DE102005026031A1 - Electrically conductive material and a process for producing an electrically conductive material - Google Patents

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Abstract

Ein elektrisch leitfähiges Material, umfassend ein Trägermaterial, insbesondere einen Kunststoff oder ein Bindemittel, und im Trägermaterial verteilte elektrisch leitfähige Pigmente, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig geringer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Materials zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente eine breite Größenverteilung und/oder unterschiedliche Formen aufweisen. Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Materials angegeben.An electrically conductive material, comprising a carrier material, in particular a plastic or a binder, and electrically conductive pigments distributed in the carrier material, is characterized in view of the object of achieving increased electrical conductivity with at the same time little impairment of the mechanical properties of the material, the electrically conductive pigments have a broad size distribution and / or different shapes. Furthermore, a method for producing an electrically conductive material is specified.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch leitfähiges Material, umfassend ein Trägermaterial, insbesondere einen Kunststoff oder ein Bindemittel, und im Trägermaterial verteilte elektrisch leitfähige Pigmente.The The present invention relates to an electrically conductive material. comprising a carrier material, in particular a plastic or a binder, and in the carrier material distributed electrically conductive Pigments.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Materials, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen eines Trägermaterials, insbesondere eines Kunststoffs oder eines Bindemittels, Bereitstellen von elektrisch leitfähigen Pigmenten, und Verteilung der elektrisch leitfähigen Pigmente im Trägermaterial.Of Furthermore, the present invention relates to a process for the preparation an electrically conductive Material, the method comprising the steps of: providing a carrier material, in particular a plastic or a binder, providing of electrically conductive Pigments, and distribution of the electrically conductive pigments in the carrier material.

Elektrisch leitfähige Materialien der eingangs genannten Art sind bereits seit mehreren Jahrzehnten aus der Praxis bekannt. Solche Materialien werden hergestellt, um innerhalb von Werkstoffen, welche an sich keine oder nur sehr schlechte elektrische Leiter darstellen, eine elektrische Leitfähigkeit zu ermöglichen.electrical conductive Materials of the type mentioned are already several Decades known from practice. Such materials are produced to within materials, which in itself no or only very represent poor electrical conductors, an electrical conductivity to enable.

Dazu werden im Allgemeinen innerhalb des nicht oder nur sehr schlecht leitenden Trägermaterials, insbesondere in Kunststoffen oder in Bindemitteln, elektrisch leitfähige Pigmente verteilt. Durch Brückenbildung der elektrisch leitfähigen Pigmente untereinander wird innerhalb des an sich nicht elektrisch leitfähigen Werkstoffs eine elektrische Leitung ermöglicht.To Generally, they are not or only very badly conductive substrate, especially in plastics or in binders, electrically conductive pigments distributed. By bridging the electrically conductive Pigments with each other does not become electrical within itself conductive Material allows an electrical line.

Mit anderen Worten ist das Hauptmerkmal solcher gefüllter Systeme die Ausbildung eines elektrisch leitfähigen Netzwerks der zugesetzten elektrisch leitfähigen Pigmente ab einer bestimmten kritischen Füllstoffkonzentration. Diese kritische Füllstoffkonzentration entspricht der Konzentration, ab der eine Mindestanzahl der elektrisch leitfähigen Pigmente innerhalb des Trägermaterials miteinander in unmittelbarem Kontakt stehen. Diese kritische Füllstoffkonzentration ist als sog. Perkolationsschwelle bekannt.With in other words, the main feature of such filled systems is training an electrically conductive Network of added electrically conductive pigments from a certain critical filler concentration. This critical filler concentration corresponds to the concentration, from which a minimum number of electrical conductive Pigments within the carrier material be in direct contact with each other. This critical filler concentration is known as the so-called percolation threshold.

Bei der leitfähigen Modifizierung von Kunststoffen und Bindemittelsystemen (bspw. Polyurethan, Polyacrylate, Polycarbonate, usw.) werden an die verwendeten leitfähigen Pigmente verschiedene Anforderungen gestellt. Zunächst sollen die verwendeten elektrisch leitfähigen Pigmente eine möglichst hohe Eigenleitfähigkeit aufweisen. Dadurch kann eine möglichst verlustarme elektrische Leitung innerhalb des Netzwerks im Trägermaterial erreicht werden.at the conductive one Modification of plastics and binder systems (eg polyurethane, polyacrylates, Polycarbonates, etc.) are added to the conductive pigments used various requirements. First, the used electrically conductive Pigments as high as possible intrinsic conductivity exhibit. This allows one as possible Low-loss electrical line within the network in the carrier material be achieved.

Des Weiteren sollen die elektrisch leitfähigen Pigmente ein möglichst großes Volumen innerhalb des Trägermaterials einnehmen. Dadurch wird erreicht, dass eine Mindestanzahl von elektrisch leitfähigen Pigmenten miteinander in Kontakt stehen, wodurch erst die Herstellung eines elektrisch leitfähigen Netzwerks innerhalb des Trägematerials ermöglicht ist. Nehmen die elektrisch leitfähigen Pigmente ein besonders großes Volumen innerhalb des Trägermaterials ein, wird ein besonders großer „Leitungsquerschnitt" bereitgestellt, so dass eine möglichst verlustarme elektrische Leitung ermöglicht ist.Of Furthermore, the electrically conductive pigments as possible great Volume within the carrier material taking. This ensures that a minimum number of electrical conductive Pigments are in contact with each other, whereby only the production an electrically conductive network within the carrier material is possible. Take the electrically conductive Pigments a particularly large Volume within the carrier material a, a particularly large "line cross-section" is provided, so that as possible low-loss electrical line is enabled.

Weiterhin sollen die verwendeten elektrisch leitfähigen Pigmente keine unerwünschten chemischen oder physikalischen Reaktionen mit dem verwendeten Trägermaterial eingehen. Darüber hinaus ist im Allgemeinen eine nachteilige Modifikation der Werkstoffeigenschaften des Trägermaterials durch die elektrisch leitfähigen Pigmente nicht erwünscht. Dies bedeutet insbesondere, dass durch die Zugabe der elektrisch leitfähigen Pigmente zum Trägermaterial keine verminderte Flexibilität und keine erhöhte Bruchanfälligkeit des entstehenden Materials einhergehen soll.Farther the electrically conductive pigments used should not be undesirable chemical or physical reactions with the carrier material used received. About that In addition, there is generally a disadvantageous modification of the material properties of the carrier material through the electrically conductive Pigments not desired. This means in particular that by the addition of electrically conductive pigments to the carrier material no reduced flexibility and no increased susceptibility to breakage associated with the resulting material.

Neben der Verringerung der Flexibilität und der Zähigkeit des entstehenden Materials sind die Beeinträchtigung der thermischen Stabilität sowie Störungen von Aushärtungs- und Vernetzungsreaktionen weitere nachteilige Modifikationen.Next the reduction of flexibility and toughness of the resulting material are the impairment of thermal stability as well as disturbances of curing and crosslinking reactions further detrimental modifications.

Um elektrisch leitfähige Materialien der in Rede stehenden Art herzustellen, ist aus dem Stand der Technik einerseits bekannt, nicht oder nur schlecht elektrisch leitenden Trägermaterialien metallische Pigmente zuzusetzen. Die meisten Metalle weisen bekanntlich eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit auf. So liegt der spezifische Widerstand bei etwa 10–4 bis 10–6 Ohm × cm. Allerdings beanspruchen Metalle bzw. Metalloxide – bezogen auf die Menge der Zugabe zum Trägermaterial – ein relativ kleines Volumen innerhalb des Trägermaterials. Dadurch ist die Ausbildung eines elektrisch leitfähigen Netzwerks der zugegebenen Pigmente erschwert.In order to produce electrically conductive materials of the type in question, it is known from the prior art on the one hand, not or only poorly electrically conductive substrates to add metallic pigments. Most metals are known to have a particularly high electrical conductivity. Thus, the resistivity is about 10 -4 to 10 -6 ohm cm. However, metals or metal oxides - based on the amount of addition to the carrier material - claim a relatively small volume within the carrier material. This complicates the formation of an electrically conductive network of added pigments.

Dadurch muss aufgrund der hohen spezifischen Masse eine große Masse von metallbasierten Pigmenten zugegeben werden, um die volumenbezogene Perkolationsschwelle zu erreichen. Deshalb sind die mechanischen Eigenschaften bei elektrisch leitfähigen Materialien mit elektrisch leitfähigen Pigmenten aus Metallen bzw. Metalloxiden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, üblicherweise in nachteiliger Weise verändert. Des Weiteren können unerwünschte chemische bzw. physikalische Reaktionen der verwendeten Metalle bzw. Metalloxide mit dem Trägermaterial nicht ausgeschlossen werden.Thereby Due to the high specific mass, it must be a large mass of metal-based pigments are added to the volume-related Achieve percolation threshold. That's why the mechanical Properties of electrically conductive materials with electrical conductive Pigments of metals or metal oxides, which are known from the prior art Technics are known, usually changed adversely. Furthermore, unwanted chemical or physical reactions of the metals or metal oxides used with the carrier material not be excluded.

Auch die Zugabe von Graphit, der einen spezifischen Widerstand von ca. 10–3 Ohm × cm aufweist, muss in einer entsprechend großen Menge erfolgen, damit sich überhaupt ein elektrisch leitfähiges Netzwerk der zugesetzten Pigmente ausbildet. Mit anderen Worten muss Graphit in einer großen Masse zugegeben werden, um überhaupt die volumenbezogene Perkolationsschwelle zu erreichen.Also, the addition of graphite, which has a resistivity of about 10 -3 ohm cm has, must take place in a correspondingly large amount, so that forms at all an electrically conductive network of added pigments. In other words, graphite must be added in a large amount to even reach the volume percolation threshold.

Des Weiteren ist die elektrische Leitfähigkeit von Graphit verglichen mit Metallen bzw. Metalloxiden deutlich verringert, so dass insgesamt ein elektrisch leitfähiges Netzwerk mit geringerer Leitfähigkeit bereitgestellt wird. Durch die hochdosierte Zugabe des Graphits sind darüber hinaus die vorgenannten verschlechterten mechanischen Eigenschaften des entstehenden Materials zu berücksichtigen.Of Further, the electrical conductivity of graphite is compared significantly reduced with metals or metal oxides, so that in total an electrically conductive Network with lower conductivity provided. Due to the high-dose addition of graphite are over it addition, the aforementioned deteriorated mechanical properties of the to be taken into account.

Wird dem Trägermaterial Ruß, bspw. sog. Hochleitfähigkeitsruß oder sog. Leitfähigkeitsruß zugegeben, wird bereits bei einer geringeren mengenmäßigen Zugabe die Ausbildung eines elektrisch leitfähigen Netzwerks erreicht. Allerdings weist Ruß einen relativ hohen spezifischen Widerstand von ca. 0,05 Ohm × cm auf, wodurch das entstehende elektrisch leitfähige Netzwerk dem zu leitenden elektrischen Strom einen hohen Widerstand entgegensetzt. Folglich weisen die bekannten elektrisch leitfähigen Materialien mit Leitfähigkeitsrußen als Zusatzstoff aufgrund der vergleichsweise schlechten Eigenleitfähigkeit des Rußes einen Widerstand von üblicherweise 10 bis 100 Ohm × cm auf. Diese Leitfähigkeit reicht für viele Anwendungsgebiete, z.B. in der Elektro- und Elektronikindustrie (z.B. für EMI-Shielding), nicht aus, obwohl der Einsatz von Leitfähigkeitsruß gerade in diesem Industriezweig besonders wünschenswert erscheint, da er sich gegenüber Kunststoffen völlig innert verhält.Becomes the carrier material Soot, eg. so-called Hochleitfähigkeitsruß or so-called. Conductivity soot added, Already at a lower quantitative addition training an electrically conductive Network reached. However, carbon black has a relatively high specificity Resistance of approx. 0.05 ohm.cm. on, whereby the resulting electrically conductive network to conduct electric current presents a high resistance. consequently have the known electrically conductive materials with conductivity as Additive due to the comparatively poor intrinsic conductivity of soot a resistance of usually 10 to 100 ohms × cm on. This conductivity is sufficient for many Areas of application, e.g. in the electrical and electronics industry (e.g., for EMI shielding), not out, even though the use of conductivity soot is straight in this industry seems particularly desirable because he opposite Plastics completely behaves intimately.

Die aus dem Stand der Technik bekannten elektrisch leitfähigen Materialien der in Rede stehenden Art enthalten zumeist eine der vorgenannten Pigmentarten, nämlich ein Metall bzw. ein Metalloxid, Graphit oder Ruß. Die Pigmente liegen üblicherweise in gemahlener Form, d.h. in Pulverform vor und werden dem Trägermaterial zugegeben. Demnach weisen die Pigmente im Großen und Ganzen eine sphärische bzw. globulare Gestalt auf.The known from the prior art electrically conductive materials The type in question usually contains one of the aforementioned Pigment types, namely a metal or a metal oxide, graphite or carbon black. The pigments are usually in ground form, i. in powder form and are added to the carrier material. Accordingly, the pigments generally have a spherical or globular shape.

Mathematische Modellierungen zur Ausbildung leitfähiger Netzwerke bzw. Strukturen in gefüllten Trägermaterialien zeigen, dass für dreidimensionale Systeme mit statistisch verteilten, oben genannten pulverförmigen Pigmenten je nach Packungsdichte die Perkolationsschwelle bei etwa 20 bis etwa 33 Vol.-% liegt. Zum Erreichen dieser hohen volumenbezogenen Perkolationsschwelle ist die Zugabe einer verhältnismäßig großen Menge von elektrisch leitfähigen Pigmenten notwendig.mathematical Modeling to form conductive networks or structures in filled support materials show that for three-dimensional systems with statistically distributed, above powdery Depending on the packing density, the percolation threshold at about 20 to about 33 vol .-% is. To achieve this high volume related Percolation threshold is the addition of a relatively large amount of electrically conductive pigments necessary.

Demnach muss – wie bereits vorstehend erläutert – abhängig von der spezifischen Masse der zugesetzten Pigmente eine verhältnismäßig große Masse von elektrisch leitfähigen Pigmenten zugegeben werden.Therefore must - like already explained above - depending on the specific mass of pigments added a relatively large mass of electrically conductive Pigments are added.

Durch die große Masse zugegebener elektrisch leitfähiger Pigmente zum Trägermaterial werden die mechanischen Eigenschaften des Trägermaterials jedoch in vorbezeichneter Weise nachteilig modifiziert. Des Weiteren können unerwünschte physikalische und/oder chemische Reaktionen der elektrisch leitfähigen Pigmente mit dem Trägermaterial stattfinden.By the size Mass of added electrically conductive pigments to the carrier material However, the mechanical properties of the support material are in the aforementioned Way adversely modified. Furthermore, unwanted physical and / or chemical reactions of the electrically conductive pigments with the carrier material take place.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch leitfähiges Material sowie ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Materials der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig geringer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Materials erreicht ist.Of the The present invention is therefore based on the object, an electrical conductive Material and a method for producing an electrically conductive material of the type mentioned above to design and develop, that an increased electric conductivity with at the same time little impairment of the mechanical properties of the material is reached.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe hinsichtlich eines elektrisch leitfähigen Materials mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist das elektrisch leitfähige Material dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente eine breite Größenverteilung und/oder unterschiedliche Formen aufweisen.According to the invention above task with respect to an electrically conductive material solved with the features of claim 1. After that it is electric conductive Material characterized in that the electrically conductive pigments a broad size distribution and / or have different shapes.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass die Ausbildung elektrisch leitfähiger Pfade dadurch stark begünstigt wird, dass innerhalb des Trägermaterials elektrisch leitfähige Pigmente stark variierender Größe und/oder Form vorhanden sind. Dabei dienen besonders große und/oder langgestreckte Pigmente als Brückenbildner für die elektrische Kontaktierung der kleineren Pigmente, die ihrerseits eine elektrische Leitung im Nahbereich innerhalb des Trägermaterials sicherstellen.In according to the invention is first It has been recognized that the formation of electrically conductive paths thereby strongly favored that will be inside the substrate electrically conductive Pigments of widely varying size and / or Form are present. It is particularly large and / or elongated serve Pigments as bridging agents for the electrical contacting of the smaller pigments, in turn an electrical line in the vicinity within the carrier material to ensure.

Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass durch eine Korrelation der Pigmentteilchen untereinander, also eine bevorzugte Kettenbildung der Pigmentteilchen, die Ausbildung elektrisch leitfähiger Pfade begünstigt und damit die Perkolationsschwelle erniedrigt werden kann.With In other words, it is recognized according to the invention been that by a correlation of the pigment particles with each other, ie a preferred chain formation of the pigment particles, the formation of electrical conductive Paths favored and thus the percolation threshold can be lowered.

Werden lediglich feingemahlene Pigmente in Pulverform verwendet, die jeweils einen annäherend kugelförmigen Aufbau und einen annäherend identischen Korndurchmesser aufweisen, müssen innerhalb des Trägermaterials sehr viele Pigmente vorhanden sein, um überhaupt einen elektrisch leitfähigen Pfad bereitstellen zu können.Become only finely ground pigments used in powder form, respectively an approximately spherical structure and an approximate have identical grain diameter, must be within the carrier material a lot of pigments may be present to even an electrically conductive path to be able to provide.

Liegen jedoch innerhalb des Trägermaterials zumindest einige besonders große und/oder langgestreckte Pigmente vor, reichen diese aus, um die kleineren Pigmente elektrisch zu kontaktieren, wodurch die „Überfüllung" mit lediglich kleinen und gleichförmigen Pigmenten unnötig wird. Die Perkolationsschwelle wird stark herabgesetzt.However, lie within the substrate at least some particularly large and / or elongated pigments are sufficient to electrically contact the smaller pigments, thus obviating overcrowding with only small and uniform pigments.

Es ist demnach erfindungsgemäß ermöglicht, dass dieselbe elektrische Leitfähigkeit der aus dem Stand der Technik bekannten elektrisch leitfähigen Materialien bereits mit einer stark reduzierten Pigmentzugabe erreicht werden kann. Alternativ kann mit einer gleich bleibenden Pigmentzugabe eine stark erhöhte elektrische Leitfähigkeit bereitgestellt werden. Diese Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit bei gleich bleibender Pigmentzugabe kann den Umfang von ein bis zwei Größenordnungen annehmen.It is therefore possible according to the invention that same electrical conductivity the known from the prior art electrically conductive materials already be achieved with a greatly reduced pigment addition can. Alternatively, with a constant pigment addition a greatly increased electric conductivity to be provided. This increase the electrical conductivity with constant pigment addition can range from one to two orders of magnitude accept.

Des Weiteren ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass die mechanischen Eigenschaften des Trägermaterials, insbesondere in Bezug auf die Dehnfähigkeit und die Flexibilität, durch eine verringerte Zugabe von elektrisch leitfähigen Pigmenten lediglich minimal beeinträchtigt werden.Of Another has been recognized according to the invention, that the mechanical properties of the carrier material, in particular in terms of elasticity and the flexibility by a reduced addition of electrically conductive pigments only minimally affected become.

Schließlich ist erkannt worden, dass das Auftreten von unerwünschten physikalischen und/oder chemischen Reaktionen zwischen den elektrisch leitfähigen Pigmenten und dem Trägermaterial durch die verminderte Zugabe der elektrisch leitfähigen Pigmente minimiert werden kann.Finally is It has been recognized that the occurrence of unwanted physical and / or chemical Reactions between the electrically conductive pigments and the carrier material by the reduced addition of the electrically conductive pigments can be minimized.

Folglich ist ein elektrisch leitfähiges Material angegeben, bei dem ein eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig geringer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Materials erreicht ist.consequently is an electrically conductive Material indicated in which an increased electrical conductivity with at the same time little impairment of the mechanical properties of the material is reached.

Das Trägermaterial kann Polyurethan, Polyacrylat, Polycarbonat oder Mischungen hiervon ausweisen. Das Trägermaterial kann prinzipiell aus jedem beliebigen Kunststoff, Klebstoff oder jedem anderen geeigneten Material bestehen, welches für sich gesehen eine schlechte oder keine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die einzige Anforderung an das Trägermaterial besteht darin, dass elektrisch leitfähige Pigmente im Trägermaterial dispergierbar sein müssen. Des Weiteren sollte das ausgewählte Trägermaterial keine chemischen und/oder physikalischen Reaktionen mit den elektrisch leitfähigen Pigmenten eingehen.The support material may be polyurethane, polyacrylate, polycarbonate or mixtures thereof identify. The carrier material can in principle be made of any plastic, glue or any other suitable material, which in itself has poor or no electrical conductivity. The only Requirement for the carrier material is that electrically conductive pigments in the carrier material have to be dispersible. Furthermore, the selected support material no chemical and / or physical reactions with the electrical conductive Enter pigments.

In bevorzugter Weise liegen die elektrisch leitfähigen Pigmente fein dispergiert, d.h. statistisch verteilt innerhalb des Trägermaterials vor. Durch die statistische Verteilung der elektrisch leitfähigen Pigmente wird am ehesten die Ausbildung eines elektrisch leitfähigen Netzwerks begünstigt. Die Verteilung der Pigmente bezeichnet hierbei die Positionierung der Pigmente innerhalb des Trägermaterials, nicht jedoch deren Ausrichtung bezogen auf eine Raumrichtung.In Preferably, the electrically conductive pigments are finely dispersed, i.e. statistically distributed within the carrier material. By the statistical Distribution of electrically conductive Pigments is most likely the formation of an electrically conductive network favored. The distribution of the pigments here denotes the positioning the pigments within the carrier material, not however, their orientation relative to a spatial direction.

In einer ganz besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die elektrisch leitfähigen Pigmente langgestreckte und/oder faserartige Pigmente auf. Beispielsweise können die Pigmente Carbonfasern aufweisen. Langgestreckte oder faserartige Pigmente beanspruchen ein geringes Volumen innerhalb des Trägermaterials, können jedoch gleichzeitig weite Bereiche des Trägermaterials elektrisch leitend überbrücken. Die langgestreckten bzw. faserartigen Pigmente dienen zur elektrischen Kontaktierung der kleineren bzw. sphärischen Pigmente. Auf diese Weise kann auf eine besonders hohe Konzentration von lediglich kleinen/sphärischen Pigmenten verzichtet werden, die ansonsten nötig wäre, um überhaupt eine elektrische Kontaktierung der kleinen Pigmente zu ermöglichen.In a very particularly preferred embodiment of the invention the electrically conductive Pigments elongated and / or fibrous pigments. For example can the pigments have carbon fibers. Elongated or fibrous Pigments require a small volume within the carrier material, can However, at the same time electrically bridge wide areas of the carrier material. The elongated or fibrous pigments are used for electrical Contacting the smaller or spherical pigments. To this Way can be to a particularly high concentration of only small / spherical Pigments are omitted, which would otherwise be necessary to even an electrical contact to allow the small pigments.

In bevorzugter Weise weisen die langgestreckten und/oder faserartigen Pigmente ein Verhältnis der Länge zum Durchmesser von mindestens 100 auf. Dadurch wird erreicht, dass die langgestreckten bzw. faserartigen Pigmente ein kleines Volumen innerhalb des Trägermaterials einnehmen, aber dennoch eine weitreichende elektrische Kontaktierung bzw. ein weitreichendes elektrisch leitfähiges Netzwerk ausbilden können.In Preferably, the elongated and / or fibrous Pigments a ratio the length to the diameter of at least 100. This ensures that the elongated or fibrous pigments have a small volume within the carrier material take, but still a far-reaching electrical contact or form a far-reaching electrically conductive network.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die langgestreckten und/oder faserartigen Pigmente zumindest im Wesentlichen entlang der Richtung des zu leitenden elektrischen Stroms ausgerichtet. Die langgestreckten und/oder faserartigen Pigmente bilden in dieser Ausführungsform der Erfindung ein besonders effektives Netzwerk, wobei eine nutzlose Überfüllung des Trägermaterials mit elektrisch leitfähigen Pigmenten wirksam vermieden ist. Gleichzeitig wird durch die langgestreckten und/oder faserartigen Pigmente ein Netzwerk gebildet, durch das die ggf. vorhandenen kleinen/sphärischen Pigmente elektrisch kontaktiert werden.In a further embodiment the invention are the elongated and / or fibrous pigments at least substantially along the direction of the conductive aligned with electric current. The elongated and / or fibrous pigments form in this embodiment the invention, a particularly effective network, with a useless overcrowding of support material with electrically conductive Pigments is effectively avoided. At the same time, the elongated and / or fibrous pigments form a network through which the possibly existing small / spherical ones Pigments are contacted electrically.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch leitfähigen Pigmente kohlenstoffbasiert. Kohlenstoffbasierte elektrisch leitfähige Pigmente nehmen im Allgemeinen innerhalb des Trägermaterials ein größeres Volumen ein, wodurch die Perkolationsschwelle rascher erreicht wird. Gleichzeitig sind durch kohlenstoffbasierte elektrisch leitfähige Pigmente keine unerwünschten chemischen und/oder physikalischen Reaktionen mit dem Trägermaterial zu erwarten, was bei der Verwendung von Metallen bzw. Metalloxiden häufig der Fall ist. Außerdem ist die – meist unerwünschte – Modifikation der mechanischen Eigenschaften des Trägermaterials bei kohlenstoffbasierten elektrisch leitfähigen Pigmenten geringer ausgeprägt als bei Metallen bzw. Metalloxiden. Deswegen ist die Verwendung von kohlenstoffbasierten elektrisch leitfähigen Pigmenten insbesondere in der Elektro- und Elektronikindustrie anzustreben.In a preferred embodiment of the invention, the electrically conductive pigments are carbon-based. Carbon-based electroconductive pigments generally occupy a larger volume within the support material, thereby more rapidly reaching the percolation threshold. At the same time, carbon-based electrically conductive pigments do not lead to any undesired chemical and / or physical reactions with the support material, which is frequently the case when using metals or metal oxides. In addition, the - usually undesirable - modification of the mechanical properties of the carrier material in carbon-based electrically conductive pigments is less pronounced than metals or Metal oxides. Therefore, the use of carbon-based electrically conductive pigments in particular in the electrical and electronics industry is desirable.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die elektrisch leitfähigen Pigmente Kohlenstoff-Makromoleküle auf, die als sog. Fullerene bekannt sind. Bei Fullerenen ist – vergleichbar zu Metallen – aufgrund der Molekularstruktur je ein freies Elektron pro Kohlenstoffatom vorhanden. Dadurch wird für Fullerene eine elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung von metallischen Leitfähigkeiten beobachtet, obwohl es sich um ein Kohlenstoff-Makromolekül handelt. Die Leitfä higkeit von Fullerenen kann sogar bis zu fünfmal höher als die Leitfähigkeit von Kupfer sein. Demzufolge sind Fullerene ganz besonders zur Verwendung als elektrisch leitfähige Pigmente geeignet, insbesondere wenn ein kohlenstoffbasiertes Pigment mit gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden soll.In a particularly preferred embodiment of the invention, the electrically conductive pigments Carbon macromolecules on, which are known as so-called fullerenes. In fullerenes is - comparable to metals - due the molecular structure one free electron per carbon atom available. This will be for Fullerenes have an electrical conductivity in the order of magnitude of metallic conductivities observed, although it is a carbon macromolecule. The ability of Fullerenes can even be up to five times higher than that conductivity to be of copper. As a result, fullerenes are very particular for use as electrically conductive Pigments suitable, especially if a carbon-based pigment to be used with high electrical conductivity at the same time.

Im Allgemeinen weisen Fullerene eine pentagonale oder hexagonale Anordnung der Kohlenstoffatome auf. Dabei besitzt jedes Kohlenstoffatom drei weitere Kohlenstoff-Bindungspartner.in the In general, fullerenes have a pentagonal or hexagonal arrangement of the carbon atoms. Each carbon atom has three other carbon-binding partners.

In einer favorisierten Ausführungsform der Erfindung weisen die Fullerene sog. Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nano Tubes, CNT) auf. CNT bestehen aus reinem Kohlenstoff. Sie gehören zur Gruppe der Fullerene und sind perfekte, hohlförmige Moleküle. Die Kohlenstoffatome sind in einem hexagonalen Netzwerk verbunden, welches einen Hohlzylinder bildet. Die gebildeten Röhren sind nahtlos mit offenen oder verschlossenen Enden. Die bekannten Kohlenstoff-Nanoröhren sind bis zu 20% dehnbar, sehr biegefähig und äußerst knickfest. Sie sind diesbezüglich herkömmlichen Carbonfasern bei Weitem überlegen. CNT weisen eine bis zu fünffache elektrische Leitfähigkeit von Kupfer auf.In a preferred embodiment According to the invention, the fullerenes have so-called carbon nanotubes (carbon Nano Tubes, CNT). CNTs are made of pure carbon. They belong to the group the fullerenes and are perfect, hollow-shaped molecules. The carbon atoms are connected in a hexagonal network, which is a hollow cylinder forms. The formed tubes are seamless with open or closed ends. The known carbon nanotubes are up to 20% stretchable, very bendable and extremely kink-resistant. They are in this regard usual Carbon fibers far superior. CNTs have up to five times electric conductivity of copper on.

In bevorzugter Weise weisen die CNT einen Durchmesser von ungefähr 1 Nanometer (nm) bis ungefähr 20 nm auf. Die verwendeten CNT weisen damit einen um mehrere Größenordnungen geringeren Durchmesser auf als vergleichbare Carbonfasern. Bei in Frage kommenden Carbonfasern wird üblicherweise ein Durchmesser von 15 bis 20 μm gemessen.In Preferably, the CNTs have a diameter of about 1 nanometer (nm) to about 20 nm up. The used CNT thus have to several orders of magnitude smaller diameter than comparable carbon fibers. At in Questionable carbon fibers will usually be a diameter from 15 to 20 μm measured.

Die Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) können ein Verhältnis der Länge zum Durchmesser von ungefähr 100 bis ungefähr 10.000 aufweisen. In der Erfindung werden Kohlenstoff-Nanoröhren bevorzugt, welche ein Verhältnis der Länge zum Durchmesser von ungefähr 1.000 aufweisen. Bedingt durch den sehr kleinen Durchmesser der CNT kann demnach ein besonders großes Verhältnis der Länge zum Durchmesser erreicht werden, ohne dass die CNT eine unerwünscht große Länge annehmen. Bei Carbonfasern hingegen ist bei einem mindestens anzustrebenden Verhältnis der Länge zum Durchmesser von etwa 100 – bedingt durch den großen Durchmesser der Fasern – bereits eine unerwünscht hohe Länge der Fasern erreicht. Darüber hinaus bewirken die relativ steifen Carbonfasern eine starke Beein trächtigung der mechanischen Eigenschaften des gefüllten Polymers, insbesondere in Bezug auf die Dehnbarkeit, die Elastizität und die Flexibilität. Diese Beeinträchtigung wird durch den Einsatz der äußerst dehnfähigen und flexiblen CNT wirksam vermieden.The Carbon nanotubes (CNT) can one relationship the length to the diameter of about 100 to about 10,000. In the invention, carbon nanotubes are preferred which a relationship the length to the diameter of about 1,000. Due to the very small diameter of the CNT can therefore achieve a particularly large ratio of length to diameter without the CNTs taking on an undesirably long length. For carbon fibers on the other hand, if the ratio is at least desirable Length to Diameter of about 100 - conditionally by the big one Diameter of the fibers - already an undesirable high length reaches the fibers. About that In addition, the relatively stiff carbon fibers cause severe deterioration the mechanical properties of the filled polymer, in particular in terms of stretchability, elasticity and flexibility. These impairment is characterized by the use of extremely elastic and flexible CNT effectively avoided.

Der Anteil der Kohlenstoff-Nanoröhren an dem elektrisch leitfähigen Material kann ungefähr 1 Massenprozent (Ma.-%) bis ungefähr 30 Ma.-% betragen, und kann insbesondere ungefähr 1 Ma.-% bis ungefähr 10 Ma.-% betragen. Es ist festgestellt worden, dass bereits bei einer Zugabe von 1 Ma.-% von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) die Perkolationsschwelle in einem Polymersystem, z.B. in Polyurethan, erreicht wird. Die Leitfähigkeit des Trägermaterials steigt dabei sofort um mehrere Zehnerpotenzen. Bei einer weiteren Zugabe von CNT wird eine typische S-förmige Perkolationskurve beobachtet. Das bedeutet, dass nach Erreichen der Perkolationsschwelle die Leitfähigkeit des Systems bei weiterer, geringer Zugabe von CNT rapide ansteigt, bis eine verlangsamte Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit mit steigender Pigmentkonzentration beobachtet wird. Diese verlangsamte Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit wird bei alleine mit CNT gefüllten Trägersystemen bei einem Füllgrad von etwa 10% beobachtet. Bei diesem Füllgrad erreichen mit CNT gefüllte Kunststoffe Leitfähigkeiten von 0,1 bis 0,5 S/cm. Eine weitere Erhöhung der Zugabe von CNT resultiert in einer verlangsamten Abnahme des spezifischen elektrischen Widerstands des Trägermaterials. Eine weitere Erhöhung der CNT-Konzentration ist grundsätzlich möglich, kann jedoch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nachteilig erscheinen.Of the Proportion of carbon nanotubes on the electrically conductive Material can be about 1 mass% (wt%) to about 30 wt%, and may especially about 1% by mass to about 10% by mass. It has been established that already at adding 1 mass% of carbon nanotubes (CNT) to the percolation threshold in a polymer system, e.g. in polyurethane, is achieved. The conductivity of the carrier material it immediately increases by several orders of magnitude. At another Addition of CNT, a typical S-shaped percolation curve is observed. This means that after reaching the percolation threshold, the conductivity system increases rapidly with further, low addition of CNT, until a slower increase in electrical conductivity with increasing pigment concentration is observed. This slowed down Increase in electrical conductivity becomes filled with CNT alone carrier systems at a filling level observed by about 10%. At this filling level, plastics filled with CNT reach conductivities from 0.1 to 0.5 S / cm. A further increase in the addition of CNT results in a slower decrease in specific electrical resistance of the carrier material. A further increase the CNT concentration is basic possible, However, it may be disadvantageous from an economic point of view.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen die Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) innerhalb des Trägermaterials mit ungefähr 100 Nanometern (nm) bis ungefähr 1.000 nm voneinander beabstandet vor. Die Kohlenstoff-Nanoröhren weisen hierdurch eine optimale Beabstandung voneinander auf, um ggf. vorhandene kleinere und/oder kugelförmig ausgebildete elektrisch leitfähige Pigmente zu kontaktieren und so ein leistungsfähiges Netzwerk zu bilden. Des Weiteren ist durch den bevorzugten Abstand der CNT voneinander sichergestellt, dass keine unakzeptable nachteilige Modifikation der mechanischen Eigenschaften des Trägermaterials durch die CNT zu befürchten ist.In In another embodiment of the invention are the carbon nanotubes (CNT) within the carrier material with approximately 100 nanometers (nm) to about 1,000 nm apart from each other. The carbon nanotubes point This results in an optimal spacing from each other, possibly existing smaller and / or spherical trained electrically conductive Contact pigments to form a powerful network. Of Furthermore, it is ensured by the preferred distance of the CNT from each other, that no unacceptable adverse modification of the mechanical Properties of the carrier material feared by the CNT is.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die elektrisch leitfähigen Pigmente Ruß, insbesondere Acetylenruß, auf. Die elektrisch leitfähigen Pigmente aus Ruß können als einzig vorhandene elektrisch leitfähige Pigmente vorliegen, oder sie können in Verbindung mit elektrisch leitfähigen Pigmenten aus Kohlenstoff-Makromolekülen, insbesondere CNT, vorliegen.In a preferred embodiment of the invention, the electric conductive Pigments carbon black, in particular acetylene black, on. The electrically conductive Pigments of carbon black can be used as only existing electrically conductive pigments are present, or they can in conjunction with electrically conductive pigments of carbon macromolecules, in particular CNT.

In der Erfindung wird allerdings eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der elektrisch leitfähige Pigmente aus Kohlenstoff-Makromolekülen und elektrisch leitfähige Pigmente aus Ruß nebeneinander vorliegen. Durch die Zugabe von Rußpigmenten zu dem Trägermaterial mit bereits enthaltenen CNT wird eine weitere signifikante Erhöhung der Leitfähigkeit erreicht. Aufgrund der unterschiedlichen Größenverteilung der Teilchen wird das gebildete CNT-Netzwerk mit leitfähigen Teilchen derart ausgefüllt, dass schon bei geringer Zugabe pulverförmiger Teilchen die Leitfähigkeit weiter ansteigt. Dabei ist zu beachten, dass nun nicht mehr die Voraussetzung zu erfüllen ist, dass sich die pulverförmigen Teilchen selbst untereinander berühren müssen, um Leitfähigkeitspfade zu generieren. Die Teilchen werden vielmehr – auch bei nicht gegenseitiger Berührung – über das leitende CNT-Netzwerk kontaktiert.In However, an embodiment is preferred in the invention the electrically conductive Pigments of carbon macromolecules and electrically conductive pigments of soot coexist. By the addition of carbon black pigments to the carrier material with already contained CNT will be a further significant increase in Conductivity reached. Due to the different size distribution of the particles The formed CNT network is filled with conductive particles so that already at low addition powdery Particles the conductivity continues to rise. It should be noted that now no longer the Requirement to fulfill is that the powdery Particles themselves must touch each other to conductivity paths to generate. Rather, the particles become - even when not mutually Touch - over the head CNT network contacted.

Bedingt durch das bereits im Trägermaterial vorhandene leitfähige CNT-Netzwerk führt daher jede weitere, auch geringe Zugabe von leitfähigen (pulverförmigen/kugelförmigen) Teilchen zu einer signifikanten Erhöhung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit des Trägermaterials. Überflüssige leitfähige Teilchen, welche nicht zur Leitfähigkeitssteigerung beitragen, sind bei dieser Kombination von netzwerkbildenden CNT und kleinen, pulverförmigen/kugelförmigen Teilchen nicht mehr vorhanden, da praktisch alle vorhandenen, elektrisch leitfähigen Pigmente durch das elektrisch leitfähige Netzwerk aus CNT kontaktiert werden.conditioned through the already existing in the carrier material conductive CNT network leads therefore any further, even small addition of conductive (powdery / spherical) Particles to a significant increase in the specific electrical conductivity of the carrier material. Superfluous conductive particles, which not for conductivity increase contribute to this combination of network-forming CNT and small, powdery / spherical particles no longer available, since virtually all existing, electric conductive Pigments contacted by the electrically conductive network of CNT become.

Es wird die Zugabe von Rußpigmenten bevorzugt, die einen Durchmesser von ungefähr 50 Nanometer (nm) bis ungefähr 500 nm, und insbesondere von ungefähr 100 nm bis ungefähr 350 nm, aufweisen. Die zugesetzten Rußpigmente weisen damit einen optimalen Durchmesser auf, um innerhalb des CNT-Netzwerks angeordnet und durch das CNT-Netzwerk kontaktiert zu werden.It becomes the addition of carbon black pigments preferably having a diameter of about 50 nanometers (nm) to about 500 nm, and in particular approximately 100 nm to about 350 nm. The added carbon black pigments thus have one optimal diameter to be arranged within the CNT network and being contacted by the CNT network.

Die Rußpigmente können – für sich gesehen – eine elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 10 Siemens/cm (S/cm) bis ungefähr 40 S/cm, und insbesondere von ungefähr 25 S/cm, aufweisen. Diese Werte geben den üblicherweise für Acetylenruß beobachteten Leitfähigkeitsbereich wieder.The carbon black pigments can - by itself - be an electric one conductivity of about 10 Siemens / cm (S / cm) to about 40 S / cm, and especially about 25 S / cm. These values usually give that observed for acetylene black conductivity range again.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die elektrisch leitfähigen Pigmente Graphit, insbesondere expandierten Graphit, auf. Die elektrisch leitfähigen Pigmente können demnach lediglich aus Graphit bestehen. Alternativ können die elektrisch leitfähigen Pigmente eine Mischung aus Graphit und Kohlenstoff-Makromolekülen, insbesondere CNT, aufweisen. Diese Mischung kann darüber hinaus noch Rußpigmente aufweisen. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch bevorzugt, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente zumindest eine Mischung von Kohlenstoff-Makromolekülen (CNT) und Graphitpigmenten aufweisen. Die Graphitpigmente werden dabei auf die bereits für die Rußpigmente beschriebene Art und Weise innerhalb des elektrisch leitfähigen Netzwerks aus Kohlenstoff-Makromolkülen eingelagert und durch dieses elektrisch leitend kontaktiert. Dadurch ergibt sich selbst bei einer sehr geringen Zugabe von Graphitpigmenten zu dem Trägersystem mit Kohlenstoff-Makromolekülen (CNT) bereits eine signifikante Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Trägermaterials.In a further embodiment According to the invention, the electrically conductive pigments include graphite, in particular expanded graphite, on. The electrically conductive pigments can accordingly consist only of graphite. Alternatively, the electrically conductive pigments a mixture of graphite and carbon macromolecules, in particular CNT. In addition, this mixture can still carbon black pigments exhibit. In this embodiment However, it is preferred that the electrically conductive pigments at least one Mixture of carbon macromolecules (CNT) and graphite pigments. The graphite pigments are included on the already for the carbon black pigments described manner within the electrically conductive network from carbon macromolecules stored and contacted by this electrically conductive. Thereby results even with a very small addition of graphite pigments to the carrier system with carbon macromolecules (CNT) already a significant increase in electrical conductivity of the carrier material.

Die Pigmente aus Graphit bzw. aus expandiertem Graphit können einen Durchmesser von ungefähr 2 Mikrometern (μm) bis ungefähr 20 μm, und insbesondere von ungefähr 5 μm bis ungefähr 15 μm aufweisen. Die Graphitpigmente sind damit deutlich größer als verfügbare Acetylenruß-Teilchen.The Pigments made of graphite or expanded graphite can one Diameter of about 2 microns (μm) until about 20 microns, and in particular of about 5 μm to approximately 15 microns have. The graphite pigments are thus significantly larger than available acetylene black particles.

Die Pigmente aus Graphit bzw. aus expandiertem Graphit können eine elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 500 S/cm bis ungefähr 5.000 S/cm, insbesondere von ungefähr 1.000 S/cm, aufweisen. Die Graphitpigmente weisen damit eine vielfach höhere elektrische Leitfähigkeit verglichen mit (Acetylen-)Ruß auf, was deren Verwendung trotz des deutlich größeren Pigmentdurchmessers wünschenswert und für sehr hohe Leitfähigkeiten des elektrisch leitfähigen Materials sogar notwendig macht.The Pigments of graphite or of expanded graphite can be a electrical conductivity of approximately 500 S / cm to about 5,000 S / cm, in particular about 1,000 S / cm. The graphite pigments thus have a much higher electrical conductivity compared with (acetylene) carbon black on, what their use desirable despite the significantly larger pigment diameter and for very high conductivities of the electrically conductive Even makes material necessary.

Das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete elektrisch leitfähige Material kann eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 0,1 S/cm bis ungefähr 200 S/cm, ins besondere von ungefähr 10 S/cm bis ungefähr 100 S/cm, aufweisen. Die genannten Leitfähigkeiten werden realisiert, indem die elektrisch leitfähigen Pigmente sowohl Kohlenstoff-Makromoleküle (CNT) als auch Acetylenruß-Teilchen und expandierten Graphit aufweisen. Die genaue erreichbare elektrische Leitfähigkeit variiert je nach den prozentualen Anteilen der drei verschiedenen leitfähigen Additive, und insbesondere nach den prozentualen Anteilen der zugesetzten Ruß- und Graphitpigmente. Die gemäß der vorliegenden Erfindung erreichbaren elektrischen Leitfähigkeiten bei gefüllten Systemen entsprechen einer Erhöhung der bisherigen Grenzleitfähigkeit um ein bis zwei Größenordnungen, während gleichzeitig durch das flexible CNT-Netzwerk und die insgesamt verminderte Zudosierung von elektrisch leitfähigen Pigmenten die mechanischen Eigenschaften des Trägermaterials kaum beeinträchtigt werden.The electrically conductive material formed according to the present invention may have an electrical conductivity of from about 0.1 S / cm to about 200 S / cm, more preferably from about 10 S / cm to about 100 S / cm. The abovementioned conductivities are realized by the electrically conductive pigments having both carbon macromolecules (CNT) and acetylene black particles and expanded graphite. The precise achievable electrical conductivity will vary depending on the percentages of the three different conductive additives, and in particular on the percentages of added carbon black and graphite pigments. The achievable electrical conductivities in filled systems according to the present invention correspond to an increase of the previous limit conductivity by one to two orders of magnitude, while at the same time by the flexible CNT network and the total reduced addition of electrically conductive pigments hardly affect the mechanical properties of the support material be taken.

Des Weiteren ist die obige Aufgabe im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Materials mit den Merkmalen des Patentanspruchs 23 gelöst. Danach ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Materials der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitfähige Pigmente mit einer breiten Größenverteilung und/oder mit unterschiedlicher Form verwendet werden.Of Further, the above object is to a method for Production of an electrically conductive material with the features of claim 23. Thereafter, a method for producing an electrically conductive material of mentioned in the beginning, characterized in that electrically conductive pigments with a wide size distribution and / or with different shape.

Es wird insbesondere eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, bei dem die elektrisch leitfähigen Pigmente zumindest Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) aufweisen, welche dispergiert in einem Lösungsmittel, insbesondere in einem organischen Lösungsmittel, oder dispergiert in Wasser, oder dispergiert in einem Kunststoff, insbesondere in Polycarbonat oder Polyurethan, bereitgestellt werden. Hierbei ist die gleichmäßige Dispergierung/Verteilung möglich durch Verwendung funktionalisierter CNT, die in den genannten Mitteln/Materialien dispergiert sind. Die Einarbeitung/Dispergierung in die gewünschte Matrix aus Trägermaterial hat nach den Vorschriften der Hersteller der CNT zu erfolgen, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten. Dabei sind die starken, zwischen den CNT wirkenden zwischenmolekularen van-der-Waals-Kräfte zu beachten, die üblicherweise eine Dispergierung der CNT erschweren, da sie eine Verknäuelung der Makromoleküle begünstigen.It in particular, an embodiment of the method according to the invention preferred in which the electrically conductive pigments at least carbon nanotubes (CNT) which is dispersed in a solvent, especially in one organic solvents, or dispersed in water, or dispersed in a plastic, especially in polycarbonate or polyurethane. Here is the uniform dispersion / distribution possible by use of functionalized CNT, in the said means / materials are dispersed. The incorporation / dispersion into the desired matrix made of carrier material has to be made in accordance with the instructions of the manufacturer of the CNT one possible even distribution to ensure. The strong intermolecular van der Waals forces acting between the CNTs must be taken into account, usually one Dispersion of the CNT complicate, as they an entanglement of the macromolecules favor.

Um Wiederholungen zu vermeiden, sei hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des Verfahrens auf die Ausführungen bezüglich des elektrisch leitfähigen Materials verwiesen.Around To avoid repetitions is more advantageous in terms of further Embodiments of the method to the statements regarding the electrically conductive material directed.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. Es sei ganz besonders hervorgehoben, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf eines dieser Ausführungsbeispiele einschränken.Regarding further advantageous embodiments and developments of the teaching of the invention will be attached to the claims directed. It is particularly emphasized that the above described embodiments only for discussion the teaching of the invention serve, but do not limit these to one of these embodiments.

Claims (26)

Elektrisch leitfähiges Material, umfassend ein Trägermaterial, insbesondere einen Kunststoff oder ein Bindemittel, und im Trägermaterial verteilte elektrisch leitfähige Pigmente, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente eine breite Größenverteilung und/oder unterschiedliche Formen aufweisen.Electrically conductive material, comprising a carrier material, in particular a plastic or a binder, and electrically conductive pigments distributed in the carrier material, characterized in that the electrically conductive pigments have a broad size distribution and / or different shapes. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial Polyurethan, Polyacrylat, Polycarbonat oder Mischungen hiervon aufweist.Electrically conductive Material according to claim 1, characterized in that the carrier material is polyurethane, Polyacrylate, polycarbonate or mixtures thereof. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente fein dispergiert innerhalb des Trägermaterials vorliegen.Electrically conductive Material according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically conductive Pigments are finely dispersed within the carrier material. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente lang gestreckte und/oder faserartige Pigmente aufweisen.Electrically conductive Material according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the electrically conductive pigments have elongated and / or fibrous pigments. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lang gestreckten und/oder faserartigen Pigmente ein Verhältnis der Länge zum Durchmesser von mindestens 100 aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 4, characterized in that the long stretched and / or fibrous pigments a ratio of Length to Have a diameter of at least 100. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lang gestreckten und/oder faserartigen Pigmente zumindest im Wesentlichen entlang der Richtung des zu leitenden elektrischen Stroms ausgerichtet sind.Electrically conductive Material according to claim 4 or 5, characterized in that the elongated and / or fibrous pigments at least substantially aligned along the direction of the electrical current to be conducted are. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente kohlenstoffbasiert sind.Electrically conductive Material according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the electrically conductive pigments are carbon based. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente Kohlenstoff-Makromoleküle (Fullerene) aufweisen.Electrically conductive Material according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the electrically conductive pigments Carbon macromolecules (Fullerenes). Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fullerene eine pentagonale oder hexagonale Anordnung der Kohlenstoffatome aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 8, characterized in that the fullerenes a pentagonal or hexagonal arrangement of the carbon atoms exhibit. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fullerene Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nano Tubes, CNT) aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 8 or 9, characterized in that the Fullerene carbon nanotubes (Carbon Nano Tubes, CNT). Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) einen Durchmesser von ungefähr 1 Nanometer (nm) bis ungefähr 20 nm aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 10, characterized in that the carbon nanotubes (CNT) a diameter of about 1 nanometer (nm) to about 20 nm. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) ein Verhältnis der Länge zum Durchmesser von ungefähr 100 bis ungefähr 10000 aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 10 or 11, characterized in that the carbon nanotubes (CNT) a relationship the length to Diameter of about 100 to about 10,000 exhibit. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) ein Verhältnis der Länge zum Durchmesser von ungefähr 1000 aufweisen.An electrically conductive material according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the carbon nanotubes (CNT) have a length to diameter ratio of about 1000 sen. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) ungefähr 1 Massenprozent (Ma.-%) bis ungefähr 30 Ma.-%, insbesondere ungefähr 1 Ma.-% bis ungefähr 10 Ma.-% beträgt.Electrically conductive Material according to one of the claims 10 to 13, characterized in that the proportion of carbon nanotubes (CNT) approximately 1 mass% (wt%) to about 30 wt%, especially about 1 wt% until about 10 Ma .-% is. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) innerhalb des Trägermaterials mit ungefähr 100 Nanometer (nm) bis ungefähr 1000 nm voneinander beabstandet vorliegen.Electrically conductive Material according to one of the claims 10 to 14, characterized in that the carbon nanotubes (CNT) within the carrier material with approximately 100 nanometers (nm) to about 1000 nm apart. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente Ruß, insbesondere Acetylenruß, aufweisen.Electrically conductive Material according to one of the claims 1 to 15, characterized in that the electrically conductive pigments Soot, in particular acetylene black, exhibit. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußpigmente einen Durchmesser von ungefähr 50 Nanometer (nm) bis ungefähr 500 nm, insbesondere von ungefähr 100 nm bis ungefähr 350 nm, aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 16, characterized in that the carbon black pigments have a Diameter of about 50 nanometers (nm) to about 500 nm, in particular approximately 100 nm to about 350 nm. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußpigmente eine elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 10 Siemens/cm (S/cm) bis ungefähr 40 S/cm, insbesondere von ungefähr 25 S/cm, aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 16 or 17, characterized in that the carbon black pigments an electrical conductivity from about 10 Siemens / cm (S / cm) to about 40 S / cm, in particular approximately 25 S / cm. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente Graphit, insbesondere expandierten Graphit, aufweisen.Electrically conductive Material according to one of the claims 1 to 18, characterized in that the electrically conductive pigments Graphite, in particular expanded graphite, have. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphitpigmente einen Durchmesser von ungefähr 2 Mikrometer (μm) bis ungefähr 20 μm, insbesondere von ungefähr 5 μm bis ungefähr 15 μm, aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 19, characterized in that the graphite pigments a diameter of about 2 microns (μm) until about 20 microns, in particular of about 5 μm to approximately 15 microns, have. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphitpigmente eine elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 500 S/cm bis ungefähr 5000 S/cm, insbesondere von ungefähr 1000 S/cm, aufweisen.Electrically conductive Material according to claim 19 or 20, characterized in that the graphite pigments have an electrical conductivity of about 500 S / cm until about 5000 S / cm, in particular of about 1000 S / cm. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch eine elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 0,1 S/cm bis ungefähr 200 S/cm, insbesondere von ungefähr 10 S/cm bis ungefähr 100 S/cm.Electrically conductive Material according to one of the claims 1 to 21, characterized by an electrical conductivity of about 0.1 S / cm to about 200 S / cm, especially about 10 S / cm to about 100 S / cm. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Materials, insbesondere eines elektrisch leitfähigen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Trägermaterials, insbesondere eines Kunststoffs oder eines Bindemittels, – Bereitstellen von elektrisch leitfähigen Pigmenten, – Verteilung der elektrisch leitfähigen Pigmente im Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitfähige Pigmente mit einer breiten Größenverteilung und/oder mit unterschiedlicher Form bereitgestellt werden.Method for producing an electrically conductive material, in particular an electrically conductive material according to a the claims 1 to 22, the method comprising the steps of: - Provide a carrier material, in particular a plastic or a binder, - Provide of electrically conductive pigments - Distribution the electrically conductive Pigments in the carrier material, thereby characterized in that electrically conductive pigments having a broad Size distribution and / or be provided with different shape. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitfähige Pigmente bereitgestellt werden, die lang gestreckte und/oder faserartige Pigmente aufweisen.Method according to claim 23, characterized that electrically conductive Pigments are provided which are elongate and / or fibrous Have pigments. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente dispergiert in einem Lösungsmittel, insbesondere in einem organischen Lösungsmittel, oder dispergiert in Wasser, oder dispergiert in einem Kunststoff, insbesondere in Polycarbonat oder Polyurethan, bereitgestellt werden.Method according to claim 23 or 24, characterized that the electrically conductive pigments dispersed in a solvent, especially in an organic solvent, or dispersed in water, or dispersed in a plastic, especially in Polycarbonate or polyurethane. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pigmente innerhalb des Trägermaterials fein dispergiert werden und/oder entlang der Richtung des zu leitenden Stroms ausgerichtet werden.Method according to one of claims 23 to 25, characterized that the electrically conductive Pigments within the carrier material be finely dispersed and / or along the direction of the conductive Electricity to be aligned.
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