DE2029731A1 - Verfahren zur Orientierung von Knstalliten in einem anorganischen polykristallinen Feststoff - Google Patents

Description

Mappe 22289 Dr. K.
Oase MD 21977

Imperial Chemical Industries Ltd. London, Großbritannien

Verfahren zur Orientierung von Kriatalliten in einem anorganischen polykristallinen !Feststoff

Priorität: 16. 6* 1969 - Großbritannien

Die Erfindung bezieht sich auf polykristalline !Feststoffe und insbesondere auf die Orientierung von Kristalliten in anorganischen polykristallinen Feststoffen.

Anorganische polykristalline Fasern werden häufig durch Überführung von viskosen konzentrierten Lösungen von Metallsalzen in Wasser oder in polaren Lösungsmitteln in Fasern verarbeitet. Diese Fasern werden im allgemeinen zunächst in Form eines Gels hergestellt, welches erhitzt werden muß, um ein Glas zu erzeugen und welches gegebenenfalls noch weiter erhitzt wird, um eine Faser herzustellen, die kristallin ist. Wenn eine solche Kristallisation entwickelt wird, dann sind die Kristallite normalerweise in einer mehr oder weniger willkürlichen Weise orientiert» Um die mechanischen Eigenschaften einer polykristallinen Faser zu verbessern, sollten die Kristallite in Bezug auf

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ORIGINAL INSPECTED

die Faseracheä weitgehend orientiert werden. Bs"'wurde mxc-~ mehr gefunden, daß eine Orient ie rung von Kristallite» -Ir» einem polykristallinen Feststoff dadurch erreicht werfe.· kann, daß man in di© flüssige Phase, aus dar der g9mz.?.ln' Feststoff hergestellt wird_s weltgehend -orientierte anisometrische Teilchen, einarbeitete

So wird also gemäß d©r ErfiadUBg ein Yarfataen zur Orientierung vom lxistallit©a im einem amorgamischea polykristallinen Feststoff vorgeschlägern9 w@lch.es dadurch ausgeführt wird* daß man ia die flüssige Blase, aus der"der polykristallin Festatoff hergestellt wird, weitgehend orientierte anisometriscüie 3?eileh@a ©inarbeitet, auf dex.an sich der gemannt© polykristallime Faststoff epitaxial bildet.

Torzugsweis© besitzt das anisoM©ti?is©B.e Teilchen eiae kristalline For-M od©r laaa ia @iae kristalliae Form iimgewandelt werdea, die mit dem. Kristallitea des polykristallinen Peststoffs isοstrukturell ofi©r isomorph ist, wodurch die epitaxial© BilauB.g der Kristalle' unterstützt wird«

Es wird bevorzugt-, daß dia flüssige Äas©_s aus der der polylo?istallia@ Feststoff hergestellt wird₃ weitgehend frei von amd©r©a Seilchea ist, welche di© liskleiietsag von Kristallite^ auf dem gaHamatea feststoff föx'dera kosateji... Die Abtreammg soldier Teilchen ksaa beispielsweise durch Ifiltratiofi d©r flüssigem Hi.as© od©s· durch Auflösest d©r 3?eilclien im.einem g@@iga©teii Löguagamittel bewenkstelligt

Das Verfahren eigent slcfe besoad@rs für Feststoffe, bei

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denen mindestens eine Dimension kleiner als die anderen ist, wie zum Beispiel für einen Feststoff, der die Form eines Films oder einer Faser besitzt, da die Orientierung der ani-sometrischen Teilchen bei solchen Feststoffen äußerst leicht erreicht wird. Es wird bevorzugt, daß eine Faser, auf welche das Verfahren angewendet wird, ein^n mittleren Durchmesser von weniger als ungefähr 100fo und insbesondere weniger als 30^·, beispielsweise weniger als 1oAbesitzt.

Die anisometrischen Teilchen sind vorzugsweise nadeiförmige

-formige

Teilchen oder fibrillen/Teilchen, obwohl auch andere Teilchen, wie zum Beispiel plattenförmige oder flockenförmige Teilchen, verwendet werden können. Fibrillenteilchen oder fadenförmige Teilchen mit einem mittleren Durchmesser nicht großer als Λ Γ und mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens 20 werden bevorzugt, wie zum Beispiel Fibrillen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 bis 0,5 fi und einer Länge von mehr als 1OA. Eine zweckmäßige Fibrille besitzt einen Durchmesser von ungefähr 0,01/und eine Länge von ungefähr 0,

Wenn plattenf ÖnnL ge oder flockenförmige Teilchen verwendet werden, dann wird es bevorzugt, daß die kleinste Abmessung der Teilchen- nicht größer als 1 fi ist und daß die längste Abmessung der Teilchen mindestens 20mal so groß ist wie die größere der anderen beiden Abmessungen.

Gemische von anisometrischen Teilchen mit unterschiedlichen Formen und Größen können in zweckmäßiger lnfeise verwendet werden* Die anisometrischen Teilchen können in der flüssigen Phase, aus der der polykristalline Feststoff hergestellt wird, dispergiert werden, bevor sie orientiert werden, oder die flüssige Phase kann zu einer vorher hergestellten Masse

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voa aaisometrisehen Teilchen zugegeben werden«.

Es kann jede zweckmäßige Konzentration von anisometrlachen Teilchen in der nüssigen Phase verwendet werden, wie zum Beispiel Konzentrationen im Bereich von 10 bis 100»000 Gewichtsteilen anieometrischer Teilchen auf 1.000.000 Gewichtsteile der flüssigen Phase. Besonders zweckmäßige Konzentrationen sind 1.000 bis 50.000 Gewichtsteile auf 1.000.000 Gewichtsteile.

Bei einer Aueführungsform sind die anisometrischen Teilcb.on ein Kieselsäurepseudomorph, das durch Behandlung eines SiT.icatminerale mit Säure erhalten wird, wie zum Beispiel ein platteiaförmiges Kieselsäurepseudomorph, das aus einem Phyllosilicataaterial hergestellt ist, oder ein ffbrillenförmiges Kieselsäurepseudomorph, das aus einem Inosilicatmaterial hergestellt ist. Eine bevorzugte Form einer Eieaelsäurepseudomorphfibrille wird durch Behandlung von Sepiol.itton_t Attapulgitton oder Crysotilasbest mit Salzsäure erhalten« Die durch eine solche Behandlung erhaltenen Fibrillen könren in zweckmäßiger Weise durch Filtration abgetrennt und für eine weitere Verwendung verarbeitet werdesn, wie zum Beispiel durch Erhitzen auf 1700⁰C, oder sie können direkt in Form einer Dispersion verwendet werden. Eine solche Behandlung erzeugt Kieselsäurepseudomorphe mit einem Durchmesser von ungefähr 100 S und einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von ungefähr 1000.

Es können auch faserförmige Materialien als anisometrische Teilchen verwendet werden, wie zum Beispiel die Minerale Wolastonit oder Orysotil.

Fein zerteilte Kieselsäure mit einer anisometrischen Form

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können durch Ausfällung hergestellt werden oder Verbrennungsteohniken können verwendet werden, wie zum Beispiel fibrillenförmige oder plattenförmige Metalloxidteilchen, die aus einem "Dunst" durch Verbrennen des Metalle in Sauerstoff hergestellt werden. .

Eine kolloidale Silicatfibrille, die unter dem Warenzeichen "Avibest" erhältlich ist, besteht aus anisometrischen Teilchen, die sich beim erfindungsgemäßen Verfahren eignen und die in der ursprünglichen Form oder in einer zwecks Bildung von Kieselsäure:!!ibrillen säurebehandelten Form verwendet werden können»

Besonders brauchbare anisometrische Teilchen bestehen aus kolloidalen Kristallen von Aluminiumoxidnionohydrat (Böhmit), welche einen mittleren Durchmesser von ungefähr 50 S bis 500 S und eine Länge von mehr als 1000 Jl, vorzugsweise mindestens 5000 ^besitzen, und die in zweckmäßiger Weise durch kontrollierte Erhitzung einer basischen Aluminiumsalzlösung hergestellt werden.

Weitere brauchbare anisometrische Teilchen sind;

1. Aluminiummetallpigment, das aus dünnen Flocken besteht und das besonders in anorganischen Fasern brauchbar ist, bei denen das Metall mit beispielsweise Faserkristallitem aus anorganischen. Oxiden und SLlicaten reagieren kann;

2. Kolloidale Teilchen aus mikrokristallinem nadeiförmigem Eisenhydroxid;

5« Kaliumtitanatfibrillen;

4. Mikrokristalline Zellulose, die aus Zellulosekristallen mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr'50 £ und

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- 6 einer Länge von mehr als 1OOO & bestehen»

Die genannten mikrokristallinen Zelliiloseteilchen sind besonders bei hydratisierten. Kieaelsäurefasera aütslich, die durch Spinnen eines Alkaliffletallsilicats oder von Ammcniinasilicat in Saure hergestellt werden. Die ZeXXuXösemikiokristalle binden sich fest an die hydratisieren Kieselsäure kristalle, die in der Faser ausgebildet werden,, wenn das gesponnene Material, 'beispielsweise auf 20O⁰Gj, erhitzt wird. Die hydratisiertea Ki©e@lsäurefasern, die ausgerichtete .mikrokristallin© Zellulose eathalfcea, .kSanea stark erhitzt werden, um die Zellulose su zerstören? wobei eine aellulosefreie, aber ausgerichtete kristalline Eieselsäurefaaer entsteht·

Die Erfindung eignet sich besonders für:- die Orientierung Kristalliten in einer anorganischen Faser, die aus einex· Lösung hergestellt wird, und zwar insbesondere aus einer.wässrigen Lösung von beispielsweise einer Pletallverbindung. Eine wässrige Lösung eiaer Verbindung eines Metalls, das sich zersetzt oder unter Bildung eiae® feuerfestem Feststoffs reagiert, ist besonders sweckmäßig für die Herstellung einer brauchbaren polykristallinen Faser, welche Kristallite aufweist, die im Bezug auf die faserach^orientiart sind- Beispielsweise kamm für die Herstellung voa orientiertem AIu-* miaiumoxidfaaem eine geeignet© Lösuag bereitet werden, indem man Aluminiummetall im einer wässrigen Lösung von llu« miniumchlorid auflöst. Geeignete amisometrisehe Seuchen für .die Verwendung mit dieser Lösuag sind kolloidale Kristalle von AluminiuMOxidmoÄOhjdrat, die vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 50 bis 500 I'uad-eia Verhältnis von Lämge zu mittlerem Durchmesser fön 20 bis 200 woä. iasbesomdere einen mittleres. Dtirchii©ss©r von umgefähr 50 2.

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eine Länge von ungefähr 2000 Ϊ. besitzen. Beispiele für andere polykristalline Feststoffe, die in zweckmäßiger Veise durch ein geeignetes anisometrisches Teilchen orientiert werden können, sind in der folgenden Tabelle I gezeigt.

Tabelle 1

polykristalliner
Feststoff

Material aus dem der polykriatalline Feststoff hergestellt werden kann

anisometrische8 Teilchen

Alumi&iumoxid

Aluainiumformiat

Aluminiumoxi d monohydrat

Alumiaiuiaphosphat Aluminiumchlorophosphat Kiesel säuref ibri 11 en ■"■■». » « Talcum

Titandioxid
Eisenoxid

basisches Titanchlorid Kalumtitanat

basisches Eisenchlorid nadelförmlges saatna

FO

Kieselsäure

Hatriumsilicat

nadeiförmiges alpha -FeOOH

Kieselsäure·^- oder Silicatfibrillen

Es wird bevorzugt, daß das anisometrische Teilchen in der flüssigen Phase, aus der der polykristalline Feststoff hergestellt wird, weitgehend unlöslich ist, obwohl eine gewisse Oberflächenreaktion zwischen dem anisometrischen Teilchen und der flüssigen Phase keinen Nachteil darstellt. Es wird Jedoch bevorzugt, daß eine derartige Eeaktion kein Gas erzeugt»

Die aaisometrischen Teilchen können in der flüssigen Phase

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dispergiert und darin orientiert werden oder sie können zuerst orientiert werden, worauf dann die flüssige Phase zu äen orientierten Teilchen zugegeben wird, pie Orientierung der dispergierten anisometrischen Teilchen kann durch ein zwecke mäßiges Verfahren zustande gebracht werden, beispielswei.'se dadurch, daß man die flüssige Phase durch eine geeignete Ex™ trusionsdüse hindurchführt. Die Orientierung der anisometrischen Teilchen in der flüssigen Phase, aus der eine Faser hergestellt wird, kann durch eines der üblichen Verfahren erfolgen, die für die Herstellung von Pasern verwendet werden, beispielsweise; Extrusion durch einen Spinnkopf, Ziehen oder Zentrifugalspinnen. Die anisometrischen Teilchen können im trockenen Zustand ausgerichtet werden, um eine Matte oder ein Bündel herzustellen, denen die flüssige Phase zugegeben wird. Die anisometrischen Teilchen können auch in eine orientierte Matte oder in eine orientierte Kordel verformt werden, beispielsweise durch Suspension derselben in einer geeigneten Flüssigkeit, wie zum Beispiel Azeton, Ausrichten derselben durch ein Verf«ihren wie Extrusion und Entfernen der Suspendierungsflüseigkeit durch ei»e geeignete Maßnahme, beispielsweise durch Verdampfen und/ oder Verbrennen.

Polykristalline Feststoffe, in denen Kristallite durch dan erfindungsgemäße Verfahren orientiert worden sind, können eine bemerkenswerte Anisotropie der Eigenschaften, insbesondere der physikalischen Eigenschaften, zeigen. Die Anisotropie ist in vielen Anwendungen nützlich. Beispielsweise werden ganz allgemein die Zugfestigkeit und die Steifheit an einer Richtung stark verbessert, wodurch Materialien erhalten werden, deren Eigenschaften leichter entsprechend den auf J3ie ausgeübten gerichteten Spannungen ausgerichtet werden können, Die Orientierung der Kristallite in polykristallinen Fasern

ist besonders brauchbar bei der Herstellung von Fasern mit einer verbesserten Festigkeit und Steifheit;. Anorganische Fasern, die orientierte Kristallite enthalten, sind -feate, steife und feuerfeste Fasern, die sich für Hochtemperaturanwendungen eignen, wie zum Beispiel für feuerfeste Teictilien, thermische Isolationen und zusammengesetzte Materialien.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1 .

1,2% (G/G) Kieselsäurefibrillen, die durch Säurebehandlung von Chrysotilasbest hergestellt worden waren, wurden in einer Natriumsilicatlösung dispergiert, welche die folgende Zusammensetzung aufwies:

ETa2O	17	,8	Gew	.-%
SiO2	35	,7	Gew	.-#
H2O	46	,5	Gew	.-*

Die Viskosität dieser Lösung betrug bei 2O°G 900 Poiseο Die Kieselsäure wurde zunächst in einem kleinetmöglichen Wasservolumen mittels einer Kugelmühle dispergiert, und die wässrige Dispersion wurde dann unter Rühren zur Sälicatlösung zugesetzte Die S.ilicatlösung, welche die Kieselsäure enthielt, wurde dann dazu verwendet, durch die folgenden beiden Verfahren Fasern herzustellen:

1. Die Lösung wurde durch Zentrifugalspinnen in trockener Luft in Fasern verarbeitet, wobei Fasern mit Durchmesser

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unter 20JL erhalten wurden. Diese wurden 1st in 0,1n HCl^f ' mit 5O°C eingetaucht, worauf der Natriumgehalt der Faser auf ungefähr-1 Gew.-% verringert war und die--Faser-im'wesentlichen aus Kieselsäurehydratmatrix bestand, in der feine Fibrillen aus hydratiaierter, hochorganisierter Xieselsäure verteilt waren. Die wässerigen Fasern wurden sorgfältig durch Erhitzen auf 105°C entwässert, wobei der Vasserverlust ohne Änderung des mikroskopischen Aussehens der Faser, die klar blieb, verlief. Sogar bei dieser Stufe waren die Fasern beträchtlich fester als Fasern, dia durch das gleiche Verfahren aus Natriumailicatlösung ohn® Zusatz von Kieselsäure hergestellt worden waren. Das Erhitzen wurde bei 800⁰G ausgeführt, wobei die Fasern im wesentlichen wasserfrei wurden aber intakt und mechanisch fest blieben» Fasern, die ohne Verwendung von Kieselsäure hergestellt worden waren, besaßen bei dieser Stufe nur eine geringe mechanische Festigkeit.

2. Die Silicatlösung wurde durch eisen Spinnkopf in 0*5n HCl mit 30⁰C eingesponnen, um eine Kieselsäuregelfaser herzustellen, die entlang der Faserachse ausge richtete Kieselsäure« fibrillen enthielt. Diese Orientierung wurde durch Strecken der Gelfasern erhöht» Die nachfolgende Entwäßerung und Wärmebehandlung dieser Faser ergab eine endgültige Faser, die eine Doppelbrechung und ein© Extinktion zeigte ., wenn sie mikroskopisch unter polarisiertem Licht geprüft wurde , was eine Ausrichtung der Kiesel säur ematr ix anzeigte In Abwesenheit von Kieselsäurefibrillen trat keine solche Ausrichtung auf, und die Fasern blieben isotrop.

Beispiel 2

800 g wasserfreies Aluminiumcblorid wurde, in 6 1 absolutem

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Äthylalkohol aufgelöst und die Lösung wurde in Eis auf eine Temperatur von O⁰C abgekühlt. 650 g 88%ige Orthophosphorsäure wurdai langsam unter Rühren sur Lösung zugegeben. Da» Produkt, ein weißer kristalliner Feststoff, wurde abfiltriert und im Vakuumofen 2 st bei 2O⁰C getrocknet.

Eine Lösung von 800 g dieses Peststoffs in 125 ml Wasser wurde hergestellt. Die SyruplÖsung besaß eine Viskosität von 150 Poise.

Kieselsaurefibrillen wurden durch Eintauchen von Sepiolitton in 1n HOl mit 70⁰C während 40 min hergestellt. Die Fibrillen wurden nach Abtrennung aus dem Reaktion3gemisch durch Filtration und nach Waschen mit Wasser in 200 ml destilliertem Wasser durch Mahlen dispergieren Die Dispersion wurde zur: obigen Syruplösung zugegeben, wobei die verwendete Menge der Kieselsäurefasern ausreichte, eine Enddispersion herzustellen, die 3 Gew*-% Kieselsäure enthielt.

Die Enddispersion wurde durch Extrusion durch einen Spinnkopf in trockene Luft in Fasern verarbeitet, und die gebildeten Gelfasern wurden sofort gestreckt. Die Gelfasern waren optisch anisotrop, w£S zeigt, daß sie eine systematische Anordnung der länglichen, kolloidalen Kieselsäureteilchen enthielten. Die Gelfaser wurde sehr langsam auf eine Endtemperatur von 900⁰O erhitzt, üie resultierende Faser bestand aus kristallinem Aluminiumphosphat. Eine mikroskopische Prüfung zeigte_s daß die darin vorliegenden Kristallite in Richtung der Faser oriertfert waren.

Fasern, die durch ein ähnliches Verfahren aber ohne die Mitverwenduag von Kieselsaurefibrillen hergestellt worden waren, ergaben in der Gelstufe eine isotrope Gelfaser, und die

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fertige Faser, die in einer ähnlichen Weise wie die Paser, die Kieselsäurefibrillen enthielt, hergestellt worden war, bestand aus nicht-ausgerichteten Kristallinen und besaß eine beträchtlich geringere mechanische Festigkeit als die Kieselsäurefibrillen enthaltende Faser»

Beispiel 3

Eine Lösung vcn Aluminiumoxychlorid icit einem Verhältnis von Al zu Cl von 1,1:1 wurde dadurch hergestellt, daß AIuminiummetallpulver in einer wässrigen Lösung von 300 g je Liter Alumihiumchloridhexahydrat aufgelöst wurde»

Ein Teil dieser Lösung wurde dazu verwendet, ein kolloidales Gel herzustellen, das Aluminiumoxidmonohydrat mit mittleren Abmessungen in der Größenordnung 50 χ 50 χ 2000 S enthält. 20 ml der iiluminiumoxychloridlösung wurden mit Wasser auf 250 ml gebracht und unter autogenem Druck 5 st in einem mit Glas ausgekleideten Stahldruckbehälter auf 160⁰C erhitzt. Die Untersuchung im Elektronenmikroskop zeigte, daß das Produkt die gewünschten Abmessungen aufwies«

1 ml des kolloidalen Gels von Aluminiumoxidmonohydratteilchea wurde in 10 ml destilliertem Wasser dxspergiert und 1 ml der erhaltenen Dispersion wurde mit 50 ml Aluminiumoxychloridlösumg und 5 Tropfen Eisessig gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde unter vermindertem Druck bei 35°C sorgfältig eingedampft, wobei ein Standardlaborrotartions-Verdampfer verwendet wurde. Die Geschwindigkeit der Wasserentfernung während der Eindampfung wurde durch Veränderung des Drucks derart eingestellt, daß die Bildung einer Haut auf der Oberfläche der rotierenden Flüssigkeit verhindert wurde.

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Daa Gemisch wurde so lange eingedampft, "bis es aus einem dicken Syrup mit einer Viskosität von ungefähr 700 Poise, · gemessen bei 25⁰O, bestand, und es wurde hierauf unmittelbar in einen Druckextrusionsbehältei überführt.' Die Konzentration der AluminiumoxidiBonohydrat teilchen :im Syrup betrug 70 Gew.-ppm.

Per Syrup wurde bei 25°G aus einem rostfreien Stahldruckbehälter extrudiert, der mit einem feinporigen Rochdruckfilter (10J** Durchmesser) und mit einem Spinnkopf, dessen Düse

^Durchmesser
100 J** aufwies, ausgerüstet war. Der Fade:^ wurde durch die Düse extrudiert und mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 180 m/min aufgespult, nachdem er eine Strecke von 3 m, ausgehend von der !•use, in Luft mit einer relativen Feuchte von 55 % und einer Temperatur von 30⁰C hindurchgelaufen war, wobei eine teilweise I'rocknung des Fadans eintrat. Die Anwesenheit von Stickstoff über dem Syrup imDruckbehälter und damit die Extrusionsgeschwindigkeit wurde so eingestellt, daß der Faden auf einen Durchmesser von 10 r heruntergesogen wurde.

Der Faden wurde von der Aufspultromme1 in. einen Ofen mit 100⁰C eingebracht, um die Trocknung zu vervollständigen» Er wurde anschließend während eines Zeitraums von 2 st auf 700⁰C erhitzt und 2 st lang auf dieser Temperatur gehalten.

Pie Fasern wurden dann auf dem Drehtisch eines Polarisationsmikroskops geprüft. Wenn sie in polarisiertem Licht zwischen gekreuzten Polarisatoren angesehen wurden, dann erschienen die Fasern stark doppelbrechend. Beim Drehen des Mikroskoptischs, auf dem die Fasern befestigt waren, erreichte die Intensität der Doppelbrechung ein Minimum, wenn die Fasern parallel oder senkrecht zur Polarisationsebene des einfallenden Lichts verliefen, aber bei 45° zum einfallenden Licht erschien

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die Intensität der Doppelbrechung annähernd doppelt. Diea zeigt deutlich, daß ein hoher Anteil des kristalline λ ^vIaterials in der Faser bevorzugt entlang der Faaeraehsa ausgerichtet war. Ähnliche Fasern, die in identischer Weise aber ohne anisometrische Aluminiumoxidfasern hergestellt worden waren, zeigten diesen Effekt nicht, und es komte keine Änderung der Intensität der Doppelbrechung beim Drehen des Tischs des Polarisationsmikroskops festgestellt werden.

Beispiel 4-

Ein kolloidales Gel aus Aluminiumoxidmonoh^dratrbeilcis:! mit den mittleren Abmessungen 50 x 50 χ 2000 a v/urde vie in Beispiel J hergestellt. 1 ml dieses Gels »arde in 10 ml destilliertem Wasser dispergiert und 5 ml dieser Dispersion wurden zu 100 ml einer Lösung von basischem Aluminiumformiat in Wasser zugegeben, welche gemäß einer Analyse 7 Gew.-56 Aluminium als AIpO, eathielt.

Die Mischung aus Aluminiumoxidhydratteilchen und der basischen Aluminiumformiatlösung, die einen pH von 4,2 besaß; wurde in einen Standardlaborrotartionsverdacipfer einebracht und durch Verdampfen des Lösungsmittels unter vermindertem Druck in einen dicken Syrup überführt, der eine Viskosität von 700 Poise bei 25⁰G aufwies. Die Konzeibration der Teilchen im Syrup betrug schließlich 280 Gew.-ppm.

Der Syrup wurde unmittelbar darauf in einen Druckbehälter überführt, der mit einem feinporigen Filter und mit einem Spinnkopf ausgerüstet war, wie es in Beispiel 3 beschrieben ist. Die Faser, die einen Durchmesser von 11/^aufwies, wurde auf einer Aufspultrommel aufgewickelt.

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Dj e Fasern wurden 2 st lang bei 10O⁰C getrocknet und dann 2 et lang in einen Ofen eingebracht, der auf 700⁰C erhitzt war» Nach weiteren 3 st bei 7O0°C erschienen die Fasern weiß und glasig.

Die Fasern wurden auf dem Drehtisch eines Polarisationsmikroskops befestigt und zwischen gekreuzten Polarisatoren beobachtet. Beim Drehen des Tische wurde eine merkliche Erhöhung der Intensität der Doppelbrechung beobachtet, wenn die Fasern 45° zur Polarisationsebene des einfallenden Lichts verliefen, was eine bevorzugte Orientierung der doppelbrechenden Hikrokristalle entlang der Faserapha· zeigt Ähnliche Fasern, die keine Aluminiumoridmonohydratteliehen enthielten, zeigten diesen Effekt nicht.

Beispiel ^

Faserförmig· Kieselsäure in der Tridymitform wurde durch 30-tägiges Erhitzen von Kieseisäurewolle W⁺ auf 600⁶G hergestellt Die Kieselsäure W wurde hergestellt, wie es von Weiße & Weise in Naturwissenschaften, 1954, 41,12 und Z. anorg. Cbem, 1954, 276, 95-112 beschrieben ist. Fibrillen wurden aus der abgebauten Wolle durch Elutriieren in Stickstoff abgetrennt. Die elutriiertem Teilchen wurden in Wasser gesammelt und besaßen eine durchschnittliche Größe von 0,1 M> Durchmesse!· χ 2 /C Länge. Das Wasser enthielt 0,5 Gew.-% derartiger Teilchen.

800 s wasserfreies Aluminiumchlorid wurden in 6 1 absolutem Äthylalkohol aufgelöst, und die LÖBung wurde in Eis auf eine Temperatur von 0⁰C abgekühlt. 650 g 88#ige Orthophosphorsäure wurden, langsam zur Lösung unter Rühren zugegeben. Das feste Produkt wurde abfiltriert und in ein Bohr mit 10 cm Durchmesser eingebracht, das an der Unterseite mit einem Glassinter G2 ausgerüstet war.

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Druckluft wurde durch die Verbindung mit einer Geschwindigkeit von 20 l/st 92 st lang hindurchgeblasen.

Das Produkt, ein Aluminiumehlorophosphathydrat«, vurde i:a der Wassersuspension dex¹ Teilchen aufgelöst, wobei -eine Lösung mit einer Viskosität von 700 Poise bei 20°0 erhalten wurde. Die Konzentration der Eieselsaureteilchen betrag; ungefähr 2000 Gew.»ppm, bezogen auf die Lösung- Diese Lösung wurde mit einem Druck von 17?5 at durch eine Öffnung mit 100./^ Durchmess er in Luft von 2O⁰C und 60% relativer Feuchte extrudiert, und die Faser wurde durch Aufwickeln auf einer Drehtrommel,die sich 1,2 m unter der Spin&öffnung befand, auf einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 10/^heruntergezogen.

Die Paser wurde 6 st in Luft auf 700°0 erhitzt, Röntgen-Strahlenanalyse zeigte, daß die Faser im wesentlichen aus · der Tridymitphase von Aluminiumphosphat bestand, das eine durchschnittliche Kristallitgröße von weniger als 1000 £ besaß. Die Faser zeigte bei mikroskopischer Prüfung unter polarisiertem Licht Doppelbrechung, Die Faser zeigte beim Drehen unter polarisiertem Licht eine Extinktion, was die bevorzugte Orientierung der Kristallstruktur beweist. Pasern, die. ohne Zusatz von isostruktureilen Kieselsäurefibrillen hergestellt worden waren., zeigten keine derartige Extinktion»

* Nomenclatur von E.B. Soamanc ("The Phases of Silica" Rutgers Un5.versity Press 1965) ·

Beispiel 6

Eine Probe von mit Säure gewaschenem talcum wurde in Luft elutriiert^uaa die elufcriierten Seilchen wur&ea ±a Hasser

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gesammelt. Die erhaltene Suspension wurde durch ein Whatman-Flit erpapier Nr. 1 filtriert. Das Filtrat enthielt ungefähr iO^r Teilehen kolloidales Talcum «je ml.

Ein Aluminiumchlorophosphathydrat wurde nach der Vorschrift von Beispiel 5 hergestellt, und 200 g des Feststoffs wurden in 200 ml des genannten Filtrats aufgelöst, wobei eine LÖ3ung erhalten wurde, die ungefähr 25 Gew.»ppm Talcumteilchen enthielt und bei 20⁰C eine Viskosität von ungefähr 600 Poise aufwies. Die Lösung wurde durch ein Filter mit feinen Poren filtriert, dessen Porengröße Q aufwies, und mit 21 ata durch eine Spinnöffnung mit 100 Durchmesser in Luft von 20⁰G und 60% relativer Feuchte extrudiert. Die extrudierten Fasern wurden über eine Strecke von ungefähr 1,2 m auf Fasern mit einem'Durchmesser von weniger 10/theruntergezogen.

Die Fasern wurden 2 st in einem elektrischen Ofen auf ?00°C erhitzt. Mikroskopische Prüfung der Fasern unter polarisiertem Licht ergab, daß die Fasern eine Doppelbrechung zeigten, die verschwand, wenn der Mikroskoptisch gedreht wurde. Es konnte keine Extinktion beobachtet werden, wenn Fasern uatersucht wurden, denen kein Talcum zugesetzt worden war.

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Claims (30)

- 18 -· ^Patentansprüche

1. Verfahren zur Orientierung der Kristallite in einem anorganischen polykristallinen Peststoff, dadurch gekennzeichnet, daß man in die flüssige Phase, aus der der polykristalline j?e;r;i5toff hergestellt wird, weitgehend orientierte anisometrische Tellohen einarbeitet, auf denen sich der polykristalline Feststoff epitaxial bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die misometrischen Teilchen in eine kristalline Form eingeschlossen sind, die iso&rukturell oder isomorph zu den Kristalliten des polykristallinen Feststoffs ist»

3« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anisometrischen Teilchen in eine Form eingeschXosean sind._; die in eine kristalliae Form überführt werden kann, weiche mit :len Kristalliten des polykristallinen Feststoffs isostrukturei?. oder isomorph ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phass, aus der der polycristalline Feststoff hergestellt wird, weitgehend frei von anderen Teilchen ist»

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dia flüssige Phase durch Filtration von anderen Teilchen befrsib wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anaprüelie, dadurch κ-ekennzeichnet, daß der Feststoff ein Film ist»

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1--5* dadurch' gekenn zeichnet, daß der Feststoff eice !faser.-ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, laß die Faser einen mittleren Durchmesser von weniger als 'aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch E, dadurch gekennzeichnet, laß die Faser einen mittleren Durchmesser von weniger als 13/^ aufweist.

10. Verfahren nach einen: der vorher gellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rnioonetrisciie Teilchen aus einem nadelförroigen oder fibriBenföria:! gen Teilchen besteht.

11. Ver fahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn ze lehne¹:., daß das nadel förmige oder fibrillenförniige Teilchen ei η m mittleren Durchmesser nicht mehr als 1 A und ein Verhol imis von Länge zu Durchmesser von mindestens 20/l· aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch, gekennzeichnet, daß das Teilchen, einen durchschnittlichen Durchmesser v:n 0,1 bis 0,5/^ und eine Länge von cshr als 10 A au^vj-iistr

1J. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchen einen durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 0.01 fi und eine Länge von ungefähr 0,5^3«:?- weist.

14. Verfahren nach einem der Anspräche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das anisometrische COeilchea. ein plattes.-f öriaiges oder f lockenf öxmiges 'X.ei3 c-hen ist.

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15« Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anisometrischen Teilchen in der flüssigen Phase, aus der der polykriBtalliH.ö .feststoff hergestellt wird, dispergierfe werden, bevor sie orientiert werden.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das anisometrische Teilchen in einer Konzentration von 10 bis 10.000 Gewichtsteilen je 1.000.000 GewichtsteiIe der flüssigen Phase eingearbeitet wird,

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der anisometrischen Teilchen 1.000 bis 50.000 Gewichtsteile Je 1.000.000 Gewichtsteile flüssige Phase beträgt.

18. Verfahren nach dnem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anisometrischen Teilchen aus Kieselsäure bestehen oder solche enthalten»

19« Verfahren nach einem der Ansprüche 1-17» dadurch gekennzeichnet, daß die »isometrischen Teilchen, aus einem Silicat bestehest oder öia solches enthalten<,

20. Verfahren aaeh einem d@r AmspaÄche I-I7» dadurch, gekena-

Keichaetj. daß die -ajaisoiietrlschea feilehem aus" Aluminiumoxidmonohjdrat oder Alisaänium^xid bestehe»" oder solches enthalten.

21. Verfahren nach laspraaeli 2O₃ äsdurck g©k©Bjasel©toe1;_? daß die feilciiea,₃ die iliiaai®ima©xidiaoaoli.j oxid eatiaaltea oäsT daraus b@stf©h©a₉

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Durchmesser von 50 "bis 500 1 und eine Länge von mehr als 1000 %. aufweisen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet» daß das Teilchen, das aus Aluminiumoxidmonohydrat oder Aluminiumoxid besteht oder solches enthält, eine Länge von mehr als 5000 2. aufweist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß das anisometrische Teilchen aus Talcum besteht.

24» Verfahren nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß der polykristalline Feststoff auf Kieselsäure besteht oder solche enthält.

2-5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-18 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der polykristalline Feststoff aus Aluminiumphosphat besteht oder solches enthält.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-17 oder. 20*22, dadurch gekennzeichnet, daß der polykristalline Feststoff aus Aluminiumoxid besteht oder solches enthält.

27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß die anisometrischen Teilchen dadurch orientiert werden, daß die Dispersion der Teilchen in der flüssigen Phase durch eine Extrusionsdüae hindurchgeführt wird« ·

28. Verfahren nach eimern der Ansprüche 7-27» dadurch gekennzeichnet, daß die anisometrischem Teilchen durch ;zettaserung" ά·τ flüssigen FJiaee orientiert

009882/1944 ₀

-.22 -

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die f.lüssige Hiase durch Extrusion durch ©ine Spinnöffnung in Pasern verarbeitet wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phase durch Ziehen in fasern verarbeitet wird.