Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffes

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Solche Kunststoffe sind zur Herstellung von Gehäusen und Schutzüberzügen von elektrischen Geräten sowie zur Beschichtung von Verkleidungselementen für Wände und Möbel geeignet.

[0003] In der Elektrotechnik besteht ein großer Bedarf an Polymeren, deren spezifische elektrische Leitfähigkeit bezogen auf den Querschnitt des Kunststoffes innerhalb eines Bereiches, in dem der Kunststoff noch als Isolator wirkt, zwischen 10-¹⁴ und 10-7 (Ohm x cm)-¹ frei gewählt werden kann. Hierdurch ist es möglich, noch eine ausreichende Isolierwirkung aufrecht zu erhalten, und gleichzeitig statische Aufladungen zu vermeiden. Handelsübliche Kunststoffe weisen im Gegensatz dazu nur eine elektrische Volumenleitfähigkeit von 10-¹5 bis ₁0-1⁸ (_Ohm x cm)-¹ auf.

[0004] Aus der GB-PS 10 67 260 ist ein elektrisch leitendes synthetisches Polymer bekannt. Es handelt sich um ein stickstoffhaltiges Polymer, bei dem die elektrische Leitfähigkeit durch die Bildung von Charge-Transfer-Komplexen erzielt wird. Die spezifische Leitfähigkeit. dieses Kunststoffes ist größer als die der handelsüblichen Kunststoffe, jedoch kann hierbei noch keine spezifische Leitfähigkeit in dem oben angegebenen Bereich erzielt werden. Ferner ist dieser Kunststoff für die Weiterverarbeitung nicht geeignet, da er weder löslich noch schmelzbar ist.

[0005] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Kunststoff hergestellt werden kann, der sich für die Weiterverarbeitung, insbesondere zum Spritzen und Gießen verwenden läßt, und dessen spezifische Leitfähigkeit auf einen definierten Wert eingestellt werden kann.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

[0007] Erfindungsgemäß wird die Polymerlegierung aus wenigstens einem polaren oder nichtpolaren isolierenden Polymer und mindestens einem polaren oder nichtpolaren leitfähigen Polymer gebildet. Zur Herstellung der Polymerlegierung werden die das Basismaterial bildenden Polymerkomponenten im flüssigen Zustand bei einer vorgebbaren Temperatur miteinander vermischt. Das Vermischen erfolgt, je nach dem, welche Ausgangsstoffe verwendet werden, während einer Wärmebehandlung, und zwar bevorzugt unter einer Stickstoffatmosphäre. Der so gebildete Kunststoff kann sofort weiterverarbeitet werden. Es besteht andererseits auch die Möglichkeit, den Kunststoff für eine Zwischenlagerung zu verfertigen, so daß er zu einem späteren Zeitpunkt für die Weiterverarbeitung verwendet werden kann. Da der erfindungsgemäße Kunststoff sowohl löslich als auch schmelzbar ist, ist eine spätere Weiterverarbeitung problemlos möglich. Der erfindungsgemäße Kunststoff kann beispielsweise zur Bildung einer Spritzlackierlösung in Aceton oder in einem chlorierten Kohlenwasserstoff gelöst werden. Vorzugsweise wird hierbei das Verhältnis zwischen Lösungsmittel und Kunststoff in einem Verhältnis von 2 : 1 bis zu einem Verhältnis von 10 : 1 gewählt.

[0008] Die Polymerlegierung, welche den Kunststoff bildet, kann als isolierende Komponente beispielsweise Polyvinylchlorid, Terephthalat, eine Epoxidharzmasse, Polycarbonat, eine Polyurethanharzmasse oder Polyamid enthalten. Es handelt sich hierbei insbesondere um polare isolierende Polymere. Anstelle dieser Polymere können auch Polyäthylen, Polybutadien, Polystyrol, Butadienstyrolcopolymere oder Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere und deren Gemische verwendet werden. Es handelt sich hierbei um nichtpolare isolierende Polymere.

[0009] Als zweite Komponente wird bei der Herstellung der Polymerlegierung ein leitfähiges Polymer benutzt. Bevorzugt werden bei der Bildung der Polymerlegierung Polymere verwendet, deren Leitfähigkeit durch Charge-Transfer-Komplexe erzielt wird. Die Bildung dieser Charge-Transfer-Komplexe wird durch die Zugabe von Elektronendonatoren und/oder Elektronenakzeptoren bei der Herstellung oder Weiterverarbeitung der Polymere erzielt. Ein spezielles Beispiel hierfür ist ein Kunststoff, der Triaromatmethaneinheiten als Grundbausteine aufweist und mit Schwefeltrioxid (S0₃) dotiert ist. Anstelle dieses Kunststoffes kann auch ein Copolymer aus Acetylen oder aus _Acetylenderivaten als zweite Komponente zur Herstellung der Polymerlegierung.verwendet werden.

[0010] Zur Bildung der Polymerlegierung können polare oder nichtpolare isolierte Polymere sowie polare und nichtpolare leitende Polymere benutzt werden. Erfolgt die Herstellung unter Verwendung einer ersten Komponente, die aus einem nichtpolaren isolierenden Polymer besteht, während die zweite Komponente durch ein polares leitendes Polymer gebildet wird, so muß der Polymerlegierung bei der Herstellung mindestens ein Zusatz beigemischt werden, welcher die Eigenschaft besitzt, Ketten von nichtpolaren Polymeren mit Ketten von polaren Polymeren zu verknüpfen. Erfindungsgemäß wird in diesem Fall ein Zusatz von 0,1 bis 1 Gew.% bezogen auf die Gesamtmenge der Polymerlegierung dem Basismaterial beigemischt. Als bevorzugter Zusatz wird hier Peroxid verwendet, da hierdurch eine C-C-Verbindung zwischen jeweils einer polaren und einer nichtpolaren Kette erzielt werden kann. Hierdurch wird das bei solchen unterschiedlichen Polymeren vorhandene Bestreben auseinanderdiffundieren zu wollen, vollständig ausgeschlossen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Polymerlegierungen hergestellt werden, die bei Anwendung des eingangs beschriebenen Mischungsverhältnisses zwischen den beiden die Polymerlegierung bildenden Polymerkomponenten eine spezifische Leitfähigkeit aufweisen, welche 3x10-9 (Ohm x cm)-1 beträgt. Die spezifische Leitfähigkeit dieser Polymerlegierungen ist damit um etwa 5 Zehnerpotenzen größer als die der Polymerkomponenten, welche für die _.Herstellung verwendet werden.

[0011] Kunststoffe, die aus der erfindungsgemäßen Polymerlegierung gefertigt sind, können zu Folien weiterverarbeitet werden. Ferner sind sie zum Gießen von Gehäusen geeignet. Da der erfindungsgemäße Kunststoff nicht-nur schmelzbar sondern auch löslich ist, kann aus ihm, wenn er in Aceton oder einem chlorierten Kohlenwasserstoff gelöst wird, eine Spritzlackierlösung hergestellt werden. Mit ihr können, z.B. Überzüge auf Gehäuse von elektrischen Geräten hergestellt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet dieses Kunststoffes liegt im Bereich der Schallplattenherstellung. Als Verpackungsmaterial für integrierte Bausteine ist der Kunststoff ebenfalls geeignet.

[0012] Die Herstellung des erfindungsgemäßen leitfähigen Kunststoffes wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Beispiel 1:

[0013] In dem nachfolgenden Beispiel wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoffs in Form einer Folie, die eine spezifische Leitfähigkeit von 3 x 10-9 (Ohm x cm)-¹ aufweist, beschrieben. Als Polymer mit isolierenden Eigenschaften wird hier Polyvinylchlorid verwendet. Als leitfähiges Polymer wird ein solches benutzt, das Triaromatmethaneinheiten als Grundbausteine aufweist, und das zur Bildung von Charge-Transfer-Komplexen bei seiner Herstellung mit Schwefeltrioxid dotiert wurde. Die Herstellung dieses leitfähigen Polymers ist in der deutschen Patentanmeldung 32 48 088 beschrieben. Zur Herstellung einer Folie aus diesem Kunststofff werden 2 kg Polyvinylchlorid und 0,2 kg mit Schwefeltrioxid dotiertes Polytriaromatmethan in einem Lösungsmittel gelöst. Das Lösungsmittel besteht aus 30 1 Tetrahydrofuran, 8 l Aceton und 2 1 Äthanol. Anschließend wird das Lösungsgemisch bei 35 Grad Celsius 0,5 Stunden erwärmt und gerührt. Daraufhin wird die Flüssigkeit gefiltert. Sie kann anschließend in mehrere, beispielsweise 5. Volumen aufgeteilt werden, aus denen das Lösungsmittel abgedampt wird. Nach dem Abdampfen kommt es zur Ausbildung von Folien, die eine Dicke von etwa 50 pm aufweisen.

Beispiel 2:

[0014] Nachfolgend wird die Herstellung einer Schicht mit einer spezifischen Leitfähigkeit von 10-¹² (Ohm x cm)-1 beschrieben. Zur Herstellung der Schicht aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff wird als isolierendes polares Polymer ein flüssiges Epoxidharz verwendet. Die leitfähige Polymerkomponente besteht aus Polytriaromatmethan, das zur Bildung von Charge-Transfer-Komplexen mit Schwefeltrioxid dotiert ist. Erfindungsgemäß werden 1,3 kg Epoxidharz und 70 g mit Schwefeltrioxid dotiertes Polytriaromatmethan unter einer Stickstoffatmosphäre bei 50 Grad Celsius miteinander vermischt. Nach 20 Minuten ist das feste Polytriaromatmethan in dem flüssigen Epoxidharz vollständig homogen aufgelöst. Parallel zu dieser Lösung A wird eine zweite Lösung B angesetzt. Hierfür wird der für das Epoxidharz vorgesehene Härter und mit Schwefeltrioxid dotiertes Polytriaromatmethan verwendet. Vorzugsweise werden zur Ausbildung der Lösung 1 kg Härter und 50 g Polytriaromatmethan, das mit Schwefeltrioxid dotiert ist, verwendet. Die Vermischung der beiden Stoffe erfolgt ebenfalls unter einer Stickstoffatmosphäre bei 50 Grad Celsius. Anschließend werden beide Lösungen A und B unter Rühren bei einer Temperatur von 50 Grad Celsius miteinander vermischt. Die neugewonnene Lösung C wird zwischen zwei Graphitelektroden gegossen. Anschließend wird der so gebildete Polymerkomplex bei einer Temperatur von 110 Grad Celsius während einer Zeit von 8 Stunden ausgehärtet. Nach dem Aushärten hat sich aus dem Kunststoff eine Schicht' gebildet, welche die eingangs beschriebene spezifische Leitfähigkeit aufweist. Diese spezifische Leitfähigkeit ist um 6 Zehnerpotenzen größer als-die des reinen Epoxidharzformstoffes.

Beispiel 3:

[0015] Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoffs wird hier als isolierendes polares Polymer Polybutylenterephthalat verwendet. Erfindungsgemäß werden 10 kg Polybutylenterephthalat und 0,5 kg mit Schwefeltrioxid dotiertes polares Polytriaromatmethan unter einer Stickstoffatmosphäre miteinander vermischt. Das Vermischen der Polymere erfolgt bei einer Temperatur von 260 Grad Celsius, wobei die Mischung ständig gerührt wird. Der hierdurch gebildete Kunststoff weist eine spezifische Leitfähigkeit von 10-¹¹ (Ohm x cm)-¹ auf. Diese spezifische Leitfähigkeit liegt um 5 Zehnerpotenzen höher als die des reinen Polybutylenterephthalates.

Beispiel 4:

[0016] Die Polymerlegierung wird aus 2 kg eines nichtpolaren Acetylencopolymers und 8 kg eines nichtpolaren Polyäthylen gebildet. Beide Ausgangsprodukte liegen in Pulver- oder Granulatform vor. Die beiden Polymerkomponenten werden unter einer Stickstoffatmosphäre auf 200 bis 300 Grad Celsius erwärmt und miteinander durch Rühren vermischt. Anschließend wird die so gebildete Lösung abgekühlt. Um die Leitfähigkeit des Acetylencopolymers zu erreichen, werden dem Gemisch 1 kg Jod zugesetzt. Die Zugabe des Jods erfolgt in einem Metall- autoklaven,in welchen das Polymergemisch zuvor gefüllt wird. Die Umsetzung mit dem Jod dauert etwa 2 Stunden. Der so gewonnene Kunststoff weist eine spezifische Leitfähigkeit von 10-1⁰ (Ohm x cm)-¹ auf.

Beispiel 5:

[0017] Für die Herstellung wird hierbei polares Polyvinylchlorid und mit Schwefeltrioxid dotiertes polares Polytriaromatmethan verwendet. Hierfür werden 6 kg Polyvinylchlorid in Form von Granulaten mit 1,5 kg mit Schwefeltrioxid dotiertem Polytriaromatmethan vermischt. Anschließend wird dieses Gemisch unter Vakuum 3 Stunden lang einer Temperatur von 190 Grad Celsius ausgesetzt. Die sich bildende Schmelze ist sehr homogen. Diese Homogenität bleibt auch nach dem Abkühlen in dem fertigen Kunststoff erhalten. Die spezifische Leitfähigkeit dieses Kunststoffs beträgt 10-9 (Ohm x cm)-1.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffes, der eine definierte Leitfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß aus wenigstens einem isolierenden Polymer und mindestens einem leitfähigen Polymer eine schmelzbare und/oder lösliche Polymerlegierung so gebildet wird, daß in der Polymerlegierung eine homogene Verteilung der beiden Polymerkomponenten erzielt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden und leitfähigen Polymere in einem flüssigen (geschmolzenen) Zustand und bei einer Temperatur, die in der Nähe ihrer Schmelztemperaturen liegt, miteinander vermischt werden, und daß die Polymerlegierung sofort weiterverarbeitet oder für die Zwischenlagerung verfestigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerlegierung aus einem polaren oder nichtpolaren isolierenden Polymer und einem .polaren oder nichtpolaren leitfähigen Polymer gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Polymerlegierung Polyvinylchlorid, Terephthalat, vorzugsweise Polybutylenterephthalat, eine Epoxidharzmasse, Polycarbonat, eine Polyurethanharzmasse oder Polyamid als polares isolierendes Polymer verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Polymerlegierung als nichtpolares isolierendes Polymer Polyäthylen, Polybutadien, Polystyrol, Butadienstyrolkopolymere oder AcrylnitrilButadien-Styrol-Copolymere verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Polymerlegierung leitfähige Polymere verwendet werden, deren Leitfähigkeit durch Charge-Transfer-Komplexe erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Polymerlegierung mit Elektronendonatoren und/oder Elektronenakzeptoren dotierte polare Triaromatmethanpolymere oder nichtpolare Kopolymere aus Acetylen und/oder Acetylenderivaten verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Polymerlegierung 5 bis 10 Gew.% eines leitfähigen Polymers bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymerlegierung verwendet werden, und daß der Rest aus einem isolierenden Polymer besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerlegierung bei der Herstellung-ein die Ketten von polaren und nichtpolaren Polymeren verknüpfender Zusatz beigemischt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerlegierung bei der Herstellung als Zusatz Peroxide beigemischt werden.