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Verfahren zum Schlichten von Glasfasern, Glasfäden, Lunten,
Strängen od. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf Überzugsmischungen (Beschichtungsmaterialien) für Faserglas und richtet sich insbesondere auf nicht wandernde, stärkehaltige Formierungsschlichtezusammensetzungen für
Glasfasern.
Glasfasern werden gewöhnlich sofort nach ihrer Bildung mit einer Schlichtezusammensetzung oder
Beschichtung versehen, weil sie sonst durch Feuchtigkeit und den für dieses Material eigentümlichen ge- genseitigen Abrieb bei der Verarbeitung zerstört werden. Daher ist ein Hauptbestandteil solcher Formie- rungsschlichtezusammensetzungen ein filmbildendes Material, das eine Schutzschicht um die Fasern bil- det und so die Fasern sowohl gegen Abrieb als auch den Feuchtigkeitsangriff schützt. Ferner enthalten derartige Schlichten gewöhnlich noch Gleitmittel, Kupplungsmittel, Emulgatoren, weitere filmbildende
Materialien od. dgl.
Die Wirksamkeit einer Formierungsschlichte hängt weitgehend von ihren filmbildenden Eigenschaften und ihrer Schmierfähigkeit ab. Jedoch spielen bei einer Schlichteabstimmung auch noch andere Faktoren, wie Wirtschaftlichkeit, verfahrenstechnische Überlegungen usw. eine Rolle.
Die Stärke nimmt einmal aus wirtschaftlichen Erwägungen, aber auch wegen ihrer besonderen film- bildenden Eigenschaften und ihrer leichten Entfernbarkeit unter den für Schlichtezusammensetzungen in Frage kommenden filmbildenden Materialien eine dominierende Stellung ein. Trotz des"Kunststoffzeit- alters", der ständig sinkenden Preise für synthetische Harze und deren besonderen Eigenschaften ist die
Stärke das bevorzugte filmbildende Material zur Herstellung von Schlichten geblieben, welche auf in der
Textilindustrie verwendetes faseriges Glasgarn aufgebracht werden.
Die Verwendung von auf Stärke basierenden Schlichten wurde allerdings lange Zeit durch ein als "Wanderung" bezeichnetes Phänomen beeinträchtigt. Hiebei handelt es sich um eine Wanderung der Festkörper von Formierungsschlichten nach der äusseren Oberfläche der aus den geschlichteten Glasfasern gebildeten, gewickelten Bündel und Spulengarne. Dass diese Wanderung nicht auf den während des Aufspulens der Glasfasern zu den Bündeln auftretenden Zentrifugalkräften beruht, haben direkt nach dem Aufspulen vorgenommene Untersuchungen ergeben.
Die schädlichen Einflüsse der "Wanderung" sind an den Eigenschaften und dem Aussehen sowohl der Zwischen- als auch Endprodukte zu erkennen. Diese "Wanderung" ist hauptsächlich als die Ursache für einen als"Farbstreifenbildung"bezeichneten Effekt anzusehen, welcher bei Geweben anzutreffen ist, die aus von der Wanderung betroffenen faserigen Glasspinnfäden oder Garnen gebildet werden. Glasfasergewebe werden nach dem Weben einer Wärmebehandlung unterzogen, damit sich das Gewebe absetzt oder die Glasfasergarne in den gewebten Endprodukten dauerhaft gekräuselt werden. Die Behandlung wird angewendet, um den Griff, die Drapierung und ganz allgemein das Aussehen dieser Gewebe zu verbessern, sowie um deren Lebensdauer zu erhöhen.
Die hohen Temperaturen sind zum Absetzen des Gewebes notwendig, wobei gleichzeitig ein Verflüchtigen oder ein Abbau der auf den Gewebefasern befindlichen Formierungsschlichte stattfindet. Das Entfernen der Schlichte ist dann wünschenswert, wenn in einem nachfolgenden Verfahrensgang eine Beschichtung mit Harzen oder eine Endbehandlung, die im Aufbringen von Harz und Pigment besteht, erfolgt, da andernfalls eine Unverträglichkeit von Gewebe und Harz die Folge sein könnte.
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Ist jedoch der Schlichteüberzug auf den Glasfasern uneinheitlich, wie z. B. bei von einer Wanderung der Schlichte betroffenen Glasfasern, so tritt eine Vielzahl von Problemen auf. Beispielsweise genügt schon eine üblicherweise zum Entfernen eines normalen Schlichteüberzuges angewendete Temperatur, um die einen hohen Festkörpergehalt aufweisenden, d. h. übermässig beschichteten, durch die Wanderung entstandenen Gebiete zu"karamelisieren"oder zu verkohlen. Folglich erhalten solche Gewebe ein mehrfarbiges oder streifiges Aussehen, das sie für eine Verwendung ungeeignet erscheinen lässt.
Ferner werden zum Kräuseln und Absetzen der verwebten Fasern Temperaturen angewendet, die die Schmelztemperaturen von Glas erreichen, so dass dieses erweicht. Bei von einer Wanderung betroffenen Glasfasern wirken offenbar die Gebiete hohen Festkorpes : gehaltes als Wärmespeicher, die ein Schmelzen der Glasfasern verursachen, obwohl die Ofentemperaturen zur Verhinderung dieses Schmelzens der Glasfasern genauestens eingeregelt werden.
Ein weiteres ernstes Problem bildet die ungleichmässige Zugspannung der von der Wanderung betroffenen Bereiche. Das ist insbesondere für die Herstellung z. B. von Webwaren von erheblichem Nachteil, wenn der Webstuhl genauestens auf die Zugspannungscharakteristiken der zu verarbeitenden Materialien eingestellt wird. Abweichungen im Zugspannungsverhalten der Fäden haben fehlerhafte Endprodukte oder Betriebsstörungen zur Folge.
Weitere Schwierigkeiten ergeben sich durch gebrochene Fäden oder durch Fusseln, die in erhöhtem Masse in von der Wanderung betroffenen Garnen auftreten. Ein solches Brechen hat nicht nur unansehnliche Produkte und eine verringerte Festigkeit derselben zur Folge, sondern wirkt sich auch bei der Fabrikation sehr nachteilig aus, da die gebrochenen Fadenenden zur Bildung von Knäueln, Knoten und andern Hemmnissen für das Verfahren Anlass geben.
Obwohl das Vorherrschen gebrochener Fäden in von der Wanderung betroffenem Garn nicht ohne weiteres zu erklären ist, kann offenbar doch angenommen werden, dass bei der Wanderung nicht nur eine hohe Festkörperablagerung auftritt, sondern auch unterbeschichtete Gebiete, welche dadurch entstehen, dass der relativ gleichmässige Überzug zerfällt, weil die Schlichtefestkörper von dem einen Bereich zum andern Bereich unter Bildung von Festkörperkonzentrationen abwandern. Folglich entbehren die unterbeschichteten oder ungeschlichteten Gebiete des Schutzes und werden daher empfindlich gegenüber Abrieb und dem damit in Verbindung stehenden Brechen der Fasern.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung verbesserter, Stärke enthaltender Schlichtezusammensetzungen für Glasfasern, welche keine Wanderungstendenz aufweisen und verbesserte Schlichteeigenschaften besitzen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Schlichten von Glasfasern, Glasfäden, Lunten, Strängen od. dgl. aus kontinuierlichen Glasfäden oder Stapelglasfasern und von aus solchen hergestellten Geweben, mit wässerigen Dispersionen, die Stärke und gegebenenfalls für Glasfaserschlichten übliche Zusätze enthalten, ist dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer wässerigen Dispersion behandelt werden, welche
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Gew.-%schen Gleitmittels und einen Emulgator enthält.
Die bisher verwendeten, auf Stärke aufgebauten Formierungsschlichten enthalten gewöhnlich eine Getreidestärke, deren Amylose-Amylopektin-Verhältnis 25 : 75 beträgt. Die nach der Erfindung verwendete Stärke leitet sich von einem Hybridgetreide ab und besitzt ein Amylose-Amylopektin-Verhältnis von annähernd 60 : 40. (Das Hybridmaterial ist bei der National Starch Co. unter dem Handelsnamen "Amylon"erhältlich.)
Wie bereits erwähnt, können die bekannten Gleitmittel, wie tierische oder pflanzliche Öle, Aminkondensate u. ähnl. oder eine Kombination dieser verwendet werden. Die Emulgierung solcher Gleitmittel kann auch durch die Verwendung der bekannten Emulgatoren gefördert werden.
Man kann auch andere bekannte Zusätze, wie Weichmacher, Dispergiermittel, Netzmittel u. dgl. verwenden.
Die als nichtionische Gleitmittel verwendeten tierischen und pflanzlichen Öle sind die bekannten natürlichen Glycerinester, die ebenso wie die synthetischen Glycerinester auch in einer hydrierten Form verwendet werden können.
Die als kationische Gleitmittel verwendeten Amin-Säureverbindungen sind Amide oderAmin-Säurekondensate, welche aus dem Umsatz von Aminen und normalen, gesättigten Monocarbonsäuren oder Fettsäuren resultieren.
Die verwendeten kationischen-nichtionischen Gleitmittelkombinationen ergeben offenbar die Durchdringung und gewünschte Bindung, indem das nichtionische Gleitmittel das Durchdringen und das gründliche Gleiten der Mehrzahl der Spinnfäden sicherstellt, während das kationische Gleitmittel eine Affinität zu den anionischen Oberflächen der Glasfasern herstellt.
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Obwohl Polyäthylenglykol ein bevorzugter Emulgator ist, können auch andere bekannte Emulgatoren wie Äthylenglykolester, Alkylaryl-polyoxyäthylenalkohole, Polyalkylenamine, Polyoxyäthylenester, Aminkondensate u. dgl. verwendet werden.
In einer bevorzugten Zusammensetzung werden die folgenden Bestandteile, in Gewichtsprozent wie in dem nachfolgenden Beispiel angegeben, verwendet :
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<tb>
<tb> Hybridkornstärke <SEP> 4, <SEP> 9
<tb> hydriertes, <SEP> pflanzliches <SEP> Öl <SEP> 1, <SEP> 18 <SEP>
<tb> Polyoxyäthylensorbitanmonooleat <SEP> 0, <SEP> 19
<tb> Tetraäthylenpentamin-distearat <SEP> 0,22
<tb> Polyäthylenglykol <SEP> 1, <SEP> 15 <SEP>
<tb> Wasser <SEP> Rest
<tb>
Eine Formierungsschlichte wird aus den oben genannten Bestandteilen hergestellt, indem die gesamte Stärke und die Hälfte der vorgesehenen Wassermenge in einem geeigneten Behälter zusammengegeben werden, der PH-Wert mit Salzsäure auf 6,0 : 1 : 0, 2 eingestellt und das Gemisch zum Sieden erhitzt wird.
Das pflanzliche Öl und das Polyoxyäthylensorbitanmonooleat werden dann getrennt davon bei 65 - 750C vermischt, bis zur Inversion der Emulsion gerührt und vorzugsweise bei 140 g/cm2 homogenisiert und die Emulsion, das Tetraäthylenpentamin-distearat und der Rest Wasser der kochenden Stärkelösung unter Rühren zugesetzt.
Die erfindungsgemässen Schlichtezusammensetzungen werden nach den bekannten Verfahren auf Glasfasern sofort nach ihrer Herstellung aufgebracht. In einem bevorzugten Verfahren wird ein Wisch- applikator neben den Fasern und direkt unter den fasererzeugenden Düsen aufgestellt. Die Schlichtezu- sammensetzungen werden von dem sich bewegenden Wischer des Applikators auf die Glasfasern aufge- bracht. Jedoch können auch andere bekannte Verfahren, wie Kontaktverfahren, Tauchen oder Aufsprü- hen, verwendet werden. Zum Beispiel können Polster-oder Rollenapplikatoren, Tauchapparate oder Sprühdüsen verwendet werden.
Der Erfolg der erfindungsgemässen Schlichtezusammensetzungen bei der Bekämpfung der Wanderung wird augenfällig durch die folgende Tabelle demonstriert, in der der Unterschied des Gehaltes an Fest- körpern zwischen den Spinnfäden im Inneren und dem am Rand gewickelten Bündeln aus mit Stärke ge- schlichtetem Glasfasergarn aufgezeigt ist :
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<tb>
<tb> Festkörpergehalt <SEP> Festkörpergehalt
<tb> der <SEP> Schlichte <SEP> im <SEP> der <SEP> Schlichte <SEP> am
<tb> Schlichte <SEP> Inneren <SEP> in <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Rand <SEP> in <SEP> Gew.-%
<tb> üblicher <SEP> Getreidestärkefilmbildner
<tb> A <SEP> 1. <SEP> 85 <SEP> 5, <SEP> 45 <SEP>
<tb> B <SEP> 1, <SEP> 83 <SEP> 4,84
<tb> Hybrid-Getreidestärkefilmbildner
<tb> 1 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 2, <SEP> 06 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 1, <SEP> 64 <SEP> 1, <SEP> 97 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 1, <SEP> 66 <SEP> 1, <SEP> 88 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP> 1.
<SEP> 89 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP> 1, <SEP> 81 <SEP>
<tb>
Die Proben A und B wurden mit einer bekannten, auf Getreidestärke basierenden Schlichte behandelt, während die Proben 1 - 5 mit einer erfindungsgemässen Schlichte behandelt wurden, in der der Stärkefilmbildner eine Hybridgetreidestärke ist, welche ein Amylose-Amylopektin-Verhältnis von annähernd 60 : 40 besitzt. Die zahlenmässigen Werte wurden erhalten, indem Garnproben, sowohl aus dem äusseren als auch aus dem inneren Bereich der gewickelten Bündel ausgewählt, diese durch Erhitzen im Ofen auf eine Temperatur von 4000C gebracht und die Gewichtsverluste gemessen wurden. Diese Verluste wurden in Gewichtsprozent, bezogen auf die beschichteten Spinnfäden vor der Hitzereinigung, ausgedrückt.
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Die erfindungsgemässen Schlichtezusammensetzungen weisen nur ein 18joignes Abwandern zwischen den aus den inneren und äusseren Bereichen der Bündel ausgewählten Spinnfäden auf, während die herkömmlich geschlichteten Spinnfäden ein 180loges Abwandern zeigen. Der Unterschied ergibt sich auch daraus, dass die äusseren oder durch die Wanderung betroffenen Spinnfäden der herkömmlich geschlichteten Fasern einen durchschnittlichen Festkörpergehalt von 5, 140/0 aufweisen, während die äusseren Spinnfäden, welche mit den erfindungsgemässen Zusammensetzungen behandelt wurden, durchschnittlich 1, 45% Festkörper besitzen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schlichten von Glasfasern, Glasfäden, Lunten, Strängen od. dgl. aus kontinuierlichen Glasfäden oder Stapelglasfasem und von aus solchen hergestellten Geweben, mit wässerigen Dispersionen, die Stärke und gegebenenfalls für Glasfaserschlichten übliche Zusätze enthalten, dadurch ge- kennzeichnet, dass diese mit einer wässerigen Dispersion behandelt werden, welche 1, 5-9 Gew.-feiner aus 50 - 70 Gew.-% Amylose und 30-50 Gew.-% Amylopektin bestehenden Hybridgetreidestärke, 0, 5 bis 6 Gen.-% eines nichtionischen Gleitmittels, 0, 05 - 1. 5 Gew.-% eines kationischen Gleitmittels und einen Emulgator enthält.