DD300535A5 - Tensidhaltiges schlichtemittel zur behandlung von fasern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein tensidhaltiges Schlichtemittel zur Behandlung von Fasern und bezieht sich auf ein Schlichtemittel zur Behandlung von Glasfasern oder Polymerfasern, das unmittelbar nach dem Faserbildungsprozesz ohne zusaetzliche Behandlungen der Faser eingesetzt werden kann. Das Mittel besteht aus 0,2-5 * Aniontensid, 0,5-10 * wasserloeslicher kationischer Polyelektrolyt und/oder Polymeres mit einem Verhaeltnis Aniontensid zu Polyelektrolyt wie * Als Aniontensid wurden Alkylcarbonsaeuren/salze, Salze saurer Schwefelsaeureester und/oder Salze echter C-Sulfonsaeuren eingesetzt. Neben der Schlichtewirkung zeigen die gecutterten Glas/Polymerfasern sofortiges Aufspreiten bei Kontakt mit waeszrigem Medium.{Tenside; Schlichte; Faserschlichte; Polyelektrolyt, kationischer; Polymeres, kationisches; Asbestsubstitution}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Behandlung von Glas- und Polymerfaserstoffen im oder nach dem Faserbildungsprozeß, das die Oberflächeneigenschaften der Faser für die weitere Anwendung der Fasern hinsichtlich der Verbundwerkstoffbildung in Verbindung mit einem Matrixmaterial vorteilhaft beeinflußt. Die Erfindung ist anwendbar auf Glasseidenspinnfäden, Kurzglasfasern und auf Mineralwolle sowie auf organische Polymerfaserstoffe wie Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol.

Charakterisierung des bekannten Standes der Technik

Die Präparation der Glasfaserstoffe erfolgt gewöhnlich mit einer Spinnschlichte oder Schmälze, je nach dem vorgesehenen Anwendungsfall der Fasern werden für die unterschiedlichen Einsatzgebiete Glasseidenspinnfäden mit gezielt zusammengesetzten Schlichtemitteln für Glasseiden behandelt. Die Spinnschlichte enthält grundsätzlich ein Bindemittel in wäßriger Dispersion oder Emulsion zur Bündelung einer Vielzahl von Elementarfäden, Hilfsmittel zur Erzeugung von Gleiteigenschaften für die Verarbeitbarkeit der Fäden im technologischen Prozeß sowie im Hinblick auf die Erzeugung von glasfaserverstärkten Plasten die dazu geeigneten Haftmittel (Loewenstein, K. L. „The manufacturing technology of continuous glassfibres", Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam-London-New York, 1973).

Ursprünglich wurden reine Tenside lediglich bei der Herstellung vereinzelbarer anorganisch-nichtmetallischer Fasern nach der grundsätzlich unterschiedlich gearteten Naßspinntechnologie verwendet, da diese Technologie nicht den Einsatz von Schlichten erfordert. Demgemäß wird in der Druckschrift DE-2605633 die Herstellung von in Wasser dispergieren Mineralfasern vorgeschlagen, wobei zur Vermeidung von Adhäsion zwischen den Fasern und damit verbundener Klumpenbildung die Mineralfasern in Gegenwart einer oberflächenaktiven Verbindung, die mindestens eine kationische Gruppe enthält, in Wasser aufgeschlämmt werden.

Speziell für die Herstellung wäßriger Glasfaserdispersionen, wiederum unter Anwendung des Naßspinnprozesses wird zur Erzeugung von gleichmäßigen Glasmatten nach dem Naßauftragsverfahren gemäß DE-2847334 vorgeschlagen, die Fasern in einem wäßrigen Medium mit einem oberflächenaktiven tertiären Aminoxid zu behandeln.

Im Unterschied zur Naßspinntechnologie wurden bereits Schlichten zur Behandlung von Glasseidenspinnfäden und ein Verfahren zur Herstellung vereinzelter Glasfasern vorgeschlagen, die in einom wäßrigen Medium wasserlösliche filmbildende Polymere und kationische grenzflächenaktive Verbindungen oder wasserlösliche filmbildende Polymere und nichtionogene grenzflächenaktive Verbindungen und gegebenenfalls weitere schlichtetypische Zusätze enthält. Andererseits wurden Schlichten in Form von Polydimethyldiallylammoniumchlorid allein odsr dessen Mischungen mit Alkalisilikatlösungen als Schlichtemittel zur Behandlung von Glasseidenspinnfäden hinsichtlich spontaner Faservereinzelung bei Kontakt mit Wasser und einer Verbesserung der Dispergierbarkeit von Glasfasern in einem wäßrigen Medium vorgeschlagen/beansprucht.

Weiterhin wurden Schlichten für Glasfaserüberzüge vorgeschlagen, die bei gleicher Zielstellung aus einem wäßrigen Medium den Auftrag eines oder mehrerer Katior.tenside beinhaltet. Auf Grund der negativen Ladung der Glasoberfläche war es bisher nicht möglich, die kommerziell leicht zugängigen und in breiter Anwendung vertretenen Aniontenside einer Nutzung als Schlichten für die Herstellung vereinzelbarer Glasfasern wirkungsvoll einzusetzen.

Analoge Erfahrungen wurden auch bei der Herstellung von faserarmierten Verbundwerkstoffen unter Verwendung von organischen Polymerfaserstoffen, die eine negative Oberflächenladung aufweisen, gemacht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von aufbereiteten Fasern mit bewehrungsrelevanter Morphologie für die weitere Anwendung bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zur Behandlung von Glas in Faserform zu entwickeln, das die Herstellung gut dispergifbarer vereinzelter Glasfasern zur Faserverbundwerkstoffbildung ermöglicht, insbesondere mit dem Anliegen, daß beim Schneiden der Spinnfäden bzw. Glasseidenrowings fest zusammenhaftende Glasstapelfaserbündel von 23mm Faserlänge entstehen und bei Kontakt mit Wasser oder einem wäßrigen Medium spontan in die Einzelfasern übergehen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, in analoger Weise derartige Mittel nach dem gleichen Wirkprinzip vorteilhaft auch zur Behandlung von organischen Polymerfaserstoffen verfügbar zu haben.

Der Einsatz der in der Praxis vielfach verwendeten Aniontunside entsprechend dieser Aufgabenstellung erwies sich als nicht effektiv, offensichtlich be fingt dadurch, daß sowohl die Glas- bzw Polymeroberfläche als auch die grenzflächenaktive Gruppe des Aniontensids negativ geladen sind.

Überraschenderweise zeigt sich, daß wäßrige Aniontensidlösungen doch vorteilhaft verwendet werden können, wenn sie für die erfindungsgemäße Aufgabenstellung in Kombination mit wasserlöslichen kationischen Polyelektrolyten, und/oder wasserlöslichen kationischen Polymeren, z. B. Polypropylentriamin, eingesetzt werden. Dabei liegt der Anteil der kationischen Polyelektrolyte zwischen 0,5 und 10 Masseteile in %, bezogen auf die Gesamtlösung.

Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Aniontensiden um Verbindungen aus den homologen Reihen der Alkylcarbonsäuren und ihrer Salze, der Salze saurer Schwefelsäure! ter und/oder der Salze echter C-Sulfonsäuren, Verbindungen der homologen Reihen der Natriumsalze von Alkylcarbonsäuren und Aminocarbonsäuren, der Natriumsalze von Fettsäuresulfaten, von Sulfaten der Fettsäureester und -amide, von primären un sekundären Alkylsulfaten, von Sulfaten von Oxoalkoholen, von Sulfaten substituierter Polyglycolether, von Sulfaten acylierter bzw. alkylierter Alkanolamine, von primären und sekundären Alkansulfonaten, von Sulfonaten von Fettsäuren, ihren Este/n und Amiden sowie von Alkylbenzensulfonaten.

Das erfindungsgemäße Mittel enthält in wäßriger Lösung die Aniontenside im Konzentrationsbereich von 0,2 Masseanteilen in % bis 5 Masseanteilen in %, vorzugsweise von 0,4 bis 1 Masseanteile in %.

Das Verhältnis Aniontensid zu Polyelektrolyt liegt im allgemeinen zwischen etwa 0,1 : 1 bis 1 : !,vorzugsweise zwischen etwa 0,2 bis 0,5 : 1, bezogen auf die Gesamtlösung

Vorzugsweise eingesetzt als Aniontenside werden Natriumsalze von Alkyl-Cg-Cie-monocarbonsäuren; Natriumsalze von Fettsäuresulfaten: Natriumsalze von Sulfaten niederkettigar (C,-C₄)-Fettsäureester und -amide; Natriumsalze von primären und sekundären Cg-Cn-Alkylsulfaten; Natriumsalze von Sulfaten aus Oxoalkoholen; Natriumsalze von wasserlöslichen Sulfaten substituierter Polyglycolether; Natriumsalze von Sulfaten acylierter bzw. alkylierter Alkanolamine, hergestellt aus (Di)-ethanolaminen und Fettsäurechloriden; Natriumsalze von primären und sekundären Cg-C|2-Alkansulfonaten; Natriumsalze von Sulfonaton von Fettsäuren, ihren Estern und Amiden; sowie Natriumsalze von Cg-Cij-Alkylbenzensulfonaten. Besonders bevorzugt sind beispielsweise Alkylbenzensulfonate und alpha-Dodecyl-omega-sulfatofoxyethylen).

Als kationische Polyelektrolyte werden erfindungsgemäß insbesondere solche mit mittleren bis hohen Polymerisationsgraden eingesetzt.

Bevorzugt sind Polyvinylpyridine, deren Quarternisierungsprodukte mit Alkylhalogeniden oder Alkylsulfaten; PoIy-N-vinylimidazole, deren Quarternisierungsprodukte mit Dimethylsulfat, p-Toluensulfonsäure-isobutylester und/oder p-Toluensulfonsäuremethylester, quarternisierte Mischpolymerisate des Vinylimidazols mit Maleinsäurediethylester, Acrylnitril, Styren, Acrylamid oder Vinylpyrrolidon.

Besonders bevorzugte Beispiele dafür sind Polypropylentriamin, Dodecylpolyvinylpyridiniumchlorid sowie die quarternäre Ammoniumverbindung aus Poly-N-vinylimidazol und p-Toluensulfcnsaure-isobucylester.

Die erfindungsgemäße '.,aßrige Mischung wird beim Glasseidenspinnprozeß vor dem £-mmoln der Vielzahl von Elementarglasfäden an einer üblichen Beschlichtungseinrichtunq in bekannter Weise angewandt. Die überzogenen, getrockneten und gecutterten Glasseidenspinnfäden cder Glasseidenrovings zerfallen baim Kontakt mit Wasser od· r einem wäßrigen oder wasserhaltigen Medium spontan, so daß der Stapelfaserverband augenblicklich aufgelöst wird.

Als Glasseiden können solche auf Basis üblicher, dafür geeigneter Gläser eingesetzt werden, beispielsweise auf Basis von Alkali/Erdalkali-Alumoborosilikatgläsern sowie zirkonhaltigan Gläsern.

Die erfindungsgemäße Schlichte erfüllt damit zwei Funktionen: Sie ermöglicht den Einsatz der kommerziell weit verbreiteten und oft preiswerten Aniontenside als Schlichtemittel, und sie führt zum sofortigen Spreiten der gecutterten Glas- oder Polymerfasern bei Kontakt mit einem wäßrigen Medium, was für den Einsatz im Zement anstelle von Asbestfasern besonders wichtig ist.

Die Erfindunc soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel

Buispiel 1

Beim Herstellungsprozeß von Glasseide nach dem Düsenziehverfahren tritt verfahrenstypisch die Glasschmelze durch eine Vielzahl von Edelmetalldüsen bzw. -löchern unter Bildung der endlosen Elementarfäden, die vor dem Sammeln der Elementarfäden zum Spinnfaden mittels der Beschlichtungseinrichtung überlichsrweise mit einer Schlichte versehen werden. Die Schlichte, die der Glasseide und insbesondere ihrer gecutterten Form die erfindungsgemäßen Eigenschaften verleiht, kann durch einfache Mischung der erfindungsgemäßen Schlichtebestandteile als wäßrige Lösung erhalten werden.

Beispiel 1.1

E 30 (Alkylbenzensulfonat, Kombinat Leuna-Werke) 1,0Ma-%

Dodecylpolyvinylpyridiniumchlorid 5,0Ma-%

Wasser ad100,0Ma-%

Beispiel 1.2

Natriumdodecylsulfat 1,5Ma-%

quarternäre Ammoniumverbindung aus PoIy-N-

vinylimidazol und p-Toluensulfonsäure-isobutylester 5,5Ma-%

Wasser ad 100,0 Ma-%

Beispiel 1.3

Natriumsalz der Dodecansäure 1,5Ma-%

Dodecylpolyvinylpyridiniumchlorid 5,0 Ma-%

Aminopropyltriethoxysilan 0,5Ma-%

Wasser ad 100,0 Ma-%

Beispiel 2

Fasern aus Polyacrylnitril (Dolanit 10, dtex 30/6mm) wurden mit einem Mittel nachstehender Rezeptur, das ebenfalls durch einfache Mischung der Komponenten in wäßriger Lösung erhalten wurde, ausgerüstet.

ct-Dodecyl-£ü-sulfato(oxyethylen) 1,0 Ma-%

Dodecylpolyvinylpyridiniumchlorid 8,0 Ma-%

Wasser ad100,0Ma-%

In allen Fällen zeigte sich eine gute Trennwirkung der Scnlichte nach dem Aufspulen der Fasern, d. h., die Fasern ließen sich leicht wieder abspulen. Bei Kontakt mit Wasser zeigten die geschnittenen Fasern eine sofortige Trennwirkung, so daß es zu keinen Faserzusammenballungen kam.

Claims (5)

1. Tensidhaltiges Schlichtemittel zur Behandlung von Fasern aus Glas oder organischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zwischen 0,2 und 5 Massenanteile in % eines oder mehrere der Aniontenside aus den homologen Reihen der AlkyLarbonsäuren und ihrer Salze, der Salze saurer Schwefelsäureester und/oder der Salze echtor C-f ulfonsäuren und zwischen 0,5 und 10 Massenanteile in % eines wasserlöslichen kationisch^) ν olyelektrolytes und/oder wasserlöslichen kationischen Polymeres in einem wäßrigen Medk.n )n;hält.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlichte ein oder mehrere anionische grenzflächenaktive Verbindungen der homologen Reihen der Natriumsalze von Alkylcarbonsäuren und Aminocarbonsäuren, der Natriumsalze von Fettsäuresulfaten, von Sulfaten der Fettsäureester und -amide, von primären und sekundären Alkylsulfaten, von Sulfaten von Oxoalkoholen, von Sulfaten substituierter Polyglycolether, von Sulfaten acylierter bzw. alkylierter Alkanolamine, von primären und sekundären Alkansulfonaten, von Sulfonaten von Fettsäuren, ihren Estern und Amiden sowie von Alkylbenzensulfonaten enthält.

3. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein oder mehrere wasserlösliche kationische Polyelektrolyte und/oder wasserlösliche kationische Polymere in einem wäßrigen Medium, ausgewählt aus der Gruppe der Polyvinylpyridine, deren Quarternisierungsprodukte mit Alkylhalogeniden oder Alkylsulfaten, aus der Gruppe der Poly-N-vinylimidazole, deren Quarternisierungsprodukte mit Dimethylsulfat, p-Toluen-sulfonsäure-isobutylester und/oder p-Toluensulfonsäuremethylester, sowie quarternisierte Mischpolymerisate des Viny'iimidazols mit Maleinsäurediethylester, Acrylnitril, Styren, Acrylamid oder Vinylpyrrolidon, aus der Gruppe der acylierten Polyethylenimine, enthält.

4. Mittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Aniontensid zu Polyelektrolyt zwischen etwa 0,1 bis 1 zu 1 liegt, vorzugsweise zwischen etwa 0,2 bis 0,5 zu 1.

5. Mittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Aniontensid im Bereich zwischen 0,4 bis 1 Masseanteile in % liegt.