DE1494054A1 - Verfahren zur antistatischen Ausruestung hochmolekularer Verbindungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur antistatischen Ausrüstung hochmolekularer Verbindungen Es ist bekannt daß hochmolekulare Stoffe den Nachteil haben, sich elektrostatisch aufzuladen. Durch die elektrostatische Aufladung neigen daraus hergestellte Gegenstände zur verstärkten Staubanziehung. Das äußert sich an den Oberflächen von Kunststoffgegenständen, z.B. durch Auftreten der bekannten Flecken, Krähenfüße, Zickzackmuster usw., bei Fasern und Geweben z. B. durch ihre schnellere Verschmutzung. Neben einer durch die elektrostatische Aufladung bedingten starken Verschmutzung nuß weiterhin das Auftreten einer unter Umständen sehr großen Potentialdifferenz in Betracht gezogen werden, die zur Funkenbildung führen kann. Durch die elektrostatische Aufladung kann der Einsatz hochmolekularer Stoffe, beispielsweise Kunststoffe, für viele Anwendungsgebiete in Frage gestellt sein.
• Abgesehen vom Konditionieren, sind zwei prinzipielle Möglichkeiten zur Verhinderung oder Verminderung der elektrostatischen Aufladung bekannt: 1. Nachträgliches Aufbringen einer Ausrüstung durch Imprägnierung mit Lösungen oder Dispersionen von antistatisch wirksamen, oft etwas hygroskopischen Verbindungen. Dabei werden die Kunststoff-Formkörper an der Oberfläche leitend gemacht, d.b. der Oberflächenwiderstand wird stark herabgesetzt, so daß auf die Oberfläche aufgebrachte elektrische Ladungen abfließen können. Der Nachteil dieser Art von antistatischen Ausrüstungen ist leicht zu erkennen. Wenn die leitende Schicht beschädigt bzw. abgewischt wird, geht die antistatische Ausbrüstung verloren.
• 2. Inkorporieren von Substanzen, die eine statische Aufladung der Kunststoff-Formteile verhindern. Diese Inkorporierung hat gegenüber einer Imprägnierung wesentliche Vorteile. Die antistatische Ausrüstung ist nicht an die Oberfläche gebunden und kann nicht mechanisch abgewischt, abgekratzt oder abgelöst werden. Bei Versuchen, die von der Imprägnierung bekannten Antistatika in Kunststoffe zu inkorporieren, zeigte sich ffberraschenderweise, da# die Verbindungen dabei in der Regel ihre Wirksamkeit verlieren. Bei einigen ist das darauf zurückzüführen, daß sie sich bei den zum Teil recht hohen Verarbeitungstemperaturen der Kunststoffe ganz oder teilweise zersetzen. Aber auch Verbindungen, die bei diesen Tewperaturen stabil sind, zeigen nach Inkorporierung keine antistatische Wirksamkeit. Offensichtlich besteht ein grundsätzlicher Unterschied zwischen den Reaktionsmechanismen der antistatischen Ausrüstung durch Inkorporieren und Imprägnieren.
• Dies läßt sich auch meßtechnisch nachweisen, Während durch die antistatische Ausrüstung mit Imprägnierungsmitteln der Oberflächenwiderstand stark herabgesetzt wird, wird aieser auch bei sehr guten inkorporierten Antistatika praktisch nicht beeinflußt. Das Abfließen der elektrischen Aufladung kann also hier nicht auf der Oberfläche stattfinden. Stattdessen tritt meistens eine geringe Änderung des Durchgangswiderstandes auf. Es hat sich gezeigt, daß auch diese Meßmethode keineswegs ein Maß für die anti statische Ausrüstung darstellt. zum nachträglichen Aufbringen einer oberflächlichen elektrostatischen Ausrüstung durch Imprägnierung ist eine Reihe von Substanzen vorgeschlagen worden, z.B.
• 1. Stickstoffhaltige Verbindungen, wie Amine und quaternäre Ammoniwisalze, 2. Sulfonsäuren und Aryl-Altyl-Sulfonate, 3. Phosphorsäuren, Aryl-Alkyl-Phosphate, Phosphorsäureesteramide, 4. Polymere rehrwertige Alkohole und deren Derivate.
• Als inkorporierbare Antistatika waren zunächst stark hygroskopische anorganische Salze bekannt. Sie werden aber allgemein wegen der damit verbundenen Korrosionsgefahr für die Verarbeitungsmaschinen nicht angewendet, In letzter Zeit sind darüber hinaus weitere Verbindungen bekannt geworden, die nach Inkorporierung hochmolekularen organischen Verbindungen einen antistatischen Effekt verleihen.
• Bekannt ist z.B. der Zusatz von substituierten Phosphorsäureamiden, Harnstoffderivaten und Dithiocarbamaten. Derartige Verbindungen sind zum Teil nur schwierig herzustellen, bzw. ihre Reinigung bedarf eines nicht unerheblichen Aufwandee.
• Es wurde nun gefunden, daß bei Verwendung von 0,1 bis 7 Gew.-% mindestens eines substituierten Dicarbonsäureamids der allgemeinen Formel wobei R1 = H, Alkyl, Alkenyl (mit 1 - 26 C-Atosen), Aryl, Arylalkyl, Alkylaryl, Metallion, vorzugsweise NH4+, R2 = H oder CH3 R3 = Alkyl (mit 2 - 26 C-AtoNen), R4 Alkylen oder Alkenylen, bedeuten als Zusatz zu organischen hochrolekularen Verbindungen eine bedeutende Verbesserung der antistatischen Eigenschaften erzielt wird.
• Es hat sich gezeigt, daß schon geringe Mengen derartiger substituierter Dicarbonsäureamide nach ihrer Inkorporierung hochmolekularen organischen Verbindungen einen ausgezeichneten antistatischen Effekt verleihen, so daß aus solchen Mischungen hergestellte Gegenstände sich nicht mehr oberflächlich aufladen und keine Neigung zur Staubanziehung mehr zeigen. Verbindungen dieser Art lassen sich in einfacher Weise herstellen und reinigen.
• Die Konzentration der im Kunststoff inkorporierten substituierten Dicarbonsäureamide kann vorteilhafterweise 0,1 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 4 Gew.-%, betragen.
• Weiterhin ist es von Vorteil, in die hochmolekularen Verbindungen auch Gemische von 2 oder mehreren der antistatisch wirksamen Substanzen zu inkorporieren. Eine Steigerung der antistatischen Wirksamkeit durch synergistische Effekte ist dabei möglich.
• Als geeignete antistatisch wirksame Substanzen sind z.B. folgende Verbindungen zu nennen, ohne daß das Verfahren auf diese Verbindungen beschränkt ist: Malonsäure-N-methyl-stearylamid-äthYlester Bernsteinsäure-N-methylstearylamidbutylester Glutarsäure-N-dodecylamid-äthylester Adipinsäure-N-methyldodecylamidrtearylester Malonsäure-N-stearylamid-Zinksalz.
• Die mechanischen und thermischen EigenschafXen, die Wärmestabilität sowie Farbe und Transparenz der Polymeren werden durch einen Zusatz der genannten Substanzen praktisch nicht verändert. Die Verarbeitungsbedingungen und der Temperaturbereich, in den sich die Kunststoffe thermoplastisch verformen lassen, bleiben unverändert. Es ist lediglich darauf zu achten,daß die verwendeten Antistatika hinsichtlich ihrer thermostabilität entsprechend den für die Verarbeitung des jeweiligen Kunststoffes notwendigen Temperaturen ausgewählt werden.
• Weiterhin sind die Produkte mit allen Polymeren gut verträglich.
• Der erzielbare antistatische Effekt ist von der Feuchtigkeit der Umgebung unabhängig und von praktisch unbegrenzter Dauer.
• Ein Ausschwitzen wird nicht beobachtet. Auch wird die Oberfläche nicht hygroskopisch, sondern bleibt unverändert.
• Durch einen Zusatz von Substanzen der angegebenen Klasse lassen sich alle hochmolekularen Stoffe vergüten, die infolge ihrer elektrostatischen Aufladung zur Verschmutzung durch Anziehen von Staub neigen. Eine besonders gute Wirksamkeit zeigen die Verbindungen, z.B. in Polystyrol und den Mischpolymerisaten des Styrols mit Butadien, Acrylnitril und/oder Vinylcarbazol, in Polyvinylchlorid und Vinylchloridmischpolymerisaten, Polyterephthalaten, Polyolefinen,wie den Polymeren und Copolymeren von Äthylen, Propylen, Buten-(1), Penten-(1), 4-Methylpenten-(1), Hexen-(1), 5, 5-Dimethylhexen-(1), Octadecenl(l), (1), 4-Phenylbuten-(1) sowie Vinylcyclohexen, Polycarbonate, Polyoxymethylenen, Polyacrylnitril, Polyacrylsäureestern, Polymethacrylsäureestern, Polyacetaten, Polyvinylacetalen, Polyamiden, Polyurethanen, Cellulosederivaten und Polymeren-Mischungen, die die obigen Polymeren enthalten. Auch ungesättigte Polyester und basisch gehärtete Epoxydharze sowie Lackrohstoffe 'lassen sich vor oder während ihrer Verarbeitung durch'einen Zusatz der genannten Antistatika ohne Schwierigkeiten antistatisch ausrüsten.
• Die hochmolekularen Stoffe können noch übliche Zusätze,wie z. B.
• Stabilisatoren, Füllmittel'oder Farbstoffe enthalten.
• Die erfindungsgemäßen Verbindungen können vor oder während der Polymerisation, wie auch später den pulverförmigen Hochpolymeren als auch dem Granulat zugesetzt werden. Je nach der Natur der Kunststoffe kann das Einmischen in der Schmelze, in der Lösung oder durch Aufziehen auf das pulverförmige oder granulierte Hochpolymere'erfolgen. Es wird am besten vor oder während der Verarbeitung durchgeführt. Es hat sich gezeigt, daß die Art der Einarbeitung nicht sehr wesentlich ist. Dagegen ist es wichtig, daß die als Antistatika wirkenden Substanzen möglichst gut im Kunststoff verteilt sind.
• Die mit den beschriebenen Verbindungen antistatisch ausgerüsteten Hochpolymeren lassen sich nach allen üblichen Verarbeitungsmethoden, z.B. auf Pressen, Spritzgußmaschinen oder Extrudern, verarbeiten. Es lassen sich demgemäß daraus Preß- bzw. Spritzgußkörper, Halbzeug, Folien, geblasene Hohlkörper, Rohre, Fasern, Fäden, Monofilamente usw. herstellen.
• Die mit den genannten Verbindungen versetzten Harze können als Lacke bzw. Gießharze oder in Kombination mit Glasfasern oder/und Füllstoffen auf die übliche Weise verarbeitet werden. Die auf diese Weise ausgerüsteten Hochpolymeren sind besonders interessant für Verpackungszwecke (Emballagen, Kanister, Flaschen, Becher), Staubsaugerzubehör, Förderbänder, Ausstellungsstücke und Modelle, Gehäuseteile (z.B. für Rundfunk- und Fernsehgeräte, Staubsauger), elektrische Anlagen, wie Beleuchtungskörper, Kabelisolationen, Stecker, Schalter oder Armaturen , Klima- und Belüftungsa ~ en, Plastikgeschirr, Küchenmaschinen, Fäden, Fasern, Gewebe, Folien, Lacke, d.h. überall dort, wo auf die antistatische Ausrüstung Wert gelegt wird.
• Die antistatische Wirkung von anorganischen bzw. organischen Substanzen in hochmolekularen Stoffen läßt sich am einfachsten mittels Zigarettenasche bestimmen. Zur Prüfung werden Spritzguß-, Extruder- oder Preßplatten mit einem Wolltuch kräftig ca. 15 sec. gerieben und etwa 2 mm über eine Schicht von Zigarettenasche gehalten. Bei guter antistatischer Ausrüstung der Kunststoffplatten wird keine Zigarettenasche angezogen. Da Zigarettenasche etwas hygroskopisch ist und feuchte Zigarettenasche andere elektrische Eigenschaften bestzt,soll die zum Test herangezogene Asche iicht älter als 6 Stunden sein.
• Es ist noch eine Reihe weiterer Methoden zur Bestimmung der elektrostatischen Aufladung bekannt, es wurde aber gefunden, daß praktisch nur die aufgeführte Prüfmethode echte, praxisnahe Werte liefeat, In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse der Untersuchung verzeichnet. Man nun erkennen, daß mit sämtlichen der angeführten Substanzen ein ausgezeichneter antistatischer Effekt erzielt wurde.
• Beispiele Die in Tabelle 1 angeführten, antistatisch wirksamen Verbindungen, die der in der Beschreibung erläuterten Summenformel entsprechen, wurden in verschiedene hochpolymere Stoffe eingearbeitet.
• Tabelle

  0 0 .<V OH

  2 Niederdruck- Malonsäure-N-methyl-- II II 3

  polyäthylen stearylamid-methylester OH3-O-O-OH2-O-N 2

  H

  18 37

  ci Malonsäure-N-methyl U OH3

  Co stearylamid-butylester C4H-O-C-CH2-C-N 1,5

  - I I I

  cc

  I Polystyrol Berns teins&ure-N-methyl OH

  0 stearylamid-äthylester O2H5-o--COH2)2--N 2

  - - - C18H37

  5 gehärtetes Glutarsäure-N-dodecyl- OH

  (CI X L: X 00

  rY CV 1,5

  I

  Im I Y h rl I OH

  zur 3

  A Srrl ho, 80 0 18H O-O-(cH2)4-cN

  Arl ester 0 12H25

  7 Polycarbonat Pimelinsäure-N-metyl ar d Q)rl kri 2

  ,s r% .El Bau d :9

  C18H37

  H

  8 Polypropylen Adipinsäure-N-stearyl- O-c- 1

  amid-phenole s ter (CH2)4C-N C18H37

  9 fl Trt1tai1a5äuN thyl c2sOcQ(cH2)8cH=cHNCH3 1,5

  c\

  0 CH

  10 ft Malonsäure-N-methyl- Oi' ii 3 2

  dz X I 1

  0 12H252

  Q H

  11Coo xal:insäurePnostearYl HOOC-CH=CH-C-N 1,5

  Co Mc

  CD 18H37

  Co

  0 I X OH

  12 1? Maleinsäure-mono-N-methy - II 3

  3 HOOC-CH=CH-C-N\ C18H37 2

  - keine Aschonnzichung + Ascheanziehung

Claims (1)

1. P a t e n t an 5 p r u c h: Verwendung von 0,1 - 7 Gew.-% mindestens eines substituierten Dicarbonsäureamides der allgemeinen Formel wobei R1 = H, Alkyl oder Alkenyl (mit 1 - 26 C-Atowin) Aryl, Arylalkyl, Alkylaryl, Metallion, vorzugsweise NH4+, R2 = H oder CH3, R3 = Alkyl (mit 2 - 26C - Atomen), R4 = Alkylen oder Alkenylen, bedeuten, als Zusatz zu organischen, hochmolekularen Verbindungen zur Verbesserung der antistatischen Eigenschaften.