DE1923137A1

DE1923137A1 - Verfahren zur Herstellung feiner Fasern aus Rohasbest

Info

Publication number: DE1923137A1
Application number: DE19691923137
Authority: DE
Inventors: Golden John Hoddesdon
Original assignee: MINI OF TECHNOLOGY
Current assignee: MINI OF TECHNOLOGY
Priority date: 1968-05-07
Filing date: 1969-05-07
Publication date: 1969-12-11
Also published as: GB1283033A; CA934932A

Description

Patentanwalt·

(6)

7.5.1969

München 22, Stelnsdoifetr. 10 JX

Minister of Technology in Her Britannic Majesty^» Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland

London (Großbritannien)

Verfahren zur Herstellung feiner Pasern aus Rohasbest

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feiner Fasern aus Rohasbest, insbesondere aus Ghrysotilasbest.

Wegen ihrer Billigkeit und Festigkeit sind Asbestfasern besonders als Verstärkung für Verbundwerkstoffe geeignet. Eine brauchbare Verstärkung von Verbundwerkstoffen wird jedoch nur mit einer hohen Konzentration von Verstärkungsfasern im Verbundwerkstoff erreicht, und derartige hohe Konzentrationen können nur bei einem sehr guten Ausrichtungsgrad der Verstärkungsfasern im Grundwerkstoff erzielt werden. Die durch die verfügbaren Verfahren erreichbare Ausrichtung hängt zum großen Teil von der Form und den Abmessungen der Verstärkungsfasern ab, weshalb es Aufgabe der Erfindung ist, aus Rohchrysotilasbest Fasern zu erzeugen, die besonders zur Ausrichtung in und Verstärkung von Verbundwerkstoffen geeignet sind und bei denen die Festigkeit der Rohasbestfasern weitgehend erhalten bleibt. Das Verfahren gemäß der Erfindung erzeugt relativ gerade, nicht verfilzte feine Fasern aus den verfilzten groben Fasern, die normalerweise nach dem Vorzerkleinern

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des abgebauten Chpysotilasbests gewonnen werden. Unter feinen Fasern werden hier Asbestfasern verstanden, die kaum mit bloßem Auge -sichtbar sind., aber leicht durch ein Mikroskop beobachtet werden können, also einen Durchmesser von 0,01 - 0,0005 cm und eine Länge von 0,5 - 0,01 cm haben.

Das Verfahren zur Herstellung feiner Pasern aus Rohasbest ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Rohasbest mit warmer Phosphorsäure behandelt wird, daß der Phosphorsäurerückstand aus dem Asbest entfernt wird und daß der so behandelte Asbest einer schwachen Zerreißkraft ausgesetzt wird, wodurch die feinen Pasern erhalten werden.

Die Temperatur der warmen Phosphorsäure sollte normalerweise 100 - 170 ⁰C betragen, und die bevorzugte Phosphorsäure ist Orthophosphorsäure, obwohl auch Pyro- und Metaphosphorsäure verwendet werden kann.

Die bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ablaufenden Vorgänge sind noch nicht vollständig erforscht. Chrysotilasbest besteht aus Grundeinheiten, die Pibrillen genannt werden und kolloidale Abmessungen aufweisen, die normalerweise unter 0,1 λχ (1O^- m) liegen, wobei jede einen Zylinder mit einem Querschnitt entsprechend einer Doppelspirale bildet, die aus abwechselnden Schichten von Kieselsäure und Brucit (Magnesiumhydroxyd) in chemischer Bindung besteht. Die feinen Pasern, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, sind im wesentlichen Bündel von parallelen Pibrillen, die durch eine amorphe Substanz zusammengehalten werden, die wahrscheinlich aus Magnesiumsilikatgel besteht. Eine feine Paser mit einem Durchmesser von 5 /U kann typisch aus 25.000 Pibrillen bestehen. Es ist bekannt, daß Rohasbest in eine kolloidale Dispersion

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von Pibrillen durch starkes Auseinanderreißen in einer wäßrigen Lösung verschiedener Dispergierungsmittel zerkleinert werden kann und daß eine Behandlung von Asbest mit starken anorganischen Säuren den gesamten Brucitanteil (etwa 60 Gew.-#) aus dem Rohasbest entfernen kann, um einen weichen kieselsauren Rückstand mit Fibrillenabmessungen übrig zu lassen. Die Behandlung mit Phosphorsäure gemäß der Erfindung hat eine ähnliche, aber bedeutend vorteilhaftere Wirkung auf den Asbest, indem der Rohasbest an Störstellen und Verbindungsstellen der verfilzten Fasern angegriffen und in im wesentlichen gerade Abschnitte zerlegt wird, die die Abmessungen der gewünschten feinen Fasern anstatt der Fibrillen haben. Ähnlich wird ein Gewichtsverlust beobachtet, der der Entfernung eines Teils des Brucits aus dem Asbest entspricht, aber dieser Anteil ist leicht durch Wahl der Zeit steuerbar, während der der Asbest der Phosphorsäure ausgesetzt ist, und die erhaltenen feinen

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Fasern können weitgehend ihre ursprüngliche Festigkeit;/behalten. Im allgemeinen werden annehmbare feine Fasern erzeugt, wenn 12 - kO, vorzugsweise 18 - JO Gew.-% des Chrysotilgrundstoffs durch die Phosphorsäure entfernt werden. Ein zusätzlicher Vorteil der Phosphorsäurebehandlung besteht darin, daß jede erzeugte feine Faser normalerweise eine feste zusammenhängende Hülle hat, die wahrscheinlich aus einer Art Kieselsäure besteht und jede Faser vor einer Beschädigung während der Verarbeitung schützt sowie bewirkt, daß ein Bündel derartiger Fasern sich ähnlich wie keramische Whiskerstoffe im wesentlichen ohne Flockigkeit und gegenseitige Störung, wie sie bei den bekannten Asbestfasern auftreten, verhält.

Die für die Phosphorsäure erforderliche Behandlungszeit, um die gewünschte Gewichtsverringerung des Rohasbests zu erreicnen, sinkt mit einem Anstieg.der Temperatur und/oder des Stärkegrads der Phosphorsäure. Um eine schnelle Behandlung

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von Rohasbest zu gewährleisten, wird siedende Orthophosphorsäure bei 168 bis 170⁰C (Wichte 168) verwendet, so daß die optimale Behandlungszeit."nur 20 see beträgt. Lösungen von · Phosphorsäure in Wasser oder in organischen Lösungsmitteln können ebenfalls verwendet werden, führen aber zu längeren Behandlungszeiten und sind daher im allgemeinen nicht vorteilhaft.

P Wenn die geeignete Behandlungszeit verstrichen ist, ist

es wichtig, daß die Phosphorsäure aus dem Asbest so schnell wie möglich entfernt wird, damit die Asbestfasern nicht unzulässig erweicht oder in ihre Pibrillenbestandteile zerlegt werden. Eine geeignet schnelle Entfernung kann z.B. durch Absaugen der Phosphorsäure über ein Vakuumfilter und Waschen der behandelten Fasern mit einem geeigneten Lösungsmittel wie Wasser oder Methanol vorgenommen werden. Ein Ausgießen des Asbest-Phosphorsäure-Gemisches in ein großes Lösungsmittelvolumen hat nicht den gewünschten Erfolg, da die dadurch hervorgerufene Reaktion den Asbest irreversibel zerreißt.

Schließlich muß eine schwache Zerreißkraft ausgeübt ψ werden, um den behandelten Asbest in feine Pasern mit dem gewünschten Abmessungebereich umzuwandeln, indem die relativ losen Ansammlungen von Fasern, die durch die Phosphorsäurebehandlung, entstanden sind, aufgespalten oder geöffnet werden. Diese Zerreißkraft ist ein Mehrfaches kleiner als die Kraft, die z.B. durch eine Schlagmühle oder bei dem bekannten Verfahren zur Erzeugung einer kolloidalen Dispersion von Asbestfasern ausgeübt wird, und sie kann zweckmäßigerweise auf eine Dispersion des phosphorsäurebehandelten Asbests durch-eine Getriebepumpe oder Kugelmühle ausgeübt werden, die nur einen kleinen Teil ihrer vollen Beschickung mit Mahlkugeln enthält. Der Grad des erforderlichen Zerreißens hängt von der vorgesehenen Verwendung der feinen Fasern ab.^Für~

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die Herstellung von asbestverstärkten Verbundwerkstoffen sollte die Zerreißkraft so stark sein, daß feine Pasern mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens 20:1 erzeugt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wurde eine typische Probe von zerkleinertem Chrysotilasbest (abgebaut in Rhodesien), bestehend aus einer verfilzten Masse'von Asbestfasern, die deutlich mit dem bloßen Auge sichtbar waren, in siedende Orthophosphorsäure für 20 see getaucht, mit einem Buchner-Trichter gefiltert und anschließend sofort mit viel destilliertem Wasser gewaschen. Das gewaschene Erzeugnis.wurde in Wasser dispergiert und durch einen Haushaltsmixer schwach umgerührt, der mit geringen Drehzahlen umlief, um ein feinfaseriges Erzeugnis mit einem Elastizitätsmodul von 1,4 - 1,61 · 10 kp/em (20-25 * 10 Pfund/Quadratzoll) zu ergeben, das im wesentlichen die ganze Festigkeit der Pasern in Faserform beibehielt, so daß diese Festigkeit leichter als in verfilztem unbshandelten Chrysotilasbest ausgenutzt werden konnte.

Zur Erläuterung der Erfindung ist die Behandlung von Chrysotilasbest herangezogen worden* es ist aber ersichtlich, daß auch andere Asbestformen, z.B. Amosit und Crocidolit, vorteilhaft durch das Verfahren gemäß der Erfindung behandelt werden können, obwohl sie wegen ihrer physikalischen Struktur nicht so leicht durch die Phosphorsäure angegriffen werden können. Als Asbestverstärkung wird Chrysotil wegen seiner höheren Festigkeit gegenüber den anderen Asbestarten vorgezogen, ferner weist es im Gegensatz zu Crocidolit keine carcinogenen Stoffe auf. Das Verfahren gemäß der Erfindung 1st jedoch allgemein für die mechanische Behandlung von Asbest vorteilhaft, wenn flockiger und kolloidaler Fibrillenasbest vermieden werden soll. z.B. zur Erhöhung der Abflußgeschwindigkelt bei der Asbestzernentherstellung.

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Claims

Patentansprüche

Iy Verfahren zur Herstellung feiner Pasern aus Rohasbest, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohasbest mit warmer Phosphorsäure behandelt wird, daß der Phosphorsäurerückstand aus dem Asbest entfernt wird und daß der so behandelte Asbest einer schwachen Zerreißkraft ausgesetzt wird, wodurch die feinen Fasern erhalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der warmen Phosphorsäure IOO-I7O ⁰C beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorsäure Orthophosphorsäure ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorsäure Pyrophosphorsäure ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorsäure Metaphosphorsäure ist.
* 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Asbest so lange mit der Phosphorsäure behandelt wird, bis das Gewicht des Asbests um 12 - 40 i> verringert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsverringerung des Asbests 18 - 30 ,& beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Asbest Chrysofcilasbest ist,
9. Feine Asbest fasern, hergestellt durch ein Verfahren rtach einem der vorhergehenden Ansprüche»

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10. Αϊbestfasern nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern whisker-artig sind und einen Durchmesser von 0,02 - 0,0005 cm, eine Länge von O₅ 5 - 0,01 cm, eine feste kieselsäurehaltige Außenhülle und einen Elastizitätsmodul von erwa 1,4 · 10^b kp/em (20 · 10 Pfund/Quadratzoll) haben.

11, -.: bestfasern nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, u&ü das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens 20il beträft.

K;. Verbundwerkstoff, verstärkt durcii Asbestfasern nach eine·. :. r Ansprüche 9 - H·

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