DE3439846C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf elektrisch leitfähige Zusammensetzungen.
In neuerer Zeit waren die Metallphthaloxyanine als elektrisch
leitfähige, photoleitfähige und energieumwandelnde Stoffe,
Elektrodenmaterialien und Katalysatoren wegen der Anwesenheit
eines Metallions in einem großen π-elektronenkonjugierten
System stark beachtet worden. Mischungen von Metallphthalocyaninen
und Polymeren können leicht zu Folien od. dgl. verformt
werden. Es muß angenommen werden, daß eine große Vielzahl
von hochgradig funktionellen Polymermaterialien mit Leitfähigkeit
entwickelt werden kann. Metallphthalocyanine sind jedoch
gegenüber konventionellen Polymeren, wie beispielsweise Polyacrylaten,
nur wenig verträglich und schwach löslich in
organischen Lösungsmitteln, wie Toluol. Es ist außerordentlich
schwierig, Metallphthalocyanine in Polymeren gleichmäßig zu
dispergieren, und deshalb haben die erhaltenen Polymergemische
eine niedrige Leitfähigkeit.
Es sind schon Metallphthalocyanintetracarbonsäuren synthetisiert
worden, bei denen -COOH-Radikale an die Benzolkerne
des Phthalocyaninringes gebunden sind, um die Löslichkeit und
Verträglichkeit zu verbessern, wie von Shirai et al. in
Makromol Chem., 180, 2073 (1979), berichtet wird. Diese
Metallphthalocyanintetracarbonsäuren sind jedoch sowohl hinsichtlich
Löslichkeit als auch Verträglichkeit noch unzureichend.
Es wurde vermutet, daß diese Metallphthalocyanintetracarbonsäuren
mit Alkoholen zu Alkylestern verestert werden können,
die eine verbesserte Löslichkeit aufweisen. Allerdings zeigten
die Metallphthalocyanintetracarbonsäuren-tetraalkylester
keine hinreichende Leitfähigkeit, weil die an die
Benzolkerne gebundenen Alkylgruppen eine sterische Behinderung
verursachen, die die planaren Phthalocyaninringe benachbarter
Moleküle daran hindern, sich dicht nebeneinander zu legen.
Aus der GB-PS 11 90 410 ist auch noch die Massenanfärbung von
synthetischen linearen Polyamiden bekannt, wobei während deren
Ausbildung ein oder mehrere Farbstoffe der Formel
wobei Pc ein metallfreier oder metallhaltiger Phthalcyaninfarbstoffrest,
der frei von Sulfonsäuregruppen ist, Y eine OH-
oder NH₂-Gruppe und n eine ganz Zahl von 1 bis 4 ist, eingearbeitet
wird. Hierfür ist jedoch höchstens eine Menge von etwa
1 Gew.-% an Phthalocyaninen erforderlich. Diese Mengen sind für
die Anfärbung völlig ausreichend. Hingegen ist die Frage der
Leitfähigkeit hier in keiner Weise gestellt. Außerdem werden
die Phthalocyanine während der Synthese der Polyamide in diese
eingearbeitet und werden somit Bestandteil der Molekülkette.
Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, elektrisch leitfähige
Zusammensetzungen anzugeben, die eine Metallphthalocyaninverbindung
enthalten und die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen
und leicht herzustellen und zu verformen sind.
Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch eine elektrisch
leitfähigkeit Zusammensetzung gemäß den vorstehenden Patentansprüchen
gelöst.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß Phthalocyanine, wenn sie in
einer Menge von mindestens 20 Gew.-% vorhanden sind, ein Polymer
elektrisch leitfähig machen. Die Phthalocyanine sind jedoch
nicht chemisch an das Polymere gebunden.
Die in Rede stehenden Metallphthalocyaninverbindungen sind
solche, bei denen an zwei der vier in dem Phthalocyaninring
kondensierten Benzolkerne Carboxylradikale oder Alkoxycarbonylradikale
gebunden sind. Die beiden jeweils ein Carboxyl- oder
Alkoxycarbonylradikal gebunden enthaltenen Benzolkerne können
direkt miteinander benachbart sein oder zwischen sich einen
anderen Benzolkern in dem Phthalocyaninring enthalten. Im
allgemeinen sind Gemische aus diesen beiden Typen von Isomeren
verfügbar. Insbesondere sind an den Benzolkern ein Carboxyl-
oder Alkoxycarbonylradikal in 3- oder 4-Stellung gebunden.
Dies bedeutet, daß Substituenten in 3- und 3′-Stellung,
3- und 4′-Stellung, 4- und 3′-Stellung, 4- und 4′-Stellung,
3- und 3′′-Stellung, 3- und 4′′-Stellung, 4- und 3′′-Stellung
oder 4- und 4′′-Stellung befinden. Üblicherweise liegen
Gemische aus diesen Isomeren vor.
Die Substituierten, die sich in diesen Stellungen der beiden
Benzolkerne befinden, sind Carboxyl- oder Alkoxycarbonylradikale.
Unter üblichen Herstellungsbedingungen sind die
Substituenten jeweils beide Carboxylgruppen oder beide Alkoxycarbonylgruppen
unter Bildung einer Metallphthalocyanindicarbonsäure
oder ihrer Dialkylester.
Die Alkylgruppe der Alkoxycarbonylradikale kann im allgemeinen
unsubstituiert sein und 1 bis etwa 30 Kohlenstoffatome
enthalten; sie kann aber auch substituiert sein.
Die im Zentrum der Metallphthalocyanine vorhandenen Metallatome
sind nicht besonders eingeschränkt und umfassen Fe,
Cu, Co, Ni, V, Pb, Si, Ge, Sn, Al, Ru, Ti, Zn, Mg, Mn und
V. Zu bevorzugende Metallatome sind Eisen, Kupfer, Kobalt
und Nickel. Es ist auch möglich, daß ein oder zwei andere
Liganden an jeder Seite an den Phthalocyaninring koordiniert
sind.
Die Synthese dieser Metallphthalocyaninverbindungen wird
nachfolgend erläutert.
Zunächst können Metallphthalocyanindicarbonsäurealkylester
durch Mischen von Trimellitsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid,
einem Metallchlorid und Harnstoff und Umsetzen in Nitrobenzol
in Gegenwart von Ammoniummolybdatkatalysator synthetisiert
werden. Die Trimetallitsäure- und Phthalsäureanhydride können
vorzugsweise in äquimolaren Mengen vorliegen. Das Reaktionsprodukt
wird dann beispielsweise durch Soxhletextraktion
mit Methanol gewonnen. Es enthält MtPc(CONH₂) x , wobei Mt
ein Metallatom, Pc einen Phthalocyaninring und x eine ganze
Zahl von 1 bis 4 bedeutet. Dieses Zwischenprodukt MtPc(CONH₂) x
wird dann mit Kaliumhydroxid (KOH) beispielsweise bei einer
Temperatur von etwa 100°C hydrolysiert. Der Niederschlag
wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und mit Kaliumhydroxid
gereinigt, wodurch MtPc(COOH) x erhalten wird. Dieses Produkt
wird dann in Gegenwart von Thionylchlorid (SOCl₂) am Rückfluß
erhitzt, eingedampft, gewaschen und getrocknet, wobei
MtPc(COCl) x erhalten wird. Dieses Zwischenprodukt wird dann
mit einem Alkohol entsprechend dem Alkyl des angestrebten
Alkylesters beispielsweise etwa 10 Stunden lang bei etwa
100°C umgesetzt. Das Produkt wird filtriert, gespült und
getrocknet. Es wird MtPc(COOR) x erhalten, wobei R eine Alkylgruppe
ist.
Das Produkt MtPc(COOR) x wird dann beispielsweise in Benzol
gelöst und in einer Silikagelsäule unter Verwendung von
Benzol/Äther-Entwickler entwickelt. Der flüssige Anteil, der
anfänglich heraustropft, wird eingedampft und getrocknet,
wobei der Dicarbonsäureester MtPc(COOR)₂ erhalten wird.
Dieser ist ein Gemisch aus verschiedenen Isomeren, wie vorstehend
erläutert, und entwickelt im Infrarotabsorptionsspektrum
unabhängig von der Anzahl der Kohlenstoffatome der
Alkylgruppe Spitzen bei ν (C=O) 1720 cm-1 und ν (CH₂) 2900 cm-1.
Die Metallphthalocyanindicarbonsäuren können hergestellt
werden, indem das vorstehend erhaltene Produkt MtPc(COOR)₂
mit 1n Kaliumhydroxid-Äthanol-Lösung unter Erhitzen am
Rückfluß hydrolytisch gespalten wird, wonach isoliert und
gereinigt wird.
Alternativ werden 2,2-Bis(p-trimellitphenyl)-propandianhydrid
und Phthalsäurenanhydrid, vorzugsweise in äquimolaren Mengen,
auf die vorstehend beschriebene Weise umgesetzt. Dieses Produkt
wird dann beispielsweise durch Extrahieren mit Methanol
isoliert und weiterhin auf ähnliche Weise hydrolysiert und
gereinigt, wobei eine Dicarbonsäure MtPc(COOH)₂ erhalten
wird. In diesem Fall sind die Carboxylgruppen (-COOH) an
Benzolkerne gebunden, die über einen dazwischenliegenden
Benzolkern benachbart sind.
Die auf eine der vorstehend beschriebenen Verfahrensweisen
hergestellten Dicarbonsäuren MtPc(COOH)₂ entwickeln im
Infrarotabsorptionsspektrum eine Spitze bei ν (C=O) 1680 cm-1.
Ein Ester MtPc(COOR)₂ kann auf die gleiche Weise wie vorstehend
beschrieben auch durch Verestern einer Dicarbonsäure
MtPc(COOH)₂, bei der zwei Carboxylgruppen -COOH an die Benzolkerne
gebunden sind, die über einen dazwischenliegenden
Benzolkern miteinander benachbart sind, hergestellt werden.
Einige beispielhafte Phthalocyaninverbindungen nach der
Erfindung sind nachfolgend erläutert, stellen jedoch keinerlei
Einschränkungen des Erfindungsbereiches dar.
Ein trennbarer 500-ml-Dreihalskolben wurde mit einem Gemisch
aus 8,2 g (0,06 Mol) Trimellitsäureanhydrid, 10,6 g
(0,006 Mol) Phthalsäureanhydrid, 4,8 g (3,7×10-2 Mol)
Nickelchlorid und 60 g (1,0 Mol) Harnstoff bestehenden Gemisch
und außerdem 100 ml Nitrobenzol beschickt. Die Reaktionsteilnehmer
wurden zum Umsetzen in Gegenwart von Ammoniummolybdatkatalysator
bei 160 bis 170°C zwei Stunden lang
gerührt. Nach Beendigung der Reaktion wurde das feste Reaktionsprodukt
mit Methanol 48 Stunden lang der Soxhletextraktion
unterzogen, um nichtumgesetzte Reaktionsteilnehmer und
Nitrobenzol zu entfernen, und dann im Vakuum bei 50°C getrocknet.
Es wurde durch Infrarotspektroskopie analysiert.
IR (KBr): 1650 cm-1 [ν (C=O) von -CONH₂]
Ein 2-l-Dreihalskolben wurde mit 20 g des Produktes
NiPc(CONH₂)₂, 500 g Kaliumhydroxid und 500 g destilliertem
Wasser beschickt. Das Gemisch wurde 24 Stunden lang bei 100°C
gerührt. Nach Beendigung der Umsetzung wurde das Produkt auf
einem G4-Filter gesammelt, in etwa 3 bis 4 l Wasser gelöst
und durch Filtrieren durch ein G4-Filter von unlöslichen
Bestandteilen befreit. Das Filtrat wurde durch Zufügen von
6n wäßrigen Salzsäure auf den pH-Wert 2 angesäuert, und der
erhaltene blaue Niederschlag wurde abfiltriert.
Der Niederschlag wurde dann in etwa 3 oder 4½ bis 5%iger
wäßriger Kaliumhydroxidlösung gelöst, auf die vorstehend beschriebene
Weise gereinigt, bei 150°C getrocknet, in einem
Mörser vollständig pulverisiert und nochmals im Vakuum bei
70°C getrocknet, wobei NiPc(COOH)₂ in einer Ausbeute von
etwa 30 bis 40 Gew.-% erhalten wurde. Das Produkt wurde
durch Infrarotspektroskopie analysiert.
IR (KBr): 1720 cm-1 [ν (C=O) von -COOH]
Dann wurden 5 g des Produktes NiPc(COOH)₂ 10 Stunden lang
mit 20 ml Thionylchlorid am Rückfluß erhitzt. Nach Beendigung
der Umsetzung wurde das Thionylchlorid eingedampft und das
Reaktionsprodukt gründlich mit wasserfreiem Benzol gewaschen
und bei 50°C im Vakuum getrocknet.
Dann wurden 5 g des Produktes NiPc(COCl) x mit 20 ml Decylalkohol
gemischt und bei 100°C 10 Stunden lang umgesetzt.
Es wurde Methanol zugegeben, und das Produkt wurde filtriert,
gründlich mit weiterem Methanol gewaschen und im Vakuum bei
50°C getrocknet. Das feste Produkt wurde in Benzol gelöst,
und die unlöslichen Bestandteile wurden abfiltriert. Das
Filtrat wurde eingedampft und der Rückstand im Vakuum bei
50°C getrocknet, wobei NiPc(COOC₁₀H₂₁) x erhalten wurde.
Die Infrarotanalyse hatte das folgende Ergebnis:
IR (KBr): 1720 cm-1 [ν (C=O) von -COOC₁₀H₂₁]
Das Produkt NiPc(COOC₁₀H₂₁) x wurde in Benzol gelöst und durch
Dünnschichtchromatographie unter Verwendung eines 3/1-Gemisches
(Volumen) von Benzol und Äthanol als Entwickler isoliert.
Dasselbe Produkt NiPC(COOC₁₀H₂₁) x wurde in Benzol gelöst und
in einer Kieselsäule unter Verwendung eines
3/1-Gemisches (Volumen) von Benzol und Äther als Entwickler
entwickelt. Anfänglich tropfte eine blaue Flüssigkeit heraus,
die gesammelt und eingedampft wurde. Der Rückstand wurde im
Vakuum bei 50°C getrocknet, wobei der Diester NiPc(COOC₁₀H₂₁)₂
erhalten wurde, der durch Infrarotspektroskope, elektromagnetische
Spektroskopie und Elementaranalyse untersucht
wurde.
Infrarotspektroskopie:
IR (KBr): 1720 cm-1 [ν (C=O)], 2900 cm-1 [ν (CH₂)]
λ max (log ε ): 664 nm (4,32), 606 nm (4,47) und 470 nm (3,35)
Elementaranalyse:
Berechnet: | |
69,01% C 11,92% N 6,01% H 6,20% Metall | |
Gefunden: | 66,8% C 11,42% N 5,97% H 7,06% Metall |
Es sollte vermerkt werden, daß das Produkt NiPc(COOC₁₀H₂₁)₂
ein Isomerengemisch ist, wie vorstehend erläutert.
Das Verfahren der Synthese 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme,
daß der Ausgangsstoff NiCl₂ durch CuCl₂ ersetzt wurde.
Dabei wurde CuPc(COOC₁₀H₂₁)₂ erhalten. Die Analysenergebnisse
sind nachstehend zusammengestellt:
Infrarotspektroskopie:
IR (KBr): ν (C=O) 1720 cm-1, ν (CH₂) 2900 cm-1
Elektromagnetisches Spektrum:
λ max (log ε ): 681 nm (4,94), 673 nm (4,95) und 611 nm (4,85)
Elementaranalyse:
Berechnet: | |
68,66% C 11,86% N 5,98% H 6,73% Metall | |
Gefunden: | 67,54% C 11,14% N 6,03% H 6,25% Metall |
Das Verfahren der Synthese 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme,
daß das zentrale Metallatom aus der Gruppe Fe, Co, Ni und Cu
ausgewählt und der zur Veresterung eingesetzte Alkohol durch
Alkohole mit nicht mehr als 30 Kohlenstoffatomen ersetzt
wurde. Die Infrarotspektroskopie zeigte jeweils dieselben
Werte für ν (C=O) und ν (CH₂) wie vorstehend, und durch die
Elementaranalyse wurde sichergestellt, daß es bei den Produkten
um MtPc(COOR)₂ handelte.
Das gemäß Synthese 1 hergestellte Produkt NiPc(COOC₁₀H₂₁)₂
wurde zusammen mit äthanolischer 1n Kaliumhydroxidlösung
2 Stunden lang am Rückfluß erhitzt. Das Produkt wurde auf
die in Synthese 1 beschriebene Weise isoliert und gereinigt.
Es wurde infrarotspektroskopisch analysiert.
IR (KBr): 1680 cm-1 [ν (C=O), von -COOH]
Dann wurden 2,5×10-5 Mol des Produktes NiPc(COOH)₂ in 20 ml
0,01 n wäßrigem Kaliumhydroxid gelöst. Der pH-Wert dieses
Systems wurde mit einem pH-Meter
gemessen, wobei mit 0,05 n wäßriger Salzsäure
zurücktitriert wurde. Durch Aufzeichnen des pH-Wertes mit
Bezug zu der Menge an zugefügter Salzsäure wurde eine Titrationskurve
erhalten, aus der die Konzentration von COOH
bestimmt wurde.
Gefunden: 14,31%, Berechnet: 13,64%
Die Ergebnisse der elektromagnetischen Spektroskopie
und der Elementaranalyse sind nachstehend angegeben.
Elektromagnetisches Spektrum:
λ max (log ε ): 679 nm (4,02), 603 nm (4,11) und 472 nm (3,17)
Elementaranalyse:
Berechnet: | |
61,87% C 16,98% N 2,45% H 8,91% Metall | |
Gefunden: | 57,75% C 16,04% N 2,63% H 9,38% Metall |
Durch Wiederholen des Verfahrens nach Synthese 4 mit der Ausnahme,
daß CuPc(COOC₁₀H₂₁)₂ verwendet wurde, wurde hier
CuPc(COOH)₂ erhalten. Die Analysenergebnisse sind nachfolgend
zusammengestellt:
Infrarotspektroskopie:
IR (KBr): [ν (C=O)], 1680 cm-1
Elektromagnetisches Spektrum:
λ max (log e ): 690 nm (4,17) und 605 nm (4,55)
Elementaranalyse:
Berechnet: | |
61,42% C 16,14% N 2,43% H 9,56% Metall | |
Gefunden: | 59,54% C 16,44% N 2,47% H 9,15% Metall |
Die entsprechenden Fe- und Co-Komplexe zeigten dieselben
Infrarotspektroskopiewerte, und die Elementaranalyse ergab,
daß MtPc(COOH)₂ erhalten worden war.
Nach dem Verfahren der Synthese 1 wurden 30 g 2,2-Bis(p-trimellitphenyl)propandianhydrid
und 10,6 g Phthalsäureanhydrid
mit Nickelchlorid und Harnstoff umgesetzt und dann der Soxhletextraktion
mit Methanol unterzogen. Nach dem Trocknen wurden
5 g des Produktes mit einer minimalen Menge konz. Schwefelsäure
gelöst, langsam in einen mit Eis gefüllten 1-1-Becher gegossen
und ausfallen gelassen. Der Becher wurde mit destilliertem
Wasser bis zu einem Gesamtvolumen von 1 l aufgefüllt. Der
Niederschlag wurde abfiltriert und mit destilliertem Wasser
gewaschen, bis das Waschwasser neutral reagierte. Es wurde
im Vakuum getrocknet und dann zusammen mit 50%igem Kaliumhydroxid/Äthanol
24 Stunden lang am Rückfluß erhitzt. Die
erhaltene Substanz wurde auf die in Synthese 1 beschriebene
Weise isoliert und gereinigt.
Infrarotspektroskopie:
IR (KBr): 1680 cm-1 [ν (C=O) von -COOH]
Die Elementaranalyse und das elektromagnetische Spektrum
ergaben, daß dieses Material dem nach Synthese 4 erhaltenen
entsprach.
Es wurde in diesem Fall gefunden, daß die Carboxylgruppen
(-COOH) in 3-Stellung und 3′′-Stellung oder 4′′-Stellung
gebunden waren.
Diese Phthalocyaninverbindungen konnten mit organischen Polymeren
zur Bildung von elektrisch leitfähigen Zusammensetzungen
nach der Erfindung gemischt werden.
Die hier verwendeten organischen Polymeren sind beispielsweise
Vinylharze, Vinylidenharze, Polyurethane, Polyester, Polyamide,
Cellulosederivate, Epoxyharze, Phenolharze, Polyäthylen,
Polypropylen und andere hochmolekulare organische Polymere,
wobei die aufgezählten jedoch keinerlei Einschränkung des
Erfindungsbereiches bedeuten.
Die Phthalocyaninverbindungen und die Polymeren können in der
Weise miteinander vermischt werden, daß die erhaltenen Zusammensetzungen
etwa 1 bis 80 Gew.-% Polymer enthalten.
Die die Phthalocyaninverbindungen und die Polymeren enthaltenden
elektrisch leitfähigen Zusammensetzungen nach der Erfindung
können auf übliche Weise zu Formkörpern verarbeitet werden,
beispielsweise nach den folgenden Verfahren.
Nach einer Methode werden Phthalocyaninverbindung und Polymer
vorzugsweise in einem geeigneten zugesetzten Lösungsmittel in
einem Mischbehälter, beispielsweise einer Kugelmühle, miteinander
der vermahlen, wodurch ein elektrisch leitfähiges Anstrich-
oder Überzugsgemisch erhalten wird. Das Gemisch wird dann zur
Ausbildung eines Films aus elektrisch leitfähiger Zusammensetzung,
wahlweise durch Verdampfen des Lösungsmittels, auf einen
geeigneten Träger aufgetragen.
Alternativ werden Phthalocyaninverbindung und Polymer, vorzugsweise
mit einem geeigneten zugesetzten Lösungsmittel, vermahlen
und zu einem Film oder Plättchen verformt, wahlweise durch
Verdampfen des Lösungsmittels.
Die wahlweisen Lösungsmittel, die den Gemischen zugesetzt werden
können, sind Ketone, wie Methyläthylketon, Methylisobutylketon,
Cyclohexanol usw., aromatische Lösungsmittel, wie Toluol, Xylol
usw., halogenhaltige Lösungsmittel, wie Dichloräthan, Trichlen,
usw., Alkohole, wie Methanol, Äthanol, Propanol, Methylcellosolve,
Äthylcellosolve usw., und Ester, wie Butylacetat, Äthylacetat,
Carbitolacetat, Butylcarbitolacetat usw.
Die Menge an zugesetztem Lösungsmittel kann im allgemeinen
etwa 5 Teile oder weniger betragen, vorzugsweise etwa 1 bis
etwa 5 Teile pro Gewichtsteil Polymer.
Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die elektrisch
leitfähigen Zusammensetzungen nach der Erfindung zur Verbesserung
der Leitfähigkeitseigenschaften noch dotiert.
Die hier verwendeten Dotierungssubstanzen können beliebige
ionische Dotierungssubstanzen sein. Unter diesen sind Säuren,
wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Perchlorsäure
und Schwefeltrioxid (SO₃) und Halogene, wie Jod, Brom und
Chlor, besonders zu bevorzugen, weil mit diesen die größte
Verbesserung der Leitfähigkeit erzielt wird.
Die Polymergemische können gewöhnlich mit diesen Dotierungssubstanzen
in einer Konzentration von nicht mehr als 100 Mol-%,
vorzugsweise 0,1 bis 10 Mol-%, bezogen auf die Molmenge des
Phthalocyaninrestes in dem Polymer, dotiert werden. Die
Polymergemische können dotiert werden, indem man sie mit
den Dotierungssubstanzen in der Dampfphase bei einer Temperatur
von Raumtemperatur bis etwa 80°C für einen bestimmten Zeitraum
zwischen 5 Minuten bis zu 5 Tagen in Kontakt bringt.
Auch Füllstoffe, wie Ruß und Calciumcarbonat, Pigmente, verschiedene
magnetische Pulver u. dgl., können in den elektrisch
leitfähigen Zusammensetzungen nach der Erfindung vorhanden
sein.
Die elektrisch leitfähigen Zusammensetzungen nach der Erfindung
sind für eine Vielzahl von Anwendungen als unterschiedliche
elektrisch leitfähige Anstriche, als Magnetschichten, Deckschichten,
Zwischenschichten und Rückseitenbeschichtungen auf
Magnetaufzeichnungsmedien sowie als verschiedene elektrisch
leitfähige Filme und Plättchen einsetzbar.
Die vorliegende Erfindung hat eine Reihe von Vorzügen. Zunächst
sind die Metallphthalocyaninverbindungen nach der Erfindung,
bei denen an zwei Benzolkerne in dem Phthalocyaninring
jeweils Carboxyl- oder Alkoxycarbonylgruppen gebunden sind,
besser löslich als die Verbindungen ohne solche Substituenten
oder die Tetracarbonsäuren und ihrer Ester mit vier solchen
an die Benzolkerne gebundenen Substituierten. Insbesondere sind
die Metallphthalocyaninverbindungen nach der Erfindung gut
löslich in organischen Lösungsmitteln, wie Chloroform, Benzol,
Toluol, Dioxan, Dimethylformamid, Methyläthylketon usw.
Sie sind auch hochgradig verträglich gegenüber Harzen, wie
Epoxyharzen, Vinylchlorid-Vinylacetat-Kopolymerisaten und
Polyurethanen.
Ihre elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften werden im Gegensatz
zu den Tetracarbonsäuren und Tetracarbonsäurealkylestern,
bei denen die sterische Behinderung die planaren Phthalocyaninringe
benachbarter Moleküle daran hindert, sich dicht nebeneinander
zu legen, nicht beeinträchtigt.
Ein weiterer Vorzug ist die leichte Herstellbarkeit. Die elektrisch
leitfähigen Zusammensetzungen mit hoher Leitfähigkeit
nach der Erfindung haben äußerst niedrige Gestehungskosten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen im einzelnen
erläutert, die jedoch keinerlei Einschränkung des
Erfindungsbereiches bedeuten. Die angegebenen Teile und Prozentsätze
sind jeweils Gewichtsteile und Gewichtsprozente.
Die nach Synthese 1 bis 6 erhaltenen Phthalocyaninverbindungen
wurden mit einem Gemisch aus einem Teilhydrolysat von Vinylchlorid/Vinylacetat-Kopolymer
(Vinylchloridgehalt 80%) und
einem Polyurethan gemischt in der Weise, daß die Mischungen
jeweils 20% Phthalocyaninverbindung enthielten. Zu 1 Teil
der Polymermischungen wurden 3 Teile eine 1 : 1-Gemisches von
Äthylketon/Toluol zugegeben. Die Mischungen wurden zum Dispergieren
in einer Kugelmühle 20 Stunden lang vermahlen.
Die Mischungen wurden durch Beschichten auf Polyäthylenterephthalatträger
aufgebracht und zu elektrisch leitfähigen Filmen
von 0,8 µm Dicke getrocknet.
Diese elektrisch leitfähigen Filme wurden auf Leitfähigkeit σ
(/Ohm-cm) untersucht. Auch der Glanz wurde bei einem Einfallswinkel
von 60° mit einer Glanzmeßeinrichtung gemäß ASTM D 673
gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Einige Phthalocyaninverbindungen außerhalb des Erfindungsbereiches
wurden ebenfalls mit denselben polymeren Stoffen
gemischt und zu Vergleichszwecken zu Filmen verarbeitet. Bei
Vergleich 1 wurde Nickelphthalocyanitetracarbonsäure und bei
Vergleich 2 Nickelphthalocyanintetracarbonsäuretetradecylester
eingesetzt.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, weisen die aus den Zusammensetzungen
nach der Erfindung erhaltenen Filme verbesserte Leitfähigkeiten,
Glanz und Dispersionsgrad auf. Verbesserter Glanz
deutet auf Verbesserungen der Oberflächenrauhigkeit hin, und
verbesserte Dispersion zeigt gute Verträglichkeit zwischen
Phthalocyaninverbindung und Polymer an.
Vergleichbare Ergebnisse werden aus einem Gemisch aus 60 Teilen
Phenoxyharz
und 40 Teilen Phthalocyaninverbindungen sowie aus 50 Teilen
Polyvinylidenchlorid
und 50 Teilen Phthalocyaninverbindung erhalten.
Die nach den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Filme wurden mit
verschiedenen Mitteln dotiert, nämlich Jod (J₂), Salzsäure
(HCl) und Schwefeltrioxid (SO₃), indem die Filme mit dem Gas
der Dotierungssubstanz 24 Stunden lang bei 25°C in Kontakt
gehalten wurden. Die dotierten Filme wurden auf Leitfähigkeit
untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Die Werte der Tabelle 2 zeigen, daß das Einarbeiten von
Dotierungssubstanzen in Phthalocyanin-Polymer-Filme die Leitfähigkeit
der Filme um einen Faktor von etwa 10² bis 10⁶
verbessert.
Claims (11)
1. Elektrisch leitfähige Zusammensetzung, bestehend aus einer
elektrisch leitfähigen Menge eines Metallphthalocyanins
oder seines Alkylesters, bei dem an jeden von zwei Benzolkernen
der vier in dem Phthalocyaninring kondensierten
Benzolkerne ein Carboxyl- oder Alkoxycarbonylradikal gebunden
ist, sowie 1 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung,
eines organischen Polymeren.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beide substituierten Benzolkerne ein Carboxylradikal
aufweisen.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beide substituierten Benzolkerne ein Alkoxycarbonylradikal
aufweisen.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Carboxyl- oder Alkoxycarbonylradikal an den Benzolkern
in dessen 3- oder 4-Stellung gebunden ist.
5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Carboxyl- oder Alkoxycarbonylradikale in 3- und
3′-Stellung, 3- und 4′-Stellung, 4- und 3′-Stellung,
4- und 4′-Stellung, 3- und 3′′-Stellung, 3- und 4′′-Stellung,
4- und 4′′-Stellung und Kombinationen daraus gebunden sind.
6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Alkylgruppe des Alkoxycarbonylradikals unsubstituiert
ist und 1 bis etwa 30 Kohlenstoffatome aufweist.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zentralmetallatom aus der Gruppe Eisen, Kupfer,
Kobalt und Nickel ausgewählt ist.
8. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymere aus der Gruppe der Vinylharze, Vinylidenharze,
Polyurethane, Polyester, Polyamide, Cellulosederivate,
Epoxyharze, Phenolharze, Polyäthylen und Polypropylen
ausgewählt ist.
9. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie weiterhin mit einer Dotierungssubstanz dotiert ist.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotierungssubstanz aus der Gruppe Salzsäure,
Schwefelsäure, Salpetersäure, Perchlorsäure, Schwefeltrioxid,
Jod, Brom und Chlor ausgewählt ist.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotierungssubstanz in der Zusammensetzung in einer
Konzentration von 0,1 bis 10 Mol-% der Molmenge des Phthalocyaninrestes
in der Zusammensetzung vorhanden ist.
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