Antistatik-Additive
Mit elektrostatischer Aufladung haben wir nahezu alltäglich zu tun: Ob beim Kämmen der Haare, der Aufladung unserer Schuhe auf bestimmten Böden oder auf Teppichen bekommen wir manchmal einen kleinen „Stromschlag“, z.B. dann, wenn wir anschließend eine Türklinken berühren oder jemanden die Hand geben.
Im industriellen Bereichen kann elektrostatische Aufladung durchaus größere Probleme verursachen: Im größeren Maßstab, beispielsweise bei Industriekunststoffen, kann die resultierende Aufladung auf der Oberfläche dazu führen, dass Staub und kleine Gegenstände an die Oberflächen gelangen, wodurch eine Weiterverarbeitung des Werkstückes erschwert wird und sich manchmal über einen Funken entlädt. Sind (leicht-)entzündliche Verbindungen in unmittelbarer Nähe, besteht dann zudem noch eine akute Brandgefahr.
Um diesem Problem effektiv entgegenzuwirken, werden daher Antistatik-Additive eingesetzt. Sie sind typischerweise entweder dem Material beigemischt oder auf die Oberfläche appliziert. Dort haben diese die Aufgabe, die Oberfläche durch den Ausgleich der Oberflächenladungen leitfähiger zu machen.
Ionische Flüssigkeiten als Antistatik-Additive
Ionische Flüssigkeiten verfügen über eine Reihe von interessanten Eigenschaftskombinationen, die sie als Antistatikmittel prädestinieren, u.a.
- hinreichende Leitfähigkeit: Voraussetzung der antistatischen Eigenschaften
- thermische Stabilität: ermöglicht Verarbeitung von Polymer/IL-Mischungen
- ultraniedriger Dampfdruck: trägt dazu bei, die Verdunstung von ILs aus der Polymermatrix, das Ausgasen und die Freisetzung von VOCs zu vermeiden
- nicht-Entflammbarkeit: die flammhemmende Eigenschaften des Polymers werden insgesamt verbessert
- Mischbarkeit einer breiten Palette an Monomeren und Polymeren: durch die Mischbarkeit können sie in eine Vielzahl von unterschiedlichen Polymeren in unterschiedlichen Konzentrationen eingebracht werden
- Verringerte Additivmigration: Durch gezieltes Design können ILs so konzipiert werden, dass sie nur eine äußert geringe Tendenz zum Ausbluten aus einer Polymermatrix aufweisen (verringerte Additivmigration)
- breites Temperaturfenster, in dem sie im flüssigen Aggregatzustand vorliegen: ermöglicht die Handhabung und Verarbeitung innerhalb einem großen Temperaturbereich ermöglicht (Temperaturspitzen bis 400°C möglioch)
- Transparenz: ILs als Antistatikmittel sind auch für den Einsatz in transparenten Polymere ohne den Verlust optischer Eigenschaften geeignet
- Hydrophobie: trägt dazu bei, das Auswaschen der ILs aus der Polymermatrix mit Wasser zu verhindern und die antistatischen Eigenschaften unabhängig von der Luftfeuchtigkeit zu machen, sodass ILs auch unter trockenen Bedingungen als Antistatikmittel verwendet werden können.
ILs wurden bereits umfassend als antistatische Additive für verschiedene Kunststoffe getestet und zeigten eine Reduzierung des Oberflächenwiderstands, in einigen Fällen um einen Faktor von über 100 (!).
Die herausragende Eigenschaft IL-basierter Additive ist die geringe Migration innerhalb der Polymermatrix: Dies macht sich in einer gering ausgeprägten Tendenz zum Ausbluten aus der Polymermatrix bemerkbar. Zudem können ionische Flüssigkeit durch gezieltes Design an neue Anwendungsumgebungen angepasst werden.
Hier einige Beispiele aus der Literatur, in denen ILs erfolgreich als Antistatik-Additive eingesetzt wurden:
Polymer | Akronym | IL Akronym | Lit. |
Poly(methylmethacrylat) | PMMA | [1] | |
Polyurethan | PU | [2] | |
Polycarbonat | PC | [3] | |
Poly(vinylidenfluorid) | PVDF | [4] | |
Polypropylen | PP | TetradecMIM Br | [5] |
BMIM BTA: 1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imid
BMIM FSI: 1-Butyl-3-methylimidazolium bis(fluorosulfonyl)imid
N1114 BTA: Tributylmethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imid
BMIM PF6: 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphat
TetradecMIM Br: 1-Methyl-3-tetradecylimidazolium bromid
Darüber hinaus existieren noch weitere Beispiele für andere Polymer-IL-Kombinationen aus unseren eigenen Laboratorien, z.B. Tributylmethyl-ammonium bis(fluorosulfonyl)imid (N1444 FSI).
Wir würden uns freuen, mit Ihnen bei Bedarf über Ihren konkreten Anwendungsfall zu sprechen, selbstverständlich auch gerne unter gegenseitiger Geheimhaltung. Wenn Sie hierzu Fragen haben, dann können Sie sich jederzeit an uns wenden.
Text: Dr. Svetlana Cadu, © IOLITEC 2019 (Deutsche Fassung überarbeitet von Prof. Dr. Thomas J. S. Schubert, Stand: 10/2026).
[1] A. Tsurumaki, S. Tajima, T. Iwata, B. Scrosati, H. Ohno, Electrochim. Acta 2017, 248, 556.
[2] A. Tsurumaki, S. Tajima, T. Iwata, B. Scrosati, H. Ohno, Electrochim. Acta 2015, 175, 13; T. Iwata, A. Tsurumaki, S. Tajima, H. Ohno, Macromol. Mater. Eng. 2013, 299, 794.
[3] C. Xing, X. Zheng, L. Xu, J. Jia, J. Ren, Y. Li, Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 4304.
[4] C. Xing, M. Zhao, L. Zhao, J. You, X. Cao, Y. Li, Polym. Chem. 2013, 4, 5726.
[5] Y. Ding, H. Tang, X. Zhang, S. Wu, R. Xiong, Eur. Polym. J. 2008, 44, 1247.