DE3245816A1

DE3245816A1 - Process and apparatus for the electrodeposition of a laminate of a fibrous material

Info

Publication number: DE3245816A1
Application number: DE19823245816
Authority: DE
Inventors: Masaharu Fujita; Tohshichi Kitago; Seisyo Iwaki Fukushima Kumagai
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1981-12-14
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1983-06-23
Also published as: NL8204772A; JPS58104191A

Abstract

A stratified fibrous material is obtained by electrodeposition of a plurality of electrophoretically charged fibrous materials on mutually adjacent sections of a cylindrical electrode which passes through a plurality of fibrous material suspensions having different properties. To obtain the laminated product, the fibres deposited in this way are peeled away from the electrode axially.

Description

Verfahren und Apparatur für die Elektroablagerung einesMethod and apparatus for the electrodeposition of a

Laminats aus Fasermaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ablagern eines Laminats aus faserartigem Material mit Hilfe elektrischer Kräfte, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Formproduktes durch elektrisch unterstützte Ablagerung von fasrigem Material, das eine elektrophoretische Ladung hat, aus einer wäßrigen Aufschlämmung. Mit Hilfe der Erfindung soll ein Formprodukt gewonnen werden, das eine weite Spanne von Eigenschaften besitzt, indem unterschiedliche faserartige Materialien, die verschiedene Eigenschaften haben, schichtförmig angeordnet werden.Laminate of fiber material The invention relates to a method and a device for depositing a laminate of fibrous material with the aid electrical forces, and in particular a method and an apparatus for manufacturing a molded product by electrically assisted deposition of fibrous material, which has an electrophoretic charge, from an aqueous slurry. With help According to the invention, a molded product is to be obtained which has a wide range of properties possesses by making different fibrous materials that have different properties have to be arranged in layers.

Fasrige Materialien, die eine elektrophoretische Ladung haben, z. B. Proteinfasern (Fibrillen) wie Collagenfäden, werden durch Elektroablagerung geformt, und zwar in Wurstkunstdärme, Nähfäden für den chirurgischen Bereich, Saiten für Tennisschläger oder andere Schläger und dergleichen.Fibrous materials that have an electrophoretic charge, e.g. B. Protein fibers (fibrils) such as collagen threads, are formed by electrodeposition, namely in artificial sausage casings, sewing threads for the surgical field, strings for Tennis rackets or other rackets and the like.

Der Elektroablagerungsvorgang gemäß der Erfindung stellt c &!< ii I tv . a t c t t i a ll t Pa;ii Ur n } 1 ah ren tiei wobei eine wäßrige Aufschlämmung fasrigen Proteins, das eine elektrophoretische Ladung besitzt, in eine Elektroablagerungszelle eingeführt wird, in der wenigstens eine Kathode und wenigstens eine Anode vorhanden sind, während zwischen die beiden Elektroden eine Spannung angelegt wird, so daß sich das fasrige Material an einer der Elektroden ansammelt und ein geformtes Produkt ergibt, wie es beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. 13 636/71 beschrieben ist. Wenn die wäßrige Aufschlämmung einen pH-Wert von höchstens 6 hat, dann sammelt sich das Fasermaterial an der Kathode an, während bei einem pH-Wert von 9 und mehr das Ansammeln an der Anode stattfindet.The electrodeposition process according to the invention represents c &! < ii I tv. a t c t t i a ll t Pa; ii Ur n} 1 ah ren tiei being an aqueous slurry fibrous protein, which has an electrophoretic charge, into an electrodeposition cell is introduced, in which at least one cathode and at least one anode is present while a voltage is applied between the two electrodes, so that the fibrous material collects on one of the electrodes and a shaped Product results, for example, in Japanese Patent Application No. 13 636/71 is described. When the aqueous slurry has a pH of at most 6, then the fiber material collects on the cathode, while with a pH 9 and above the accumulation takes place at the anode.

Gemäß der Erfindung werden wenigstens zwei Arten von fasrigen Materialien an einer Elektrode gesammelt. Die Materialien können nicht nicht nur aus zwei Yaterialarten bestehen, die sich in ihrem chemischen Aufbau voneinander unterscheiden, sondern können auch zwei hinsichtlich ihrer chemischen Struktur identische Materialien sein, deren physikalische Eigenschaften jedoch unterschiedlich sind. So ist es z. B.According to the invention there are at least two types of fibrous materials collected on an electrode. The materials cannot only consist of two types of material exist, which differ from one another in their chemical structure, but rather can also be two materials that are identical in terms of their chemical structure, however, their physical properties are different. So it is z. B.

möglich, eine wäßrige Aufschlämmung von Collagenfasern mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften dadurch zu erhalten, daß unterschiedliche Verfahren für die feine Aufteilung der Fasern eingesetzt werden oder daß die Fasern nach zwei verschiedenen Graden unterteilt sind. Wenn wengistens zwei Arten von Fasermaterial mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften durch Elektroablagerung laminiert sind, dann können Produkte gewonnen werden, die eine große Spanne verschiedener physikalischer Eigenschaften umfassen.possible to use an aqueous slurry of collagen fibers with different obtain physical properties by doing different procedures be used for the fine division of the fibers or that the fibers after two are divided into different degrees. If at least two types of fiber material laminated with different physical properties by electrodeposition then products can be obtained that are a wide range of different physical properties include.

Um ein Laminat von wenigstens zwei Arten fasrigen Materials, das eine elektrophoretische Lacilng hat, durch Elektroablagerung zu erzeugen, müssen wenigstens zwei Elektroablagerungszonen eingesetzt werden, und jede dieser Zonen muß mit einer wäßrigen Aufschlämmung eines Fasermaterials, das die elektrophoretische Ladung hat, gespeist werden.To provide a laminate of at least two types of fibrous material, one electrophoretic lacilng has to be generated by electrodeposition at least two electrodeposition zones can be used, and each of these zones must be associated with one aqueous slurry of a fiber material which has the electrophoretic charge, be fed.

Um ein schichtförmiges Produkt, das sich aus wenigstens zwei Schichten zusammensetzt, zu erhalten, wird gemäß der Erfindung ein Elektroablaaerun9s-Sc'licht-Erzeuqungsverfahren geschaffen, bei welchem eine wc;Erige Aufschlämmung ei- ne wäßrige Aufschlämmung eines Fasermaterials dem Boden einer jeden von wenistens zwei Elektroablagerungszonen zugeführt wird, während das Material von oben her entladen wird. Dieses Verfahren wird mit Hilfe einer Apparatur durchgeführt, die ein Paar koaxialer Elektroden enthält, von denen eine einen radialen Abstand von der anderen hat, und bei dem wenigstens eine Trennwand die inneren Elektroden umschließt, um wenigstens zwei Elektroablagerungszonen zu schaffen, wobei die Trennwand einen radialen Abstand von der inneren Elektrode einhält, damit ein auf der inneren Elektrode ausgebildeter Film zwischen dieser und der Trennwand hindurchgehen kann; dabei besitzt jede Elektroablagerungszone eine Zuströmöffnung für die wäßrige Aufschlämmung des Fasermaterials, das eine elektrophoretische Ladung besitzt, an ihrem Boden sowie eine Auslaßöffnung dafür am oberen Ende.A layered product made up of at least two layers composed, is obtained according to the invention an Elektroablaaerun9s-Sc'licht-Erzeuqungsverfahren created, in which a wc; Erige slurry a- ne aqueous Slurry a fibrous material to the bottom of each of at least two electrodeposition zones is fed while the material is unloaded from above. This method is carried out with the help of an apparatus containing a pair of coaxial electrodes, one of which is at a radial distance from the other, and at least at that a partition wall enclosing the internal electrodes by at least two electrodeposition zones to create the partition wall a radial distance from the inner electrode so that a film formed on the internal electrode is maintained therebetween and the partition can pass through; each has electrodeposition zone an inlet opening for the aqueous slurry of the fiber material, which is an electrophoretic Has charge at its bottom and an outlet opening for it at the top.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in einer Längsschnittwiedergabe eine Apparatur gemäß der Erfindung.The only figure of the drawing shows in a longitudinal section reproduction an apparatus according to the invention.

Die Apparatur weist eine Elektroaberlagerungszelle 1 auf, die eine innere Elektrode 2 und eine äußere Elektrode 3 enthält, zwischen die eine Gleichspannuno angelegt wird und die zueinander koaxial sind. Ferner wird zwischen den beiden Elektroden eine durchlässige Membran 4 durch einen Membranträger 5 qehalten. Zwischen cer inneren Elektrode und der Membran ist dadurch eine Kammer 6 gebildet, in die eine wäßrige Aufschlämmung eines fasrigen Materials, das eine elektrophoretische Ladung hat, eingeführt wird, während eine zweite Kammer 7 zwischen der äußeren Elektrode und der durchlässigen Membran entstanden ist, durch die eine Säure oder eine basische Lösung zirkuliert. Die Membran ermöglicht es, daß die Lösung in der Kammer 6 auf einen geeigneten pH-Wert gesteuert ist, was mit Hilfe des pH-Wertes der Lösung in der Kammer 7 erfolgt. Der Membranträger 5 hat eine ringförmige Trennwand oder Trennwände 8 und teilt die Kammer 6 in wenigstens zwei Zonen auf, in die wenigstens zwei verschiedene Faseraufschlämmungen eingebracht werden. Jede Trennwand 8 hält von der inneren Elektrode 2 einen Abstand ein, so daß ein sich auf der Elektrode ablagernder Film nicht beschädigt wird, wenn er von der Elektrode 2 abgezogen wird, wie dies andeutungsweise in der Zeichnung dargestellt ist. Als Abstand wird vorzugsweise eine Spanne von 50 bis 1000 Micron qewählt. Die Zeichnung zeigt drei voneinander auf diese Weise getrennte Zonen.The apparatus has an electrodeposition cell 1, the one contains inner electrode 2 and an outer electrode 3, between which a DC voltage is applied and which are coaxial with one another. Furthermore, between the two electrodes a permeable membrane 4 is held by a membrane support 5. Between the inner Electrode and the membrane, a chamber 6 is formed into which an aqueous Slurry of fibrous material that has an electrophoretic charge, is introduced while a second chamber 7 between the outer electrode and the permeable membrane is created through which an acid or a basic one Solution circulates. The membrane allows the solution in the chamber 6 to rise a suitable pH is controlled, which is achieved with the help of the pH of the solution in the chamber 7 takes place. The membrane carrier 5 has an annular partition or partition walls 8th and divides the chamber 6 into at least two zones, the at least two different fiber slurries can be introduced. Each partition 8 holds from the inner electrode 2 a distance, so that a on the electrode depositing film is not damaged when peeled from electrode 2, as indicated in the drawing. The preferred distance is a range of 50 to 1000 microns is selected. The drawing shows three of each other zones separated in this way.

Jede der Zonen ist mit einem Einspeiserohr 9, 9' bzw. -9" für den Zufluß von zwei oder drei verschiedenen wäßrigen Aufschlämmungen des Fasermaterials, welches eine elektrophoretische Ladung hat, ausgestattet. Die Aufschlänmungen werden von der oberen Zone in einen Uberlaufbehälter 11, welcher sich am oberen Ende der Zelle befindet, abgegeben, von der mittleren Zone in einen Oberlaufbehälter 11' über ein Abgaberohr 10' und von der untersten Zone in einen Uberlaufbehälter 11" über ein Abgaberohr 10". Die Uberlaufbehälter 11' und 11" befinden sich auf gleichem Niveau, so daß dadurch eine sehr genaue Steuerung bezüglich auf den gegenüberliegenden Seiten der Trennwand vorhandener Drücke möglich ist, wodurch die Druckdifferenz auf ein Minimum reduziert werden kann. Die Uberlaufbehälter können auch als Speicher für die Aufschlämmungen dienen. Die Aufschlämmungen werden im Umlauf von den Uberlaufbehältern 11,11' und 11" wieder in die Elektroablagerungskamrner 6 über die Röhren 18, 18' und 18", Pumpen 19, 19' und 19" und die Speiserohre 9, 9' und 9" zurückgeleitet.Each of the zones is equipped with a feed pipe 9, 9 'or -9 "for the Inflow of two or three different aqueous slurries of the fiber material, which has an electrophoretic charge. The slurries will from the upper zone into an overflow container 11, which is located at the upper end of the Cell located, discharged, from the middle zone into an overflow tank 11 ' via a delivery pipe 10 'and from the lowest zone into an overflow container 11 " via a delivery pipe 10 ". The overflow containers 11 'and 11" are on the same Level, so that thereby a very precise control with respect to the opposite Side of the partition wall existing pressures is possible, whereby the pressure difference can be reduced to a minimum. The overflow tank can also be used as storage serve for the slurries. The slurries are circulated from the overflow tanks 11, 11 'and 11 "back into the electro-deposition chamber 6 via the tubes 18, 18' and 18 ", pumps 19, 19 'and 19" and feed pipes 9, 9' and 9 ".

Es empfiehlt sich, in der Elektroablagerungskammer einen Rührer vorzusehen, damit wegen der Ausrichtung von Fasern in nur einer Richtung keine Ungleichförmigkeit in der Ablagerung auftritt. Wenn in jeder der einzelnen Zonen ein eigener Rührer angeordnet wird, ist es vorteilhaft, diese in jeweils entgegengesetzten Richtungen anzutreiben. Bei der in der Zeichnung wiedergegebenen Vorrichtung wird ein Rührer 12 für die oberste Zone in durch einen Motor 15 und ein Rührer 12' für die unterste Zone durch einen Motor 16 angetrieben.It is recommended that a stirrer be provided in the electrodeposition chamber, thus no non-uniformity due to the alignment of fibers in only one direction occurs in the deposit. If there is a separate stirrer in each of the individual zones is arranged, it is advantageous to do this in opposite directions to drive. at the device shown in the drawing a stirrer 12 for the top zone in by a motor 15 and a stirrer 12 ' driven by a motor 16 for the lowest zone.

Die Zeichnung zeigt außerdem ein Rohr 13, über das eine basische oder saure Flüssigkeit in die äußere Kammer 7 einströmt, sowie ein Rohr 14 für deren Ableitung.The drawing also shows a tube 13 through which a basic or acidic liquid flows into the outer chamber 7, as well as a pipe 14 for their Derivation.

Es folgt jetzt eine Beschreibung, wie die erfindungsgemäße Apparatur bei der erstellung eines Schichtproduktes aus Collagenfasern, welche eine elektrophoretische Ladung aufweisen, hergestellt wird. Collagenfasern haben verschiedene Durchmesser, Längen und sonstige Eigenschaften, was auf dem Verfahren beruht, nach welchem sie hergestellt werden.There now follows a description of how the apparatus of the present invention is used in the creation of a layered product from collagen fibers, which have an electrophoretic Have charge is produced. Collagen fibers have different diameters, Lengths and other properties, depending on the method by which they are getting produced.

Diese Unterschiede in den Eigenschaften der Collagenfasern bewirken, da£ die Schichtprodukte verschiedene Eigenschaften haben. Wenn nun angenommen wird, daß drei verschiebene Faseraufschlämmungen durch die obere, mittlere und untere Kammer 6 zirkulieren, dann werden in allen drei Zonen verschiedene Fasern oder gleiche Fasern mit verschiedenen Eigenschaften auf der Elektrode niedergeschlagen. Diese Fasern werden kontinuierlich abaezogen, wie dies am oberen Ende der Figur angedeutet ist, um auf diese Weise ein in Schichten aufgebautes Garn mit Mehrfachstruktur zu gewinnen, bei dem die innere, mittlere und äußere Schicht aus Fasermateria' aus der unteren, mittleren bzw. oberen Kammer besteht. enn zwei oder mehr Arten von faserförmigem Material mit unterschiedlichen Eigenschaften in Kombination verwendet wird, kann ein laminiertes Produkt gewonnen werden, das Eigenschaften besitzt, die mit einer einzigen Art von Fasenmaterialien nicht erzielt werden können.These differences in the properties of the collagen fibers cause that the layered products have different properties. If it is now assumed that three shifting fiber slurries through the top, middle, and bottom Circulate chamber 6, then in all three zones different or identical fibers will be found Fibers with different properties deposited on the electrode. These Fibers are continuously withdrawn, as indicated at the top of the figure is in order to produce a multi-structure yarn built up in layers in this way win, in which the inner, middle and outer layers of fiber material 'from the lower, middle or upper chamber. hen two or more kinds of fibrous material with different properties used in combination a laminated product can be obtained which has properties that cannot be achieved with a single type of bevel material.

Claims

Method and apparatus for electrodeposition of a laminate Fiber material P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Method for electrodeposition of a Laminate of fibrous materials that have an electrophoretic charge, d a d u r c h g .e k e n n n n z i c h n e t that a slurry of an electrophoretically charged fibrous material in a few practically separated from each other Zones of a deposition cell containing a pair of electrodes are introduced, that between the electrodes a DC voltage is applied to one electrode to obtain a continuous deposition of the fiber material, and that the deposited Film is continuously peeled off through the top of the cell.

2. Apparatus for electrodeposition of a laminate of fibrous Material which has an electrophoretic charge is not indicated n e t through an electrodeposition cell (6) containing a pair of electrodes (1, 2), wherein the cell is arranged and formed such that a film of electrophoretically charged vehicle material, which is on one of the electrodes (2) deposits, is continuously strippable through the top, and that at least a partition (8) is subdivided into at least two zones, those of the one electrode (2) has sufficient space to pull the film through this partition (8), each zone having an inlet (9, 9 ', 9 ") and an outlet (11, 10', 10") for one possesses aqueous solution of the electrophoretically charged fiber material.

3. The method according to claim 1, characterized in that the fiber material slurry fed to the lower ends of the zones and peeled off at their upper ends and then is fed back to the lower ends.

4. The method according to claim 3, characterized in that the electrodes are arranged coaxially and they are supplied with such a voltage that the Fiber material is deposited on the interior of the coaxial electrodes.

5. The method according to claim 1, characterized in that the zones are defined by a partition (8) between adjacent zones, from one of the electrodes is sufficiently spaced to allow the deposited film can be deducted.

6. The method according to claim 1, characterized in that the individual Zones contain fiber slurries from different egg shells and the like axially closed one of the electrodes are arranged that when peeling off of the deposited film from the electrode is a sheet material in the axial direction by successive deposition of fibers from successive ones in the axial direction Fiber slurries is formed.

7. Apparatus according to claim 2, characterized in that the one Electrode (2) is the inner one of a coaxial pair of electrodes (1, 2).

8. Apparatus according to claim 2, characterized in that each zone at the top an outlet (11, 10 ', 10 ") and means for recycling the slurries from the upper ends to the lower ends of the zones.

9. Apparatus according to claim 2, characterized in that at least there is a slurry agitator in one of the zones.

10. Apparatus according to claim 8, characterized in that to the Return means resenoir containers (11, 11 ', 11 ") for each zone, included in such Are arranged height that between adjacent zones, the differential pressures as possible are low.