DE2532417A1

DE2532417A1 - Schlichtmittel fuer glasfasern

Info

Publication number: DE2532417A1
Application number: DE19752532417
Authority: DE
Inventors: Joseph Baxter Lovelace; Donald Lee Motsinger; Charles Edgar Nalley
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1975-07-19
Publication date: 1976-02-05
Also published as: US3933711A; NL7507665A; BE831599A; FR2279688A1; US4027071A; FR2279688B1

Description

Dr. Michael Hann

Patentanwalt

63 Gießen/Lahn

Ludwigstr. 67 H/He (818)

PPG Industries, Inc., Pittsburgh. Pennsylvania. U.S.A. Schlichtemittel für Glasfasern Priorität; 25. Juli 1974. USA Serial Nr. 491 730

Diese Erfindung betrifft ein neues Schlichtemittel für Glasfasern und mit diesem Schlichtemittel ausgerüstete Glasfasern.

Bei der Herstellung von verstärkten Formkörpern aus ungesättigten Polyesterharzen hat man schon seit vielen Jahren Glasfasern als Verstärkungsmittel verwendet. Bei einer der wichtigen Arbeitsweisen wird ein Sprühverfahren verwendet. Dabei wird eine Sprühpistole und eine Schneidvorrichtung für den Glasseidenstrang so kombiniert, daß das Polyesterharz und der Glasseidenstrang gleichzeitig in eine Form aus einer Sprühpistole gesprüht werden, wobei an die Sprühpistole eine Schneidvorrichtung für den Glasseidenstrang angebaut ist. Die hierbei verwendete Glasfaser wird in Form eines Glasseidenstrangs (roving) angeliefert und sollte gute "wet-out"-Merkmale besitzen. Hierbei ist es wichtig, daß die verwendete Glasfaser mit einer befriedigenden Schlichte ausgerüstet ist, die mit dem verwendeten Polyesterharz verträglich, ist. Der geschlichtete Glasseidenstrang muß deshalb in der Lage sein, sich schnell mit den zum Besprühen verwendeten Harzen zu mischen. Außerdem ist es erwünscht, daß sich die besprühten und gemischten Harze in den verwendeten Formen glatt niederlegen.

Durch die bekannten Schlichtemittel werden diese Forderungen nur teilweise erfüllt.

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Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein verbessertes Schlichtemittel für Glasfasern, das in wäßriger Mischung 70 bis 90 Gew.% Polyvinylacetat, 4 bis 7 Gew.% eines Fettsäure-Gleitmittels, 2 bis 6 Gew.% Methacrylato-Chrom-III-halogenid und 3 bis 6 Gew.% gamma-(Äthylendiamin)propyltrialkoxysilan enthält, wobei diese Mischung eine pH-Wert von 6,1 bis 6,5 besitzt.

Die Erfindung umfaßt auch eine geschlichtete Glasfaser mit einem getrockneten Überzug auf ihrer Oberfläche aus einer wäßrigen Mischung, die Polyvinylacetat, ein Fettsäure-Gleitmittel, Methacrylato-Chrom-III-halogenid und gamma-(Äthylendiamin )propyltrialkoxysilan enthält.

Die mit dem neuen Schlichtemittel ausgerüsteten Glasfasern sind mit den Polyesterharzen besonders gut verträglich, so daß sie bevorzugt für die Verstärkung von Polyesterharzen nach dem Sprühverfahren in Betracht kommen.

In der Regel wird das Schlichtemittel in einer wäßrigen Formulierung verwendet^ die zwischen 7 und 7,5 Gew.% Feststoffe enthält. Der bevorzugte pH-Wert der Schlichtemittel nach der Erfindung liegt bei 6,2 bis 6,4.

Das neue Schlichtemittel nach der Erfindung kann verschiedene textile Gleitmittel enthalten, die bevorzugt kationisch oder nicht-ionisch sind. Typischerweise werden die handelsüblichen löslich gemachten Fettsäureamide verwendet, die in der Regel in dem Fettsäurerest 4 bis 24 Kohlenstoffatome enthalten, wobei die Fettsäuren gesättigt oder ungesättigt sein können. Ferner geeignet sind durch wasserfreie Säure löslich gemachte niedrige Polymerisate von ungesättigten Fettsäureamiden. Ein besonders wirksames Material als Textilgleitmittel ist das Pelargonsäureamid von Tetraäthylenpentamin. Auf Basis der Feststoffe wird dieses Gleitmittel in der Regel in Mengen zwischen 4 und 7% verwendet.

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Ein Hauptbestandteil der Schlichteformulierung nach der Erfindung ist das filmbildende Polyvinylacetat (40 bis 60 Gew.% der Feststoffe). Bei den typischen Schlichteformulierungen nach der Erfindung liegt der Gehalt der wäßrigen Lösung zwischen 70 und 90 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe in der Lösung.

Das Schlichtemittel nach der Erfindung enthält als weitere Komponente Methacrylato-Chrom-III-halogenid, das sich bekanntlich aus einer Methacrylsäureverbindung und einem Chrom-III-halogenid bildet, beispielsweise aus Methacrylsäure und Chrom-III-chlorid. Es liegt hier eine Komplexverbindung nach Werner vor und derartige Verbindungen sind in der US-PS 2 611 718 beschrieben. Bei der Erfindung kommen auch andere derartige Komplexverbindungen bzw. Kupplungsmittel in Betracht, die z.B. Vinylalkyl-, Amino-, Epoxy-, Mercaptyl-, Thioalkyl-, Thioaryl- und Phenylreste enthalten. Auf Basis der Festprodukte enthält das Schlichtemittel 2 bis 6 Gew.% dieser Verbindungen.

Das Schlichtemittel nach der Erfindung enthält ferner auch ein gamma(Äthylendiamin)propyltrialkoxysilan. Die bevorzugte Verbindung dieser Art ist das gamma(Äthylendiamin)propyltrimethoxysilan, doch können auch Verbindungen mit verschiedenen anderen Alkoxyresten verwendet werden. Die Benutzung dieser speziellen Silane erweist sich als besonders wirksam bei der Verarbeitung der Schlichte und der Polyesterharze nach dem eingangs geschilderten Sprühverfahren. Die genannten Silane sind in der Schlichtemittelzusammensetzung, ohne Wasser, in Mengen von 3 bis 6 Gew.96, bevorzugt 4 bis 5 Gew.% vorhanden.

Die Schlichtemittel nach der Erfindung werden bevorzugt zum Schlichten von Glasseidenspinnfäden verwendet. Man erhält die Glasseidenspinnfäden aus einer Vielzahl von Elementarfäden, die mit hoher Geschwindigkeit aus geschmolzenen Glas-

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kegeln über Lochnippel ausgezogen werden. Während der Bildung bewegen sich die Fäden mit einer Geschwindigkeit von etwa 1500 bis 6000 m/Min, wobei sie mit dem Schlichtemittel überzogen werden. Das Schlichtemittel kann auf die Fasern während ihres Ausziehens aufgesprüht werden, bevorzugt wird es aber über eine Walzenauftragsvorrichtung auf die Fäden aufgebracht. Nach dem Schlichten werden die Fäden zu Spinnfäden zusammengefaßt, die dann in typischer Weise auf Spultrommeln aufgewickelt werden. Aus mehreren Spinnfäden können dann durch Abwickeln und gemeinsames Aufwickeln auf einer Spultrommel Glasseidenstränge in üblicher Weise hergestellt werden.

Man erhält das Schlichtemittel nach der Erfindung, indem man den Pölyvinylacetat-Latex mit Wasser in einem Mischtank unter Rühren mischt. Der Mischung aus Polyvinylacetat und Wasser gibt man das gamma(Äthylendiamin)propyltrialkoxysilan zu, das bevorzugt mit kaltem Wasser vorgemischt worden ist. Nach dem Mischen dieser Bestandteile wird das Kupplungsmittel langsam in den Mischtank eingebracht. Danach erfolgt die Zugabe des Gleitmittels für die Glasfaser. Die Mischung wird dann auf ihr Endvolumen mit Wasser verdünnt. Ihr pH-Wert wird geprüft und es wird ausreichend Essigsäure zugegeben, um einen pH-Wert zwischen 6,1 und 6,5 einzustellen.

Das Schlichtemittel nach der Erfindung kann auf die einzelnen Glasfäden während ihrer Bildung aufgebracht werden. So kann z.B. das Schlichtemittel mit den einzelnen Fäden gleich nach ihrem Austritt aus den Lochnippeln der Platinwanne, die das geschmolzene Glas enthält, in Berührung gebracht werden. Außerdem kann das Schlichtemittel auf die Fäden vor ihrer Zusammenfassung zu einem Spinnfaden aufgebracht werden, wobei man sich bevorzugt einer Walzenauftragsvorrichtung bedient, deren Walze zum Teil in eine Formulierung des Schlichtemittels eintaucht. Eine derartige Auftragseinrichtung ist im einzelnen in der US-PS 2 728 972 offenbart. Man kann dann die geschlichteten Fäden unter Verwendung einer GraphitfUh-

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rung zu einem Spinnfaden zusammenfassen und diesen auf einer Spultrommel mit einer Geschwindigkeit von etwa 1500 bis 6000 m/Min aufspulen. Es können auch andere Arbeitsweisen zum Aufbringen des Schlichtemittels und andere Einrichtungen zum Aufwickeln der geschlichteten Spinnfäden verwendet werden. Nach dem Aufwickeln der Spinnfäden werden sie bei etwa 115° C für einen Zeitraum von etwa 11 Stunden getrocknet. Nach dem Trocknen werden die Spinnfäden in üblicher Weise zu Glasseidensträngen weiterverarbeitet.

Nach dem Auftragen und Trocknen der wäßrigen Schlichtemittelzusammensetzung erhält man Glasfaden, die auf ihrer Oberfläche nach dem Verdampfen des Wassers einen Überzug aus Polyvinylacetat, Fettsäure-Gleitmittel, Methacrylato-Chrom-III-chlorld und gamma(Äthylendiamin)propyltrialkoxysilan enthalten.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen noch näher erläutert.

Beispiel 1

Gewichtsteile (g)

Polyvinylacetat (56% Feststoffe in Wasser) 4500

1. Methacrylsaurekomplex von Chrom-III- _Ί \ Chlorid (19% Feststoffe in Wasser) ^L) 334

2. Gamma(Äthylendiamin)propyltrimethoxy-_i,\

silan in Methanol (40 Vol.96) ^' 226

3. Kationisches Fettsäureamid ' 24

4. Pelargonsäureamid von Tetraäthylen- r\ pentamin ^; 112

Ausreichende Mengen an Wasser, um ein Volumen von 37,85 1 zu geben

Essigsäure zur Einstellung eines pH-Wertes von 6,3 - 0,2

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— ο-

Ι) Handelsprodukt "Volan" von E. I. Du Pont

2) Handelsprodukt Z-6026 von Dow Corning

3) Handelsprodukt Emery 4046D von Emery Industries

4) Handelsprodukt C-185A von Imperial Chemical Industries

Aus diesen Ausgangsstoffen wird das Schlichtemittel hergestellt, indem das Polyvinylacetat mit etwa 35% des gesamten Wassers gemischt wird. Das gamma(Äthylendiamin)propyltrimethoxysilan wird dann mit einer kleinen Menge kalten Wassers vorgemischt und dann in den Mischtank gegeben. Daran schließt sich die Zugabe des antistatischen Mittels. Das kationische Fettsäureamid und das Pelargonsäureamid des Tetraäthylenpentamins werden in heißem Wasser gemischt und zu den anderen Bestandteilen der Schlichte unter kontinuierlichem Rühren hinzugegeben. Dann wird der Inhalt des Mischtankes durch Zugabe so weit verdünnt, daß insgesamt ein Volumen von 37,85 1 entsteht. Der pH-Wert wird dann gemessen und durch Zugabe von Essigsäure wird ein pH von 6,3 - 0,2 eingestellt. Der pH-Wert des fertigen Schlichtemittels wird bevorzugt bei 6,3 gehalten.

Das in dieser Weise hergestellte Schlichtemittel wird auf die einzelnen Fasern während ihrer Herstellung aufgebracht. Dazu wird eine Auftragseinrichtung verwendet, wie sie in der US-PS 2 728 972 beschrieben ist, wobei das Schlichtemittel auf die Glasfäden nach ihrem Austritt aus den Lochnippeln der Platinpfanne aufgebracht wird. Die Fasern werden auf einer mit 6.000 upm rotierenden Spultrommel aufgewickelt, wogegen die Walzenauftragsvorrichtung eine Geschwindigkeit von etwa 145 upm hat. Die geschlichteten Spinnfäden werden für einen Zeitraum von 11 Stunden bei etwa 115° C getrocknet und dann werden sie in üblicher Weise zu Glasseidensträngen verarbeitet. Der getrocknete Rückstand auf den Glasfäden macht zwischen 1,25 bis 1,55 Gew.% des reinen Glases aus. Die in dieser Weise geschlichteten Glasseidenstränge eignen sich in ausgezeichneter Weise für die Herstellung von mit Glasfasern verstärkten Harzprodukten durch das Prüfverfahren.

Claims

Patentansprüche;

1. Schlichtemittel für Glasfasern, dadurch gekennzeichnet , daß es eine wäßrige Mischung von 70 bis 90 Gew.% Polyvinylacetat, 4 bis 7 Gew.% eines Fettsäure-Gleitmittels, 2 bis 6 Gew.% Methacrylate-Chrom-III-halogenid und 3 bis 6 Gew.% gamma(Äthylendiamin)-propyltrialkoxysilan enthält und einen pH-Wert von 6,1 bis 6,5 hat.

2. Schlichtemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkoxysilan gamma-(Äthylendiamin)propyltrimethoxysilan ist.

3. Schlichtemittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gamma(Äthylendiamin)-propyltrimethoxysilan 4 bis 5 Gew.% der wasserfreien Basis des Schlichtemittels ausmacht.

4. Schlichtemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das gamma(Äthylendiamin)-propyltrialkoxysilan 4 bis 5 Gew.% der wasserfreien Basis des Schlichtemittels ausmacht.

5. Glasfaser mit einem getrockneten Überzug auf ihrer Oberfläche aus einer wäßrigen Mischung von Polyvinylacetat, einem Fettsäure-Gleitmittel, Methacrylato-Chrom-III-halogenid und gamma(Äthylendiamin)propyltrialkoxysilan.

6. Glasfaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trialkoxysilan gamma(Äthylendiamin)propyltrimethoxysilan ist.

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