Ionic liquids als 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 z.B. dann, wenn wir Türklinken berühren, einen kleinen „Stromschlag“. 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 Funkenbildung entlädt. Sind (leicht-)entzündliche Verbindungen in unmittelbarer Nähe, dann besteht 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 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
- Designbarkeit: durch gezieltes Design können ILs so konzipiert werden, dass sie nur eine äußert geringe Tendenz zum Ausbluten aus der Polymermatrix aufweisen
- breites Temperaturfenster, in dem sie im flüssigen Aggregatzustand vorliegen: die Handhabung und Verarbeitung wird in einem großen Temperaturbereich ermöglicht
- 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 Verwendung der ionischen Flüssigkeit BMIM BTA in Poly(methylmethacrylat) (PMMA) hat dabei nicht nur zur Reduzierung der elektrostatischen Aufladung beigetragen, sondern auch eine gute Transparenz beibehalten, was insbesondere dann von großer Bedeutung ist, wenn PMMA in optischen Fasern verwendet wird.[1] Dieselbe IL wurde auch in Polyurethanen verwendet.[2]
N1444 BTA zeigte eine gute Leistung in Polycarbonat (PC),[3] während BMIM PF6 mit Poly(vinylidenfluorid)[4] und TetradecMIM Br mit Polypropylen (PP) kompatibel war.[5]
Bei IOLITEC bieten wir eine Vielzahl von Produkten an, die als antistatische Additive für Kunststoffe und andere Materialien eingesetzt werden können. Wir würden uns freuen, mit Ihnen über Ihre spezifische 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 12/2023).
[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.