DE1719575A1

DE1719575A1 - Kieselsaeurehaltige Produkte sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1719575A1
Application number: DE19671719575
Authority: DE
Inventors: Adams Richard G
Original assignee: JP Stevens and Co Inc
Current assignee: JP Stevens and Co Inc
Priority date: 1966-08-11
Filing date: 1967-08-10
Publication date: 1971-09-02
Also published as: BE702086A; SE332278B; US3382135A; NL6711024A; GB1141184A; FR1540434A

Description

Dipl.-Ing. F/Weicxmann, Dr. Ing. A/Weickmann, Dipping. ELWeickmann Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Patentanwälte

SCHIiY * MÜNCHEN 27, MDHLSTRASSE 22, RÜFNUMME* 4i ,11/22

J. P. STEVENS & CO., INC., Garfield, New Jersey / U.3.A.

Kieselsäurehaltige Produkte sowie Verfahren zu deren

Herstellung

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung faserartiger, kieselsäurehaltiger Materialien, welche verbesserte physikalische Eigenschaften besitzen, una bezieht sich auf die dabei erhaltenen Produkte.

Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung der thermischen Eigenschaften sowie der Zugfestigkeitseigenschai'ten von faserartigen, kieselsäurehaltigen Substraten durch thermisch induzierte Ionenaustauschermethoden.

D«=>r verwendete Ausdruck "faserartig", insbesondere wenn er zur -Beschreibung von Glas (oder Kieselsäure) eingesetzt wird, wird als Gegenbegriff für massives, gegossenes

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Glas oder ein anderes, nicht faserartiges, kieselsäurehaltiges Material gebraucht, welches keine oder nur eine geringe Anwendbarkeit zur Herstellung von Geweben oder Textilien besitzt. Unter diesen Begriff fallen Fasern, Garne, Fäden, Fadenstücke, Vorgarne und Endlosfäden sowie irgendwelche anderen Paserformen, die zur Herstellung von ™ Textilien verwendet werden.

Der Begrill' "Kieselsäurehaltig" ist in seinem allgemeinen Sinn zu verstehen, so daß unter ihn Glas, '^uara und verwandte Substrate fallen.

Während der Herstellung kieselsäurehaltiger Fasern, beispielsweise aus Glas, -..erden die Fasern infolge von während der Verarbeitung auftretender Keibung und Abrieb ver-} schiedenen Beanspruchungen ausgesetzt.

Diese -Beanspruchungen kennen, sofern iceine Gegenmaßnahmen ergriffen werden, zu einer beträchtlichen Abnutzung sowie zu einem Bruch des j&idproduktes führen.

Um die zerstörende Wirkung von Bruch und Abnutzung während des Verarbeitens auf ein Illnimun herabzusetzen, ist

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es in der Industrie üblich, die Fasern mit fixneir schützen- ; den Gleitmittel oder Bindematerial, welches als Schlichte ^! bezeichnet wird, zu behandeln. Im allgemeinen wird dieses Material in Form einer wässrigen Dispersion beim Ziehen der Fasern aufgebracht. Die Schlichte besteht gewöhnlich aus Schmierölen natürlichen oder synthetischen Ursprungs oder aus Stärke, in die kleine !!engen an Adjuvantien, vie beispielsweise oberflächenaktiven Mitteln, Dispergierungsmitteln oder dergl., eingearbeitet sind, nachdem die geschlichteten Fasern gewebt, gewirkt oder auf andere Weise zu einem faserartigen Material, Gewebe oder ütoff verarbeitet worden sind, beeinflußt die Schlichte die weitere Verarbeitung und ist daher unerwünscht. Beispielsweise beeinflußt die Schlichte verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise das Piirben, die Herstellung von Schichtstoffen sowie dip Ausrüstung. ,<^regen ihres Jiiiiflu^ses auf clas Ausrüsten ist es wichtig, daß das Substrat entschlichtet vvird, wobei die Festigkeit des ausgerüsteten Produktes so wenig als möglich herabgesetzt wird.

Die Schlichte kann entweder durcn cnemische oder durch thermische Behandlung entfernt werden. Allerdings haften den bisher üblichen chemischen Behandlungen in verschie-

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dener Hinsicht Nachteile an. Beispielsweise sind diese Behandlungen zeitraubend und daher kostspielig, wobei nicht in einfacher Weise ein annehmbares Produkt erzielt wird. Zusätzlich ermöglicht eine chemische Entschlichtung keine Gewebehärtung, wie dies dann möglich ist, wenn thermische Behandlungen angewendet werden. Aus diesen Gründen läßt sich ein chemisches Entschlichten selten in zufriedenstellender V.'eise anwenden.

Die thermischen Entscnlichtungsmethoden werden oft je nacn der eingehaltenen Verfahrenstemperatur in Koch- oder Niedrigtemperatur-itotschlichtungsverfahren eingeteilt. Bei den meisten niedrigtemperatur-Verfahren wird das geschlichtete, faserartige Substrat auf ungefähr JoO bis 37I⁰G (500 bis 7UO⁰F) erhitzt, wobei sich die Schlichte langsam von dem Gewebe verflüchtigt, welches ungefähr 55 bis 80 Stunden auf der angegebenen Temperatur gehalten wird. Dabei wird ein zufriedenstellendes weißes Produkt erhalten, allerdings auf Kosten einer beträchtlichen Verminderung der Zugfestigkeit des erhitzten Produktes. Weiterhin kann bei Temperaturen, die wesentlich unterhalb 482⁰C (900⁰P) liegen, keine Gewebehärtung erfolgen, die eine erwünschte Nebenwirkung von thermischen EntSchlichtungsverfahren darstellt.

BAD OHiGINAL

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Ein Entschlichten bei hohen Temperaturen wird im allgemeinen auf die V/eise durchgeführt, daß das geschlichtete Substrat Temperaturen zwischen ungefähr 593 und ungefähr 704⁰C (1100 bis 1300°ϊ) während sehr kurzer Behandlungszeiten, gewöhnlich ungefähr 2 bis iO Sekunden lang, ausgesetzt wird. Die nochtemperatur-Entschlichtung ist insofern von Vorteil, als sie ein sehr weißes, gewebegehärtetes Produkt liefert.

Leider hat diese Behandlung bei hohen Temperaturen, auch wenn sie nur während sehr kurzer Zeitspannen erfolgt, die Bildung eines Produktes zur Folge, das eine geringe Zugfestigkeit besitzt, welche in den meisten Fällen zwischen ungefähr 30 und 60^ der natürlichen Festigkeit liegt. Dieser Festigkeitaverlust bei beiden Arten der thermischen Entschlichtung ist natürlich unerwünscht, insbesondere deshalb, da auf diese Weise das entschlichtete, faserartige Material für bestimmte Anwendungsgebiete ungeeignet ist.

In jüngerer Zeit wurde eine neue Methode zur Verhinderung des Festlgkeit8verlu3tes eines thermisch entschlichteten, faaerartigen Glasmaterials entwickelt. Bei diesem Verfahren wird das geschlichtete Material, welches mit einem Salz be-

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handelt worden ist, das aus einem Alkaliinetallkation, beispielsweise Kalium, Zäsium oder Rubidium und vorzugsweise einem thermisch zersetzbaren, Sauerstoff enthaltenden Anion, besteht, durch Erhitzen auf ungefähr 316 bis 704⁰CJ (600 bis 1300⁰P) während einer kurzen Zeitspanne zur Hitzereinigung des Glases und zur Verleihung einer optimalen festigkeit- ψ entschlichtet.

Wenn auch das beschriebene Verfahren in den meisten Beziehungen erfolgreich verläuft, so hax es sich doch für bestimmte Hochtemperatur-Anvendungsgebiete als weniger zufriedenstellend erwiesen. Beispielsweise fällt die Zugfestigkeit des behandelten faserartigen Glases nach dem Erhitzen auf eine Temperatur von 538⁰G (1000⁰F) und darüber auf einen Wert ab, der merklich unter den Werten liegt, v/elehe bei den weniger wirksamen Verfahren bei niederen Temperaturen erzielt werden. In ähnlicher V/eise, sind die Erhitzungszeit en auf erhöhte Temperaturen im Hinblick auf die Festigkeitseigenschaften kritisch.

Es wurde nun gefunden, daß die vorstehend geschilderten Nachteile durch daö nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren beseitigt werden können.

OR;g,_Nal ^: 109836/0338

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Die vorliegende Erfindung betrifft die thermische Entschlichtung von faserartigen» kieseisäurehaltigen Materialien, ohne daß dabei die Festigkeit des hitzebeliandelten Materials wesentlich vermindert wird. Erfindungsgemäß werden thermisch entschlichtete, faserartige Materialien dadurch erzeugt, daß ein thermisch induzierter Ionenaustausch einwertiger Kationen, welche in dem kieselsäurehaltigen Ma- i terial enthalten sind, mit mehrwertigen Kationen durchge- - ■-führt wird.

Me irfindunt- sieht ein Teri'anren vor, bei welchem ein geschlichtetes, kieselsäurehaltiges Substrat, das ein-, wertige Kationen enthält, mit einem Mittel behandelt wird, das wenigstens ein menrv/ertiges Kation der Gruppen IXA und IHB des Periodischen Systems :ait ein^m größeren Atoraradius als Natrium -enth-'ilt, vorauf das Substrat solange erhöhten

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■'Teiiiperaturen ausgesetzt v:ird, pis die 3cLllciite entfernt ist and ein eriieblicner Ersatz der- einwertigen Kationen durch die vorstehend aufgeführten mehrwertigen Kationen durch thermisch induzierten Ionenaustausch stattfindet.

Vorzugsweise wird ein thermisches Entschlichtungsverfahren angewendet, für welches--ein-Behandlungsmittel einge-

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setzt wird, das ein geeignetes Flußmittel enthält, welches den Schmelzpunkt des Behandlungsmittel^ herabsetzt und seine Verwendung bei niedrigeren Verfahrenstemperaturen.ermöglicht.

In spezifischer Weise wird ein Behandlungsmittel eingesetzt, das (a) wenigstens eines der vorstehend beschriebenen mehrwertigen Kationen in Kombination mit (b) wenigstens einem Flußmittel-Additiv aus Natrium, Kalium, Rubidium oder Zäsium aufweist.

Erfindungsgemäß wird ein modifiziertes thermisches Ionenaustauscherverfahren entwickelt, bei welchem das Verfestigung sverfahren innerhalb oder unterhalb des Temperaturbereichs durchgeführt wird, der normalerweise zur Entschlichtung erforderlich ist, so daß eine reversible Wanderung der gewünschten mehrwertigen Kationen nicht stattfindet und eine maximale Festigkeit beibehalten wird.

In den Rahmen der Erfindung fallen ferner neue Entschlichtungsverfahren, die Herstellung hitzegereinigter, weißer, faserartiger Produkte, welche günstige physikalische Eigenscnaften für Anwendungsgebiete bei hohen Temperaturen besitzen,

BAD OR.'GiNAL

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sowie die Herstellung faserartiger Grlassubstrate, welche mit einer Mischung aus mehrwertigen und einwertigen Kationen imprägniert sind und bis zu ihrer Verwendung gelagert werden können, wobei sie dann thermisch zur Gewinnung entschlichteter, kieselsäurehaltiger Produkte behandelt werden.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird ein faserartiges, kieselsäurehaltiges Substrat, welches hitzegereinigt werden soll und ersetzbare einwertige Kationen enthält, mit einem Verfestigungsmittel kontaktiert, das wenigstens ein mehrwertiges Kation enthält, worauf eine Erhitzung auf eine Temperatur "während einer solchen Zeitspanne erfolgt, die dazu ausreicht, daß ein erheblicher thermisch induzierter Ionenaustausch bewirkt wird, welcher die Bildung eines hitzegereinigten. Substrats zur Folge hat, das eine hohe Zugfestigkeit besitzt. Anschließend an die Erhitzung auf eine hohe Temperatur wird das faserartige Substrat=gewöhnlich mit Wasser zur Entfernung vorhandener löslicher Salze gewaschen» Pur einige Zwecke kann es jedoch zweckmäßig sein, dem Waschwasser eine Säure,, wie''beispielsweise Essigsäure, zuzusetzen und/oder die Waschflüssigkeit bis zum Sieden zu erhitzen, um eine wirksamere Waschung zu

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- ίο -

erzielen. Zusätzlich können in die Waschflüssigkeit Benetzungsmittel zur Verbesserung der Waschwirkung eingemengt werden. Das faserartige Material wird anschließend den üblichen Ausrüstungsmethoden unterzogen.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird ein Glasgewebe, das ersetzbare Natriumkationen und eine oder mehrere thermisch zerstörbare Verunreinigungen, wie beispielsweise Schlichte- und Gleitmittel, enthält, mit einem Verfestigungsmittel kontaktiert, das unterhalb ungefähr 53b°G (1000⁰F) schmilzt, wobei das Verfestigungsmittel wenigstens ein polyvalentes Kation der Gruppen HA und IIId des Periodischen Systems mit einem größeren Atomradius ale demjenigen des Natriumkations enthält. Der anionische Teil des mehrwertigen Ions ist vorzugsweise ein Sauerstoff enthaltendes Salz, das beim Erhitzen auf höhere Temperaturen Sauerstoff erzeugt. Nach dem Trocknen wird das Glasgewebe auf ungefähr 316 bis ungefähr 704⁰C (600 bis 1300⁰F) und vorzugsweise auf ungefähr 482 bis ungefähr 649⁰G (900 bis 1200⁰J?) erhitzt, und zwar solange, bis ein wesentlicher Teil der einwertigen Ionen in dem Gewebe durch mehrwertige Kationen ersetzt ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der unerwarteten Erzielung physikalischer Eigen-

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j₍ schäften, die an. dem Endprodukt festgestellt werden, wenn das faserartige, kieselsäurehaltige Substrat, welches vor dem Erhitzen mit einem Überschuß an wenigstens einem mehrwertigen Kation imprägniert wird,.auf eine Temperatur wäh-

wird rend einer solchen Zeitspanne erhitzt/, daß Temperatur und

• Zeit dazu ausreichen, kleinere einwertige Atome, wie beispielsweise Wasserstoff und Natrium, durch größere mehrwertige Kationen zu ersetzen, worauf die Schlichte weggebrannt " wird. Es wird daher keine besondere Theorie oder kein spezieller Mechanismus postuliert. Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ist es jedoch dienlich, wenn man sich vorstellt, daß das faserartige Substrat vor dem Erhitzen bewegliche, ersetzbare einwertige Kationen, wie beispielsweise Natrium und/oder 7,'asserstoff, enthält, die in das Netzwerk der Glasstruktur eingestreut sind. Während des ürhitzens des Substrats, welches mit weniger beweglichen mehr v/er ti gen Kationen mit größerem Durchmesser imprägniert ist, werden die kleineren einwertigen Kationen von den größeren, weniger beweglichen mehrwertigen Kationen durch thermisch induzierten Ionenaustausch ersetzt, v/o bei ein festerer Gegenstand erzeugt v/ird.

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Nachstehend sind mehrwertige Kationen der Gruppen HA und IHB- zusammen mit Kationen der Gruppe IA in der Reihenfolge ihrer Atomradien angegeben:-

tabelle I Nicht-polare, covalente Radien der Elemente

(Aus "Chemical Periodicity", Sanderson, Library of Congress Catalog Card Kr.60-11081, Seite 26, Fig. 2 bis 4)

Element Radius (A) Kation Gruppe im Period.Syster

Lithium · 1,34 Li⁺ IA

Natrium ·

Kalium

Rubidium

Zäsium

Beryllium 0,90 Be^TT HA

liagnesium

Calcium

Strontium

Barium

Lanthan 1,69 La^TTT IHB

Die bevorzugten mehrwertigen Kationen sind Calcium, Barium, Strontium, Lanthan sowie Mischungen dieser Kationen.

1,34	Li⁺
1,54	Na⁺
1,96	K⁺
2,11	Rb⁺
2,25	Cs⁺
0,90	Be⁺⁺
1,30	Mg⁺⁺
1,74	Ca⁺⁺
1,92	Sr⁺⁺
1,98	Ba⁺⁺
1,69	La⁺⁺⁺

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Als Anionen kommen unter anderen Nitrat, Chlorat, Jodat, Bromat, Perchlorat, Persulfat, Carbonat, Phosphat, Sulfat, Acetat, iOrmiat oder dergl. in Betracht. Zur .Erzielung der wirksamsten Ergebnisse sollte der anionische ϊβϋ des mehrwertigen Kations ein Sauerstoff enthaltender Anteil sein, der thermisch unter Freisetzung von Sauerstoff zersetzt werden kann. Diese Sauerstoff freisetzenden Anionen werden bevorzugt, da sie die Entfernung der Schlichte und anderer Komponenten bei Jürhitzungstemperaturen ermöglichen, die niedriger sind als die üblicherweise erforderlichen Temperaturen. Die Anionen können in Form von einfachen Salzen, Doppelsalze«., komplexen Salzen oder Mischungen mehrerer Salze vorliegen, solange sie Bich bei oder unterhalb der Erhitzungstemperatur zuer Erzeugung von Sauerstoff zersetzen.

'Vie vorstehend bei dem bevorzugten Verfahren beschrieben, werden gute Produkte dann erhalten, wenn die Erhitzung des Substrats in Gegenwart wenigstens eines mehrwertigen Kations mit relativ geringer Beweglichkeit durchgeführt wird. Es können jedoch bestimmte Modifizierungen durcligefiihrt werden, die in hohem Maße die physikalischen

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-H-

Eigenschaften des erhitzten faserartigen Substrats erhöhen, so daß sie aus diesem Grunde als bevorzugte Ausführungsform zu betrachten sind.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform v/ird ein faserartiges Glassubstrat, das hitzegereini^t werden soll, mit einem Verfestigungsmittel kontaktiert, welches unterhalb des oberen Temperaturbereich", der bei dem Abbrennverfahren eingehalten wird, schnrlzt. Zusätzlich zu dem erforderlichen mehrwertigen Kation enthalten die bevorzugten Mittel eines oder mehrere Flußmittel, das bzw. die eine eutektische «irkung auf die Zusammensetzung ausübt bzw. ausüben, insbesondere, wenn die relativ hochschmelzenden, Sauerstoff enthaltenden Salze von Metallen der Gruppe HA verwendet werden. Während diese eutektischen Additive aus einer Vielzahl von Substanzen ausgewählt werden können, werden besonders gute Ergebnisse dann erzielt, wenn ein sauerstoffhaltiges Kaliumsalz zusammen mit dem mehrwertigen Kation in das Verfestigungsmittel eingearbeitet wird.

Die Konzentration an den mehrwertigen Kationen, die zur Behandlung der faserart!gen Substrate gemäß der bevorzugten Ausführungsformen verwendet werden, ist nicht kritisch,

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solange genügend Kationen aufgebracht werden, damit der Ersatz der einwertigen Kationen,' beispielsweise Natrium, durch die mehrwertigen Kationen sichergestellt ist. Gewöhnlich wird das Substrat mit ungefähr 0,5. bis ungefähr 10 Gew.^ des Behandlungssalzes in Form einer wässrigen Lösung zur Erzielung einer Aufnahme von ungefähr 0,15 bis 3 Gew.?» des Aations behandelt. Da die Kosten der mehrwertigen Kationen f niedrig sind, kann ein großer Überschuß der mehrwertigen Kationen über den erforderlichen Mengen ohne nachteilige Wirkung aufgebracht werden. Das Verhältnis des eutektischen Additivs zu dem mehrwertigen Kation kann schwanken, und zwar in Abhängigkeit von verschiedenen Paktoren, von denen beispielsweise das mehrwertige Kation, das verwendete Additiv sowie die Temperatur, bei welcher das Behandlungsverfahren durchgeführt »\ird, erwähnt seien. Aus diesem Grunde wird izeiii präzisiertes Verhältnis von Additiv zu mehr wer tigern Kation vorgescnlagen. Wird jedoch Kaliumnitrat- als Additiv verwendet, dann schwankt das Verhältnis von Kalium zu rnehrwertieem Nation von ungefähr 0,5 Gew.Teilen zu 2,0 Gew.Teilen Kalium pro Gew.Teil des jeweiligen mehrwertigen Kations.

Die Verfestigunfesmittel können nach einer Vielzahl von Methoden in einer Anzahl verschiedener Formen aufgebracht-

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werden. Jiine bequeme Methode besteht darin, die Mittel in Form ihrer wässrigen Lösungen aufzubringen, as können jedocn auch Mischungen aus Säuren und Wasser, Alkohol und l.'asser mit oder ohne Säuren oder anderen Solubilisierungsmitteln verwendet werden, './erden die Kationen in Porni ihrer wässrigen Lösungen aufgebracht, dann kann man sich irgendeiner herkömmlichen Aufbringungsmethode bedienen, beispielsweise eines Auf tupf ens, Eintauchens, Aufspr;1hens, 'Überziehens oder dergl.. Verschiedene Adjuvantien oder Additive, wie beisoielsweise Weichmacher, oberflächenaktive Mittel oder dergl., welche die gleichmäßige Aufbringung der Kationen auf die faserartigen Substrate fördern, koxmen in die Aufbringungsiösung eingemengt werden.

Die Salze können ferner auf das faserarti_t?e Substrat in Fort: einer Schmelze oder in Granulatform aufge- f bracht und anschließend zur Imprägnierung der Same geschmolzen werden. Wahlweise können die Salze der Stärke/ Ül-Schlichte zugesetzt werden, die gewöhnlich auf Faserglasgarne in der ersten Stufe ihrer Herstellung aufgebracht wird. Dies ist insofern zweckmäßig, als die Salze sowohl auf den Kett- als auch auf den Schußgaruen vorhanden sind, so daß eine weitere Aufbringung überflüssig ist.

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Die Salze können ferner auf die Kettgarne lediglich während der üblichen Schlichtung der Kettgarne aufgebracht werden. Zur Behandlung auf die3e ^T,iei3e werden die Salze als eine Komponente der Kettgarnschlichte augesetzt, worauf die Garne in^der üblichen ^TYeise behandelt werden. Jirfolgt die Aufbringung auf diese Weise, dann liegen die Salze auf den Kettgarnen zusammen mit den Schlichtematerialien " vor. Dann wird das Gewebe gewebt und zur Herstellung des verbesserten, hitzegereinigten Substrats gebrannt. Tn einigen Fällen, und zwar je nach dem Substrat, .kann die Anwesenheit der mehrwertigen Salze auch eine günstige Wirkung auf die nicht behandelten Schußgarne ausüben.

Wenn es auch zweckmäßig ist, das Verfestigungsmittel bei den vorstehend beschriebenen Stufen aufzubringen, so können doch die Kationen auch bei irgendeiner beliebigen { Stufe der Gewebeherstellung vor der Hitzereinigung aufgebfacht werden. Die Aufbringung kann auf ü'asera, Garne, Vorgarne oder dergl. erfolgen. Wie bereits erwähnt, ist das eri

findungsgemäße Verfahren auf faserartige und kieselsäurehaltige Materialien einschließlich aller Typen von ffaserglas, das im Gegensatz zu massivem oder gegossenem Glas βteht und zu Geweben verarbeitet v/erden kann, anwendbar.

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Die Temperatur, der Hitzereinigungs-,intsohlichtungs- oder Urhitzungsstufe kann je nach dem eingesetzten. Kieselsäurehaltigen Substrat, der ochlichte oder anderen vorhandenen Additiven, den wiihrenü der Behandlung aufgebrachten Kationen, der Länge des iirhitzens und der erstrebten «irkung erheblich variieren. Gewönnlich liegt die ieinperatur zwischen ungefähr 316 und ungefähr 704⁰C (600 bis 1300⁰E), wobei die größten Vorteile erfinäuiursgemäß bei i'emperaturen zwischen ungefähr 482 und 649⁰G (900 und 1200⁰F) ersielt werden.

Die Erhitzungszeit ist nicht kritisch. ..ie vorstehend erwähnt, hängt sie von der iiJrhitzungstemperatur und dem Endverwendungszweck ab, welchem das Produkt zugeführt werden soll. Die ürhitzungszeit kann von -Bruchteilen einer Sekunde bis zu ungefähr 24 stunden oder darüber betragen. In noch zweckmäßigerer V/eise schwankt die Hitzebehandlung zwischen ungefähr 1 Bekunde und einigen stunden.

Die Art des -ßirhitzens ist nicht wichtig, as kann jede geeignete Erhitzungsvorrichtung in wirksamer Weise verwendet werden, beispielsweise Öfen und/oder J3efeueruii£'sanlagen. Erwähnt seien Öfen, durch die Luft geblasen wird, sowie Muffelöfen oder dergl..

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■S»

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu besciir-'inlten.

Be is ρ ie I. 1 .

In diesem Beispiel werden Glasgewebe für !fenster- . flügel (Stvle S/473, 149 g/m²(4,4 oz.per sq.yd.) VE 150 1/0), velcne eine Schlichte enthalten, in einem 'Textil- -J Poulard mit wässrigen Lösungen der in der nachstehenden i'abelleangegeDenen ^itratsalze ..behandelt. Bei den ersten fünf Behandlungen werden 2,.oige wässrige Lüsmgen verv/^ndet, wänrend bei der Behandlung 6 eine 4/<>i.ge wässrige Lösung ein-■-gesetzt wird. In den ersten fünf Behandlungen erfolgt eine Feucnti.pcpitsaufnaiime von ungefähr 30¹^, was einer irockenkonzentration von ungefähr 0,6ü Gew. _ro_t bezogen auf das üalz, entspricht. Bei der sechsten Behandlung wird eine Trockenkonzentration von 1,2;^νό erzielt. _ \

Das getrocknete Gewebe wird bei den in der i'abeile II angegebenen Temperaturen hitzegereinigt, worauf das thermisch entsckliehtete Gewebe mit einer 3/^uigen Essigsäure gewaschen, mit Wasser gespült und mit einem Acryllatex zum öchutz der fasern gegen Selbstabrieb ausgerüstet wird.

- BAD

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Tabelle II

Probe Behandlung

Hitzereinigung Zeit Teuro.

W₇ (Vergleich)

Sek.

HSfO₃ - 1JfMg(MO₃)₂·6H₂O 10 "

" .

4H₂O

M> KNO₃ 1# KNO_v -

10 " 10 "

- 1,6^Ca(N0₃)₂«4H₂0,

538⁰C 538°C 538⁰C 571⁰C

571⁰C

Zugfestigkeit der Kette, kg/cm Breite

27,0 21,0 31,6

33,8 32,0

37,6

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist zu ersehen, daß die Proben 3 bis 6, die jeweils mit den erfindungsgemäßen Salzlösungen behandelt wurden, im Vergleich zu der Vergleichsprobe verbesserte Zugfestigkeitsei^enschaften besitzen. Die l-'robe Z besitzt im Vergleich au der Vergleichsprobe schlechtere Pestigkeitseigenschaften. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß das Nätriumkation durch ein Hagnesiumkation mit einem geringeren Atomradius ersetzt wird, so daß ein schlechteres und schwächeres Gewebe erzeugt wird. Alle Produkte besitzen eine ausgezeichnete Weiße.

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^;: ■■.' -21 - ;■■■_ ;

'Bei einem ähnlichen Versuch wird das Gewebe für Fensterflügel (Style S/473) mit einer Lösung aus I^ NaNO.,, 1# KNO₃, 1,6?i Ga(WO₅) ₂ ·4H₂O und 0, 4> Ba (NO ,) ₂ behandelt. Dabei stellt man fest, daß nach einer Hitzereinigung während einer Zeitspanne von 4 Sekunden bei 571⁰G (106O⁰F) die Zugfestigkeit in befriedigender Weise beibehalten wird.

Beispiel 2

Das Gewebe von Beispiel 1 wird in einem Text.iliOulard mit einer wässrigen Lösung behandelt, die eine Salzmischung mit einem niedrigen Schmelzpunkt aus mehrwertigen Kationen.enthält (2^ MO₃, 1, 6# Ca(NO₅)₂*4H₂O und 0,4^

Das Gewebe v/ird getrocknet und kontinuierlich durch eine 240 cm (8 foot) lange Reinigungszone mit'einer Geschwindigkeit von 56 m/min bei Temperaturen zwischen 549 und 582 G (1020 bis 1080°l!ⁿ) geleitet. Das" hitzegereinigte Gewebe wird mit einer 5/äigen Essigsäure gewaschen und mit einer modifizierten AcryIlatex-Ausrüstung (Hr. 757) ausgerüstet. Die bei den verschiedenen Hitzereinigungstemperaturen erzielten Zugfestigkeiten sind nachstehend angegeben:

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Temperatur ⁰G

.549 560 571 582

na.turlich.es Gewebe, nicht behandelt

durcüschnittliciie Zugfestigkeit, >:g/cm J.reite

Kettenrichtung Schußrichtung

31,0 ;^,9

34,6 28,6

34,6 30,0

36,8

Beispiel 3

Style S/604 (ein Luftfiltergewebe, 405 g/m^ (1? oz./ sq.yd.), 42 χ 30 Kette DJi 150 2/2 Schuß DU 150 1/4, 9'» dickgriffiges Garn (bulked yarn)) wird mit einer wässrigen Losung behandelt, die 2p KI.'O,, 1,6r* Ca(HOv)p^#4H-.O und 0,4'P Ba(NO,.)₂ enthält.

Das Gewebe v/ird getrocknet und anschließend 15 Sekunden lang bei 5ö2°G (1000⁰F) hitzegereinigt. Dao Gewebe wird mit 3$iger Essigsäure gev.aschen, mit ,»'asser gespült und erneut getrocicnet. Nach der Ausrüstung mit einer Phenylmethylsilikon-Emulsion wird das Gewebe auf seine Zugfestigkeit getestet, wobei folgende Ergebnisse erzielt werden:

BAD

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!3/604 - Zugfestigkeit, leg/cm breite Ke-ttenricxitung. Schu ;3ri chtung wie in Beisr.iel '5 b/,0 27,8

natürliches C-ev.ebe,

nicht behandelt b"^,S \ 28,2

In Beispiel 2 besitzt das bei ^62⁰C (108O⁰P) behandelte Gev.-ebe eine Kettenaugfestigkeit von 34,3 im Vergleich zu '56,8 für das natürliche ΰ-ev/ebe. In Beispiel 3 besitzt das bei 582⁰C (1GoO⁰P) behandelte ^βλ/ebe eine Ket teiiEUf;festi^]:eit von 87,0 im Vergleich zu, ö3_? 5 für das na türliche Uev;e"be» ."''-,-

In einem /ersuch, v/elcher nit demjenigen -von -öeisiiel j> vergleichbar i^t, v;xrd ein fievrobenes ^uar::gewebe, das eine Jc/^lj oate eiitüält und rrit 2^ϊ£εη A^äsörigen Lcsun-■ gen Ύοη Eaz*i uni-, Calcium- und Κ all unaii trat behandelt v.crden ist, getrocicnet, bei i382^oC (108O⁰F) hitzegereinigt, mit 3;aiger Sssigsäure gewaschen und in der beschriebenen "eise ausgerüstet. Dabei wird eine vergleichbare Retention der Zugfestigkeit erzielt.

Wie die vorstehenden Ausführungen und die angegebenen Beispiele zeigen, werden bei der Durchführung der Er-

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findung sowohl hinsichtlich des Verfahrens als auch des Produktes zahlreiche Vorteile erzielt. Beispielsweise ist das
erhitzte,glaserartige, kieselsäurehaltige Produkt ein weißes material, das frei von Schlichte und anderen zersetzbaren
Produkten ist, so daß ein wesentlicher 'l'eil d^r ursprünglichen Festigkeit nach dem Ausrüsten beibehalten wird. Unter
fc einem "wesentlichen Teil" der ursprünglichen Festigkeit ist eine Festigkeit von wenigstens öOyo der ursprünglichen Gewebefestigkeit nach dem Ausrüsten zu verstehen. Zusätzlich
eignen sich die' erfinciungsgemäßen Produkte für eine Verwendung, als Substrate zur Schichtstoffherstellung. Darüberhihaus können die mit mehrwertigen Kationen imprägnierten Substrate, die nicht erhitzt werden, längere Zeitspannen gelagert werden, bis sie gebraucht werden.

Hinsichtlich ihrer Verfahrensmerkmale besitzt die
Erfindung einige Vorteile. Von diesen seien die Wirtschaftlichkeit und Einfachheit der Verfahrensdurchführung, die
relativ milden Verfahrensbedingungen und die kurzen Verfahfcenszyklen erwähnt. Zusätzlich liefert das Verfahren reproduzierbare und zuverlässige Produkte, wobei in einfacher
Weise zur Verfügung stehende Ausgangsmaterialien und Anlagen eingesetzt werden.

B-AD

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Claims

PAfEN ΐ Α N S PEU GH E ;.·.

T. Verfahren zur Värmebehandlung faserartiger, kieselsäurehaltiger Substrate, die einv/ertige Kationen enthalten, ohne daß dabei die Zugfestigkeit wesentlich verschlechtert wird, dadurch gekennzeichnet, daß (a) die faserartigen, kieselsäurehaltigen Substrate mit einem Mittel behandelt werden, das wenigstens ein mehrwertiges Kation enthält,und (b) die behandelten faserartigen, kipselsäurehaltigen Substrate bis zur im wesentlichen vollständigen Entfernung der Schlichte erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Kation aus einem Element der Gruppen ■ IIA und,IJJB des Periodischen Systems besteht.

3. ; Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrwertigen Kationen aus Calcium, Strontium, Barium oder Lanthan bestehen.

4« Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Behandlungsmittel wenigstens ein Sauer-

- i

etoff enthaltendes Anion enthält.

10983Ö/0338 "

- BAD On'C:if-JAL

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurcn. gekennzeichnet, da;3 (a) faserartige, Kieselsäure enthaltende Substrate, die Natriumatome enthalten, mit einem Mittel behandelt werden, das wenigstens ein mehrwertiges Kation mit einem -Atomradius enthält, der größer als darjenige von natrium iat, wobei
das mehrwertige Kation aus einem element dvr Gruppen I]A
und IIIB des Periodiscnen Systems besteht, und. >'b) das behandelte faserartige Substrat bis zur im wesentlichen vollständigen Entfernung der organischen Schlichte auf ungefähr 316 bis ungefähr 704⁰C (600 bis 1300⁰F) erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Behandlungsmittel zv/iscnen ungefähr 482· und 649⁰C (900 bis 120O⁰F) schmilzt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ,gekennzeichnet, daß daa verwendete Behandlungsmittel aus Kalium, Natrium,
Kubidium, Zäsium oder Mischungen dieser Kationen bestehende einwertige Kationen enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß daa verwendete Behandlungsmittel wenigstens ein Antion enthält, das sich unter Freisetzung von Sauerstoff bei 'i'emperaturen zwischen ungefähr 482 und b49°G (900 bis 1200⁰P)
zersetzt.

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ν. Verfahren nach Anspruch c, dadurch.gekennzeichnet, daß das verwendete !Behandlungsmittel -Barium-, Calcium- und ri una riiträtänionen enthält.

Iu. V'erfanren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeicnnet, da 5 das verwendete faserartige, kieselsi.urehaltige Substrat ein älasgewebe ist. |

11. Verfahren nach .Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da? das verwendete faserartige, kieselsäurehaltige Substrat ein *-uar ζ gewebe ist.

12. '-"/.erfT.hren nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein faserartiges. ür-lassabstrat, das ^atriunikationen entiialt, sur thermischen 3ntscnlichtung mit einem Mittel behandelt v.'ird, das wenigstens ein mehrv/ertiges ivatioii mit

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einfin Atomradius, der grüi3er als derjenige von Natrium ist, wobei das mehrwertige Kation aus einem Element der Gruppen IH und IIIB des i-eriodischen Systems besteht, und wenigstens ein Sauerstoff enthaltendes .Anion enthält, wobei das Mittel zvfischen ungefähr 482 und 649⁰C (900 bis 1200⁰P) schmilzt, und das behandelte faserartige Glassubstrat bis zur Entschlichtung auf 482 bis 649⁰C (900 bis 1200⁰I¹) erhitzt wird.

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.„■: BAD ORIGINAL

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daii das verwendete Behandlungsmittel aus Natrium-, Kalium-, .Rubidium- oder Zäsiumkationen sowie aus Mischungen dieser Kationen bestehende eim.ertige Kationen enthält .

k 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dai? das verwendete, mehrwertige Kationen enthaltende Mittel Natrium- und kaliumkationen in ilischung enthält.

1;j. . Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß aas verwendete Behandlungsmittel j3ariumnitrat, Calciumnitrat und Kaliumnitrat enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Behandlungsmittel die mehrwertigen Kationen in Form einer wässrigen Lösung enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von einwertigem Kation au mehrwertigen Kationen von ungefähr 0,b bis ungefähr 2 Teilen, bezogen auf das Gewicht, an einwertigem Kation pro Teil, be-

rnehr
zogen auf das Gewicht, des/wertigen Kations schwankt.

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18. G-G schlicht et es, laserartiges, kieselsäurehaltiges Substrat .mix einer verbesserten Zugfestigkeitsretehtion nach der thermischen. Entschlichtung, gekennzeichnet durch ein kieselsäurehaltiges Substrat, das mit einem Mittel imprägniert ist, welches eine zum Ersatz eines wesentlichen Anteils der einwertigen Kationen des Substrats ausreichende Menge an mehrwertigen Kationen enthält.

19. Substrat nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das icle seisäur enaltige Substrat aus Glas besteht.

20. Substrat nach Anspruch 18, dadurch .gekennzeichnet, .-daiB das xieaelsäurehaltige Substrat aus Quarz besteht.

21. Substrat nach Anspruch 1b, dadurch gekennzeichnet; daß wenigstens ein eutektisches Additiv in dem mehrwertigen, Kationen enthaltenden Imprägnierungsmittel eingemengt ist.

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22. Substrat nach Anspruch 1ö, dadurch gekennzeichnet, f

daß das-\eutektische Additiv ein Sauerstoff enthaltendes ivatrium-, Kalium-, Kubidium- oder Zäsiumsalz oder eine Mischung dieser Salze ist.

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23· Substrat nach Anspruch L2,- dadurch g-sKennzeichnet, daß das Salz aus Kaliumnitrat bestent.

•24. Substrat nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das eutektische Additiv eine Kischun^ aus Latriua- und Kaliumnitrat ist.

25. Substrat nach Anspruch 1ö, das na cn eii^r thermit scheu Entschlichtung bei ^rieraperaturen unterhalb ungefähr 3To⁰O (öüü°P) eine verbesserte Zugfestigkeitsretention besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Mittel behandelt worden ist, welches aus (a) wenigstens einen mehrwertigen Kation mit einem Atomradius, der größer als derjenige von natrium ist, wobei das mehrwertige Kation aus einem Element der Gruppen UA und HIB -des Periodischen Systems besteht, (b) einwertigen Kationen, die aus Natrium, Kalium, Rubidium oder Zäsium so^ie Mischungen dieser Kationen bestehen, und (c) wenigstens einem Sauerstoff enthaltenden Anion besteht.

26. Substrat nach Anspruch 5, das nach Temperaturbehandlungen bei ungefähr 316 bis ungefähr 704⁰C (600 bis 1300⁰F) eine verbesserte Zugfestigkeitsretention besitzt,

BAD OR^GiNAL

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daciurck i;-ev:enni:ei 2ΐιηβΐ, da^f-3 es aus einein faserartigen Glas-, substrat besteht, ■ welches rait'einer wässrigen Lösung behandelt worden ist, die aus ungefähr Ό41> bis ungefähr 10/3, bejoi'en aiii' das ϋ-ewiciit, einer liischung aus wenigstens einem aus Calcium, -Strontium, Barium oder Lant.rian bestehenden nenrwertigeii Kation und i\i tratanionen besteht.

27. .Substrat nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, da.i das ^enandlungsnittel zwiscnen ungefähr 482 und ungefähr 049⁰C (.900 bis 12UO⁰P) schmilzt uad KaliumKationen

2ö. iju ds trat nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dB.* axe kaliumkätioiien in einem Ver-aältnis von ungefähr ΰ,ϊ? bis 2 feilen, bezogen auf das gewicht, an Kaliumkationen pro Teil, be sot: en auf das uewicnt, an mehrwertigen £atii vorliegen.

29. öubstrat nach Anspruch 28, dadurcn gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel Kalium-, Barium- und Galciumkationen und iJitratanionen enthält.

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30. Substrat nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet; daß das Behandlungsmittel Kalium-, Natrium-, Barium- und Calciumkationen sowie Nitratanionen enthält.

31. Wärmebehandelter, thermisch entschlichteter, faserartiger Glasgegenstand mit verbesserter Zugfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der einwertigen Kationen des Gegenstandes durch aus Calcium* Barium, Strontium oder Lanthan bestehende, mehrwertige Kationen ersetzt ist.

32. Gegenstand nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Kation aus Lanthan besteht.

33. Gegenstand nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Kation aus Barium besteht*

34. Gegenstand nach Anspruch 31, dadurch gekennzeich net, daß das mehrwertige Kation aus Calcium besteht.

35· Gegenstand nach Anspruch 31» daduroh net, daß die mehrwertigen Kationen in d«a Gegenstand einer Mischung aus Calcium- und Bariumkatlont» btstehta.·

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ORIGINAL INSPECTED

36· Gegenstand nach Anspruch 31t dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Glasgewebe mit ausgezeichneter Weiße besteht, welches wenigstens 80$ seiner ursprünglichen natürlichen Gewebefestigkeit nach dem Ausrüsten beibehält.

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