DE2161182B2 - Verfahren zur Herstellung eines orientierten Acrylnitrilpolymeren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines orientierten AcrylnitrilpolymerenInfo
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Description
Die [Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung eines orientierten Acrylnitril-Polymcrcn.
Aus der französischen Patentschrift 1 204 703 und der deutschen Offcnlegungsschrift 1 504 291 sind bereits
Verfahren zur Herstellung ungesinterter Bänder '* aus Polytetrafluorethylen bekannt, bei denen ein pulvriges
Gemisch aus Polytetrafluoräthylen mit einem hohen Gleit- oder Schmiermittelanteil zunächst vorverformt
wird, und sodann zu einem Band verformt wird, wobei durch Scherkräfte eine Verstrcckung in -4°
Längs- und Querrichtung erfolgt. Das erhaltene Produkt hat auch nach dem Sintern eine gleichmäßige
Festigkeit in Längs- und Querrichtung.
Die Verwendung von Fibrillen synthetischer Hochpolymercr als Rohmaterial für Papierfaservliese und
Verbundwerkstoffe gewinnt neuerdings zunehmend an Bedeutung. Auf dem Gebiet des synthetischen
Papiers und der Faservliese sind die synthetischen Hochpolymere den natürlichen Hochpolymeren z. B.
hinsichtlich der Reißfestigkeit, der Wasserbeständig-
keil und der chemischen Beständigkeit überlegen,
doch sind sie andererseits den natürlichen Hochpolymeren
in der Starrheit und Zähigkeit unterlegen.
Weiterhin sind Verbund-Kunststoffe in großem Umfang z. P auch Tür Röhren, elektrische Geräte.
Sportartikel. Behälter und Druckgefäße eingesetzt worden, wobei als Verstärkungsmaterialicn für diese
Erzeugnisse meistens Glasfasern, Metallfasern, Bor oder Graphit verwendet wurden. Wegen der geringen
Affinität zwischen den Verstärkungsmaterialien und den betreffenden Kunststoffen sind indessen bei der
Herstellung solcher Verbundkunststoffe verschiedene Nachbehandlungen erforderlich und zudem sind diese
Verstärkungsmaterialien auch teuer.
Die nach den herkömmlichen Verfahrensweisen erhaltenen Synthesefasern sind als Verstärkungsmalerialicn
für Kunststoffe nicht geeignet. Dies is! aul ihren niedrigen Youngschen Modul, ihre geringe
Starrheit und ihre starke PehnlShigkeit zurückzuführen.
Es herrscht die Auflassung, daQ hinsichtlich
dieser Eigenschaften eine Verbesserung möglich ist. indem man weitgehend orientierte Fibrillen bildet,
die eine kompakte Struktur aufweisen, doch ist dies mit den herkömmlichen Methoden bislang noch nicht
bewerkstelligt worden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, em
Verfahren zur Verformung von Acrylnitril- Polymeren oder einer Mischung hiervon mit anderen Polymeren
anzugeben, das ohne oder im wesentlichen ohne Schmiermittel arbeitet und es gestattet, ein weitgehend
orientiertes Acrylnitril- Polymerprodukt mit hoher Vollkommenheit der Kristallausbildung zu erzielen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemjiß Polyacrylnitril oder ein Acrylnitril-Copolymer mit mindestens 75 Gewichtsfn ozent Acrylnitril
unter Bildung eines Blockerzeugnisses vorverformt wird und anschließend das Blocker/eugnis durch eine
Düse bei einem Druck von 100 bis 500 kp cnr und einer Temperatur von 50 bis 300 C und unter Reduzierung
der Querschnittsfläche um mindestens da--3.5fache
extrudiert wird.
Die erwähnte Vorverformung wird vorgenommen,
damit das Polymere beim anschließenden Extrudieren einer einheitlichen Druckeinwirkung ausgesetzt wird
und das Material ieichtcr gehandhabt werden kann Hinsichtlich die beim Vorverformen einzuhaltenden
Bedingungen ist zu bemerken, daß dieser Arbeitsiianü
vorteilhafterweise bei einer höheren Temperatur
als der Umcebungstemperatur und bei einem Druck über lOOkpcm2 vorgenommen werden kann. Ls ist
nicht entscheidend, ob das vorverformte Produkt transparent ist oder nicht. Das vorverformte Produkt
kann daher beliebig durch Formpressen von PoIvmcrpulvern oder Polymergranulaten, durch PoIvmerisalionsverformung
eines Monomeren oder durch Lösungsguß eines Polymeren erhalten werden. Die Wichte des vorgeformten Produkts ist vorzugsweise
höher als 0.6 g cm3.
Das vorgeformte Produkt, das vorbestimmte Abmessungen
hat. wird in einen Hochdruck-Extrusionszylindcr gegeben, der auf einer Temperatur von 50
bis 300 C gehalten wird, worauf die Extrusion vorgenommen
wird. Der Hxtrusionsdruck kann je nach der Art des Polymeren und nach der Temperatur
unterschiedlich sein, doch verringert sich die Erzeugungsleistung bei einem Dru.-k unter lOOkpcm2
merklich und die Betriebsleistung der Anlage geht bei einem Druck über 50 000 kp cm2 zurück.
Zur Erzeugung eines stark orientierten Acrylnitril-Polymerprodukts.
das leicht fibrilliert werden kann, ist es jedoch zu bevorzugen, wenn diese Polymere
keine deutliche Absorption für tg't mit einer Intensität von mindestens 0.10 bei einer Temperatur unter
-20 C in der Temperaturcharakteristik der bei 110 Hz gemessenen dynamischen Viskoelastizität
zeigt. Polymcrgcmischc nut Polymeren unterschiedlicher
Art können innerhalb breiterer Ansatzberciche bei den gleichen Extrusionsbedingungen verwendet
werden. Falls das Volumenverhältnis dieser anderen Polymere den Wert von 50% überschreitet, so soll
allerdings deren Glastemperatur vorzugsweise nicht unter 20°C und nicht über 300'C liegen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß hinsichtlich des Polymerisationsgrades der zu
verwendenden Polymere kaum Einschränkungen bestehen und daß Polymere, deren Molekulargewicht
2 X61
so niedrig ist, daß sie nach den üblichen Spinn- und
Extrusionsverfahren nicht verarbeitet werden können, in diesem Fall ebenso verwendet werden können
wie Polymere mit einem mittleren Molekulargewicht über 10000. Verwendbar sind auch Acrylnitrilpolymere,
die einer Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen oder einer Alkalibehandlung unterworfen
wurden, um in einer Polymerhauptkette in einem geeigneten Umfang eine zyklische Struktur hervorzurufen,
um in diesem Fall zeigen die extrudierten to Produkte, die beispielsweise also in Form von Fasern
oder Fibrillen vorliegen, hinsichtlich ihrer chemischen Beständigkeit und ihrer Wärmebeständigkeit hervorragende
Eigenschaften und haben einen hohen Elastizitätsmodul. Das vorgenannte Acrylnitrilpolymere,
das in gepulverter Form, als Granulat oder als Vorformling vorliegt, kann einer Wärmebehandlung bei
einer Temperatur von 200 bis 300 C in einer indifferenten Atmosphäre oder einer Alkalibehandlung unterzogen
werden, wobei das Polymere einen gelben bis schwarzbraunen Farbton annimmt. Dieses Polymer
kann für das erfindungsgemäße Verfahren als Ausgangsmaterial dienen.
Es zeigt sich, daß die so erhaltenen extrudierten Produkte nicht nur einen hohen Grad der Orien- js
ticrung haben, dessen Wert über 70% liegt, was sich aus der Verteilungskurvc des Orientierungswinkels
2 (-) = 16,7 im Röntgcnbcugungsdiagramm ableiten
läßt, sondern daC sie auch eine Halbwertbreite von
weniger als 1,0 zeigen, wie sich dies aus der Radial- w
verteilungskurve ergibt. So bcläul. sich beispielsweise
die Halbwertbreitc der üblichen \crylfasern in der
Röntgenbeugung auf mindestens 1.0 bis 3.0 . wahrend die erfindungsgemäß extrudierten Fasern eine
Halbwertbreite von 0,7 bis 0.8 haben und eine «·*
kompakte Struktur besitzen. Fs hat sich auch überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemüU
extrudierten Fasern bei hoher Temperatur eine geringere Schrumpfung zeigen als die herkömmlichen
gereckten Fasern mit einem ähnlichen Grad der Orientierung, genauer gesagt, ihre Schrumpfung macht
etwa ein Fünftel oder ein Fünfzigstel der Schrumpfung der letztgenannten Fasern aus.
Das erfindungsgemäß extrudierte Produkt weist eine Anordnung von Fibrillen mit den vorgenannten
Merkmalen auf und hat eine scheinbare Massendichte entsprechend mehr als dem OJfachen des
Ausgangspolymeren, wobei seine Transparenz solcherart ist, daß es durch eine Schlagbehandlung kaum
fibrilliert zu werden scheint. Das Produkt ist ein ideales extrudiertes Material, das leicht zu handhaben
und ohne weiteres einzulagern ist.
Bei Verwendung der Fibrillen der erfindungsgemäß extrudierten Produkte lassen sich unerwartete Eigenschaften
des so hergestellten synthetischen Papiers, des Rohmaterials für Verbundwerkstoffe und der
Faservliese erzielen. Das extrudierte Produkt selbst kann entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck
in der Form eingesetzt werden, in der es vorliegt.
Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen der Veranschaulichung der Erfindung.
Ausführungsbeispiel 1
Durch Fällungspolymerisation unter Verwendung von Ammoniumpersulfat und Natriumbisulfit als
Redoxkatalysator wurden die in der Tabelle aufgeführten Acrylnitril-Polymerpulver mit einem mittleren
Molekulargewicht von 100 000 hergestellt. Die so hergestellten Polymerpulver wurden einer Vorverformung
unterworfen und dann unter den in der Tabelle genannten Bedingungen durch eine Düse
extrudiert.
Vor\eriormunuN- | Druck | hxtri | I •>hin>- |
I | Drink | |
bedineunücn | Ikρ mr'l | betlinuLiiiucn | Ikρ i-nv'l | |||
Polymere | 450 | 7 000 | ||||
I cm ρ | 450 | Tem ρ | 3 000 | |||
1 Cl | 450 | I Cl | I 5 0(K) | |||
PAN | 160 | 450 | 130 | . 4 000 | ||
PAN | 160 | IHO | ||||
PAN | 130 | 450 | 160 | 600 | ||
93 7 | 130 | 130 | ||||
P(AN-VAc) | 450 | 35 000 | ||||
93 7 | 130 | 180 | ||||
P(AN-VAc) | 450 | 7(K)O | ||||
93 7 | 130 | 180 | ||||
P(AN-VAc) | 450 | 5 000 | ||||
93 7 | 50 | 450 | 110 | 30 000 | ||
P(AN-VAc) | ||||||
PAN | 100 | 120 | Reckverfahren (PAN) | |||
PAN 40 | 140 | 100 | ||||
P(AN-VAc) 60 | ||||||
Fasern nach bekanntem | ||||||
Reilii/ier-
\orh.iltni*
6.7
8.8
12.0
8.8
4.5
34.0
6.7
4,5
6.5
6.5
Recken
auf das
12fache
auf das
12fache
I ihril- len- bil- ιΐιιημ |
Orien
tier ims |
H.ilbvert-
breitc |
_i_ 4 4- |
84,0 87.0 92.0 86.1 |
0.76 0.78 0.73 0.89 |
4- | 74.0 | 0.92 |
■r | 93.0 | 0.78 |
■f | 85.0 | 0.84 |
+ + |
80,0
84,0 |
0,79 0.79 |
- | 88,0 | I.Il |
Scheinbiirc·.
I.IS I.IM 1.16
1.16 1.19 1.15
1.00 1.15
1.19
Ausführungsbeispiel 2
Ein Polyacrylnitril mit einem Polymerisalionsgrad von 100 000. das einer 30 Minuten andauernden
Wärmebehandlung bei 25O°C im Stickstoffstrom unterworfen worden war, wurde bei einem Druck
von lOOOkp/cm2 bei 130°C zu einem Stab vorge-
formt. Dieser Stab wurde bei einem Druck von 5000 kp/cm* bei 130C unter Einhaltung eines ReduzjerverbSltnisses
von 11,5 durch eine Düse extrudiert. Das so erhaltene extrudierte Produkt hatte bei normaler
Temperatur eine schwarzbraune Farbe, der Orienüerungsgrad lag nach der Röntgenmessung bei
89,8%, und die Halbwertbreite betrug 0.73, und das Produkt konnte durch Schlagen fibriUiert werden.
Die hierbei erhaltenen Fibrillen zeigten beim Erhitzen auf 200" C eine Schrumpfung von 1,5% und ihr Elastizitätsmodul
belief sich auf 110" dyn/cnr.
Ausführungsbeispiel 3
Ein Acrylnitrilcopolymer mit einem Gehalt von
10 Gewichtsprozent Vinylacetat wurde in einer 10%igen Lösung von Kaliumhydroxid in Methanol
J Stunde auf Siedehitze erwärmt, wodurch ein gelbbraunes
Pulver erhalten wurde. Dieses Pulver wurde getrocknet, entlüftet und dann bei 3000 al und bei
einer Temperatur von 100 C vorverformt. Das vorgeformte Produkt wurde unter Einhaltung eines
Reduzierverhältnisses von 6.6 bei einem Druck von 2000 kp/cm2 bei 180'C durch eine Düse extrudien.
Die hierdurch erhaltenen Stränge hatten eine braune Farbe und waren durchscheinend. Die durch Schlagen
dieser Strange erzeugten Fibrillen hatten der Röntgenmessung zufolge einen Orientierungsgrad von
87,7% sowie eine Halbwertbreite von 0.79 und einen Elastizitätsmodul von 8 · IO10 dyn/cm*.
Ausführungsbeispiel 4
Polyacrylnitril wurde im Stickstoffstrom einer 15 Minuten andauernden Wärmebehandlung bei
280' C unterzogen, wobei ein schwarzbraunes Pulver anfiel. Dieses Pulver wurde bei 3000kg/enr und
180 C vorverformt. Das so erhaltene vorgeformte
Produkt wurde unter Einhaltung eines Reduzierverhältnisses von 16,6 bei einem Druck von 14000 kg cnr
und bei 200" C durch eine Düse extrudiert, wodurch schwarze, durchscheinende Stränge erhalten wurden.
Diese Stränge zeigten beim Erhitzen bis auf 200 C im wesentlichen keine Wärmeschrumpfung und halten
der Röntgenmessun£ zufolge einen Orientierungsgrad von 923% sowie eine Halbwertbreite von 0.76
und einen Elastizitätsmodul von 1,1 · 10" dyn cnr.
Die Stränge konnten durch Schlagen leicht fibrilliert
werden.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines orientierten
Acrylnitril-Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß Polyacrylnitril oder ein Acrylnitril-Copolymer mit mindestens 75 Gewichtsprozent Acrylnitril unter Bildung eines Bjockerzeugnisses vorverformt wird und anschließend das
Blockerzeugnis durch eine Düse bei einem Druck »° von 100 bis 5000 kp/cm2 und einer Temperatur
von 50 bis 3000C und unter Reduzierung der Querschnittsfläche um mindestens das 3,5fache
extrudiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekenn- <5
zeichnet, daß die Vorverformung bei einer höheren Temperatur als der Umgebungstemperatur und
bei einem Druck Ober lOOkpcm2 vorgenommen
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß das Acrylnitrilpolymere im gepulverten, gekörnten oder vorgeformten Zustand
einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200 bis 300 C in einer indifferenten Atmosphäre
unterworfen wird.
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DE3133897A1 (de) * | 1981-08-27 | 1983-03-10 | Deutsche Solvay-Werke Gmbh, 5650 Solingen | "verfahren und vorrichtung zur herstellung von kunststoffplatten, -folien, -bahnen, -baendern, - stangen, -formteilen, -gegenstaenden oder -profilen von hoher mechanischer festigkeit aus thermoplasten" |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5017106B1 (de) | 1975-06-18 |
US3803286A (en) | 1974-04-09 |
DE2161182A1 (de) | 1972-07-06 |
GB1327140A (en) | 1973-08-15 |
SE391670B (sv) | 1977-02-28 |
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