DE60304804T2

DE60304804T2 - Materialien zum Schutz gegen elektrostatische Effekte und Verwendungen derselben

Info

Publication number: DE60304804T2
Application number: DE60304804T
Authority: DE
Inventors: Remo 78130 Cargnello; Alain 78150 Borromee
Original assignee: Cryospace LAir Liquide Aerospatiale GIE
Current assignee: Euro Cryospace France GIE
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: FR2847258B1; ATE324413T1; FR2847258A1; EP1422271A1; DE60304804D1; EP1422271B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektrostatikschutzmaterialien sowie auf ihre Anwendungen.
Genauer betrifft sie die Verwendung von kationischen tensioaktiven Mitteln als antistatische Zusatzstoffe, eine Zusammensetzung, die für die Herstellung von Elektrostatikschutzüberzügen vom Typ Farbe oder Lack, die einen derartigen Zusatzstoff enthalten, verwendbar ist, sowie eine Farbe, die aus dieser Zusammensetzung erhalten wird.
Diese Materialien sind insbesondere für die Verwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie bestimmt, um das Fließen von elektrostatischen Ladungen an der Außenfläche von Flugzeugen und Raumflugkörpern und insbesondere von Trägerraketen zu erleichtern und auf diese Weise die Flugzeuge und Raumflugkörper sowohl am Boden als auch während des Fluges vor elektrischen Entladungsvorgängen zu schützen. Insbesondere sind diese Materialien verwendbar, um kryogenen Strukturen, wie etwa den Tanks, einen Elektrostatikschutz zu verleihen.
Sie können jedoch auch in jedem anderen Industriebereich verwendet werden, in dem das Auftreten von elektrischen Entladungen die Ausrüstungen und das Bedienungspersonal gefährden kann, beispielsweise in der Erdölindustrie zum Schutz der Plattformen oder in der chemischen Industrie, um die Explosions- und Brandgefahr zu beseitigen, insbesondere in Fabriken zur Herstellung von Festtreibstoffen bzw. Pulvern, Explosivstoffen und entflammbaren Erzeugnissen.
STAND DER TECHNIK
Die Verwendung von dielektrischen Werkstoffen (Verbundwerkstoffen oder Kunststoffen) bei der Herstellung von Raumflugkörpern begünstigt die Ansammlung von elektrostatischen Ladungen an der Oberfläche dieser Flugkörper durch den triboelektrischen Effekt.
Wenn die Menge der angesammelten elektrostatischen Ladungen zu groß ist, können elektrische Entladungen auftreten, wobei die auf diese Weise erzeugten elektromagnetischen Störungen imstande sind, bei Navigationsgeräten oder ande ren elektrischen Systemen eine Fehlfunktion hervorzurufen.
Es ist folglich unerlässlich, die Außenfläche von Raumflugkörpern mit einem Elektrostatikschutzüberzug zu versehen, der einerseits das Fließen der angesammelten Ladungen sicherstellen soll, ohne elektromagnetische Störungen zu erzeugen, und andererseits ein einheitliches Potential der Oberfläche unabhängig von den darunter liegenden Werkstoffen sicherstellen soll.
Beispielsweise ist für die Trägerrakete ARIANE V die Spezifikation des spezifischen Oberflächenwiderstands derart, dass dieser spezifische Widerstand im Bereich zwischen 10⁵ und 10⁹ Ω/Quadrat enthalten sein und bis zu einer Höhe von 15 km nach dem Abheben innerhalb dieser Spanne bleiben muss. Diese Beanspruchung hat zwei weitere zur Folge: einerseits eine Wärmebeanspruchung, die aus einer Erhöhung der Temperatur an der Außenfläche der Trägerrakete besteht, wobei ungefähr 100 °C erreicht werden können, und andererseits eine Druckbeanspruchung, wobei der Druck in der Tat abfällt, bis er einen Wert von etwa 120 mbar absolut erreicht.
Gegenwärtig wird ein die vorerwähnte Spezifikation erfüllender spezifischer Oberflächenwiderstand mit Polyurethananstrich-Zusammensetzungen erhalten, die speziell für die Raumfahrtindustrie konzipiert sind und deren antielektrostatische Funktionalität durch einen mineralischen Füllstoff sichergestellt ist, der sich aus Titandioxid und Metalloxiden zusammensetzt.
Diese Zusammensetzungen werden unmittelbar vor ihrem Aufbringen zubereitet, indem eine Polyurethan-Grundmasse, in der sich die mineralischen Füllstoffe befinden, und ein Härter gemischt werden. Die Reifezeit des auf diese Weise erhaltenen Gemischs beträgt bei 20 °C ungefähr 30 Minuten, und seine Gebrauchszeit (oder "Topfzeit") beträgt bei einer Menge von 1 kg bei 20 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % ungefähr 2 Stunden. Sie werden durch Zerstäuben aufgebracht, wobei darauf geachtet wird, dass die pro m² Oberfläche aufgebrachte Trockenmasse, je nach Art des Trägermaterials, auf welches die Aufbringung erfolgt, im Bereich zwischen 60 und 100 Gramm ist.
Trotz ihrer guten elektrischen Eigenschaften sind diese Zusammensetzungen nicht vollkommen zufrieden stellend. Sie weisen nämlich die Nachteile auf, dass ihre Anwendung schwierig ist, da die Parameter zwingend eingehalten werden müssen, um die Forderungen bezüglich des spezifischen Oberflächenwiderstands zu erfüllen, dass sie ein mäßiges Kälteverhalten, eine sehr kurze Topfzeit und eine hohe Dichte aufgrund der Gegenwart der Metalloxide haben. Da aber die Raumfahrtindustrie ständig auf der Suche nach Gewichtseinsparungen ist, wird angestrebt, dass die Werkstoffe, die für sie bestimmt sind, eine so geringe Dichte wie möglich haben.
Diese Zusammensetzungen weisen außerdem die Unzulänglichkeit auf, sehr teuer zu sein und das, zumal nachdrücklich davon abgeraten wird, sie gegen Ende der Topfzeit (d.h. in der Praxis später als anderthalb Stunden nach dem Mischen der Grundmasse und des Härters) aufzubringen, denn der spezifische Oberflächenwiderstand nimmt sehr rasch zu, was außerdem ihre Kosten belastet.
Schließlich weisen die mit diesen Zusammensetzungen erhaltenen Farben im Allgemeinen als mechanische Eigenschaften eine Elastizität und eine Ablösefestigkeit auf, die verhältnismäßig gering sind, was sie für bestimmte Anwendungen ungeeignet macht. Demzufolge eignen sie sich beispielsweise schlecht für kryogene Tanks, die einerseits mit sich bringen, unter dem Einfluss der Temperatur Kontraktionen und unter dem Einfluss des Drucks Ausdehnungen zu erfahren, und andererseits mit wärmeisolierenden Stoffen vom Typ Polyurethan-Hartschaumstoff beschichtet sind (wobei in diesem Fall die Isolierung eine so genannte "Kältedämmung" ist) oder mit Kork (wobei in diesem Fall die Isolierung eine so genannte "Wärmedämmung" ist), der maschinell bearbeitet wird, wenn er erst einmal auf die Oberfläche dieser Tanks aufgebracht ist, wobei seine Späne, die durch diese maschinelle Bearbeitung erzeugt werden, das Haftvermögen antielektrostatischer Beschichtungen vermindern.
Die Erfinder haben sich folglich das Ziel gesetzt, Zusammensetzungen zu schaffen, die ermöglichen, Elektrostatikschutzüberzüge vom Typ Farbe oder Lack herzustellen, die die Spezifikationen bezüglich des spezifischen Oberflächenwiderstands bei Gebrauch in der Luft- und Raumfahrtindustrie und insbesondere bei Raumtransportern erfüllen, während sie gleichzeitig frei von den Nachteilen sind, die jene Antistatikfarbzusammensetzungen aufweisen, die zurzeit in diesem Bereich verwendet werden.
Insbesondere haben die Erfinder danach gestrebt, dass diese Zusammensetzungen einfach im Gebrauch sind, auf jeder Art von Träger und Struktur und vor allem auf kryogenen Struktuen anwendbar sind und dass sie außerdem so preiswert wie möglich sind.
Diese Ziele wurden durch die vorliegende Erfindung erreicht, die die Verwendung von kationischen tensioaktiven Mitteln als Antistatika, eine Zusammensetzung, die für die Herstellung einer Elektrostatikschutzfarbe oder eines Elektrostatikschutzlacks verwendbar ist und eine Farbe, die aus dieser Zusammensetzung erhalten wird, vorschlägt.
EP-A-1 296 182 und EP-A-1 296 183, die nicht zum Stand der Technik gehören, jedoch der vorliegenden Erfindung gemäß Artikel 54(3) EPÜ entgegengehalten werden könnten, und zwar nur für die Vertragsstaaten Deutschland (DE) und Großbritannien (GB), beschreiben wässrige Zusammensetzungen, die ein tensioaktives Mittel enthalten und dafür bestimmt sind, Beschichtungen auf Filmen und Photopapieren zu bilden, um sie während ihrer Herstellung und ihres Gebrauchs vor einer Ansammlung elektrostatischer Ladungen zu schützen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung hat in erster Linie zum Gegenstand:

– für alle genannten Vertragsstaaten außer DE und GB: die Verwendung wenigstens eines kationischen tensioaktiven Mittels in einer filmogenen Zusammensetzung, um einer Farbe oder einem Lack, erhalten durch Aufbringen und Trocknen der Zusammensetzung auf einem Träger, eine Oberflächenresistivität von 10⁵ bis 10⁹ Ω/Quadrat zu verleihen, und
– für die Vertragsstaaten DE und GB: die Verwendung wenigstens eines kationischen tensioaktiven Mittels in Lösung in einem organischen Lösungsmittel in einer filmogenen Zusammensetzung, um einer Farbe oder einem Lack, erhalten durch Aufbringen und Trocknen der Zusammensetzung auf einem Träger, eine Oberflächenresistivität von 10⁵ bis 10⁹ Ω/Quadrat zu verleihen.

Im Rahmen ihrer Arbeiten haben die Erfinder nämlich überraschenderweise festgestellt, dass das Einbringen eines oder mehrerer kationischer tensioaktiver Mittel in passend gewählten Verhältnissen in eine filmogene Zusammensetzung ermöglicht, Überzügen vom Typ Farbe oder Lack, die durch Aufbringen und Trocknen dieser Zusammensetzung auf den Trägern erhalten werden, einen spezifischen Oberflächenwiderstand zu verleihen, der in den Wertebereich für den spezifischen Oberflächenwiderstand fällt, dem die Elektrostatikschutzüberzüge der Raumtransporter genügen müssen, und der sich in diesem Bereich hält, wenn die Überzüge einer Temperatur von 15 bis 250 °C, einer relativen Luftfeuchtigkeit von 0 bis 90% und einem Druck im Bereich zwischen Atmosphärendruck (1 bar) und 120 mbar absolut ausgesetzt sind, und zwar unabhängig von der Art (Verbundwerkstoff, Kunststoff, Metall...) dieser Träger.
Es ist anzumerken, dass die Verwendung von kationischen tensioaktiven Mitteln als Antistatika an sich nicht neu ist.
So ist beispielsweise in der Automobilindustrie und in der Elektrogeräteindustrie bekannt, ethoxylierte Amine mit Fettkette als Antistatika in Polyolefin- (Polyethylen- oder Polypropylen-) Grundmischungen oder in Grundmischungen aus Polystyrolen vom Typ ABS oder Polystyrol zu verwenden, um das Fließen elektrischer Ladungen zu erleichtern und das Anziehen von Staub auf die durch Gießen aus diesen Grundmischungen hergestellten Gegenstände zu vermeiden.
Neu und unerwartet ist hingegen die Tatsache, dass ihre Verwendung – in Lösung in einem organischen Lösungsmittel für die Vertragsstaaten DE und GB – in filmogenen Zusammensetzungen zu Überzügen führt, die die Spezifikationen für den spezifischen Oberflächenwiderstand, die für Elektrostatikschutzüberzüge von Raumtransportern definiert sind, erfüllen und zwar unabhängig von den Werkstoffen, auf denen diese Überzüge verwirklicht werden.
Außerdem hat sich herausgestellt, dass die Gegenwart eines oder mehrerer kationischer tensioaktiver Mittel in den filmogenen Zusammensetzungen den aus diesen Zusammensetzungen erhaltenen Überzügen im Gegensatz zu mineralischen Füllstoffen Elastizität verleiht. Damit weisen diese Überzüge ein gutes Kälteverhalten und eine sehr zufrieden stellende Widerstandsfähigkeit gegen thermische Kontraktionen und Ausdehnungen unter Druck auf, was ihnen einen besonderen Vorteil vor allem in Bereich der Kryotechnik verleiht.
Gemäß der Erfindung ist das wenigstens eine kationische tensioaktive Mittel vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus den quaternären Ammoniumsalzen und insbesondere aus den Ethosulfaten von N-Alkyl-dimethylethyl-ammonium, die aus Kokosfettsäure hervorgegangen sind, gewählt.
Für alle genannten Vertragsstaaten außer für DE und GB werden die kationischen tensioaktiven Mittel außerdem vorzugsweise in Lösung in einem organischen Lösungsmittel, das der filmogenen Zusammensetzung beigemischt wird, verwendet, so dass eine Mischung aus wenigstens einem tensioaktiven Mittel und der filmogenen Zusammensetzung erhalten wird, die so homogen wie möglich ist.
Dieses organische Lösungsmittel kann aus den sehr zahlreichen handelsüblichen organischen Lösungsmitteln gewählt sein, vorbehaltlich dessen, dass es einerseits fähig ist, die tensioaktiven Mittel vollständig zu lösen, und andererseits mit den anderen Bestandteilen der filmogenen Zusammensetzung vereinbar ist.
So kann, nur als Hinweis dienend, ein aromatischer Kohlenwasserstoff wie Toluol, Xylol oder Styrol, ein aliphatischer Kohlenwasserstoff wie Leichtbenzin, ein Keton wie Methylethylketon oder Methylisobutylketon, ein Ester wie Ethylacetat, ein Alkohol wie Propanol oder Butanol, ein Glycolether wie Ethylglycol und Butylglycol, ein Terpenkohlenwasserstoff wie Terpentinöl und auch eine Mischung aus mehreren von diesen Lösungsmitteln verwendet werden.
Vorzugsweise ist das organische Lösungsmittel aus den Alkoholen, den Glycolethern und ihren Mischungen gewählt.
Wenn die kationischen tensioaktiven Mittel in Lösung in einem organischen Lösungsmittel verwendet werden, dann stellen sie wenigstens 50% (p/p), und noch besser wenigstens 70% (p/p) dieser Lösung dar.
Gebrauchsfertige Lösungen, die ein kationisches tensioaktives Mittel oder eine Mischung aus kationischen tensioaktiven Mitteln in einem organischen Lösungsmittel enthalten, lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung sehr gut einsetzen.
So hat sich beispielsweise die N-Alkyl-cocodimethylethyl-ammonium-ethosulfat-Lösung mit ungefähr 80% (p/p) in Mischung mit Butanolethylglycol, im Handel von der Firma CECA unter der Bezeichnung NORAMIUM^© CES 80 erhältlich, als für die Umsetzung der Erfindung besonders gut geeignet herausgestellt.
Unabhängig von der Form, in der die kationischen tensioaktiven Mittel gebraucht werden, werden sie der filmogenen Zusammensetzung in einer Menge zugesetzt, die ermöglicht, den spezifischen Oberflächenwiderstand von Überzügen, die aus dieser Zusammensetzung erhalten werden sollen, auf den gewünschten Wert einzustellen. Diese Menge kann je nach verwendeten tensioaktiven Mitteln und Art der weiteren Bestandteile dieser Zusammensetzung stark variieren.
Außerdem hat die Erfindung eine Zusammensetzung zum Gegenstand, die für die Herstellung einer Elektrostatikschutzfarbe oder eines Elektrostatikschutzlacks verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen filmogenen Binder und wenigstens ein kationisches tensioaktives Mittel in einem organischen Lösungsmittel umfasst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "filmogen", auf eine Zusammensetzung oder einen Binder angewendet, dass diese Zusammensetzung oder dieser Binder fähig ist, durch Aufbringen in wenigstens einer Schicht auf einen Träger und Trocknen, einen lückenlosen, harten und an dem Träger haftenden Film zu bilden.
Der filmogene Binder kann ein Einkomponenten- oder Zweikomponenten-Bindemittel sein, von dem bekannt ist, dass es in Farb- oder Lackrezepturen verwendet wird. Als nicht einschränkende Beispiele können die Polyurethanbinder, die Epoxidharze, die Acrylharze, die Glyptalharze und die Vinylharze angeführt werden.
Vorzugsweise ist der filmogene Binder ein Zweikomponenten-Polyurethanbinder, d.h. dass er eine Base und ein Härtemittel umfasst, die dazu bestimmt sind, unmittelbar vor der Verwendung der Zusammensetzung gemischt zu werden, wobei das oder die kationischen tensioaktiven Mittel in der Base vorhanden sind.
Die Zusammensetzungen auf der Grundlage von Polyurethanbindern sind nämlich nicht zur einfach verarbeiten, sondern die aus diesen Zusammensetzungen erhaltenen Farben oder Lacke weisen im Allgemeinen ein Haftvermögen und eine Alterungsbeständigkeit auf, die sie für die Raumfahrtindustrie gut geeignet machen.
Außerdem sind die kationischen tensioaktiven Mittel vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus den quaternären Ammoniumsalzen und insbesondere aus den aus Kokosfettsäuren hervorgegangenen N-Alkyl-dimethylethyl-ammonium-ethosulfaten gewählt und werden vorzugsweise dem filmogenen Binder in Form einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel, vorzugsweise einem Alkohol, einem Glycolether oder einer Mischung dieser beigemischt. In diesem Fall umfasst die Zusammensetzung folglich auch ein organisches Lösungsmittel, das dem Lösungsmittel entspricht, das durch die Lösung der tensioaktiven Mittel zugeführt wird.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Zusammensetzung umfasst diese für 100 Gewichtsanteile einer Polyurethan-Base

– 70 bis 110 Gewichtsanteile, vorzugsweise 80 bis 100 Gewichtsanteile einer N-Alkyl-cocodimethylethyl-ammonium-ethosulfat-Lösung mit ungefähr 80% (p/p) in einer Butanol/Ethylglycol-Mischung und
– 80 bis 110 Gewichtsanteile, vorzugsweise 90 bis 100 Gewichtsanteile eines Polyurethan-Härtemittels.

Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung kann außerdem einen oder mehrere Zusatzstoffe umfassen, die geeignet sind, ihr oder der Elektrostatikschutzfarbe oder dem Elektrostatikschutzlack, die bzw. der aus dieser Zusammensetzung erhalten wird, besondere Eigenschaften zu verleihen.
Diese Zusatzstoffe können aus den zahlreichen Zusatzstoffen, die herkömmlich in Farb- oder Lackrezepturen verwendet werden, gewählt sein, sofern sie nicht andere Eigenschaften der Zusammensetzung, der Farbe oder des Lacks und insbesondere den spezifischen Oberflächenwiderstand und die Elastizität dieser Farbe oder dieses Lacks verschlechtern.
Deshalb umfasst die Zusammensetzung, wenn sie dafür bestimmt ist, auf die Außenfläche von Raumtransportern aufgebracht zu werden, vorteilhaft wenigstens ein weißes Pigment in einer Menge, die geeignet ist, der Farbe oder dem Lack bei einem Lichtabsorptionsgrad von höchstens gleich 0,65 und einem Infrarotstrahlungsvermögen nahe 0,90 eine gute UV-Stabilität zu verleihen, wobei diese Spezifikationen in der Tat bei der thermischen Dimensionierung von "Wärme"- und "Kälte"-Dämmüberzügen, die auf Trägerstrukturen wie beispielsweise kryogene Tanks aufgebracht werden, eine wichtige Rolle spielen.
Soweit wie möglich ist das weiße Pigment bzw. sind die weißen Pigmente nicht aus den Metalloxiden gewählt, um zu vermeiden, dass sich ihre Gegenwart in der Zusammensetzung in einer zu großen Erhöhung der Dichte dieser Letzteren äußert.
Für die Verwirklichung einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung zweckmäßige weiße Pigmente sind beispielsweise natürlich vorkommende Calciumcarbonate wie Schlämmkreide.
In dem Fall, in dem der filmogene Binder ein Polyurethanbinder ist, der aus einer Grundmasse und einem Härter besteht, die unmittelbar vor der Verwendung gemischt werden müssen, sind die weißen Pigmente vorzugsweise in der Grundmasse vorliegend, wobei sie vorteilhaft in 10 bis 30 Gewichtsteile ausmachen.
Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung kann zubereitet werden, indem in den filmogenen Binder (falls es sich dabei um einen Einkomponenten-Binder handelt) oder in die Grundmasse des filmogenen Binders (falls es sich dabei um einen Zweikomponenten-Binder handelt), nachdem dieser Binder oder diese Grundmasse homogenisiert worden ist, die kationischen tensioaktiven Mittel, vorzugsweise in Form einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel, und anschließend die möglichen Zusatzstoffe eingearbeitet werden und dann die Menge gemischt wird, bis eine vollkommen homogene Mischung erzielt ist.
Die auf diese Weise erhaltene Zusammensetzung oder Grundmasse kann dann für ihren Transport und ihre Aufbewahrung in hermetisch verschließbare Behältnisse wie Töpfe verpackt werden, wobei der Härter (im Fall eines filmogenen Zweikomponenten-Binders) in gesonderte Behältnisse verpackt wird.
Wenn die Zusammensetzung gemäß der Erfindung einen filmogenen Zweikomponenten-Binder umfasst, dann erfordert ihre Anwendung vorher ein Mischen der Grundmasse und des Härters, das unmittelbar vor der Verwendung dieser Zusammensetzung geschieht. Die resultierende Mischung muss bei Raumtemperatur (d.h. in der Praxis bei einer Temperatur von 18 bis 24 °C) und einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 60 % ungefähr fünfzehn Minuten lang reifen, wonach sie erneut homogenisiert wird.
Sie ist dann bereit, auf einen Träger aufgebracht zu werden. Obwohl dafür auf jede Aufbringungstechnik, die für Farb- und Lackzusammensetzungen verwendet wird, zurückgegriffen werden könnte, ist die Zusammensetzung gemäß der Erfindung aufgrund ihrer Viskosität besonders gut für ein Zerstäuben geeignet, das beispielsweise mit Hilfe einer Druckluftspritzpistole durchgeführt wird.
Vorzugsweise wird die Zusammensetzung bei Raumtemperatur und einer relativen Luftfeuchtigkeit von unter 60 % auf den Träger aufgebracht, da die Erfinder nämlich festgestellt haben, dass diese Bedingungen zu einer Optimierung der antielektrostatischen Eigenschaften der resultierenden Überzüge führen. Aus den gleichen Gründen wird auch das Trocknen der auf diese Weise aufgebrachten Zusammensetzung vorzugsweise bei Raumtemperatur und einer relativen Luftfeuchtigkeit von unter 60% durchgeführt.
Die Ablagerung einer einzigen Schicht mit einer Dicke von wenigen Mikrometern, in der Größenordnung von 10 bis 50 μm, der Zusammensetzung gemäß der Erfindung genügt im Prinzip, um eine Elektrostatikschutzfarbe oder einen Elektrostatikschutzlack zu erzielen, deren bzw. dessen spezifischer Oberflächenwiderstand im Bereich zwischen 0,1 und 10³ MΩ/Quadrat ist, was einerseits die Haftung dieses Überzugs auf seinem Träger begünstigt und andererseits ermöglicht, das Gewicht dieses Überzugs weitestgehend einzuschränken, was bei Anwendungen in der Luft- oder Raumfahrt von hohem Wert ist. Es ist jedoch möglich, falls dies gewünscht ist, die Zusammensetzung gemäß der Erfindung in einer dicken Schicht oder in mehreren Schichten aufzubringen.
Folglich ist es bei Verwendung der Zusammensetzung gemäß der Erfindung nicht erforderlich, den Träger zuvor mit einer Haftgrundschicht zu überziehen, die die Haftung des Überzugs auf diesem Träger verbessern soll.
Außerdem ist es auch nicht mehr erforderlich, selbst wenn diese Zusammensetzung auf einen Werkstoff aufgebracht wird, von dem sich Partikel ablösen könnten, wie etwa ein Polyurethan-Hartschaum, den resultierenden Überzug, wenn er erst einmal trocken ist, mit einem Nachverdichtungserzeugnis zu bedecken, das dafür bestimmt ist, die Verschmutzungsgefahr, die durch das Ablösen dieser Partikel entsteht, einzuschränken. Es genügt nämlich, eine Zusammensetzungsschicht ausreichender Dicke abzulagern, um alle Zellen und Fasern, die an der Oberfläche des Werkstoffs freiliegen, in diese Schicht einzubetten.
Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung weist folglich zahlreiche Vorteile auf.
Sie ermöglicht nämlich nicht nur, äußerst zufrieden stellende Elektrostatikschutzfarben oder -lacke zu erzielen, was den spezifischen Oberflächenwiderstand, das Infrarotstrahlungsvermögen, die Lichtabsorption, die Haftung auf den Trägern, die sie bedeckt, die Alterungsbeständigkeit, die Elastizität und davon ausgehend das Kälteverhalten und die Widerstandsfähigkeit gegen thermische Kontraktionen und Ausdehnungen unter Druck unabhängig von den darunter liegenden Werkstoffen betrifft, sondern sie ist auch einfach herzustellen und einfach anzuwenden.
Außerdem ist sie vom wirtschaftlichen Standpunkt aus betrachtet sehr interessant, und zwar aus drei Gründen. Zum einen kann sie aus kostengünstigen Grundstoffen zubereitet werden. Zum anderen zeichnen sich die kationischen tensioaktiven Mittel durch eine Dichte aus, die verhältnismäßig wenig erhöht ist; die Zusammensetzung weist eine Dichte auf, die erheblich niedriger als jene der Antistatikfarbzusammensetzungen ist, die mineralische Füllstoffe enthalten. Deshalb ermöglicht sie nicht nur, weniger dichte Farben oder Lacke herzustellen, sondern auch, bei gleicher abgelagerter Trockenmasse, eine größere Oberfläche des Trägers zu bedecken. Schließlich ist sie bis zum Ende ihrer Topfzeit verwendbar, die, wie sich herausgestellt hat, 8 Stunden betragen kann.
Die Erfindung hat außerdem eine Elektrostatikschutzfarbe zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Aufbringen und Trocknen einer oder mehrerer Schichten einer Zusammensetzung wie zuvor definiert auf einem Träger erhalten wird.
Vorzugsweise erfolgen das Aufbringen und das Trocknen der Schicht oder Schichten der Zusammensetzung auf dem Träger bei einer Temperatur von 18 bis 24 °C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 60%.
Vorteilhaft weist diese Elektrostatikschutzfarbe einen spezifischen Oberflächenwiderstand von 10⁵ bis 10⁹ Ω/Quadrat auf.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung, die sich auf ein nur veranschaulichend und keineswegs einschränkend gegebenes Ausführungsbeispiel einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung bezieht und die Eigenschaften der aus dieser Zusammensetzung erhaltenen Farben aufzeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Eine Zusammensetzung für eine Elektrostatikschutzfarbe gemäß der Erfindung ist wie folgt hergestellt worden:
Zunächst wurden 100 Gewichtsteile einer Polyurethan-Grundmasse (AERODUR^® FINISH C21/100 UVR-AKZO NOBEL) bis zur vollkommenen Homogenität gemischt, dann wurden zu dieser Grundmasse, während weiter gemischt wurde, nacheinander zugegeben:

• 80 Gewichtsteile einer N-Alkyl-cocodimethylethyl-ammonium-ethosulfat-Lösung mit ungefähr 80% (p/p) in einem Butanol/Ethylglycol-Gemisch (NORAMIUM^® CES 80-CECA).
• 15 Gewichtsteile eines natürlich vorkommenden Calciumcarbonats in Pulverform (PROLABO) und
• 90 Gewichtsteile eines Polyurethanhärters (AERODUR FINISH S66/22R-AKZO NOBEL).

Das Mischen wurde bis zum Erhalt einer vollkommen homogenen Zusammensetzung fortgesetzt.
Diese Zusammensetzung wurde 15 Minuten lang bei 20 °C reifen gelassen, woraufhin sie erneut homogenisiert wurde.
Auf diese Weise ist eine Zusammensetzung mit einer Dichte nahe 1 und einer Topfzeit von ungefähr 8 Stunden bei Raumtemperatur (18 bis 24 °C) und einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 60 °C erhalten worden.
Der spezifische Widerstand und das Infrarot- (IR-) Strahlungsvermögen der aus dieser Zusammensetzung erhaltenen Farben sind auf verschiedenartigen Trägern geprüft worden.
Dazu ist die Zusammensetzung durch Zerstäuben in einer geregelten Atmosphäre (20 °C, relative Luftfeuchtigkeit < 60 %) auf quadratische Probestücke mit einer Seitenlänge von 15 cm aufgebracht worden, wobei die Probestücke aus

– einem Polyvinylchlorid- (PVC) Hartschaum,
– einem Polyurethan- (PUR) Hartschaum,
– Kork
– einem Isoliermaterial, das wie in FR-A-9 504 097 [1] beschrieben aus einem Elastomer mit Silika als Füllstoff gebildet war, und
– einer Aluminiumlegierung vom Typ 2024 bestanden.

Die PVC- und Polyurethan-Hartschäume, der Kork sowie das Elastomer mit Silika als Füllstoff sind als Träger gewählt worden, weil dies die Werkstoffe sind, die herkömmlich als Wärmedämmschichten an kryogenen Tanks von Raumtransporter verwendet werden. Was die Aluminiumlegierung betrifft, so wird sie häufig in der Luftfahrtindustrie eingesetzt.
Das Aufbringen ist derart verwirklicht worden, dass eine Trockenmasse der Zusammensetzung von 85 g/m² auf jedem Probestück abgelagert wurde.
Da die Spezifikation des spezifischen Oberflächenwiderstands der für die Trägerrakete ARIANE V bestimmten Überzüge das Einhalten eines spezifischen Widerstands im Bereich zwischen 0,1 und 10³ MΩ/Quadrat bei einer Temperatur von ungefähr 100 °C erfordert, sind die Probestücke nach dem Trocknen der Zusammensetzung einem Erwärmen unterzogen worden, wobei sie entweder, falls sie aus einem Wärme leitenden Werkstoff (Aluminium) bestanden, direkt auf einer Heizplatte oder, falls sie aus einem nicht Wärme leitenden Werkstoff (PVC- und Polyurethan-Schaum, Kork, Elastomer mit Silika-Füllstoff) bestanden, in einem beheizten Wärmeschrank platziert wurden.
Der spezifische Oberflächenwiderstand (R_S) verschiedener Farben ist mit Hilfe eines Megaohmmeters SEFELEC M500, das mit Kupferelektroden ausgerüstet war, bei einer Mess-Gleichspannung von 500 Volt gemessen worden, während ihr Infrarotstrahlungsvermögen mit Hilfe eines IR-Thermometers mit abgleichbarem Strahlungsvermögen TASCO THI-300 bestimmt worden ist.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Diese Tabelle zeigt, dass die aus einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung erhaltenen Farben, selbst wenn sie auf Temperaturen oberhalb von 100 °C gebracht werden, einen spezifischen Oberflächenwiderstand aufweisen, der in den Bereich der für die Trägerrakete ARIANE V geforderten Werte für den spezifischen Widerstand fällt, und zwar unabhängig von dem Träger, auf dem sie sich befinden. Außerdem ist keine Verschlechterung dieser Farben bei derartigen Temperaturen festgestellt worden.
Zudem weisen diese Farben ein Infrarotstrahlungsvermögen nahe 0,9 auf.
Außerdem sind die Probestücke einem Unterdruck von 900 mbar ausgesetzt worden. Der spezifische Oberflächenwiderstand der Farben hat sich dabei nur unwesentlich verändert.
Untersuchungen, die parallel mit einer Polyurethan-Antistatikfarbzusammensetzung mit mineralischen Füllstoffen, wie sie zurzeit in der Raumfahrtindustrie verwendet wird, durchgeführt wurden, haben ermöglicht, Farben zu erzielen, die ebenfalls einen spezifischen Oberflächenwiderstand aufweisen, der die Spezifikation für Überzüge, die für die Trägerrakete ARIANE V bestimmt sind, erfüllt, ohne jedoch bessere Ergebnisse zu zeigen.
Hingegen konnte dieser spezifische Widerstand nur erzielt werden, indem auf den verschiedenen Probestücken eine Trockenmasse von 110 g/m² abgelagert wurde, d.h. 1,3-mal mehr als Trockenmasse der Zusammensetzung gemäß der Erfindung abgelagert werden musste, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen.

Claims

Verwendung wenigstens eines kationischen tensioaktiven Mittels in Lösung in einem organischen Lösungsmittel in einer filmogenen Zusammensetzung, um einer Farbe oder einem Lack, erhalten durch Aufbringen und Trocknen der Zusammensetzung auf einem Träger, eine Oberflächenresistivität von 10⁵ bis 10⁹ Ω/Quadrat zu verleihen.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei das oder die kationischen tensioaktiven Mittel ausgewählt sind aus der Gruppe gebildet durch die quaternären Ammoniumsalze.
Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das oder die kationischen tensioaktiven Mittel ausgewählt sind aus den Ethosulfaten von N-Alkylcocodimethylethylammonium.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus den Alkoholen, den Glykoläthern und ihren Mischungen.
Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei das oder die kationischen tensioaktiven Mittel wenigstens 50% (p/p) und vorzugsweise wenigstens 70% (p/p) der Lösung darstellen, in der sie sich befinden.
Verwendung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei man eine Lösung von Ethosulfaten von N-Alkylcocodimethylethylammonium zu ungefähr 80 % (p/p) in einer Butanol/Ethylglykol-Mischung verwendet.
Zusammensetzung für die Herstellung einer Elektrostatikschutzfarbe oder -lacks, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen filmogenen Binder und wenigstens ein kationisches tensioaktives Mittel in einem organischen Lösungsmittel umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der filmogene Binder ein Polyurethan-Binder mit zwei Bestandteilen ist, nämlich einer Base und einem Härtemittel, die dazu bestimmt sind, unmittelbar vor der Verwendung der Zusammensetzung gemischt zu werden, wobei das oder die kationischen tensioaktiven Mittel in der Base vorhanden sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die kationischen tensioaktiven Mittel ausgewählt sind aus der Gruppe gebildet durch die quaternären Ammoniumsalze.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die kationischen tensioaktiven Mittel ausgewählt sind aus den Ethosulfaten von N-Alkylcocodimethylethylammonium.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die kationischen tensioaktiven Mittel dem filmogenen Binder in Form einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel hinzugefügt werden.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus den Alkoholen, den Glykoläthern und ihren Mischungen.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 8 – 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf 100 Gewichtsanteile einer Polyurethan-Base folgendes umfasst: – von 70 – 110 Gewichtsanteile einer Lösung von Ethosulfaten von N-Alkylcocodimethylethylammonium bei ungefähr 80% (p/p) in einer Butanol/Ethylglykol-Mischung, und – von 80 – 110 Gewichtsanteile eines Polyurethan-Härtemittels.
Zusammensetzung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf 100 Gewichtsanteile einer Polyurethan-Base folgendes umfasst: – von 80 – 100 Gewichtsanteile einer Lösung von Ethosulfaten von N-Alkylcocodimethylethylammonium bei ungefähr 80% (p/p) in einer Butanol/Ethylglykol-Mischung, und – von 90 – 100 Gewichtsanteile eines Polyurethan-Härtemittels.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein weißes Pigment umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das weiße Pigment ein natürliches Kalciumkarbonat ist.
Elektrostatikschutzfarbe, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Auftragen und Trocknen einer oder mehrerer Schichten einer Zusammensetzung, wie sie in einem der Ansprüche 7 – 16 definiert ist, auf einen Träger erhalten ist.
Farbe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen und das Trocknen des oder der Schichten der Zusammensetzung auf den Träger bei einer Temperatur von 18 – 24°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 60% erfolgt.
Farbe nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Oberflächenresistivität von 10⁵ bis 10⁹ Ω/Quadrat aufweist.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 – 16 oder einer Farbe nach einem der Ansprüche 17 – 19 zur Erleichterung des Fließens von elektrostatischen Ladungen auf der äußeren Oberfläche eines Flugzeugs oder eines Raumfahrzeugs, und insbesondere einer Raumfahrt-Trägerrakete.
Verwendung nach Anspruch 20 zur Erleichterung des Fließens von elektrostatischen Ladungen auf der äußeren Oberfläche einer kryogenen Struktur, und insbesondere eines Behälters.