DE4138771A1 - Verfahren zur bildung elektrisch leitender schichten auf kunststoffoberflaechen - Google Patents
Verfahren zur bildung elektrisch leitender schichten auf kunststoffoberflaechenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung elek
trisch leitender Schichten auf Kunststoffoberflächen gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Durch eine ständig steigende Anzahl von elektrischen Gerä
ten, Kabelverbindungen und Funkübertragungen nimmt die so
genannte "Elektromagnetische Umweltverschmutzung" immer
mehr zu. Um die Aussendung oder auch den Empfang von Stör
strahlung zu unterbinden muß jede stromdurchflossene Ein
richtung mit einer für elektromagnetische Wellen möglichst
wenig durchlässigen Schirmung versehen sein. Diese muß von
einer solchen Qualität sein, daß die
sogenannte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ge
währleistet ist.
Aufgrund der starken Verbreitung von Computern und anderen
empfindlichen elektronischen Geräten und der Zunahme von
elektronischen Kommunikationsstörungen haben verschiedene
nationale Behörden Vorschriften zur Begrenzung der von
elektrischen Geräten ausgehenden, meist hochfrequenten
Störungen erlassen. So gibt es z. B. in Deutschland die
Richtlinien DIN 57 871 und DIN 57 875. Danach sollen alle
Geräte, Kabel usw. die vorgegebenen Grenzwerte für die
Störstrahlung im Frequenzbereich zwischen 0,01 MHz und 140
GHz nicht überschreiten.
Um die heute weitverbreiteten Kunststoffgehäuse mit elek
trisch leitenden Schichten zu versehen oder diese mit lei
tenden Pigmenten zu füllen, sind eine Reihe von Verfahren
entwickelt worden. Beispiele sind naßchemische (stromlose)
Verfahren, das Flammen- oder Lichtbogenspritzen, die
PVD-Verfahren Vakuumbedampfen und Kathodenzerstäuben, das Be
schichten mit Metallfolien, das Lackieren mit Metallpig
mentlacken sowie das Füllen der Kunststoffe vor der Verar
beitung mit leitenden Teilchen.
Hat der Schirm eine hohe elektrische Leitfähigkeit wird
der Mechanismus der Abschirmwirkung auf einer frequenzab
hängigen Dämpfung durch Reflexion der elektromagnetischen
Wellen (Wirbelstrominduzierung) beruhen, während bei rela
tiv geringer Leitfähigkeit eine frequenzunabhängige
Absorption der Wellen stattfinden wird.
Gehäuse aus einem elektrisch gut leitenden Metall zeigen
im allgemeinen die beste Abschirmung. Für die meisten An
wendungen sind die Metallgehäuse jedoch zu schwer, korro
sionsanfällig und relativ teuer herzustellen.
Die nach dem oben genannten Verfahren nachträglich metal
lisierten oder mit Leitpigment gefüllten Kunststoffgehäuse
sind ebenfalls korrosionsanfällig oder durch die Füllung
in ihrer Stabilität beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge
mäßes Verfahren anzugeben, mit dem in kostengünstiger
Weise Kunststoffgehäuse mit elektrisch leitenden und damit
gegen elektromagnetische Wellen schirmenden Oberflächen
herzustellen sind. Dabei soll weder das Gehäusegewicht we
sentlich erhöht werden, noch soll ein zusätzlicher Korro
sionsschutz erforderlich sein oder die Gehäusestabilität
(Schlagzähigkeit) beeinträchtigt werden.
Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Pa
tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprü
chen zu entnehmen.
Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß
praktisch alle in Frage kommenden Gehäusepolymere sehr
haftfest mit einer intrinsisch leitenden Polymerschicht
verbunden werden können und dadurch mit einer leichten,
flexiblen und korrosionsbeständigen Schirmung gegen elek
tromagnetische Felder versehen werden.
Die Erfindung beruht darauf, daß Kunststoffe andere Stoffe
durch Diffusion absorbieren können, wozu auch Polymervor
stufen wie Monomere und Reaktanden zur Veranlassung der
Polymerisation gehören. Die Absorption solcher Stoffe kann
auch ein Anquellen des Kunststoffes bewirken, wie es von
der Einwirkung organischer Lösungsmittel her bekannt ist.
Auf ähnliche Weise können auch flüssige oder gasförmige
Monomere für intrinsisch leitende Polymere wie z. B. Pyrrol
oder Anilin, von Kunststoffen absorbiert werden. Wird eine
derart imprägnierte Kunststoffoberfläche anschließend ei
nem flüssigen oder gasförmigen, die Polymerisation bewir
kenden Reaktanden ausgesetzt, so kann je nach dessen Ein
dringtiefe (Diffusion) eine Polymerisation zum intrinsisch
leitenden Polymer bereits im Polymergerüst des Träger
kunststoffes stattfinden. Durch Wiederholung der Exposi
tionierungen können schließlich auch dickere Leitpolymer
schichten aufgebaut werden. Die Diffusionen in das Kunst
stoffmaterial müssen von Fall zu Fall durch geeignete Pa
rameter (Temperatur, Zeit etc.) optimiert werden. Das Mo
nomer wird in der Regel mit keinem Leitsalz versetzt, da
dieses auch kaum in den Kunststoff eindiffundiert. Das für
die Leitfähigkeit erforderliche Gegenion (Anion) wird
durch den Reaktanden (das Oxidationsmittel) eingebracht.
Hat die gebildete Leitpolymerschicht einen Flächenwider
stand von maximal 100Ω/Quadrat, kann sie auf elektrochemi
schem Wege mit einem Leitpolymer oder einem Metall weiter
beschichtet werden.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Ausführungsbei
spiele näher erläutert werden.
Ebene Platten von 1 bis 4 mm Dicke aus den in Tabelle 1
aufgelisteten Kunststoffen werden auf die Abmessungen.
30 · 50 mm2 zugeschnitten und gegebenenfalls einer Reinigung,
Entfettung oder speziellen Vorbehandlung unterzogen. Nach
dieser in Tabelle 1 gezeigten Vorbehandlung. Werden die
Proben bei Raumtemperatur getrocknet und für jeweils opti
mierte Zeiten von 2 bis 90 min in reines Pyrrol getaucht.
Nach dem Abtropfen bzw. Abschleudern der Pyrrolreste von
der Kunststoffprobe wird diese für 2-3 sec in eine Oxidati
onslösung aus 30 g CuCl2·2H2O in 100 ml Ethanol getaucht.
Nach dem Herausziehen ist eine Schwärzung durch Polypyr
rolbildung eingetreten. Nun werden die Proben abwechselnd
für 30 min in einem abgedeckten Becherglas über Pyrrol auf
gehängt sowie anschließend für ca. 2 sec in die Oxidations
lösung getaucht. Die Anzahl dieser Nachbeschichtungen ist
für die einzelnen Kunststoffproben in Tabelle 1 aufge
führt. Durch eine sogenannte 4-Spitzenmessung (Trennung
von Stromzuführung und Spannungsabgriff) können Flächenwi
derstände von ca. 22 bis 45 /Quadrat bestimmt werden.
Gemäß Beispiel 1 werden Kunststoffproben, wie in Tabelle 2
aufgeführt, zugeschnitten und gereinigt bzw. eine Schutz
folie abzogen. Anschließend werden die Proben in einem ab
gedeckten Becherglas für jeweils optimierte Zeiten von 20
bis 75 min über Pyrrol aufgehängt. Nach deren Entnahme wer
den sie, wie im Beispiel 1, für 2-3 sec in eine Oxidations
lösung aus Kupferchlorid in Ethanol getaucht. Dabei er
folgt eine Schwärzung der Oberflächen durch Polypyrrolbil
dung. Die Proben werden wie in Beispiel 1 wiederholt über
Pyrrol gelagert und in die CuCl2-Lösung getaucht. Wie Ta
belle 2 zeigt, werden mit unterschiedlich häufigen Nachbe
schichtungen 4-Spitzen-Flächenwiderstände von ca. 41 bis
50 /Quadrat erzielt.
Platten aus Polyamid von 2 mm Dicke wurden auf 30 · 50 mm2 zu
geschnitten und mit Aceton entfettet. Diese Proben wurden
in einem abgedeckten Becherglas für 8 min über auf 60°C er
wärmtes Pyrrol gehängt und anschließend kurz in eine Oxi
dationslösung aus 40 g Eisen III-Chlorid in 100 ml Isopropa
nol getaucht. Durch Polypyrrolbildung tritt eine Schwarz
färbung der Polyamidoberfläche ein. Die Lagerung der Probe
über 60°C warmem Pyrrol und die Tauchung in FeCl3-Lösung
wird noch vier mal wiederholt. Es wird ein 4-Spitzen-Flä
chenwiderstand von 40Ω/Quadrat gemessen.
Platten aus Polypropylen PP werden wie im Beispiel 1 20 min
in Dekalin bei 95°C vorbehandelt. Nach dem Trocknen werden
die Proben für 5 min in 50°C heißes Anilin getaucht. Nach
dem Abkühlen auf Raumtemperatur ist die Probe trocken und
wird in eine wässerige Oxidationslösung aus 50 g/l Ammoni
umperoxodisulfat getaucht. Es tritt eine Dunkelgrünfärbung
ein durch die Polyanilinbildung. Die Tauchprozesse in
heißes Anilin und Oxidationslösung werden noch fünfmal
wiederholt. Es wird ein 4-Spitzen-Flächenwiderstand von
ca. 70Ω/Quadrat gemessen.
Die Erfindung ist nicht auf die ausgeführten Beispiele be
schränkt, sondern sinngemäß auch auf weitere anwendbar.
Als Monomere können auch Thiophen, Furan oder Acetylen und
als Oxidationsmittel auch Halogene wie Brom oder Jod ein
gesetzt werden. Weitere Kunststoffe, die Monomere absor
bieren können, sind z. B. auch Polyvinylether und -ester,
Polyimide, Aminoplaste, Polyurethane und Polyetherketone.
Desweiteren kann die Einwirkung von Monomer und Oxidati
onsmittel auf die Kunststoffoberfläche auch in umgekehrter
Reihenfolge als in den Ausführungsbeispielen erfolgen,
insbesondere kann sie auch simultan stattfinden.
Die durch chemische Oxidation erzeugte erste Leitpolymer
schicht kann nicht nur durch Wiederholung der Verfahrens
schritte verstärkt werden, sondern ebenso durch Elektropo
lymerisation des zuerst eingesetzten Monomers gegen eine
Platinkathode aus einer leitsalzhaltigen Elektrolytlösung.
Die Leitpolymerschicht ist ebensogut durch Elektropolyme
risation eines anderen Monomers oder durch chemische bzw.
galvanische Abscheidung eines Metalles wie Kupfer, Silber,
Gold, Nickel oder Zinn verstärkbar.
Claims (14)
1. Verfahren zur Bildung elektrisch leitender Schichten
auf Kunststoffoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß
Monomere und Oxidationsmittel in die oberflächennahen Be
reiche der Kunststoffe eindiffundiert werden und dadurch
in diesen Bereichen eine Polymerisation bewirkt wird, und
daß durch die Polymerisation intrinsisch leitende Polyme
re erzeugt werden und diese gegebenenfalls durch weitere
intrinsisch leitende Polymere und/oder durch Metalle ver
stärkt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Kunststoffe Polyolefine, Polyamide, Polyacrylate, Po
lycarbonat, Polyvinylchlorid, Polystyrol, ABS (Acrylni
tril-Butadien-styrol-Copolymer), SAN (styrol-Acryl-Ni
tril-Copolymer) und Epoxidharze eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
intrinsisch leitende Polymere auf Basis der Monomere Pyr
rol, Thiophen, Furan, Acetylen und Anilin gebildet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die intrinsisch leitenden Polymere durch chemische Oxida
tion mit Eisen III- oder Cu II-Salzen, Jod, Brom oder
Anil gebildet werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Monomere als Flüssigkeiten oder als Lö
sungen auf die Kunststoffe aufgebracht werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Monomere im Gaszustand auf die Kunst
stoffe aufgebracht werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Oxidationsmittel als Flüssigkeiten oder
Lösungen auf die Kunststoffe aufgebracht werden.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Oxidationsmittel im Gaszustand auf die
Kunststoffe aufgebracht werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß während der Einwirkung der Monomere oder
Oxidationsmittel auf den Kunststoff, diese Stoffe im
Kunststoff absorbiert werden und dadurch der Kunststoff
aufquillt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Einwirkung
von Monomer und Oxidationsmittel auf den Kunststoff umge
kehrt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer und das
Oxidationsmittel simultan auf den Kunststoff aufgebracht
werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß durch mehrmalige Wiederholung von Mo
nomer und Oxidationsmitteleinwirkung die intrinsisch lei
tende Polymerschicht verstärkt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die intrinsisch leitende Polymerschicht durch eine
anodische Polymerisation von dem gleichen oder einem ande
ren Monomer verstärkt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die intrinsisch leitende Polymerschicht durch chemo
galvanische Verfahren mit Kupfer, Nickel oder Gold ver
stärkt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4138771A DE4138771A1 (de) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | Verfahren zur bildung elektrisch leitender schichten auf kunststoffoberflaechen |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4138771A1 true DE4138771A1 (de) | 1993-05-27 |
Family
ID=6445567
Family Applications (1)
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DE4138771A Withdrawn DE4138771A1 (de) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | Verfahren zur bildung elektrisch leitender schichten auf kunststoffoberflaechen |
Country Status (1)
Country | Link |
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