DE60204904T2

DE60204904T2 - Elektrisch leitendes deckmaterial

Info

Publication number: DE60204904T2
Application number: DE2002604904
Authority: DE
Inventors: Jyri Nieminen
Original assignee: Ionphase Oy
Current assignee: Ionphase Oy
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2022-11-02
Also published as: EP1439953B8; JP2005507327A; PT1439953E; JP4460894B2; EP1439953B1; WO2003037622A1; US20040166347A1; ATE298667T1; US7052771B2; EP1439953A1; ES2245407T3; CN1520357A; DE60204904D1; CN1269635C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Abdeckmaterial gemäß der Präambel von Anspruch 1.
Ein Material wie dieses umfasst gewöhnlich eine erste Schicht, die die Verschleißschicht der Struktur bildet und die ein Ionomer enthält, als auch eine zweite Schicht neben der ersten Schicht.
Mit „Abdeckmaterial" ist in der vorliegenden Erfindung eine Struktur gemeint, welche wenigstens teilweise aus einem Polymer hergestellt ist und die zum Abdecken von Oberflächen verwendet werden kann. Mittels der Abdeckung kann eine Oberfläche mechanisch und chemisch geschützt werden und man kann wünschenswerte neue oder verbesserte Eigenschaften, wie zum Beispiel die elektrische Leitfähigkeit eines gewünschten Levels im vorliegenden Zusammenhang, für die Oberfläche erhalten. Das Abdeckmaterial kann ebenfalls zum Dekorieren einer Oberfläche verwendet werden. Die abzudeckenden Oberflächen beinhalten Böden und Wände und Decken als auch verschiedene Gegenstände und Teile, wie zum Beispiel Regale und Regalplatten als auch Schreibtischunterlagen und Arbeitsplatten.
Bei vielen Anwendungen muss das Abdeckmaterial elektrisch leitfähig sein, so dass eine Ansammlung von statischer Elektrizität verhindert werden kann. Es ist ebenfalls wichtig, dass Funkenbildung und andere Nachteile, die durch statische Elektrizität verursacht werden, in bestimmten Bereichen verhindert werden können. Zum Beispiel werden in Operationssälen in Krankenhäusern aufgrund der leicht entzündbaren anästhetischen Gase und der empfindlichen Instrumente elektrisch leitfähige Bodenabdeckungen verwendet.
Polymere Abdeckmaterialien können durch bekannte Techniken, zum Beispiel durch Mischen von leitfähigen Teilchen mit Polymeren, wie es zum Beispiel im US-Patent 5,516,546 durchgeführt wurde, elektrisch leitfähig gemacht werden, wobei elektrische Leitfähigkeit durch Verwenden von amorphem Graphitpulver oder Kohlefaser oder einer Mischung von diesen erreicht wird. Verschiedene leitfähige Teilchen, wie zum Beispiel Ruß, werden von den Kunststoffen extrahiert und ihre Verwendung in sauberen Räumen ist problematisch. Ruß und Graphitpulver sind allgemein verwendet worden, um Polymere elektrisch leitfähig zu machen. Die somit hergestellten Verbindungen sind schwarz und sehr dunkel in der Farbe. Bei den Anwendungen eines Abdeckmaterials ist dies ein Faktor, der das äußere Erscheinungsbild stark einschränkt. Es sollte des Weiteren angemerkt werden, dass elektrische Leitfähigkeit, die mittels leitfähiger Teilchen erreicht wird, oftmals aufgrund der Versickerung zu hoch oder zu niedrig ist.
Es ist ebenfalls ein herkömmliches Verfahren, antistatische Materialien zu Deckschichten hinzuzugeben, die typischerweise Feuchtigkeit aus der Luft absorbieren und somit eine geringfügige elektrische Leitfähigkeit bilden. Antistatische Materialien wandern schrittweise zu der Produktoberfläche, wovon sie zum Beispiel in Zusammenhang mit Waschen dazu neigen, abgewaschen zu werden. Konsequenterweise verändert sich die Leitfähigkeit der Abdeckung, wenn sich die Konzentration des antistatischen Materials verringert.
Elektrische Leitfähigkeit, die mittels antistatischer Materialien erzeugt wird, variiert stark entsprechend zur Luftfeuchtigkeit. Dies ist eine besonders nachteilige Eigenschaft, da im Winter, wenn die Luftfeuchtigkeit gering ist, die Abdeckungen nicht ausreichend Elektrizität leiten. Der optimale ESD-Abschirmungsbereich in Bezug auf elektrische Leitfähigkeit ist ein Widerstandsbereich der Oberfläche von 10⁶ – 10⁹ Ohm. Dieser Bereich ist schwierig mit Hilfe antistatischer Verbindungen zu erreichen.
Verschiedene Abdeckmaterialien sind ebenfalls in der Patentliteratur beschrieben worden. Demnach offenbart das US-Patent 6,282,848 ein Deckschichtmaterial für Boden und Wände, welches für einen magnetisch isolierten Raum beabsichtigt ist und welches eine Kombination eines elektrisch leitfähigen und eines elektrisch nicht leitfähigen Materials ist, welche in Schichten aufgetragen sind und bei denen die leitfähige Schicht Nickel ist.
Aus dem US-Patent 5,988,460 ist eine elektrisch leitfähige Deckschicht bekannt, wobei Eisensilikatteilchen als Teilchen von ungefähr 20 μm in einem Polymerharz fein verteilt sind.
Das US-Patent 5,631,311 betrifft ein durchsichtiges Material, das statische Elektrizität entlädt, wobei die elektrische Leitfähigkeit durch Verwenden eines Zinnoxidpulvers mit einer Teilchengröße, die so klein ist, dass sie die Transparenz nicht behindert, erzeugt wird.
Das US-Patent 5,307,233 beschreibt, wie kleine Flocken aus Polyvinylchlorid durch kontinuierliche Extrusion und durch in Stücke Schneiden dieser mit einer elektrisch leitfähigen Abdeckung beschichteten Teile hergestellt werden können. Die Stücke werden anschließend mit einem PVC-Material gemischt und die so erhaltene Mischung wird zum Beispiel zur Herstellung von Bodenabdeckungen verwendet.
PVC ist gegenwärtig ein nicht empfehlenswertes Material und deshalb ist es erstrebenswert, dessen Verwendung bei allen Deckschichten zu vermeiden. Im Falle eines Feuer setzt PVC Chlor frei, welches mit Wasser Salzsäure bildet, die aufgrund ihrer korrosiven Eigenschaften hochgradig umweltschädlich ist.
Das US-Patent 5,728,476 (Amtico Company Limited) offenbart, wie aus einem Ionomer und einer polyfunktionalen Olefinverbindung eine klare Oberflächenschicht für eine elastische Bodenabdeckung, die gegenüber Verschleiß sehr beständig ist, erhalten wird. Das Ionomer wird mittels einer polyfunktionalen Verbindung vernetzt. Diese Struktur selbst ist nicht elektrisch leitfähig.
Das US-Patent 4,083,824 (Armstrong Cork Company) beschreibt, wie aus wenigstens zwei Alkylacrylatpolymeren und einem Ionomer eine Abdeckung, die frei von Polyvinylchlorid ist, unter Verwendung von mineralischen Füllstoffen erhalten wird. Diese Struktur selbst ist nicht elektrisch leitfähig.
Das US-Patent 5,616,418 (Atochem) beschreibt einen mehrlagigen Film, der ein Blockpolyetheramid enthält. Die Struktur gemäß der bekannten Option ist jedoch nicht elektrisch leitfähig. Die Veröffentlichung enthält keinen Hinweis auf die Wirkung der Metallsalze, die als optionale Komponenten verwendet werden, auf die elektrische Leitfähigkeit des Materials.
Das US-Patent 5,652,326 (Sanyo Chemical Industries, Ltd.) beschreibt, wie ein elektrisch leitfähiger Kunststoff aus Polyetheresteramid und einem Alkalimetall erhalten wird, wenn 0.01–2.00 Mol-% eines Alkalimetallhalogenids oder eines Erdalkalimetallhalogenids in die Mischung eingeführt werden. Es wird in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit keine Unterscheidung zwischen monovalenten und bivalenten Ionen gemacht. Gemäß der bekannten Option binden darauf gepfropft Sulfongruppen die Alkalikationen. Carbonsäuregruppen werden in der Beschreibung diskutiert, aber in den Beispielen sind sie immer verestert. Gemäß den Beispielen beträgt die empfohlene Menge an Metallsalz bis zu 5–30 Mol-% des hergestellten Materials. Halogene verursachen Probleme bei einigen praktischen Anwendungen.
Das US-Patent 5,059,474 (Nitto Boseki Co.) betrifft eine mehrschichtige Bodenabdeckung, wobei die Oberflächenschicht aus erweichtem Polyvinylchlorid hergestellt wird. Die Struktur ist nicht elektrisch leitfähig.
Die japanische Anmeldungsveröffentlichung 58015554 (Toray Industries) offenbart eine Mischung eines festen Polyetheresteramids und eines Ionomers, die gegenüber Wärme und Kälte resistent ist. Das Metallion in dem Ionomer wird als (I)-(III)-valent bezeichnet. Die elektrische Leitfähigkeit der Mischung wird nicht erwähnt und es wird keine Unterscheidung zwischen den verschiedenen Metallionen gemacht.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile, die mit den früheren bekannten Optionen verbunden sind, zu eliminieren und ein Abdeckmaterial eines gänzlich neuen Typs bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, dass die Abdeckstruktur aus zwei benachbarten Schichten hergestellt wird, wobei die erste – im Falle einer Bodenabdeckung, die „obere" – aus einem elektrisch leitfähigen ionomeren Polyelektrolyt (IPE) und möglichen Füllstoffen gebildet wird. Der elektrisch leitfähige ionomere Polyelektrolyt ist von der Art, die in der Patentanmeldung PCT/FI02/00559 beschrieben ist. Dieses ionische Polymer wird im Allgemeinen dadurch charakterisiert, dass es aus wenigstens zwei getrennten Polymeren hergestellt wird, wobei eines von ihnen monovalente Kationen mit Hilfe von Carbonsäuren in der Polymerkette bindet.
Zusätzlich zur ersten aus IPE hergestellten Schicht hat die Struktur wenigstens eine andere Schicht, die zum Beispiel durch Ruß, Graphit oder Kohlefaser elektrisch leitfähig gemacht worden ist. Die erste Schicht und die zweite Schicht stehen miteinander in elektrischem Kontakt, was bedeutet, dass sie direkt aneinander liegen können oder dass sie mittels einer Materialschicht, die nicht als Isolator wirkt, miteinander verbunden sind.
Im Genaueren wird die Option gemäß der Erfindung durch das, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 steht, charakterisiert.
Die Erfindung stellt beträchtliche Vorteile bereit. So wird durch die Erfindung eine elektrisch leitfähige, färbbare und verschleißbeständige Struktur, insbesondere eine Abdeckstruktur, wie zum Beispiel eine Bodenabdeckung oder Wandabdeckung, Kachel oder Matte oder ähnliches, erhalten. Luftfeuchtigkeit und Temperatur haben keinen besonderen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit des Abdeckmaterials, wie sie es im Falle von Materialien, die zum Beispiel antistatische Verbindungen enthalten, tun. Die Farbe der Abdeckung gemäß der Erfindung kann frei ausgewählt werden. Es ist ebenfalls bevorzugt, Halogene zu vermeiden, was bedeutet, dass sie im Falle eines Feuers keine toxischen und gesundheitsgefährdenden Gase erzeugt.
Die anderen Vorteile und Charakteristika der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
Wie oben erwähnt wurde, enthält das Abdeckmaterial gemäß der Erfindung wenigstens zwei Schichten, von denen die erste Schicht als die elektrisch leitfähige Komponente ein ionomeres Polymer enthält, das aus wenigstens zwei verschiedenen Polymeren hergestellt wird, von denen wenigstens eines monovalente Kationen mittels Carbonsäuregruppen, die auf die Polymerkette gepfropft sind, bindet. Die zweite Schicht ist eine elektrisch leitfähige Schicht, mit der die erste Schicht in elektrischem Kontakt steht.
Typischerweise entlädt die erste Schicht die Spannung, weshalb ihr Widerstand im Bereich von 1–100 MOhm (Oberfläche-Oberfläche, 100 V) ist. Der Widerstand der zweiten, elektrisch leitfähigen Schicht ist für ihren Teil ungefähr zwei Zehnerstellen kleiner, d.h. ungefähr 0.01–0.2 MOhm. Der Oberflächenwiderstand des Bogens ist ≤ 100 MOhm (bevorzugt weniger als 100 MOhm), gemessen gemäß des Standards ASTM D-257.
Die elektrisch leitfähige Polymerkomponente in der ersten Schicht wird in einer Ausführungsform aus wenigstens zwei unterschiedlichen Polymeren, von denen eines Carbonsäuregruppen und das andere Etherbindungen enthält, und wenigstens einem Alkalimetallkation hergestellt. Gemäß der Erfindung halten die Ethergruppen mittels einer polaren Ladung ein monovalentes Kation, welches Li, Na, K, Cs oder Rb oder eine Mischung davon ist, fest. Das Kation ist besonders bevorzugt K. Dieses und andere Kationen (ebenso die unten genannten Erdalkaliionen) und ähnliche Verbindungen von bivalenten Kationen können in die Mischung als Hydroxide, Oxide, Formiate, Carbonate, Acetate oder Mischungen davon eingeführt werden. In der Polymermischung sind einige der Carbonsäuregruppen ebenfalls ionisiert.
Es ist zum Beispiel unter dem Co-Polymer von Ethylen und Methacrylsäure (E/MAA) und dem Polyetherblockamid (PEBA) und dem Alkalimetallkation möglich, ein polymeres System zu bilden, wobei eine IPN-(InterPenetrated Network)-Struktur von PEBA innerhalb der E/MAA-Phase gebildet wird. In dem Material vernetzen einige der Kationen die Methacrylsäuregruppen in dem E/MAA. Somit werden thermisch reversible Innenbindungen gebildet, die die mechanischen Eigenschaften des Polymers verbessern. Einige der Kationen binden an die Sauerstoffpools des Polyethers und erzeugen zum Beispiel mittels einer Segmentbewegung der Polymerketten ionische elektrische Leitfähigkeit. Anstelle von PEBA ist es möglich, zum Beispiel ein Blockpolymer von Polyester und Polyether oder ein Blockpolymer von Polyurethan und Polyether zu verwenden. Das Polyether ist so, dass es Ionen solvatisieren kann.
Das Ionomer kann als Polymerkomponente A und der Blockpolyether als Polymer B bezeichnet werden. Die Polymere A und B liegen in der Mischung in Gewichtsverhältnissen von A/B 90/10–10/90, bevorzugt 85/15–20/80 vor.
Ionomere sind zum Beispiel für ihre Helligkeit und ihre guten mechanischen Eigenschaften bekannt. Im Allgemeinen sind Ionomere Co-Polymere von alpha- oder beta-ungesättigten Carbonsäuren und Ethylen und sind mit I- oder II-valenten Kationen vernetzt. Ethylenionomere sind typischerweise gute Isolatoren und ihre Oberflächenwiderstände liegen im Bereich von 10¹⁶–10¹⁸ Ohm (10exp16–10exp18).
Gemäß der Erfindung kann die Ionomerkomponente der Polymermischung zum Beispiel aus Co-Polymeren oder Terpolymeren von Ethylen und alpha- oder beta-ungesättigten Carbonsäuren hergestellt werden, wobei die Co-Polymere oder Terpolymere zusätzlich zu den oben genannten monomeren Einheiten Ester von alpha- oder beta-ungesättigten Carbonsäuren enthalten. Die Carbonsäure hat im Allgemeinen 3–8 Kohlenstoffatome. Typischerweise hat das Polymer in Masseteilen 4–24 Teile Acryl- oder Methacrylsäure, 0–40 Teile Methyl-, Ethyl- oder Butylacrylat oder Vinylacetat, wobei der Rest zu 100 Teilen des Polymers Ethylen ist. Kommerziell erhältliche Co- und Terpolymere gemäß der Erfindung beinhalten Basel's Lucalen, Du Pont's Nucrel, Bynel und Surlyn oder Exxon Chemicals's Iotek-bezeichnete Ionomere und ihre nicht neutralisierten Vorstufen.
Der Polyetherblock kann sich in dem Co-Polymer des Polyamids oder Polyesters oder Polyurethans befinden. Der Polyetherblock kann aus Polyethylen- oder Polypropylenglykolen (Polyethylenoxid oder Polypropylenoxid), Co-Polymeren/Polymermischungen davon, Poly(1,2-butylglykol) oder Poly(tetramethylglykol) aufgebaut sein. Typischerweise ist das Massenverhältnis des Polyethers in dem Co-Polymer 20–90 Teile pro 100 Teile. Am bevorzugtesten ist es 50–90 Teile pro 100 Teile. Eine geringe Etherkonzentration schwächt die elektrische Leitfähigkeit. Kommerziell erhältliche Polymere, die einen Polyetherblock enthalten, schließen Hytrel (Du Pont) und Pebax (Atofina) ein. Die Oberflächenwiderstände dieser Polymere reichen von 3⁸ bis 4¹³ Ohm.
Ein Beispiel eines bevorzugten Polyetherblocks von Polymer B ist Polyethylenoxid mit einem Molekulargewicht innerhalb des Bereichs von 300–20.000.
Der Kationengehalt in der Polymermischung ist 0.04–2.5 Millimol/Gramm der Polymermischung und der Alkalikationengehalt ist 0.4–1.7 Millimol/Gramm der Polymermischung.
Das Ionomer in der Oberflächenschicht kann im Allgemeinen 0.1–3 Gew.-% eines Alkalimetallkations und 0–2 Gew.-% eines Erdalkalimetallkations und 0–1 Gew.-% von einem oder mehreren der folgenden enthalten: Zink, Magnesium und Aluminium. Die Kationen können in Form eines Hydroxids, Silikats, Formiats, Acetats, Carbonats oder Oxids, z.B. Kaliumhydroxid oder Kaliumsilikat, in das Ionomer eingeführt werden. Es können ebenfalls andere Kationenquellen verwendet werden.
Die guten mechanischen Eigenschaften der Ionomere ermöglichen es, dass das Material in den Verschleißschichten der Bodenabdeckungen und ähnlichen Abdeckungsmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Ionomere sind sehr hart, und irgendwelche Kratzer auf ihrer Oberfläche können mit Hilfe eines Heißluftgebläses oder zum Beispiel eines heißen Bügeleisens und silikonisierendem Papier einfach repariert werden. Ein Vergleich mit PVC-Kunststoffen zeigt, dass mit der Zeit die Eigenschaften des PVC-Kunststoffs hauptsächlich aufgrund der Verdampfung von Weichmachern, brüchig und hart werden. Bei Ionomeren bleiben die Eigenschaften als Konsequenz ihrer langen Nutzungsdauer stattdessen über einen langen Zeitraum unverändert, was besonders für Abdeckmaterialanwendungen wichtig ist.
Die erste Schicht kann im Wesentlichen vollständig durchsichtig und elektrisch leitfähig sein.
Das in der elektrisch leitfähigen zweiten Schicht, d.h. der unteren Schicht oder Trägerschicht, verwendete Polymer ist typischerweise ein halogenfreies Polymer, wie zum Beispiel ein Polyolefinelastomer. Sogar andere Elastomere sind verwendbar. Polypropylenelastomere, Polyethylenelastomere, Ethylenmethacrylsäure-Butylacrylatterpolymere und Polyurethanelastomere können als allgemeine Beispiele genannt werden. Kommerzielle Produkte, die genannt werden können, beinhalten Montell's Adflex Q100F und Lucobit's Lucopren 1721 TPE/PP Polymer. Elektrisch leitfähige Teilchen werden typischerweise in einer Menge von 10–200 Gew.-%, bevorzugt ungefähr 15–80 Gew.-% der Masse der Polymerphase verwendet. Diese Füllstoffe können zum Beispiel Ruß, gemahlenes Anthrazit, gemahlener Graphit, Kohlefasern und Mischungen davon sein. Verschiedene Metallpulver arbeiten ebenfalls gut.
Die erste und zweite Schicht können in direktem Kontakt miteinander sein, in welchem Fall die Struktur durch Herstellung der Polymerfilme mittels zum Beispiel Extrusion oder eines Rollmischers und indem die Schichten mittels Wärme und Druck zusammenlaminiert werden, hergestellt werden kann. Die Extrusion der ersten Schicht kann bei einer Temperatur von 110–330°C durchgeführt werden. Das Ionomer ist typischerweise ein Adhäsionspolymer, und eine gute Laminierung wird bei relativ niedrigen Temperaturen, wie zum Beispiel 110–250°C, erreicht. Die Drücke hängen von der Temperatur und der Zeit ab, aber bei einem Druck so niedrig wie 10 bar, im Allgemeinen ungefähr 10–25 bar, ist es möglich, ein Laminat gemäß der Erfindung herzustellen.
Die Dicke der ersten Schicht beträgt im Allgemeinen ungefähr 0.05–2 mm, bevorzugt ungefähr 0.08–1 mm, insbesondere bevorzugt ungefähr 0.1–0.8 mm. Die Dicke der zweiten Schicht beträgt im Allgemeinen ungefähr 0.08–3 mm, bevorzugt ungefähr 0.1–2 mm, insbesondere bevorzugt ungefähr 0.2–1.5 mm. Die Dicke der ersten Schicht und der zweiten Schicht ist zusammen ungefähr 0.5–4 mm.
Es ist möglich, zu der Oberflächenschicht zum Beispiel Quarz- oder Feldspatpulver hinzuzufügen, um die Beständigkeit gegenüber Verschleiß zu steigern. Es ist ebenfalls möglich, andere Füllstoffe (fein verteiltes Silika, Aluminiumoxid) zu verwenden. Das bei der Struktur gemäß der Erfindung verwendete IPE scheint verschiedene Füllstoffe wesentlich besser an die Polymermatrix zu binden, als zum Beispiel PVC in der Lage ist zu binden. Aus diesem Grund ist eine Abdeckung wie diese im Wesentlichen widerstandsfähiger gegenüber Verschleiß als herkömmliche Abdeckmaterialien.
Es ist möglich, in der Oberflächenschicht einige andere Polymere, wie zum Beispiel ein Polyolefin (Polypropylen, Polyethylen) einzumischen, um die Eigenschaften der Oberflächenschicht zu modifizieren und die Rohmaterialkosten zu verringern. Das Kompatibilitätsfenster von IPE ist jedoch recht groß und zusätzlich zu den Polymeren ist es ebenfalls möglich zum Beispiel Polyamid, Polystyrol oder Polyester mit dem ionomeren Polymer zu mischen, um die Steifheit und/oder Härte zu steigern.
Um die Bindung zwischen dem Füllstoff und der Polymatrix zu stärken, kann der Füllstoff bevorzugt mit Tetraethoxysilikat, welches schrittweise unter dem Einfluss von Feuchtigkeit zu Silikagel hydrolysiert und das Polymer und den Quarzsand gut miteinander bindet, behandelt werden. Diese Hydrolysierung ist schnell, insbesondere wenn die Mischung Basizität enthält, wie es IPE tut.
Die beschriebene Struktur erlaubt es vorteilhaft, dass Fluoreszenzchemikalien und/oder -pigmente als auch phosphoreszierende Pigmente, deren Lumineszenz für Minuten, nachdem das Licht ausgeschaltet wurde, aufrecht erhalten bleibt, zu der Oberflächenschicht hinzugefügt zu werden. Eine solche Abdeckung kann verwendet werden, um Notausgänge zu markieren.
Da die Oberflächenschicht der elektrisch leitfähigen Abdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung nahezu anionischen Charakter hat, kann sie besonders vorteilhaft mit einem kationischen Wachs gewachst werden, wobei dabei eine gute Adhäsion erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die elektrisch leitfähige und verschleißbeständige Struktur, insbesondere eine Abdeckstruktur, wie zum Beispiel eine Bodenkachel oder -matte oder ähnliches, welche aus wenigstens zwei Schichten aufgebaut ist, eine Oberflächenschicht, die aus einem Ionomer aufgebaut ist, das mit einem verschleißverbessernden Füllstoff behandelt wird, wobei das Ionomer ein Polymer eines Co- oder Terpolymers von Ethylen und Acryl- oder Methacrylsäure ist oder irgendein anderes bekanntes Ionomer, und ein Blockpolyether, wobei das Polymer mit Alkali- und/oder Erdalkali- und/oder Metallkationen ionisch vernetzt wird, wobei in dem Ionomer das Verhältnis des Ionomers zu dem Füllstoffs innerhalb des Bereichs von 10–90 : 90–10 liegt, und die untere Schicht aus wenigstens einem halogenfreien Elastomer hergestellt wird. In diesem Fall ist wenigstens ein Füllstoff in der unteren Schicht Ruß, gemahlenes Anthrazit oder gemahlener Graphit.
Der Vorteil der Struktur gemäß der Erfindung ist, dass ihre elektrische Leitfähigkeit präzise reguliert werden kann und es somit immer möglich ist, den optimalen ESD-Abschirmungsbereich, d.h. einen Widerstandsbereich der Oberfläche von 10⁶–10⁹ Ohm, zu erreichen.
Zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht kann ebenfalls eine dritte Schicht, eine sogenannte mittlere Schicht sein, die aus einem Polymerfilm hergestellt wird, der durch Pigmente oder Polymermischungen, die per se bekannt sind, elektrisch leitfähig gemacht wurde. Wenn die Ionomerschicht durchsichtig gemacht wurde, ist es möglich entsprechend des Bedarfs Muster, Texte, Holzmaserungimitationen und Färbungen auf der mittleren Schicht aufzudrucken. Die Musterung oder andere Entwürfe sind in diesem Fall durch die Oberflächenschicht sichtbar und verleihen dem Boden oder einer anderen Oberfläche somit das gewünschte äußere Erscheinungsbild. Die Dicke der mittleren Schicht ist im Allgemeinen 0.05–1 mm, bevorzugt ungefähr 0.08–0.5 mm, bevorzugt ungefähr 0.1 mm und die Konzentration der leitfähigen Teilchen ist gewöhnlich ungefähr 5–50 Gew.-% der Schicht, typischerweise weniger als 30 Gew.-%. Die dritte Schicht ist im Allgemeinen dünner als die erste und zweite Schicht.
Die dreischichtige Struktur kann ebenfalls hergestellt werden, indem die Schichten separat (insbesondere die erste, durchsichtige Schicht wird durch Extrusion oder in einem Rollmischer auf die oben beschriebene Art und Weise hergestellt) hergestellt werden, wobei sie danach bei einer Temperatur von zum Beispiel 150–180°C zusammengepresst werden, wobei eine Schichtstruktur erzeugt wird, deren elektrische Leitfähigkeit nach 14 Tagen (bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% und einer Temperatur von 23°C) geringer als 30 MOhm, gemäß des Standards IEC 61340-4-1, ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird somit eine elektrisch leitfähige mehrschichtige Struktur, insbesondere eine Abdeckstruktur, wie zum Beispiel eine kachel- oder mattenförmige Bodenabdeckung, welche aus wenigstens drei Schichten hergestellt wird, von denen die obere Schicht durchsichtig ist und aus einem Ionomer, das ein Polymer eines Co- oder Terpolymers von Ethylen und Acryl- oder Methacrylsäure ist oder irgendeines anderen bekannten Ionomers, und einem Blockpolyether hergestellt ist, wobei das Polymer mit Alkali- und/oder Erdalkali- und/oder Metallkationen ionisch vernetzt wird, hergestellt. Die mittlere Schicht wird aus einer elektrisch leitfähigen Schicht eines per se bekannten Polymers hergestellt, wobei die Schicht wenigstens teilweise durch Füllstoffe oder Pigmente lichtundurchlässig gemacht worden ist. Die untere Schicht wird aus einem Polypropylenelastomer oder einem entsprechenden Elastomer hergestellt, wobei sie mit kohlenstoffhaltigen Teilchen und/oder Fasern oder anderen bekannten elektrisch leitfähigen Teilchen, elektrisch leitfähig gemacht wird.
Zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht kann ebenfalls eine mittlere Schicht einer anderen Art sein, welche für eine dimensionale Stabilisierung beabsichtigt ist und zum Beispiel aus Glasfasern oder Kohlefasern oder einer Kombination davon hergestellt wird. Die Schicht kann netzartig sein. Bei Verwendungen, bei denen die mittlere Schicht zermahlen sein kann und die mittlere Schicht Kohlefaser enthält, kann die untere Schicht in Bezug auf das Kleben aus den oben beschriebenen Gründen aus irgendeinem Material außer PVC sein. Wenn die stabilisierende Schicht Kohlefaser in einer Menge, die Zermahlen möglich macht, enthält, kann die untere Polymerschicht, wenn so gewünscht, elektrisch nicht leitfähig sein. Wenn auf der anderen Seite die untere Schicht elektrisch leitfähig ist, kann die dimensionale Stabilisierungsschicht eine Glasfaserbindung oder ein angefügter Stoff oder eine Glasfaser und Kohlefaser oder ein nichtgewebtes Material sein, in welchem Fall die obere Schicht und die untere Schicht (die erste und zweite Schicht) durch das Netz zusammengepresst werden können. Das dimensional stabile Material kann ebenfalls eine Keramikfaser oder Polyester oder Polyamid oder eine Mischung davon oder eine Mischung von diesen oder irgendeines von den oben genannten sein.
Die mittlere Schicht stabilisiert die thermische und die Hygroinstabilität und ihre Dicke ist zum Beispiel 0.1 mm. Sie kann zum Beispiel 15% Kohlefaser enthalten.
Eine elektrisch leitfähige mittlere Schicht ist bevorzugt, insbesondere in den Fällen, in denen es nicht wünschenswert ist, elektrisch leitfähige Teilchen, wie zum Beispiel Ruß oder Kohlenstoff, zu der untere Schicht hinzuzugeben. Diese Anwendungen beinhalten Bodenabdeckungen für Reinigungsräume und Schreibtischunterlagen.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrisch leitfähige und dimensionsstabile Abdeckstruktur zwei Polymerschichten, von denen wenigstens die Obere elektrisch leitfähig ist und aus einem Ionomer, das ein Polymer eines Co- oder Terpolymers von Ethylen oder Acryl- oder Methacrylsäure oder irgendeines anderen bekannten Ionomers ist, und eines Blockpolyethers hergestellt wird, wobei das Polymer mit Alkali- und/oder Erdalkali- und/oder Metallkationen ionisch vernetzt wird, wobei dabei zwischen den Polymerschichten ein Material, das dimensionsstabil gegenüber Veränderungen, die durch Luftfeuchtigkeit und Temperatur verursacht werden, ist.
In diesem dritten Material ist die Schicht, die die „zweite" genannt wird, unterhalb der Schicht, die die „dritte" genannt wird und die „dritte Schicht" ist oder kann elektrisch leitfähig sein, in welchem Fall die „zweite" Schicht dies nicht sein muss. Es ist in Bezug auf die Erfindung wesentlich, dass die erste, ionomerhaltige Schicht in elektrischem Kontakt mit wenigstens einer anderen Schicht, die elektrisch leitfähig ist, steht.
Die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist typischerweise in der Form einer Kachel oder einer Matte. Sie kann für Zwecke, die in der Präambel der Beschreibung erwähnt sind, verwendet werden, insbesondere zum Abdecken von Böden, Wänden und verschiedenen flachen Oberflächen. Die Erfindung ist besonders gut für ESD-Schildanwendungen verwendbar.
Die Erfindung wird unten mit der Hilfe von Beispielen beschrieben.
Verwendete Acronyme:

– MAA, Methacrylsäure
– BA, Butylacrylat
– E, Ethylen
– PEG, Polyethylenglykol

Beispiel 1
Eine einfarbige, weiße elastische Abdeckung aus zwei Schichten wird hergestellt, wobei die ungefähr 0.6 mm dicke obere Schicht aus den folgenden Komponenten besteht: Obere Schicht:

– 70 Teile eines E/BA/MAA Terpolymers, bei dem MAA 10 Mol-% ist und BA 20 Mol-% ist
– 30 Teile eines Blockpolymers von Polyamid oder Polyester und PEG
– 200 Teile CaCO₃; Teilchengröße <100 μm
– 10 Teile Titanoxid
– 2.0 Teile KOH
– 0.2 Teile Zn-Acetat

Die untere Schicht mit einer Dicke von 1.3 mm wurde aus den folgenden Komponenten hergestellt:
Untere Schicht:

– 60 Teile eines Polyolefinelastomers, Adflex Q100F
– 40 Teile eines E/BA/MAA Terpolymers
– 300 Teile Calciumcarbonat, gemahlen
– 100 Teile Ruß
– 1.0 Teile Magnesiumoxid

Beide Schichten wurden in einem Rollmischer bei einer Temperatur von 160°C hergestellt und wurden in einer statischen Presse des Weiteren bei einer Temperatur von 160°C laminiert.
Die elektrische Leitfähigkeit wurde 14 Tage nach der Herstellung gemessen (Luftfeuchtigkeit 30% RH) und es ergab sich ein Wert von weniger als 20 MOhm, gemäß des Standards IEC 61340-4-1. Der Oberflächenwiderstand des Bogens war < 100 MOhm, gemessen gemäß des Standards ASTM D-257.
Gemäß der beabsichtigten Verwendung können die Füllfaktoren der Schichten innerhalb des Bereichs von 10–90 Molprozent variieren.
Beispiel 2
Eine Zwei-Schicht-Matte, die besonders gut zur Abdeckung von Brettern geeignet ist, wurde hergestellt. Die Materialien beider Schichten wurden durch Extrusion hergestellt und die Bögen wurden bei 170°C aus den erhaltenen Bändern gepresst und wurden des Weiteren bei 120°C zusammen laminiert.
Oberste Schicht:

– 55 Teile E/MAA, MAA 9 Mol-%
– 15 Teile E/BA/MAA, MAA 10 Mol-% und BA 10 Mol-%
– 30 Teile Polyetheresteramid, PEG 50 Mol-% und Polyamid-12 50 Mol-%
– 2.0 Teile TiO₂
– 2.2 Teile KOH
– 0.2 Teile MgO

Untere Schicht:

– 100 Teile EVA, VA 16 Mol-%
– 20 Teile Ruß

Die Dicke der oberen Schicht der Verbundstruktur war 0.2 mm und die der unteren Schicht 0.8 mm. Der Oberflächen-Oberflächenwiderstand, der für die Matte gemessen wurde, war 15 MOhm, gemäß des Standards IEC 61340-4-1 14 Tage nach der Herstellung, wobei die Luftfeuchtigkeit 40 RH war.
Beispiel 3
Eine Zwei-Schicht-Kachel, die besonders gut gegenüber Verschleiß beständig war, wurde hergestellt. Die Materialien beider Schichten wurden durch Extrusion hergestellt und aus den erhaltenen Bändern wurden Bögen gepresst, welche des Weiteren zusammenlaminiert wurden.
Oberste Schicht:

– 65 Teile E/BA/MAA, MAA 10 Mol-%, BA 10 Mol-%
– 35 Teile Polyesteramid, PEG 50 Mol-% und Polyamid-12 50 Mol-%
– 250 Teile Quarzsand, Teilchengröße kleiner als 300 μm
– 10 Teile TiO₂
– 2.0 Teile KOH
– 0.4 Teile MgO

Untere Schicht:

– 100 Teile EVA, VA 28 Mol-%
– 300 Teile CaCO₃-Pulver
– 80 Teile Ruß

Die Dicke der oberen Schicht des Verbundwerkstoffs war 0.6 mm und die Dicke der unteren Schicht war 0.6 mm. Der Oberflächen-Oberflächenwiderstand, der für die Kachel gemessen wurde, war 15 MOhm, gemäß des Standards IEC 61340-4-1, 14 Tage nach der Herstellung, wobei die Luftfeuchtigkeit 40 RH war.
Beispiel 4
Eine Zwei-Schicht-Matte mit einem besonders attraktiven äußeren Erscheinungsbild und die für die Abdeckung geeignet war, wurde hergestellt. Die obere Schicht hatte in ihrer Ausführungsform hervorragende optische Eigenschaften, und die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Schicht wurde durch leitfähiges Titanoxid erzeugt. In diesem Fall ist es möglich, mehrfarbige Muster auf die Oberfläche der weißen unteren Schicht aufzudrucken. Die Materialien beider Schichten wurden durch Extrusion hergestellt und aus den erhaltenen Bändern wurden Bögen gepresst, welche des Weiteren zusammen laminiert wurden.
Obere Schicht:

– 65 Teile E/BA/MAA, MAA 10 Mol-% und BA 10 Mol-%
– 35 Teile Polyetheresteramid, PEG 50 Mol-% und Polyamid 50 Mol-%
– 2.2 Teile KOH
– 0.2 Teile MgO

Untere Schicht:

– 100 Teile EVA, VA 16 Mol-%
– 50 Teile elektrisch leitfähiges Titanoxid

Die Dicke der oberen Schicht des Verbundwerkstoffs war 0.4 mm und die der unteren Schicht war 0.6 mm. Der Oberflächen-Oberflächenwiderstand, der für die Matte gemessen wurde, war 11 MOhm, 14 Tage nach der Herstellung, wobei die Luftfeuchtigkeit 40 RH war.
Die Erfindung ist oben durch Beispiele beschrieben worden. Es ist jedoch klar, dass die Materialdicken beispielhaft sind und abhängig von dem verwendeten Abdeckmaterial variieren können.
Beispiel 5
Eine elastische Drei-Schicht-Matte wurde hergestellt, wobei die 0.5 mm dicke obere Schicht aus einem dissipativen Kunststoff, der mit Feldspat gefüllt ist, zusammengesetzt wurde und die 1.5 mm dicke untere Schicht aus einem Polyolefinelastomer mit gemahlenem Calciumcarbonat als Füllstoff hergestellt wurde. Zwischen den Schichten gab es ein elektrisch leitfähiges Glasfaser/Kohlefasernetz.
Obere Schicht:

– 60 Teile E/BA/MAA, wobei BA = 10 Mol-%, MAA = 10 Mol-%
– 40 Teile Polyetheramid, wobei Ether = PEG 40 Mol-%, Amid = Co-Polyamid 6 und 6.6 60 Mol-%
– 1 Teil MgO
– 1.5 Teile KOH
– 200 Teile Feldspat, Teilchengröße < 100 μm

Untere Schicht:

– 100 Teile eines TPE/PP-Polypropylenelastomers
– 60 Teile gemahlenes Calciumcarbonat

Die obere Schicht wurde durch Extrudieren der Komponenten, mit Ausnahme des Feldspats, bei 220°C hergestellt. Ein starker Anstieg der Schmelzviskosität des Kunststoffs wies auf die Bildung von Innenbindungen hin. Der Feldspat wurde mit dem hergestellten Kunststoff mittels eines Rollmischers bei 130°C gemischt.
Die Komponenten der unteren Schicht wurden in einem Extruder bei 220°C gemischt. Der Oberflächen-Oberflächenwiderstand, der für die zusammenlaminierte Struktur gemessen wurde, war 30 MOhm, 14 Tage nach der Herstellung, wobei die Luftfeuchtigkeit 40% RH war.

Claims

Ein Abdeckmaterial, das – eine erste Schicht, die die Verschleißschicht der Struktur bildet und ein Ionomer enthält, und – eine zweite Schicht neben der ersten Schicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Schicht einen verschleißfesten und elektrisch leitfähige Ionomerpolyelektrolyten enthält, und – die zweite Schicht elektrisch leitfähig ist.
Das Abdeckmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht ein Ionomer umfasst, das ein Polymer eines Co- oder Terpolymers von Ethylen und Acryl- oder Methacrylsäure, oder irgendeines anderen bekannten Ionomers, und eines Blockpolyethers ist, wobei das Polymer ionisch mit Alkali- und/oder Erdalkali- und/oder Metallkationen vernetzt ist.
Das Abdeckmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht die untere Schicht der Struktur bildet und aus einem Polyolefinelastomer, das elektrisch leitfähig gemacht wurde, hergestellt ist.
Das Abdeckmaterial gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht Anthrazit, Graphit, Kohlefaser, Ruß oder ein elektrisch leitfähiges Polymer enthält.
Das Abdeckmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es neben der ersten Schicht eine zweite Schicht in elektrischem Kontakt damit gibt, die ein Netz umfasst, das aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt wird, wobei das Netz zur gleichen Zeit die thermische und die Hygroinstabilität des Materials verringert.
Das Abdeckmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht wenigstens im Wesentlichen durchsichtig ist und das es zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine mittlere Schicht gibt, die gemustert, bedruckt, gefärbt oder auf andere Weise behandelt ist, so dass sie ein Muster hat, das durch die oberste Schicht sichtbar ist und der Abdeckung das gewünschte äußere Erscheinungsbild verleiht.
Das Abdeckmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Schicht eine Substanz enthält, die deren Beständigkeit gegenüber Verschleiß verbessert, wobei die Substanz Quarzpulver, Feldspatpulver, fein verteiltes Silika oder Aluminiumoxide umfasst.
Das Abdeckmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ionomer der obersten Schicht der Kationengehalt 0.04 – 2.5 Millimol/Gramm der Polymermischung ist und der Alkalikationengehalt 0.4 – 1.7 Millimol/Gramm der Polymermischung ist.
Das Abdeckmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beständigkeit der obersten Schicht ungefähr 1 – 100 MOhm ist.
Das Abdeckmaterial gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beständigkeit der leitfähigen Schicht neben der obersten Schicht ungefähr 0.01 – 0.02 MOhm ist.
Das Abdeckmaterial gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Schicht A. ein Polymer eines Olefins und einer ungesättigten Carbonsäure, wobei die Menge der Säuregruppen 0.5 – 15 Mol-% ist, und B. ein Block-Polyetherpolymer, das aus einem Polyetherblock und einem Polyamid- oder Polyesterblock aufgebaut ist, enthält, wobei – die Säuregruppen in Polymer A und die Polyetherblöcke in Polymer B wenigstens teilweise koordinierte Alkaliionen enthalten, und – ein Alkalimetal in einer Menge von ungefähr 0.02 – 3 Millimol/Gramm der Polymermischung vorliegt.
Das Abdeckmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockpolyether B Polypropylenoxid, Polyethylenoxid oder eine Polymerverbindung davon enthält, wobei das Blockpolymer B wenigstens teilweise das Alkalimetal koordiniert oder komplexiert hat.
Das Abdeckmaterial gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Olefin Polymer A Ethylen oder Propylen ist.
Das Abdeckmaterial gemäß einem der Ansprüche 11 – 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Polymer B der Polyetherblock Polyethylenoxid mit einem Molekulargewicht innerhalb des Bereichs von 300 – 20.000 ist.