DE3005849A1 - Elektrisch leitende und antistatische formmassen - Google Patents

Elektrisch leitende und antistatische formmassen

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Jürgen Dr. 5060 Bergisch Gladbach Hocker
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/121—Charge-transfer complexes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers

Description

BAYER AKTIENGESELLSCHAFT % 5090 Leverkusen, Bayerwerk
Zentralbere ich
Patente, Marken und Lizenzen G-by-c , ^ r- u χηη«
Elektrisch leitende und antistatische Formmassen
Gegenstand der Erfindung sind thermoplastische Formmassen, die einen thermoplastischen Kunststoff und 0,1 bis 30 Gew.-% eines darin weitgehend unlöslichen Charge-Transfer-Komplexes in Form faser- oder nadeiförmiger Kristalle mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Länge von größer als 1 zu 20 enthalten.
In diesen Formmassen bleiben die charakteristischen Eigenschaften der thermoplastischen Kunststoffe weitgehend erhalten, die Massen besitzen aber stark erhöhte elektrische Leitfähigkeit, und als Folge davon laden sie sich nicht elektrisch auf, sie sind antistatisch.
Synthetische thermoplastische Polymere sind im allgemeinen elektrische Isolatoren mit spezifischen Leitfähigkeiten kleiner als 10~ uu cm" . Sie neigen stark zu elektrostatischen Aufladungen, die unangenehm und zum Teil sogar gefährlich sein können.
Um thermoplastische Kunststoffe antistatisch auszurüsten, ist eine große Zahl von Antistatikzusätzen entwickelt worden. Diese Zusätze werden beispielsweise auf
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die Oberfläche von Kunststoffteilen aufgebracht. Diese Zusätze verlieren aber nach kurzer Zeit ihre Wirksamkeit. Man hat auch Antistatikzusätze in die Kunststoffe eingearbeitet. Häufig verschlechtern sich dann die Eigenschäften oder die Zusätze wandern aus. Meist ist die Wirkung dieser Zusätze, der Oberfläche des Kunststoffs eine gewisse Hydrophilie zu verleihen, so daß sich ein Wasserfilm an der Oberfläche bilden kann, der die Aufladung verhindert.
TO um Thermoplasten elektrisch leitfähig zu machen, hat man versucht, anorganische, elektrisch leitende Substanzen, z.B. Metalle, Metalloxide, Metallsulfide, Ruß oder Graphit einzuarbeiten. Diese Zusätze vertragen sich aber mit den organischen Polymeren sehr schlecht. Die erforderliche Menge, meist 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den Kunststoff, ist so groß, daß die mechanischen Eigenschaften entscheidend verschlechtert werden.
Letztlich hat man auch Polymeren, wie beispielsweise Polyacrylnitril, lösliche Charge-Transfer-Komplexe zugesetzt (vgl. DE-AS 15 44 9 76, PR-PS 1 445 213,
M. Kryszewski et al., Organic Coatings and Plastics Chemistry, Vol. 38, Seite 523 (1978) sowie K. Mizoguchi et al., Nippon Kagaku Kaishi 1977, Seiten 1029-1034). Da die Löslichkeit von Charge-Transfer-Komplexen in PoIymeren meist nur gering ist, führt diese Methode im allgemeinen nicht zum Erfolg.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß man in sehr vorteilhafter Weise die Leitfähigkeit organischer
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Polymerer verbessern kann, wenn man ihnen unlösliche
Charge-Transfer-Komplexe in Form nadeiförmiger oder
faserförmiger Kristalle zusetzt, wobei das Verhältnis
von Durchmesser zu Länge der Nadeln bzw. Fasern größer als 1 zu 20, bevorzugt größer als 1 zu 50 ist. Da sich die Fasern bzw. Nadeln in den Kunststoffen gleichmäßig verteilen, bilden sich in der Polymermasse Leitfähigkeitsbahnen aus, die dem gesamten Kunststoff bzw. daraus hergestellten Formteilen stark erhöhte Leitfähigkeit verleihen.
Charge-Transfer-Komplexe im Sinne der Erfindung lassen sich durch die Formel
D An (I)
beschreiben, in der
D einen Elektronendonator
A einen Elektronenakzeptor und
η eine Zahl von 1 bis 5 bedeuten.
Charge-Transfer-Komplexe sind an sich bekannt. Bevorzugt werden im Rahmen der Erfindung solche Charge-Transfer-Komplexe, deren Donatorteil sich von einer organischen Stickstoff und/oder Sauerstoff und/oder Schwefel enthaltenden Verbindung ableitet - dieser Donatorteil liegt im allgemeinen als Kation vor» Beispiele hierfür sind
die Kationen der folgenden Verbindungen:
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Triethylamin, Diethylcyclohexylamin, Chinolin, Benzo-2,3-chinolin, o-Phenanthrolin, Benzthiazol, N-Methylbenzimidazol, Pyridin, 2,2'-Dipyridin, 4,4'-Dipyridin, 4,5-Dimethylthiazolin, 1-Phenylimidazolidin, Bis-/T,3-diphenyl-imidazolidinyliden- (2)_J, Bis-/3-methyl-benz- thiazolinyliden-(2)J, Tetrathiafulvalen.
Bevorzugte Elektronenakzeptorkomponenten sind organische Polycyan- bzw. Polynitroverbindungen, beispielsweise Tetracyanethylen, Tetracyanochinodimethan, Trinitro- IQ fluoren, Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid und Jod. Außer dem Donatorkation und den Akzeptoranionen können die Charge-Transfer-Komplexe noch neutrale Akzeptormoleküle enthalten. Im allgemeinen sind bis zu vier solcher Moleküle vorhanden.
Thermoplastische Polymerisate, die erfindungsgemäß antistatisch bzw. elektrisch leitend ausgerüstet werden können, sind bevorzugt Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylhalogenide wie Polyvinylchlorid, Polyacrylate und Polymethacrylate, Polyester einschließlich der PoIycarbonate, Polyamide und auch nichtelastomere Polydiene wie Transpolybutadien. Ebenfalls geeignet sind Polyacrylnitril, Polyurethane und Polyvinylpyridin.
Die schwer löslichen Charge-Transfer-Komplexe können den thermoplastischen Kunststoffen in Mengen von 0,1 bis 30, bevorzugt 0,3 bis 10 Gew.-% zugesetzt werden. Es ist möglich, den Charge-Transfer-Komplex bereits bei der Herstellung des Polymeren zuzufügen oder auch, ihn nachträglich mit den für Thermoplasten üblichen Mischmethoden e in zuarbe iten.
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Die nadelförmigen bzw. faserförmigen Kristalle der Charge-Transfer-Komplexe haben vorzugsweise Durchmesser von 1 bis 10 um und eine Länge von 50 bis 200 μπι. Beim Einarbeiten dieser Kristalle muß natürlich darauf geachtet werden, daß ihre Struktur möglichst wenig verändert wird.
Deshalb ist es besonders vorteilhaft, die Charge-Transfer-Komplexe in einer Lösung des Polymeren zu erzeugen, indem man dieser Polymerlösung zuerst die Donatorkomponente als Jodid in einem geeigneten Lösungsmittel zugibt und dann den Akzeptor, ebenfalls in einem geeigneten Lösungsmittel, zufügt. Die Charge-Transfer-Komplexe fallen dann direkt in einer besonders geeigneten Kristallform aus.
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Beispiel 1
Zu einer 20 prozentigen Lösung eines Polycarbonats von der Molmasse 28 000 in Methylenchlorid fügt man 0,5 %, bezogen auf das eingesetzte Polycarbonat, eines faserförmigen Charge-Transfer-Komplexes der Formel II
•TCNQ .TCNQ (TCNQ: Tetracyanochinodimethan) (II).
Nach Vergießen der Lösung zu einem Film erhält man
eine gelbliche, den Charge-Transfer-Komplex II in Form von Fasern enthaltende Folie einer spezifischen Leit-TO fähigkeit von 3.10~6 UU "1Cm"1.
Beispiel 2
Eine Polyvinylchloridfolie, Dicke 5 um, die 10 % der
faserförmigen Verbindung II enthält, zeigt eine Durchgangsleitfähigkeit von 3.10~8Uü ~1cm"1.
Beispiel 3
Zu einer 20 %igen Lösung eines Polycarbonats der Molmasse 28 000 in Methylenchlorid fügt man nacheinander eine Lösung von Phenanthroliniumjodid und eine Lösung von TCNQ im Molverhältnis 2:3, so daß die Summe dieser
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Substanzen 0,5 Gewichtsprozente des eingesetzten PoIycarbonats beträgt. Nach Vergießen des Filmes mit einer Rakel erhält man eine 6 μπι dicke Folie, in der die faserförmigen Kristalle III bevorzugt in einer Richtung liegen.
—5 O — 1 —1 Die Durchgangsleitfähigkeit beträgt 3.10 im cm .
2TCNQ9pTCNQ (III)
Beispiel 4
Eine Schmelze von Polyamid 66 wird unter Stickstoff mit 1 % des Charge-Transfer-Komplexes IV versetzt und nach Durchmischen schnell auf Raumtemperatur abgekühlt.
. 2 TCNQe . TCNQ
(IV)
C6H5
Eine 0,5 cm dicke Platte zeigt eine spezifische Leitfähigkeit von 3.1θ""6ιΏ/ "1cm"1.
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Claims (2)

Patentan Sprüche
1) Charge-Transfer-Komplexe der allgemeinen Formel I enthaltende elektrisch leitfähige oder antistatische Polymere
D An (I)
worin D einen Elektronendonator, A einen Elektronenakzeptor und η eine Zahl von 1-5 bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß die Charge-Transfer-Komplexe in Form faser- bzw. nadelfärmiger Kristalle mit einem Verhältnis von Kristalldurchmesser zu Kristallänge zwischen 1 : 20 und 1 : 500, vorzugsweise zwischen 1 : 20 und 1 : 200, im Polymeren enthalten sind.
2) Verfahren zur Herstellung leitfähiger, feste Charge-Transfer-Komplexe enthaltender Polymerer, dadurch gekennzeichnet, daß man zu einem Monomeren, einer löslichen Polymervorstufe oder einer Polymerlösung nacheinander eine Lösung des Donators bzw. eines Donatorsalzes in einem geeigneten Lösungsmittel und anschließend eine Lösung des Akzeptors bzw. eines Akzeptorsalzes in dieser oder in umgekehrter Reihenfolge zufügt, und so den festen Charge-Transfer-Komplex im Polymeren bzw. seiner Vorstufe erzeugt.
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