DE3724396C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Kunststoffes, bestehend aus einer polymeren Grundsubstanz und einer Niob-Verbindung.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 42 81 072 bekannt. Unter sehr vielen dort aufgeführten Metallverbindungen, wobei fast alle Metalle des Periodensystems genannt werden, findet sich auch Niob, ohne daß ein Beispiel die Vorteile einer Niob-Verbindung im einzelnen offenbart. Die zitierte Literaturstelle ist daher in bezug auf Niob-Verbindungen wenig informativ.

Weiterhin ist bekannt (vgl. z. B. FR-PS 14 86 723), Kunststoffe dadurch leitfähig zu machen, daß ihnen Rein-Metalle zugemischt werden, denen eine elektrische Leitfähigkeit inhärent ist. Hierbei muß jedoch jeweils eine relativ große Menge an Metall-Pulver oder -spänen beigefügt werden.

Kunststoffe sind im allgemeinen elektrische Isolatoren, die einen Volumen-Widerstand in der Größenordnung von 10¹⁰ Ohm pro cm³ haben. Jedoch neigen bekannte Kunststoffe dazu, sich wegen ihrer elektrischen Isolierungseigenschaften elektrostatisch aufzuladen. Dieses kann zu verschiedenen Problemen führen; z. B. kann Staub an die Oberfläche eines solchen Kunststoffes elektrostatisch angezogen werden, der Zusammenbruch eines IC′s kann stattfinden oder eine Explosion mag zufällig durch einen Entladungsfunken hervorgerufen werden, der von einer statischen Aufladung verursacht wird. Ebenso kann elektromagnetisches Störrauschen, daß sich durch die Luft ausbreitet, in Computer oder andere elektronische Maschinen eindringen. Es ist daher notwendig, ein solches Eindringen von unerwünschtem Rauschen durch Einhüllen in ein leitfähiges Gehäuse zu verhindern.

Computer-Gehäuse sollen im allgemeinen aus Kunststoff hergestellt werden. Aus diesem Grunde entstand eine wachsende Nachfrage nach Kunststoffen, die eine geeignete elektrische Leitfähigkeit, passende Eigenschaften in bezug auf die Verhinderung von elektrostatischen Aufladungen und die Fähigkeit besitzen, elektronische Vorrichtungen vor elektromagnetischen Störwellen abzuschirmen. Im allgemeinen haben Kunststoffe Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion, geringes Gewicht, Durchsichtigkeit, gute Formbarkeit und weitere Charakteristika, die nicht durch metallische Materialien erzielt werden können. In vielen industriellen Bereichen herrscht eine große Nachfrage bezüglich der Entwicklung von Kunststoffen, die die beiden oben beschriebenen Eigenschaften und weiterhin elektrische Leitfähigkeit besitzen, die etwa zu Metallen vergleichbar ist.

Bekannte leitfähige Kunststoffe werden mit Hilfe speziell behandelter Metalle, wie Silber, Kupfer oder Aluminium hergestellt. Das genannte Metall wird in Pulver oder Flocken zerteilt und das pulverförmige oder flockenförmige Metall mit Polyvinylchlorid, Polyethylen oder ähnlichem dispergiert. Bei derartigen eletrisch leitenden Kunststoffen bewegt sich der spezifische Volumen-Widerstand bestenfalls in einer Größenordnung von 10⁰ bis 10^-6 Ohm pro cm³. Um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern, kann ein beträchtlicher Anteil von leitfähigem Material mit dem Polymer durch Dispersion vermischt werden, um einen geschlossenen Kontakt zwischen den Teilen des leitfähigen Materials zu liefern. Diese Behandlung hebt die zuvor erwähnten Charakteristika auf, die einen Kunststoff auszeichnen, so daß diese Behandlung zu einer Zerstörung der Formbarkeit und der mechanischen Festigkeit führt.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, mit einem relativ kleinen Anteil einer beizumischenden Niob-Verbindung die Leitfähigkeit von Kunststoffen signifikant zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das zu einem elektrisch leitenden Kunststoff führt, wobei die Kennzeichen des Anspruches zugrundezulegen sind.

Die vorliegende Erfindung führt zu Verbindungen, die die vorliegende Aufgabe erfüllen.

Niob-Verbindungen, die durch Schmelzen mit einem den Kunststoff bildenden Material vermischt werden, verdichten die molekulare Anordnung des ursprünglichen Materials, so daß die Beweglichkeit der Elektronen erhöht wird, wodurch dem Kunststoff elektrische Leitfähigkeit vermittelt wird. Selbst geringe Mengen an Niob-Verbindungen verursachen eine beachtliche Wirkung im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit. Es ist möglich, Kunststoffe mit einer relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit zu erhalten, ohne die verschiedenen charakteristischen Eigenschaften von Kunststoff zunichte zu machen. Da Niob-Verbindungen mit dem Kunststoff durch Schmelzen vermischt werden, kann Alterungszerfall verhindert werden.

In Einklang mit der dargelegten Erfindung können Kunststoffe aus verschiedenen Arten von Grundstoffen zusammengesetzt sein, die eine Hochpolymerstruktur ergeben. Derartiges Material wird aus den folgenden Verbindungen ausgewählt: Polyacrylnitril, Polyethylen, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polystyrol, Polycarbonat, Polyvinylchlorid oder schmelzbare Fluorkunststoffe.

Niob-Verbindungen, die in der vorliegenden Erfindung verwandt werden, sind aus folgenden Gruppen ausgewählt: Zinn-Niob, Germanium-Niob, Aluminium-Niob, Niobdioxid, Niobpentoxid, Lithiumniobat, Niobdichlorid, Niobtrichlorid, Niobtetrachlorid, Niobpentachlorid, Nioboxichlorid, Niobdifluorid, Niobtrifluorid, Niobtetrafluorid, Niobpentafluorid, Nioboxifluorid, Niobdibromid, Niobtribromid, Niobtetrabromid, Niobpentabromid, Nioboxibromid, Niobdiiodid, Niobtriiodid, Niobtetraiodid, Niobpentaiodid, Nioboxiiodid, Niobalkoxid.

Die polymere Grundsubstanz wird geschmolzen und in der Schmelze wird die Niob-Verbindung mit einem Anteil eingebracht und vermischt wird, so daß der Kunststoff insgesamt einen Anteil von 0,5 bis 25 Gew.-% Niob-Verbindung enthält, wodurch der erwünschte elektrisch leitfähige Kunststoff erhalten wird.

Es folgt eine Beschreibung der Mischungsverhältnisse anhand von Beispielen, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen und ebenfalls die Ergebnisse von in diesem Bereich durchgeführten Versuchen schildern.

Beispielhaft wird ein Kunststoff, der aus Polyvinylchlorid und Niobpentachlorid zusammensetzt, als ein elektrisch leitendes Material verwandt.

Wie aus den jeweiligen Beispielen gesehen werden kann, ist die elektrische Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen Kunststoffes auf ein Niveau angehoben, das dreimal höher als ein konventioneller Typ des elektrisch leitenden Kunststoffs ist. Entsprechend ist es möglich, wirkungsvoll die elektrische Aufladung zu verhindern, wobei eine geeignete Abschirmungswirkung im Hinblick auf elektromagnetische Wellen erzielt wird. Die Richtlinien der Federal Communications Commission in den Vereinigten Staaten schreiben vor, daß der Wert des spezifischen Durchgangswiderstandes wenigstens 10^-3 Ohm pro cm³ sein soll, um einen zufriedenstellenden Abschirmeffekt im Hinblick auf elektromagnetische Wellen zu bewirken. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, diese Forderungen vollständig zu erfüllen. Weiterhin ist, da Niobpentachlorid mit Kunststoff zu vermischen ist, es möglich, das Auftreten von ernstzunehmenden Störeinflüssen zu verhindern, die dem Kunststoff eigentümliche, charakteristische Eigenschaften zunichte machen zu können. Es wurde herausgefunden, daß die Wärmestandfähigkeit und die Verschleißfestigkeit um 15-20% angehoben werden kann.

In dem zuvor erwähnten Beispiel wird Niobpentachlorid mit Polyvinylchlorid durch Schmelzen derart vermischt, daß das letztere das erstere in einem Bereich von 0,5-10 Gew.-% enthält. Es wird geschätzt, daß ein vergleichbarer elektrischer Leitfähigkeitseffekt ebenfalls erzielt werden kann, wenn Niobpentachlorid mit Polyvinylchlorid in einem Bereich oberhalb solcher Gewichtsprozente vermischt wird. Wenn 25 Gew.-% überschritten werden, wird der elektrische Leitfähigkeitseffekt nicht mehr erhöht, jedoch werden die Produktionskosten angehoben.

Weitere Versuche wurden im Hinblick auf Kunststoffe durchgeführt, die andere Substanzen als Polyvinylchlorid und Niobpentachlorid enthielten. Konsequenterweise wurden die gleichen Resultate erzielt, wie sie oben beschrieben wurden. Es wurde herausgefunden, daß ein zufriedenstellend hohes Niveau an elektrischer Leitfähigkeit zu verwirklichen war. Weiterhin wurde festgestellt, daß das gleiche Niveau an elektrischer Leitfähigkeit auch dann erhalten wurde, wenn mehr als eine Niob-Verbindung verwandt wurde. Daher ist es im Einklang mit der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, wenigstens eine Niob-Verbindung bezüglich eines Kunststoffes innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 25 Gew.-% anzuwenden.

Verglichen mit den elektrisch leitenden Kunststoffen, die Stand der Technik sind, kann der erfindungsgemäße Kunststoff in einer Vielzahl von Bereichen verwandt werden; z. B. kann er im Bezug auf Fahrzeuge, Flugzeuge, Weltraumentwicklung, Fischerei, Schiffe, elektronische Maschinen, elektronische Bauteile, Fotokameras, Gebäude, Möbel, Haushaltsutensilien, Brillengestelle, Kameralinsen, Buchbinderei und anderen Bereichen angewandt werden, wobei Wärmestandfestigkeit und Verschleißfestigkeit den Alterungsverschleiß weitgehend verhindern.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Kunststoffes, bestehend aus einer polymeren Grundsubstanz und einer Niob-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Grundsubstanz aus folgender Gruppe ausgewählt wird: Polyacrylnitril, Polyethylen, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polystyrol, Polycarbonat, Polyvinylchlorid oder schmelzbare Fluorkunststoffe, und die Niob-Verbindung aus folgender Gruppe: Zinn-Niob, Germanium-Niob, Aluminium-Niob, Niobdioxid, Niobpentoxid, Lithiumniobat, Niobdichlorid, Niobtrichlorid, Niobtetrachlorid, Niobpentachlorid, Nioboxichlorid, Niobdifluorid, Niobtrifluorid, Niobtetrafluorid, Niobpentafluorid, Nioboxifluorid, Niobdibromid, Niobtribromid, Niobtetrabromid, Niobpentabromid, Nioboxibromid, Niobdiiodid, Niobtriiodid, Niobtetraiodid, Niobpentaiodid, Nioboxiiodid, Niobalkoxid, daß die polymere Grundsubstanz geschmolzen wird und in die Schmelze die Niob-Verbindung mit einem Anteil eingebracht und vermischt wird, daß der Kunststoff insgesamt einen Anteil von 0,5 bis 25 Gew.-% Niob-Verbindung enthält.