CS206888B1

CS206888B1 - Způsob povrchové úpravy skleněných a minerálních vláken

Info

Publication number: CS206888B1
Application number: CS794320A
Authority: CS
Inventors: Karel Rothschein; Vladimir Sauer; Jaromir Kabrt; Miloslav Sorm; Karel Ulbert; Stanislav Nespurek; Jan Novak; Jiri Kepl
Original assignee: Karel Rothschein; Vladimir Sauer; Jaromir Kabrt; Miloslav Sorm; Karel Ulbert; Stanislav Nespurek; Jan Novak; Jiri Kepl
Priority date: 1979-06-22
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1981-07-31

Description

Vynález se týká způsobu povrchové úpravy ! skleněných a minerálních vláken.

Pro povrchovou úpravu anorganických vláken i k zajištění dalšího textilního zpracování a aplikace i y plastikářském průmyslu, elektrotechnice a pó; ďóbně, je využíváno směsi chemicky různorodých (organických) sloučenin nízkomolekulámích i vysokomolekulámích. Nejčastěji používanými látkami jsou v této oblasti různé druhy škrobů, klihů, tuků a olejů, polymery na bázi poly(vinylá(:etátu), různých homopolymerů a kopolymerů akrylátových, epoxidových a polyesterových pryskyřic, i poly(epoxyalkány) a jejich adukty, organokřemičii té sloučeniny a podobně. Povrchové vlastnosti i mechanické parametry těchto vláken se dají měnit v závislosti na kvalitativním i kvantitativním složei ní zmíněných úprav,'.jakož i na způsobu a podmiň, kách jejich aplikace a podmínkách zpracování.

Vlákna s povrchovými úpravami na bázi výše uvedených látek vykazují velmi výhodné elektro izolační vlastnosti, ale specifickým problémem při jejich zpracování je v převážné většině případů ' zvýšený sklon k tvorbě elektrostatického náboje, i jehož výskyt značně omezuje a někdy znemožňuje ! bezporuchové textilní zpracování i následnou finál- | ní aplikaci. Toto je zvláště patrné ve skupině tak zvaných přímých lubrikací, jejichž bází bývají různé typy polymerů, a které není nutno před l· aplikací v plastech odstraňovat. Jejich povrchový ; elektrický odpor bývá značně vysoký, (v oblasti j 10¹¹ až 10¹³Ω), což je výhodné z hlediska aplikace | v izolačních systémech v elektrotechnice, avšak i současným vlivem obvykle zvýšeného koeficientu i tření těchto úprav a zmíněné vysoké hladiny j povrchového odporu dochází k velmi rychlému ; nabití vláken, většinou značnou hustotou náboje.’ j Použití běžně nabízených antistatických preparátů nepřináší v případě skleněného vlákna uspokojivé řešení v tom smyslu, že efektivní koncentrace dnes známých antistatik jsou příliš vysoké na to, aby nedošlo k nežádoucím fyzikálně-chemickým změnám filmu úpravy.

Předmětem vynálezu je způsob povrchové úpravy skleněných a minerálních vláken, který spočívá v tom, že se na skleněné nebo minerální vlákno působí směsí, která vedle o sobě známých složek, jako jsoú například filmotvorňé složky, mazadla, smáčedla, vazné prostředky, emulgační prostředky, prostředky pro úpravu pří, obsahuje 0,01 až 5 % hmotnostních, s výhodou 0,05 až 2,5 % hmotnostních látky obecného vzorce I

R-COO-CH₂-ČH(OH)-CH₂-N(R₁R₂) (I) kde R představuje alkylový nebo alkenylový radikál s 6 až 22 atomy uhlíku v hlavním řetězci, R) je vodík, 2-hydroxyethyl, 3-hydroxypropyl, l-hydroxy-2-propyl, 2-hydroxy-l-propyl, l-hydroxy-2butyl, l-hydřoxy-3-butyl, l-hydroxy-4-butyl, 2hydroxy-3-butyl, R₂ představuje stejné substituenj ty jako Rj kromě vodíku.

; Podstata vynálezu je založena na zjištění, že ! látky polárního charakteru jsou adsorbovány na povrch skleněného vlákna orientované. Stejně tak : dochází k orientaci sloučenin, schopných tvořit : íntermolekulámí vodíkové můstky, neboť je známo, že na povrchu skla existuje řada reaktivních ^!: skupin polárního charakteru a po dosažení rovnováhy v běžných klimatických podmínkách i jisté množství adsorbovaných molekul vody. Tato skutečnost způsobuje neúspěchy v aplikaci běžných antistatik, které vlivem orientace jsou po aplikaci na vlákno situovány nevýhodným způsobem, to je ' obvykle hydrofilním segmentem směrem ke sklu ; a na vnější stranu svým hydrofobním segmentem \ molekuly. i

Látka obecného vzorce I je podle vynálezu j ¹ v závislosti na chemickém složení ostatních složek směsí do ní dávkována tak, že dochází k tvorbě orientované laminární struktury molekul této látky i na povrchu filmu ostatních složek. V závislosti na obsahu sušiny se dávkování látky vzorce I pohybu- \ je v intervalu 0,01 až 5 % hmotnostních, vztaženo , na sušinu ostatních složek. Hodnota pH při aplikaci leží optimálně v intervalu 5,5 až 7,0;

Výhodou vynálezu je dále skutečnost, že látka obecného vzorce I má současně funkci mazadla, snižující výrazně koeficient tření a funkci povrcho- i vě-aktivní látky, která výrazně zlepšuje smáčení | dané směsi všemi běžně užívanými rozpouštědly i a pryskyřicemi, a podporuje dokonalé homogenní rozložení filmu.

V dalším je vynález blíže objasněn v příkladech provedení.

Příklad 1

Připraví se vodná směs následujících složek v uvedeném hmotnostním poměru

Ί.

Látka obecného vzorce I 0,02 až 0,3

Voda deionizovaná 93,42 až 87,70'

Směs se připraví zředěním disperse epoxidové,' pryskyřice deionizovanou vodou tak, že se na 10 hmot. dilů disperze bere 40 hmot. dílů vody : a míchá se vysokoobrátkovým míchadlem po dobu 5 minut. V oddělené nádobě se připraví směsí mazací složky typu I a organokřemičitého smáčed-. la, emulguje vodou o teplotě 70 až 80 °C tak, aby poměr mazadla a vody byl 1:7; vzniklá emulze se přidá k disperzi zředěné epoxidové pryskyřice a dobře promísí. Ke směsi se přidá 10%ní vodný/ roztok mazadla typu II a látky obecného vzorce I, rozpuštěného ve směsi etanol/voda (5:2). Po dokonalém promíchání se separátně přidají hydro- i lyzáty organokřemičitých vazných prostředků ves vodě, okyselené kyselinou octovou na pH 5,5 až 6,0; směs se doplní deionizovanou vodou na 100 % i hniot. a hodnota pH se upraví kyselinou octovou,, ; respektive^ amoniakem, na 6,0 až 7,0; životnost;

' takto připravené směsi pro chemickou úpravu ^!i povrchu vláken je 72 hodin. Touto směsí se upraví skleněné vlákno pomocí pryžového nebo grafitového aplikátoru přímo v procesu tažení. Před dalším zpracováním. se navinuté cívky vlákna; ponechají stát 24 hodin při teplotě 23 až 26 °C/40 až5O% relativnívlhkosti; takto upravené vlákno lze pak zpracovat běžnými textilními operacemi jako je přitáčení, skaní, kordování, snování, tkaní a dru-, i žení. Získané textilní výrobky různých forem lze i pak využít pro laminování, lakování, ovíjení vodi: čů, stříkání s pryskyřicí nebo sekání a vytlačování; s polymery bez nutnosti odstraňování této povrchové úpravy nebo dalšího zušlechťování chemie-:; kou nebo fyzikální cestou. Pevnost vláken takto upravených se pohybuje v závislosti na jejich; průměru v intervalu hodnot 0,41—0,80 N/tex vej srovnání s hodnotami 0,35 až 0,60 N/tex u běžných; typů úprav. Elektrostatický náboj, měřený na laboratorním zařízení za standardních podmínek uspořádání přístroje a klimatu je pro srovnání účinnosti uveden v tabulce:

Složka Hmot. díly

Vodná disperze epoxidové pryskyřice modifikované mastnými kyselinami (C_l0 až C₂₀) v 30%ní vodné disperzi epox. ekvivalentu až 10 tis., hydroxyl. čísla 90 až 110 mg KOH 600 až 800 Emulze mazací složky (typu I) na bázi směsi mono- a diesterů mastných kyselin (C_lo až C₂₀) a glycerolu a jejich produktů s oxlranem obsahujících 5 až 12 ethylenoxy-jednotek 0,25 až 1,5

Kationaktivní mazadlo (typu II) na bázi kondenzátu vyšších mastných kyselin (C_w až C₂₀) s diethylentriaminem nebo tetraethylenpentaaminem 0,1 až'0,8

Smáčedlo na bázi organokřemičité sloučeniny a poly(epóxyalkánů) 0,01 až 0,3

Organokřemičítý vazný prostředek na bázi 3-(2,3-epoxypropoxy)propyl-triethóxysilanu 0,1 až 0,7

Vazný prostředek filmotvorný na bázi silylovaného polyamidu 0,1 až 0,7

Úprava	Intenzita elst. pole (kV.m-¹) %	Rychlost úniku ‘ náboje %
Textilní úprava standard.	350	78
Epoxido-polyesterová silanová úprava
standard.	970	50
Epoxidová úprava dle vynálezu	10	98

Antistatická účinnost; vypočtená ze vztahu 100 (l --g^yj,)cde E(2) a E(l) jsou hodnoty in-i tenzity elektrostatického (elst.) pole upraveného a neupraveného vlákna, činí pro kombinaci dle příkladu 199,5%. Rychlost úriiku náboje lze vypočíst ze stejného vztahu, kde E(2) je intenzita elst. pole po 5 min. vybíjení, E(l) intenzita elst. pole po' nabití.

Příklad 2 ; Složení směsi a aplikace podle příkladu 1 s tím rozdílem, že místo disperze epoxidové pryskyřice je použito aduktu nízkoiňolekulámí epoxidové , pryskyřice dianového typu a imidazolu vzniklého i reakcí diéthylentriaminu nebo tetraethylenpenta- i aminu s mastnými kyselinami (CIO až C20) a epoxidovaněho esteru nenasycených mastných kyselin 'rostlinného oleje, dispergované ve vodě; tato· : úprava je vhodná zvláště pro skleněné hedvábí nízkých titrů a vykazuje vysoké pevnosti v tahu a poskytuje vláknu vyšší stupeň Ohebnosti.

Příklad 3 i Složení směsí podle příkladu 2 s tím, že místo ! mazací složky typu I na bázi směsi monoesterů . mastných kyselin s glycerolem je použito emulze ' jhydrogenovaného rostlinného, oleje, stabilizované poly(ethylenoxy)etherycukroesterů. Aplikace jako v příkladě 2.

Příklad 4

i. Složení směsí jáko v příkladu 2 s tím rozdílem, že místo mazací složky typu I na bázi směsi monoeste- i , rů mastných kyseSn s glycerolem je použito směsi emulze esterů vyšších mastných kyselin s alifatickými alkoholy, stabilizovaných ethylenoxy-ethery jnono a diglyceridů mastných kyselin (obsahujících . iC₁₀ až C₂₀ uhlíků v alifatickém řetězci a 5 až 12 i i ethylenoxy-jednotek). j i ; Tato směs vykazuje nízký koeficient frakce a velmi dobrou zpracovatelnost jí upraveného í vlákna v náročných textilních opěracích v celé šíři i sortimentního rozsahu skleněného hedvábí.

Příklad 5 • í ^Složení směsi podle příkladu 4 s tím rozdílem, že místo glycidoxypropyltrietoxysilanu je použito 3^![ -aminopropyl-trietoxy-silanu. Takto upravené ; vlákno je vhodné pro aplikaci jako výztuž polyesterových pryskyřic a laků.

Příklad 6 '

Složení směsi podle příkladu 4 s tím rozdílem, že místo obou typů silanových vazných prostředků je použito styrylovaného kationaktivního silanu, ob; sáhujícího v molekule aminoskupinu. Úprava to; hoto typu vykazuje vysoké pevnosti a oděruvzdor| host v celém rozsahu titrů vlákna a minimální . elektrostatický náboj; navíc je aplikačně vhodná pro všechny typy pryskyřic a laků.

Příklad 7

Připraví se směs těchto složek:

Organokřemičítý vazný prostředek, typ A '

3-aminopropyl-trietoxysilan 0,1 až 0,80

Organokřemičítý vazný prostředek, typ B

3-(triethoxysilyl)propyl-methakrylát 0;i až 0,85

Látka obecného vzorce I 0,015 až 0,35

Kyselina octová 0,01 až 0,25

Voda deionizovaná_’ 95,615 až 80,200

Směs se připraví tak, že se směšují roztoky jednotlivých složek následujícím postupem: disperze poly(vinylacetátu) se zředí dvojnásobným množstvím vody, do této zředěné disperze se postupně ; přidávají 10%-ní roztoky polyoxiranu, mazadla typu II a vazných prostředků, připravených hydrolýzou organokřemičitých preparátů ve vodě okyselené kyselinou octovou na pH 4,9 až 5,5; nakonec se vmísí do směsi 10%-ní etanolový roztok látky obecného vzorce I pozvolným vléváním za neustálého míchání. Po deseti minutách míchání pomaloběžným míchadlem je směs připravena k aplikaci na vlákno. Aplikace se provádí grafitovými rotují- i čími válci při teplotě místnosti. Podle poměru jednotlivých složek je vlákno vhodné ke zpracování družením do formy rovingu, který lze použít k vinutí, sekání nebo tkaní do rovingových tkanin. Úprava vykazuje zvýšenou smáčivost pryskyřicí oproti úpravám bez použití látky obecného vzorce I.

Příklad 8

Složení směsí podle příkladu 7 s tím rozdílem, že , místo disperze poly(vinylacetátu) je použito dis- . perze směsi polyesterové pryskyřice lineární a níz- komolekulámí epoxidové pryskyřice, stabilizova- ^;né kationaktivním tenzidem. Skleněné hedvábí upravené touto směsí je vhodné pro zpracování družením a pro výrobu rovingových tkanin s vysokou smáčivostí epoxidovými a polyesterovými pryskyřicemi. ,

Příklad 9

Složení podle příkladu 7 s tím rozdílem, že mimo disperze poly(vinylacetátu) je použito směsi disperzí poly(vinylacetátu) a epoxidové pryskyřice a vyšší molekulární hmotností, minimálně 600.

Přikladlo

Složení podle příkladu 7 s tím rozdílem, že místo poly(vinylacetátové) disperze je použito disperze lineární polyesterové pryskyřice vzniklé polykondenzací 4,4-izopropylidenbisfenolu s kyselinou sebakovou respektive kyselinou maleinovou. Skleněné hedvábí upravené touto směsí vykazuje vyšší stupeň smáčivosti polyesterovými pryskyřicemi.

Příklad 11

Připraví se povlékací směs těchto složek:

Složky Hmot. díly

Disperze poly(vinylacetátu), 40% sušiny, měkčená 10 až 20% dibutylftalátu 4,0 až 15,0%

Polyoxiran o mol. hmot. 300—400 000 0,1 až 1,8

Kationaktivní mazadlo typu II (viz příklad 1) 0,06 až 0,85

Složky Hmot. díly

Amylozová frakce škrobu 0,5 až 3,0

Oxidovaný bramborový škrob 0,5 až 2,5

Polyoxiran molek. hmot. 300 0,05 až 1,0

Hydrogenovaný rostlinný olej teplota 30 až 40 °C 0,3 až 1,5

Emulgační činidlo na bázi poly(epoxyalkyl)etherů cukroesterů 0,03 až 0,20

Kationaktivní mazadlo typu II, vzniklé . kondenzací tetraethylenpentaminu s vyšší mastnou kyselinou (Cm až C20) ’ 0,05 až 0,870

Kyselina octová 0,01 až 0,20

Látka obecného vzorce I 0,01 až 0,358

Voda deionizovaná 98,550 až 90,372 i Obě škrobové komponenty se dispergují vo vodě i a vaří při teplotě 70 až 120 °C. Množství vody pro I dispergaci se volí tak, aby výsledná koncentrace vzniklého škrobového mazu byla 6 % hmotnost' nich. Do takto vzniklého mazu se přimísí polyoxi! ran a 10%-ní roztok kationaktivního mazadla typu ! II ve vodě a ponechá míchat 5 minut. Potom se ; vmíchává emulze hydrogenovaného oleje, stabili- i zovaná emulgačním Činidlem, připravená smíšením ! taveniny oleje a emulgačního činidla a vody v po- j měru 10 : 1 : 100 při teplotě 70 až 80 °C, homoge-, nizovaná průchodem koloidním mlýnem a homoi genizátorem. Po doplnění vzniklé směsi vodou do 4/5 výsledného objemu se za míchání přilévá i 10%-ní roztok látky obecného vzorce I ve směsi etanol-voda 5:4; směs se aplikuje na vlákna při' teplotě 50 až 60 °C, vlákno se suší 24 hodin při 23 j až 26 °C a 50% relativní vlhkosti a zpracoyává běžnými textilními operacemi. Úprava vykazuje :

Claims

PŘEDMĚT

Způsob povrchové úpravy skleněných a minerálních vláken, vyznačený tím, že se na skleněné nebo minerální vlákno působí směsí, která vedle o sobě známých složek, jako jsou například filmotvomé; složky, mazadla, smáčedla, vazné prostředky, emulgační prostředky, prostředky pro úpravu pH, obsahuje 0,01 až 5 % hmotnostních, s výhodou 0,05 až 2,5 % hmotnostních látky obecného vzorce I vynikající textilní vlastnosti a vlákno upravené touto směsí je možno Zpracovat nejrůznějšími způsoby do různých textilních forem.

Příklad 12

Složení směsí podle příkladu 11 s tím rozdílem, že místo hydrogenovaného rostlinného oleje je použito směsi parafinových vosků a olejů. Aplikace se pak provádí při teplotách místnosti.

Příklad 13

Složení směsi podle příkladu lis tím rozdílem, že místo hydrogenovaného rostlinného oleje se použije směs produktů mono a diesterů mastných kyselin s glycerolem a oxiranem (obsahujících 5 až 12 ethoxy- jednotek) poly(epoxyalkánů) rostlinných olejů.

Kombinací známých složení směsí s látkou obec' ného vzorce I, jakbyly uvedeny výše v jednotlivých příkladech, se dosáhne antistatického efektu v rozmezí 87 až 100 % a současně se podstatně zvýší mechanické a textilní parametry skleněného hedvábí, upraveného zmíněnými směsmi. Významným efektem je dále i příznivé posunutí parametru smáčivosti povrchu vláken polárními i nepolárními organickými rozpouštědly a různými typy polymerů, což má pozitivní vliv na technologii přípravy a mechanické vlastnosti ztužených plastických hmot.

VYNÁLEZU

R-COO-CH₂-CH(OH)-CH₂-N(RjR₂) kde R představuje alkylóvý nebo alkenylový radikál s 6 až 22 atomy uhlíku v hlavním řetězci, Rj je vodík, 2-hydroxyethyl, 3-hýdroxypropyl, 1-hydroxy-2-propyl, 2-hydroxy-l-propyl, l-hydroxy-2butyl,- l-hydroxy-3-buťyl, l-hydroxy-4-butyl, 2hydroxy-3-butyl, R₂ představuje stejné substituenty jako Rj kromě vodíku.