DE1010491B - Dispersion zum UEberziehen von Glasfasern - Google Patents
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Dispersion zur Behandlung von Glasfasern zur Verbesserung
ihrer Verarbeitbarkeit und ihres Aussehens. Insbesondere wird es durch die erfindungsgemäße Dispersion
ermöglicht, die Streckfähigkeit der Fasern zu erhöhen, z. B. für die Verstärkung von Kunststoffen und für die
Herstellung von überzogenen Geweben.
Wegen des Fehlens der Oberflächenrauhigkeit und wegen des nichtporösen Charakters der Glasfasern, die
durch schnelles Zerfasern eines schmelzflüssigen Glasstromes hergestellt werden, ist eine physikalische Verankerung
eines Stoffes, z. B. von harzartigen Substanzen, auf den Glasfaseroberflächen nicht zu erreichen. Wegen
der auf den Glasfaseroberflächen vorherrschenden hydrophylen Gruppen können harzartige Stoffe keine feste
Bindung mit den Glasfasern eingehen, zumal etwa vorhandene Bindungskräfte durch hohe Feuchtigkeit herabgesetzt
werden und der Harzüberzug durch den oberflächig auf den Glasfasern gebildeten Feuchtigkeitsfilm
abgeschlossen wird.
Gemäß der Erfindung wird die Verbesserung der Bindung zwischen Glasfaseroberflächen und Harzmaterialien
dadurch erreicht, daß man die Glasfasern mit einer wäßrigen Dispersion aus Polyvinylacetat, kationaktivem
Fettsäureaminacetat und Vinyltrichlorsilan behandelt. Ein derartiger Schutzüberzug auf den Glasfaseroberflächen
verbessert die Verarbeitbarkeit und gibt eine Haftung für filmbildende, harzartige Materialien.
In folgenden Beispielen sind Zusammensetzungen gemäß der Erfindung zur Behandlung von Glasfasern
angegeben (Prozentangaben sind Gewichtsprozente) :
0,3 % Vinyltrichlorsilan;
4,550I0 Polyvinylacetat (55% Festgehalt);
0,25 % Pelargonsäure-Tetraäthylenpentaminkondensat, mit Essigsäure löslich gemacht;
1 % Aceton,
Rest Wasser, mit Ammoniumhydroxyd- und Essigsäurezusatz zur pn-Einstellung.
0,3 % Vinyltrichlorsilan;
1,64% Polyvinylacetat (55% Festkörper);
0,25 % Pelargonsäure-Tetraäthylenpentaminkondensat,
in Essigsäure löslich gemacht;
1,0 % Aceton,
1,0 % Aceton,
Rest Wasser, mit Säure- bzw. Basenzusatz zur Einstellung des pH-Wertes.
0,25 bis 5,0% Polyvinylacetat;
0,01 „ 2,0% kationaktives Fettsäureamin;
0,01 „ 1,0 % Vinyltrichlorsilan.
Dispersion zum überziehen
von Glasfasern
von Glasfasern
Anmelder:
Owens-Corning Fiberglas Corporation,
Toledo, Ohio (V. St. A.)
Toledo, Ohio (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier,
Patentanwälte, Herne (Westf.), Schaeferstr. 60
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Dezember 1953
V. St. v. Amerika vom 9. Dezember 1953
Jesse I. Aber und Theodore J. Collier, Newark,
Ohio (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
Verfahren
Vinyltrichlorsilan, Polyvinylacetat und ein kationaktives Glasfasergleitmittel werden mit Wasser in getrennten
Behältern aufgelöst bzw. dispergiert und dann in folgender Weise miteinander vermischt.
Das Polyvinylacetat wird mit etwa der gleichen Gewichtsmenge Wasser verdünnt, so daß eine Dispersion
der gewünschten Viskosität entsteht. Eine Auflösung des Polyvinylacetats ist vor der Zugabe zu der Behandlungszusammensetzung
nicht notwendig, es sei denn, man wünscht eine niedrig viskosere Einstellung.
Das kationaktive Glasfasergleitmittel wird mit ungefähr der vierfachen Menge Wasser verrührt, bis eine durch
Zugabe von z. B. Essigsäure auf pn 6,3 (± 0,3) eingestellte
Lösung erhalten wird.
Das Trichlorsilan wird mit Aceton gelöst und die Lösung langsam zu ungefähr dreiviertel der Gesamtmenge
Wasser hinzugegeben, wobei die Temperatur unterhalb 16° gehalten wird, um eine Instabilität durch
Trennung der Festteilchen in der Acetonlösung und in der endgültigen Behandlungsmischung zu vermeiden.
Die Instabilität entsteht vielleicht durch Hydrolyse und durch Kondensation zu unlöslichen Polymeren. Zur
Kühlung kann z. B. zerkleinertes Eis oder ein anderes Kühlmittel verwendet werden, wobei jeder Teil Eis eine
gleiche Menge Wasser ersetzt. Bei der Zugabe der Acetonsilanlösung zum wäßrigen Medium wird heftig
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gerührt, um eine sofortige. ^Dispersion zu erreichen. Bei
Zugabe des Silans soll bis zur Dispersion der pn-Wert des Ansatzes mit Ammoniumhydroxyd oder einer anderen
löslichen Base auf etwa 3,3 (± 0,3) eingestellt werden.
Die Lösung des kationakfiven Glasfasergleitmittels und
die Dispersion des Polyvinylacetats erfolgt anschließend und wild durch Zugabe des Restes des Wassers zur endgültigen
Einstellung der. Zusammensetzung und Einstellung auf einen" pH-Wert von 5,5 (± 0,5) mit Brenztraubensäure
oder Ammöniumhydroxyd oder anderen Säuren oder Basen beendet.
Manche kationaktive',Gleitmittel sind in dem wäßrigen
Medium wenig löslich;" jedoch kann die Löslichkeit erhöht und die Stabilität der Dispersion verbessert
werden, wenn man das kationaktive Amin z. B. durch Umsetzung mit Essigsäure in die quartäre Verbindung
umwandelt.
Bei einer bekannten Zusammensetzung zur Behandlung von Glasfasern verwendet man Polyvinylacetat und
ein kationaktives Amingleitmittel in Kombination mit einem Methacrylatchromkomplex mit 2,5 °/0 Polyvinylacetat,
0,25 % kationaktivem Amingleitmittel, das durch Kondensation von Pelargonsäure mit in Essigsäure lösbar
gemachtem Tetraäthylenpentamin hergestellt ist, und 20/0-Methacrylatchromchlöfid. ■-
Die besseren Eigenschaften, besonders der Festigkeit, von nach der Erfindung behandelten Glasfasern ergeben
ach aus einem Vergleich der nach Beispiel 1 behandelten
Glasfasern mit solchen Glasfasern, die mit der oben beschriebenen bekannten Zusammensetzung behandelt
sind. Bei den mit der bekannten Zusammensetzung behandelten Glasfasern ergibt sich für ein Band im
trocknen Zustand eine durchschnittliche Biegefestigkeit von 10,5 · 10* kg/cm2 im Gegensatz zu Glasfasern, die
gemäß der Erfindung behandelt sind und bei denen die Biegefestigkeit bei 15 · 104 kg/cm2 liegt, d. h., es ist eine
Steigerung um 50°/0 erreicht. Die Biegefestigkeit im
feuchten Zustand ist nach einer Kochung bei Glasfasern mit der bekannten Ausrüstung auf 6 · 104 kg/cm2 reduziert,
d. h. liegt bei 56,7 °/0 der trockenen Biegefestigkeit,
während die feuchte Biegefestigkeit von erfindungsgemäß ausgerüsteten Glasfasern noch 14 · 10* kg/cm2 beträgt,
was etwa 95% der trockenen Biegefestigkeit entspricht und noch über dem Zweieinhalbfachen der feuchten
Biegefestigkeit bei mit der bekannten Zusammensetzung behandelten Glasfasern liegt.
Gewöhnlich reagieren Vinyltrichlorsilane mit drei leicht hydrolysierbaren Gruppen bei Berührung mit
Wasser mit explosiver Heftigkeit. Wenn jedoch gemäß der Erfindung das Silan als Lösung niedriger Konzentration
in einem Lösungsmittel, z. B. Aceton, dem wäßrigen Medium zugesetzt wird, verringert die Verdünnung
das Berührungsverhältnis zwischen den für die Kondensation notwendigen Molekülen, selbst wenn die Moleküle
hydrolysiert werden. Die daher nur gering auftretende Polymerisation stört die Stabilität der Zusammensetzung
nicht insbesondere in Anwesenheit von Ammoniumhydroxydgruppen, die den pH-Wert der Lösung
erhöhen und die organischen Silikonmoleküle zu hydrolysieren suchen. Durch die Verdünnung wird das Silan
in einem Zustand gehalten, in dem es die Glasfaseroberflächen enthydrophiliert und die Verankerung von Harzmaterial verbessert.
An Stelle von Vinyltrichlorsilan können auch andere Silane mit einer bis drei hydrolysierbaren Gruppen und
einer ungesättigten organischen, dem Siliziumatom direkt verbundenen Gruppe mit weniger als 8 Kohlenstoffatomen
in gerader Kette verwendet werden, z. B. Divinylchlorsilan, Allyldichlorsilan, Vinyldiäthoxysilan
u.dgl. Die Menge des mit dem Lösungsmittel in der wäßrigen Zusammensetzung dispergierten Silans beträgt
0,01 bis 1"%. -
Es kann angenommen werden, daß die hydrolysierbaren Gruppen der Silane die Festsetzung an den Glasfaseroberflächen
ζ. B. durch Reaktion mit der Hydroxy- oder anderen Gruppen der Glasfasern oder durch Orientierung
darauf befindlicher Gruppen bewirken. Wenn mehr als eine hydrolysierbare Gruppe vorhanden ist,
wird die Verankerung auf den Glasfaseroberflächen besser, ebenso wird die Bildung von Polymeren zurückgedrängt,
bis sich der. Überzug auf den Glasfaseroberflächen gebildet hat.
An Stelle des mit Essigsäure gelösten Pelargonsäure-Tetraäthylenpentaminkondensats
als Gleitmittel können andere kationaktive Fettsäureaminverbindungen, deren Komplexe bzw. ihre entsprechenden Salze verwendet
werden.
Das Polyvinylacetat dient als Filmbildner, man verwendet daher vorzugsweise ein Polymeres mit hoher
Wasserbeständigkeit, besonders jedoch Polyvinylacetate, die mit anderen Stoffen, z. B. Dibutylphthalat, in Mengen
von etwa 30% plastifiziert sind. Auch andere Modifikationen und Mischpolymerisate von Vinylacetat, z. B.
mit Vinylchlorid, sind geeignet.
Die Menge des Firmbildners beträgt 0,25 bis 5% der Zusammensetzung.
Die als Schlichte auf den Glasfaseroberflächen aufgebrachte wäßrige Zusammensetzung kann an der Luft,
vorzugsweise jedoch in einem Wärmeofen, getrocknet werden, um die Entfernung des Lösungsmittels zu beschleunigen.
Das Behandlungsmittel kann auf die Glasfaseroberflächen in üblicher Weise bei der Herstellung der Glasfasern
vor ihrer Vereinigung zu Fasersträngen oder nach der Herstellung von Fasersträngen aufgebracht werden,
nachdem durch chemische oder thermische Behandlung die ursprüngliche Schlichte beseitigt ist.
Die gemäß der Erfindung behandelten Glasfasern besitzen Eigenschaften, die ihre Verarbeitung zu Strängen,
Garnen, gewebten oder geknüpften Stoffen ohne Schädigung ihrer Festigkeitseigenschaften und unter
Ermöglichung der Verarbeitung mit mit hoher Geschwindigkeit laufenden Maschinen erlauben.
Claims (5)
1. Dispersion zum Überziehen von Glasfasern, gekennzeichnet durch den Gehalt an einem wasserlöslichen
kationaktiven Gleitmittel einer wäßrigen Dispersion eines Polyvinylacetatharzes und einem
mit einem organischen Lösungsmittel verdünnten Silan mit ein bis drei hydrolysierbaren Gruppen und
einem über ein Kohlenstoffatom an das Siliziumatom gebundenen ungesättigten organischen Rest mit
weniger als 8 Kohlenstoffatomen.
2. Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Verdünnungsmittel
Aceton ist.
3. Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Medium auf einen pH-Wert
von 5,5 (± 0,5) eingestellt ist.
4. Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das wäßrige Medium 0,1 bis 2 % wasserlösliches, kationaktives Fettsäure-Kondensationsprodukt,
0,24 bis 5% Polyvinylacetatharz und 0,01 bis 1 % in einem organischen Lösungsmittel gelöstes
Silan enthält.
5. Verfahren zur Herstellung einer Dispersion gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
5 6
Silan in dem organischen Lösungsmittel gelöst und und Silan auf pH 3,0 (± 0,3) eingestellt wird, daß
die Silanlösung in Wasser emulgiert wird, wobei die das Gleitmittel für die Glasfasern und das Polyvinyl-
Temperatur des Wassers während der Zugabe der acetat unter Rühren zugegeben werden und schließ-
Silanlösung unter 16° gehalten wird, daß der pH-Wert lieh der pn-Wert der Mischung auf 5,5 (± 0,5) ein-
der Mischung aus Wasser, organischem Lösungsmittel 5 gestellt wird.
© 709 549/394 6. 57
Applications Claiming Priority (1)
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- 1954-11-29 DE DEO3977A patent/DE1010491B/de active Pending
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- 1954-12-08 GB GB35581/54A patent/GB776302A/en not_active Expired
Also Published As
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---|---|
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