.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Überzugslösungen erfolgt durch Lösen der Einzelbestandteile gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur. Der Temperaturbereich liegt bevorzugt zwischen 0°C und 200°C, kann aber auch darüber oder darunter liegen.

Die Reihenfolge der Zugabe ist nicht kritisch. Bezogen auf das Bindemittel werden 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,3 Gew.-% bzw. 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,4 Gew.-% bis 3 Gew.-% TCNQ Komplexsalze eingesetzt.

Die Bindemittelkonzentration wird so gewählt, daß die Überzugslösung zur Bildung geschlossener, dünner Beschichtungen auf den antistatisch auszurüstenden Kunststoffen führt. Sie liegt im allgemeinen zwischen 2 Gew.-% und 50 Gew.-%.

Die Beschichtung der Substrate mit den erfindungsgemäßen Lacklösungen erfolgt durch bekannte Techniken wie Tauchen, Sprühen, Streichen. Die Verarbeitung erfolgt im allgemeinen bei Raumtemperatur. Zur Verbesserung der Löslichkeit des TCNQ-Komplexes in der Überzugslösung kann es aber vorteilhaft sein, bei höherer Temperatur z. B. zwischen 20° und 100°C zu arbeiten.

Die Oberflächenwiderstände R _OB der Beschichtungen liegen zwischen 10⁺² Ω/cm und 10⁺¹⁰ Ω/cm und verleihen den damit ausgerüsteten Substraten antisatisches Verhalten.

Beispiel 1

Bei Zimmertemperatur wird eine Lösung aus 350 g Vinylchlorid/ Vinylisobutylether-Copolymerisat (Laroflex® MP 25 der BASF) in 650 g Aceton hergestellt. Zu der Lösung werden 7 g eines TCNQ-Komplexes der Formel 1

gegeben und die Lösung 3 Stunden bei Zimmertemperatur gerührt.

Anschließend werden in die Lösung Kunststoffformteile aus Polycarbonat, Polyamid, PVC bzw. Glasplatten (10 × 5 ×0,3 cm) eingetaucht. Nach dem Verdunsten des Lösungsmittels erhält man auf allen Substraten festhaftende durchscheinende Beschichtungen mit einem Oberflächenwiderstand R _OB in der Größenordnung von 10⁵ Ω/cm.

Beispiel 2

Wie in Beispiel 1 werden 40 g Polyacrylat (Neocryl B 734® der Polyvinyl Chemie), 60 g Aceton und 0,8 g TCNQ-Komplex der Formel

gelöst. Die Lösung wird durch Tauchen oder Streichen auf unterschiedliche Kunststoffteile appliziert. Die erhaltenen Beschichtungen weisen Oberflächenwiderstände in der Größenordnung von R _OB - 10⁴ · 10⁶ Ω/cm auf.

Claims

1. Überzugslösungen zur Herstellung transparenter bzw. teilweise transparenter, von der Luftfeuchtigkeit unabhängiger antistatischer Beschichtungen auf Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß sie

a) ein organischen Lösungsmittel
b) ein physikalisch trocknendes organisches Bindemittel und
c) einen TCNO-Komplex der Formel D⊕ (TCNQ)_n⊖in der
D⊕ für ein organisches Kation und
n für eine Zahl zwischen 1 und 5 steht,

enthalten.

2. Überzugslösungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die TCNQ-Komplexe stabilisierende Zusätze enthalten.

3. Überzugslösungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel Vinylchlorid- Vinylisobutylether-Copolymere enthalten.