DE1010491B

DE1010491B - Dispersion zum UEberziehen von Glasfasern

Info

Publication number: DE1010491B
Application number: DEO3977A
Authority: DE
Inventors: Jesse I Aber; Theodore J Collier
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1953-12-09
Filing date: 1954-11-29
Publication date: 1957-06-19
Also published as: GB776302A; FR1116836A

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) :

Beispiel 1

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.

Beispiel 2

0,3 % Vinyltrichlorsilan;

1,64% Polyvinylacetat (55% Festkörper);

0,25 % Pelargonsäure-Tetraäthylenpentaminkondensat,

in Essigsäure löslich gemacht;
1,0 % Aceton,

Rest Wasser, mit Säure- bzw. Basenzusatz zur Einstellung des pH-Wertes.

Beispiel 3

0,25 bis 5,0% Polyvinylacetat;

0,01 „ 2,0% kationaktives Fettsäureamin;

0,01 „ 1,0 % Vinyltrichlorsilan.

Dispersion zum überziehen
von Glasfasern

Anmelder:

Owens-Corning Fiberglas Corporation,
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

Jesse I. Aber und Theodore J. Collier, Newark,

Ohio (V. St. A.),
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

Patentansprüche:

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

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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 p_H-Wert lieh der pn-Wert der Mischung auf 5,5 (± 0,5) ein-

der Mischung aus Wasser, organischem Lösungsmittel 5 gestellt wird.