NL9301559A - Kunststofplaat met geleidend roet bevattende deklaag. - Google Patents

Description

Kunststofplaat met geleidend roet bevattende deklaag.

De uitvinding heeft betrekking op een kunststofplaat vervaardigd uit een eerste thermoplastische kunststof en voorzien van ten minste een deklaag uit een thermoplastische kunststof samenstelling, die een tweede thermoplastische kunststof, een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen en - per 100 gewichtsdelen van de tweede thermoplastische kunststof -1 tot 6 gewichtsdelen elektrisch geleidend roet bevat.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van de kunststofplaat volgens de uitvinding, waarbij een laksysteem bestaande uit een of meer oplosmiddelen en een thermoplastische kunststof samenstelling, die een tweede thermoplastische kunststof, een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen en - per 100 gewichtsdelen van de tweede thermoplastische kunststof -1 tot 6 gewichtsdelen elektrisch geleidend roet bevat op ten minste een zijde van de kunststofplaat wordt aangebracht en aansluitend wordt gedroogd.

De uitvinding betreft verder het toegepaste laksysteem zelf en voorwerpen door thermovormen verkregen uit de kunststofplaat volgens de uitvinding.

Kunststofplaten vervaardigd uit thermoplastische kunststoffen zijn algemeen bekend. Zij worden op grote schaal vervaardigd en toegepast. Bij vele toepassingen worden uit de kunsstofplaten door verder bewerkingsprocessen voorwerpen gevormd. Kunststofplaten vervaardigd uit thermoplastische kunststoffen zijn in het bijzonder geschikt om daaruit door thermovormen voorwerpen te verkrijgen. Bij thermovormen wordt de kunststofplaat verhit, gewoonlijk tot een temperatuur boven de glasovergangstemperatuur van de kunststof waaruit de plaat is vervaardigd, en aansluitend vervormd. De vereiste krachten voor de vervorming kunnen door het toepassen van vacuum worden verkregen; in dat geval wordt ook wel van vacuumvormen gesproken.

Men kan de eigenschappen van kunststofplaten wijzigen door de aard van de kunststof waaruit de plaat is vervaardigd te wijzigen of door de plaat uit kunststofsamenstellingen te vervaardigen die uit kunststoffen en additieven bestaan. Een andere mogelijkheid bestaat daaruit, vooral wanneer bepaalde oppervlakte eigenschappen gewenst zijn, de kunststofplaat van een deklaag met bepaalde eigenschappen te voorzien. Vaak wordt dan de voorkeur gegeven aan een deklaag die eveneens is opgebouwd uit een thermoplastisch materiaal. Wanneer de deklaag uit een thermoplastisch materiaal bestaat is het over het algemeen goed mogelijk de deklaag eerst op de kunststofplaat aan te brengen waarna de kunststofplaat door thermovormen wordt verwerkt. Dergelijke deklagen kunnen op verschillende wijzen aangebracht worden zoals door coextrusie van thermoplastische samenstellingen of door het aanbrengen van laksystemen.

Het is bekend dat de meeste kunststoffen slechte geleiders zijn en over het algemeen diëlektrische eigenschappen bezitten. Door het toevoegen van geleidende stoffen zoals elektrisch geleidend roet kan men kunststofsamenstellingen met min of meer geleidende eigenschappen verkrijgen. Ook is het bekend voorwerpen vervaardigd uit kunststoffen geleidende eigenschappen te verlenen door op het oppervlak van de gevormde voorwerpen geleidende deklagen aan te brengen. Daarbij is het ook mogelijk elektrisch geleidende roet in de deklaag toe te passen.

Bij het toepassen van elektrisch geleidende roet, hetzij in de kunstof waaruit de plaat vervaardigd is of in de deklaag die op de kunststof voorwerpen aangebracht kan worden treedt een belangrijk probleem op. In de elektronica industrie wordt steeds meer vereist dat de toegepaste materialen en de daaruit gevormde voorwerpen een oppervlakteweerstand bezitten die enerzijds binnen een bepaald gebied ligt en die anderzijds van voorwerp tot voorwerp niet te sterk fluctueert. Nu leidt de toepassing van elektrisch geleidend roet in kunststofmassa's tot een verschijnsel dat aangeduid wordt met de term percolatie. Dit verschijnsel brengt met zich mee dat de oppervlakteweerstand van voorwerpen gevormd uit kunststoffen, die een elektrisch geleidende roet bevatten of van voorwerpen die voorzien zijn van een deklaag met een elektrisch geleidende roet, in een vrij nauw beperkt concentratiegebied bij een kleine variatie in concentratie van het roet heel sterk varieert. Dit maakt het moeilijk op reproduceerbare wijze nauwkeurig een bepaalde oppervlakteweerstand te verkrijgen. Deze grote variatie in oppervlakteweerstand bij een kleine variatie in roetconcentratie treedt juist op in het gebied dat voor de elektronika industrie van belang is. Het betreft het gebied van waarden voor de oppervlakteweerstand van 100,000 tot 100,000,000,000 Ohms per square. In dat gebied is de oppervlakteweerstand niet alleen sterk afhankelijk van de roetconcentratie maar bovendien ook van de deeltjesgrootte en de dispersie van de roetdeeltjes in de kunststof.

Dit betekent dat het in praktijk vrijwel ónmogelijk is op reproduceerbare wijze kunststofplaten te vervaardigen met een bepaalde oppervlakteweerstand wanneer de plaat door extrusie uit een kunststof wordt vervaardigd die roet als geleidend materiaal bevat. Dit is eveneens moeilijk bij toepassing van een deklaag die door coextrusie wordt aangebracht. Vermoed wordt dat deze problemen optreden omdat bij de extrusie of de coextrusie de dispersie van de roetdeeltjes op oncontroleerbare wijze wordt beïnvloed.

Uit US-A-4,705,646 is een dispersie uit een thermohardende kunstof, waarin elektrisch geleidende roet is gedispergeerd, bekend. Deze bekende dispersie kan op een substraat worden aangebracht waarna een oppervlakteweerstand van ongeveer 600,000 Ohms per square wordt verkregen. Deze bekende thermohardende dispersie is echter niet geschikt om als deklaag te worden toegepast voor kunststofplaten uit thermoplastische kunststoffen die na aanbrengen van de deklaag aan een thermovormingsbehandeling moeten worden onderworpen. Over de reproduceerbaarheid van de oppervlakteweerstand die met de bekende dispersie kan worden verkregen is niets bekend.

De uitvinding voorziet in een kunststofplaat voorzien van een deklaag die elektrisch geleidend roet in een dusdanige concentratie bevat dat de oppervlakte weerstand van de deklaag tussen 100,000 en 100,000,000,000 Ohms per square is gelegen.

De deklaag in de kunststofplaat bevat een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen. Dankzij de aanwezigheid van het polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen is het mogelijk op reproduceerbare wijze steeds ongeveer dezelfde oppervlakte weerstand in het boven aangegeven gebied te verkrijgen.

De kunststofplaat is vervaardigd uit een eerste thermoplastische kunststof. Geschikte kunststoffen zijn aromatische polycarbonaten, polyalkyleenftalaten zoals polybutyleen tereftalaat en polyethyleen tereftalaat, polyether esters, polyetherimide's, ABS-harsen,polyamides, polystyreen, polyfenyleen ethers en polymethylmethacrylaten. Ook geschikt zijn mengsels van een of meer van de zojuist genoemde kunststoffen.

De kunststofplaat kan op verschillende wijzen worden vervaardigd bij voorbeeld door extrusie. De plaat volgens de uitvinding bezit over het algemeen een dikte van 0.05 to 15 millimeters.

De kunststofplaat volgens de uitvinding is voorzien van een deklaag. De deklaag bestaat uit een thermoplastische kunststof samenstelling die een tweede thermoplastische kunststof, een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen en - per 100 gewichtsdelen van de tweede thermoplastische kunststof -1 tot 6 gewichtsdelen elektrisch geleidend roet bevat.

De tweede thermoplastische kunststof kan gekozen worden uit dezelfde thermoplastische kunststoffen zoals hierboven genoemd voor de vervaardiging van de kunststofplaat. De eerste en de tweede kunststof kunnen identiek of verschillend zijn.

De deklaag bezit een dikte van bij voorkeur ten minste 2 micrometer, nog meer bij voorkeur van een dikte van 5-200 micrometer.

De concentratie geleidende roet wordt gekozen in afhankelijkheid van de gewenste oppervlakte weerstand.

De kunststof samenstelling waaruit de deklaag is vervaardigd bevat een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen. Polyacrylaten met vrije, reactieve hydroxylgroepen zijn algemeen bekend als grondstof voor polyurethaanlakken.

Ze bestaan uit copolymeren van (1) acrylzuur en/of methacrylzuur en (2) hydroxy alkyl acrylaat en/of hydroxy alkyl methacrylaat. De copolymeren kunnen nog verdere monomeren bevatten zoals styreen. Geschikte hydroxy alkyl acrylaten en/of hydroxy alkyl methacrylaten zijn 2-hydroxy ethyl methacrylaat en 2-hydroxy ethyl acrylaat.

Het polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen schijnt er voor te zorgen dat de verdeling van de elektrisch geleidende roet ook bij aanbrengen van de deklaag niet verstoord wordt.

De concentratie polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen in de thermoplastische kunststof samenstelling waaruit de deklaag is opgebouwd bedraagt 50 tot 5000 gewichtsdelen bij voorkeur 200 tot 2000 per 100 gewichtsdelen elektrisch geleidende roet.

De deklaag kan op verschillende wijze op de kunststofplaat worden aangebracht. Bij voorkeur wordt de deklaag aangebracht in de vorm van een laksysteem bestaande uit een of meer oplosmiddelen en een thermoplastische kunststof samenstelling, die een tweede thermoplastische kunststof, een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen en -per 100 gewichtsdelen van de tweede thermoplastische kunststof-1 tot 6 gewichtsdelen elektrisch geleidend roet bevat. Na aanbrengen wordt de laklaag gedroogd.

De laklaag kan op verschillende manieren worden aangebracht: door dompelen, sproeien, met een roller enzovoorts.

De kunststofplaat volgens de uitvinding kan door middel van thermovormen tot drie dimensionale voorwerpen worden vervormd. Daarbij wordt de oppervlakte weerstand niet of nauwelijks gewijzigd.

Voorbeeld

Bereiding van de lak.

Er werd een pigment concentraat bereid bestaande uit: - 3,20 gewichtsprocent elektrisch geleidende roet met een deeltjesgrootte van meer dan 100 micrometer; - 6,70 gewichtsprocent van een polymethylmethacrylaat met een betrekkelijk laag molecuulgewicht; -89,30 gewichtsprocent propyleen glycol mono methyl ether; -0,80 gewichtsprocent van een commercieel verkrijgbaar bevochtigingsmiddel (wetting agent)

Bovengenoemde bestanddelen werden in een kogelmolen vermalen tot ten minste 85 gewichtsprocent van het elektrisch geleidende roet een deeltjesgrootte van 25 tot 40 micrometer bezat.

Het pigment concentraat werd vervolgens met de volgende bestanddelen in de aangegeven hoeveelheden vermengd: -27,0 gewichtsprocent pigmentconcentraat; -31,0 gewichtsprocent van een oplossing van 40 gewichtsprocent polymethylmethacrylaat in methyl ethyl keton. Het betreffende polymethylmethacrylaat bezat een hoger molecuulgewicht dan het polymethylmethacrylaat toegepast voor de bereiding van het pigment concentraat.

-12,3 gewichtsprocent van een oplossing in xyleen van 55 gewichtsprocent van een terpolymeer van een hydroxyalkylacrylaat, styreen en (meth)acrylesters; - 2,0 gewichtsprocent van een vloeiverbeterend additief; - 6,0 gewichtsprocent propyleen glycol monomethyl ether acetaat; - 8,7 gewichtsprocent methyl ethyl keton; en -13,0 gewichtsprocent propyleen glycol mono methyl ether.

Het pigment concentraat werd verder in verschillende concentraties vermengd met de overige bestanddelen van het laksysteem om laksystemen met verschillende roet concentraties te bereiden.

Tevens werden drie laksystemen bereid zonder toevoeging van het terpolymeer met eenheden afgeleid van een hydroxy alkyl acrylaat.

Aanbrengen van het laksysteem en testen van de verkregen kunststofplaat.

De zo verkregen laksystemen werden met behulp van coating staaf aangebracht op platen van polycarbonaat met een dikte van 3 millimeter. De laksystemen werden in een dusdanig dikte aangebracht dat de deklaag na drogen een dikte van 10 micrometer bezat.

Laksystemen 1,2 en 3 werden bij een eerste proef na het aanbrengen direct, dat wil zeggen binnen enkele seconden, in een hete luchtoven (temperatuur ongeveer 80-100°C) gebracht em daarin gedurende ongeveer 10 minuten gedroogd; bij een tweede proef werden de gelakte platen eerst enkele minuten aan de lucht bewaard, voordat ze in de oven werden gebracht. Laksystemen 4 tot en met 10 werden steeds eerst enkele minuten aan de lucht bewaard voordat ze in de oven werden gebracht.

Van de zo verkregen kunststofplaten werd de oppervlakte weerstand met een apparaat genoemd Surface Resistivity Meter, Model TI 500, gemaakt voor Static Controll Services, Palmsprings, California.

De toegepaste materialen en de verkregen eigenschappen zijn weergegeven in de volgende tabel.

n.d. = niet bepaald

De deklagen verkregen met de laksystemen 1 en 2 laten het volgende beeld zien. In afwezigheid van een polyacrylaat met vrije hydroxylgroepen is het bij een betrekkelijk hoge roet concentratie (laksysteem 1) mogelijk een reproduceerbare waarde voor de oppervlakteweerstand te verkrijgen. Deze waarde is echter buiten het gewenste gebied. Men kan een oppervlakteweerstand binnen het gewenste gebied verkrijgen door toepassing van een laksysteem met een lagere concentratie roet (laksysteem 2). In dat geval is het vrijwel onmogelijk reproduceerbare waarden te verkrijgen: wanneer de gelakte kunststofplaat niet direct in de oven wordt gebracht treedt een verandering van de oppervlakte weerstand op.

Bij laksysteem 3 (en bij de laksystemen 4 tot en met 10) volgens de uitvinding treedt deze instabiliteit niet op.

De kunststofplaat volgens de uitvinding kan door thermovormen verder worden behandeld. Om dit goed mogelijk te maken verdient het de voorkeur dat de samenstelling van de deklaag dusdanig is dat deze een glasovergangstemperatuur bezit die lager is, bijvoorbeeld ten minste 10 graden Celsius lager, dan de glasovergangstemperatuur van de kunststof waaruit de kunststofplaat is vervaardigd.

Claims (10)

1. Kunststofplaat vervaardigd uit een eerste thermoplastische kunststof en voorzien van ten minste een deklaag uit een thermoplastische kunststof samenstelling, die een tweede thermoplastische kunststof, een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen en - per 100 gewichtsdelen van de tweede thermoplastische kunststof -1 tot 6 gewichtsdelen elektrisch geleidend roet bevat.

2. Kunststofplaat volgens conclusie 1, waarbij de tweede thermoplastische kunststof een polymethylmethacrylaat is.

3. Kunststofplaat volgens conclusie 1, waarbij de kunstofplaat aan de zijde waarop de deklaag is aangebracht een oppervlakteweerstand (surface resistivity) van 100,000 tot 100,000,000,000 Ohms per square bezit.

4. Kunststofplaat volgens conclusie 1, waarbij de kunststofplaat aan de zijde waarop de deklaag is aangebracht een oppervlakteweerstand van 1,000,000 to 100,000,000 Ohm per square bezit

5. Werkwijze voor het aanbrengen van een deklaag op een kunstofplaat vervaardigd uit een eerste thermoplastische kunststof waarbij een laksysteem bestaande uit een of meer oplosmiddelen en een thermoplastische kunststof samenstelling, die een tweede thermoplastische kunststof, een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen en - per 100 gewichtsdelen van de tweede thermoplastische kunststof -1 tot 6 gewichtsdelen elektrisch geleidend roet bevat op ten minste een zijde van de kunststofplaat wordt aangebracht en aansluitend wordt gedroogd.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij het laksysteem in een dusdanige dikte wordt aangebracht dat deze na drogen een dikte van ten minste 2 micrometer bezit.

7. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij de tweede thermoplastische kunststof een polymethylmethacrylaat is.

8. Laksysteem bestaande uit een of meer oplosmiddelen en een thermoplastische kunststof samenstelling, die een tweede thermoplastische kunststof, een polyacrylaat met vrije, reactieve hydroxylgroepen en - per 100 gewichtsdelen van de tweede thermoplastische kunststof -1 tot 6 gewichtsprocent elektrisch geleidend roet bevat.

9. Laksysteem volgens conclusie 8, waarbij de tweede thermoplastische kunststof een polymethylmethacrylaat is.

10. Voorwerpen verkregen door thermovormen van de thermoplastische kunststofplaat volgens conclusie 1.