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Verfahren und Vorrichtung zur unmittelbaren Herstellung von Kautschukplatten
und geformten Stücken aus Kautschukmilch. Bekanntlich büßt der Kautschuk durch mechanische
Bearbeitung viel an seiner Elastizit:it und Zerreißfestigkeit, d. h. an seiner Nervigkeit,
ein, so daß es wünschenswert erscheint, Verfahren zur Herstellung von Kautschulcwaren
zu finden, bei denen die mechanische Bearbeitung des Kautschukmaterials auf ein
Mindestmaß eingeschränkt oder sogar gänzlich vermieden wird.
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Es ist bekannt, daß Formstücke durch wiederholtes Eintauchen einer
Form in die Kautschukmilch und Trocknen der auf die Form niedergeschlagenen dünnen
Kautschukhaut erzeugt werden können. Da jedoch die durch ein einmaliges Tauchen
erzielbaren Schichten äußerst dünn sind, so ist selbst zur Erzeugung dünnwandiger
Waren ein oftmaliges Tauchen mit jedesmal darauffolgendetn Trocknen erforderlich,
was einen großen Aufwand an Zeit, Arbeitslohn und Anlagekosten erfordert, wodurch
die Verwendbarkeit dieses Verfahrens stark eingeschränkt wird.
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Es ist nun bekannt, daß man den Kautschule aus der Kautschukmilch
durch Elektrophorese an der Anode niederschlagen und bei entsprechender Zeitdauer
der Einwirkung des Stromes in einem Arbeitsgange eine beliebige Schichtstärke des
Niederschlages erreichen kann. Die in dieser Weise an der Anode niedergeschlagenen
Kautschukschichten besitzen jedoch eine schwammige Struktur, so daß man in dieser
Weise keine marktfähige Ware erzeugen kann. Gleichzeitig mit der Elektrophorese
tritt nämlich auch eine Elektrolyse auf, durch die an der Anode Sauerstoff entwickelt
wird, und die entstehenden Sauerstoffblasen dürften. die Ursache für die schwammige
Struktur des Kautschukniederschlages sein. Demgemäß wurde die Elektrophorese bisher
nur als Ersatz für anclere Koagulationsmittel in Vorschlag gebracht, und zwar zur
Herstellung eines Rohkautschuks, der zwecks Verarbeitung zu Gummiwaren in der üblichen
Weise einer mechanischen Bearbeitung, d. h. den Wasch-und Mischprozessen, unterzogen
werden muß.
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Die Erfindung betrifft dagegen ein elektrophoretisches
Verfahren
zur unmittelbaren Erzeugung vollkommen homogener, dichter und gleichmäßiger glatter,
gegebenenfalls transparenter Kautschukplatten und geformter Stücke beliebiger Wandstärke
aus Kautschukmilch in einem Arbeitsgange ohne mechanische Bearbeitung, welche Waren
den aus Kautschukorganosolen durch Tauchen gewonnenen Waren dem Anschein nach mindestens
gleichwertig, jedoch als Folge des Entfalls der Mastikation qualitativ bedeutend
überlegen sind.
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Bei Waren, die aus Kautschukorganosolen durch Tauchen hergestellt
wurden, mußte gemäß der bisherigen Arbeitsweise der Kautschuk einer vielfachen und
tief eingreifenden mechanischen Bearbeitung unterworfen werden, unter der die ursprüngliche
kolloidale Struktur des Kautschuks wesentlich litt. Schon bei Herstellung des Rohkautschuks
wurde der ausgeflockte Kautschuk durch Waschen unter Kneten und Walzen mehr oder
weniger gründlich gereinigt und in Zerrwalzwerken zu Fellen ausgezogen. Diese Rohkautschukfelle
wurden in den Fabriken nötigenfalls abermals gewaschen, getrocknet und zur Erlangung
der Mischung auf Walzwerken bearbeitet, wonach die Auflösung durch weitere Bearbeitung
in Knet- und Mischrnaschinen erfolgt. Alle diese Arbeitsgänge vermindern den Nerv
des Kautschuks und vermindern hierdurch die Oualität der so erzeugten Kautschukwaren.
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Selbstverständlich mußte auch beim Tauchen in Organosolen das Tauchen
und darauffolgende Trocknen öfters wiederholt werden, wobei noch ein beträchtlicher
Verlust an Lösungsmitteln nicht zu vermeiden ist.
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Es sind bereits Laboratoriumsversuche zur Behandlung von Kautschukmilch
mittels des elektrischen Stromes unter Zwischenschaltung einer Pergamentmembran
zwischen die Anode und Kathode angestellt worden, zum Zwecke, die Koagulation des
Kautschuks an der Anode zu verhüten, d. h. um ein unkoaguliertes Konzentrat zu erhalten.
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Die Erfinderin hat festgestellt, daß man selbst bei Anwendung einer
halbdurchlässigen Trennungswand, welche die unmittelbare Berührung desKautschuks
mit derAnode verhindert, den Kautschuk auf dieser halbdurchlässigen Unterlage als
einen koagulierten Niederschlag gewinnen kann, wenn die Spannung und die Stromdichte
so weit gesteigert wird, claß die Koagulation des sich an der Unterlage ansammelnden
Konzentrates eintritt.
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Das neue Verfahren fußt auf der Erkenntnis, daß der Kautschuk als
ein homogener, beliebig''starker und glatter Niederschlag gewonnen werden kann,
wenn man zwischen die Anode und Kathode eine, aus einem flüssigneitsdurchlässigen,
nichtleitenden Stoff bestehende Unterlage oder Form zur Bildung des Niederschlages
derart einschaltet, daß die an der Anode entstehenden Gase entweder infolge der
eigenen Porosität der Unterlage oder durch eine zwischen die Unterlage und die Anode
eingeschaltete Elektrolytschicht entweichen können. Wenn einmal der Kautschukniederschlag
aus dem Bade herausgehoben und getrocknet worden ist, so ist der Kautschuk nicht
mehr peptisierbar und bildet eine transparente homogene Kautschukhaut %-on hoher
Elastizität und Zugfestigkeit.
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Der die Unterlage für den Niederschlag bildende Stoff braucht kein
absoluter Nichtleiter der Elektrizität sein, sondern es kommt lediglich darauf an,
daß der feste Stoff der mit Flüssigkeit gesättigten Unterlage einen größeren elektrischen
Widerstand besitzt als der die Poren derselben ausfüllende Elektrolyt, so daß der
Stromdurchgang hauptsächlich durch den Elektrolyten und nicht durch den Stoff der
Unterlage stattfindet.
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Es konnte für das oben angegebene Verhalten der Kautschukemulsion
keine für alle Fälle gültige Erklärung gefunden werden, doch scheint die Koagulation
durch die an der Anode entwickelten sauer reagierenden Anionen verursacht zu werden.
Diese Erklärung genügt aber nur für gewisse Fälle, da die Koagulation auch eintritt,
wenn das Vorhandensein sauerer Anionen nicht nachgewiesen werden kann. In solchen
Fällen dürfte die Koagulation durch aus der Anode oder aus der Unterlage in Lösung
tretende koagulierende Ionen bewirkt werden, wie dies z. B. bei Verwendung von Unterlagen
aus Gips der Fall ist.
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Will man vollständig klare Gummihäute bzw. Waren erhalten, so wird
der Latex zunächst einer Reinigung, gegebenenfalls auch einer Konzentration durch
Zentrifugieren unterzogen. Es ist ferner vorteilhaft, die zur Durchführung des neuen
Verfahrens verwendete ursprüngliche oder konzentrierte Kautschukmilch mit einem
das Ausflocken erschwerenden Präservierungsmittel, z. B. o,5 Prozent Ammoniak, zu
versetzen.
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Die Niederschlagungsunterlagen oder Formen können zweckmäßig z. B.
aus Gips oder unglasiertem Ton angefertigt werden, während die innerhalb derselben
angeordneten Anoden zweckmäßig- aus Kohle bestehen. Es können jedoch auch metallische
Anoden verwendet werden, da -die in Lösung tretenden Metallionen_ gleichfalls das
Ausflocken des Kautschuks begünstigen.
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In der beschriebenen Weise können durch Tauchen Hohlkörper angefertigt
werden, indem in die aus Gips, unglasiertem Ton o. dgl. angefertigten Tauchformen
elektrisch leitende
Anoden eingebettet sind. Um einen allseitig
gleichmäßig starken Niederschlag zu erzielen, muß man die Kathode um die t# orm
herum gleichmäßig verteilt anordnen oder die Form und die Kathode in bezug aufeinander
je nach der Gestalt der zu erzeugenden Gegenstände translatorisch bewegen oder drehen,
oder aber gleichzeitig translatorisch bewegen und drehen.
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Man kann aber auch fortlaufende Waren, wie Gummiplatten beliebiger
Breite, Länge und Stärke, erzeugen, indem man z. B. als Niederschlagungsunterlage
eine in die Kautschukmilch tauchende gedrehte, nichtleitende poröse Trommel benutzt,
innerhalb welcher sich die leitende Anode befindet und die auf die Trommel niedergeschlagene
Kautschukhaut von dem aus dem Bade heraustretenden Teil der Trommel abhebt. Der
Kautschuk kann jedoch auch auf ein endloses Band niedergeschlagen werden, welches
an der im Bade ruhend angeordneten, der Anode vorgelagerten porösen Wand vorbeigeführt
wird und den Niederschlag mit sich führt. Besteht dieses Band aus einer Faserstoffbahn,
z. B. Papier, Asbest, oder aus einem Gewebe oder aus nebeneinandergereihten Fäden,
so wird der Niederschlag mit diesem in eine äußerst innige Verbindung treten, so
daß mit Kautschuk imprägnierte und überzogene Gewebe in bedeutend einfacherer Weise
und in bedeutend besserer Ausführung erzeugt werden können als mit dem bisherigen
Spreading-Verfahren. Gegenüber den bisherigen Verfahren wird der Vorteil erzielt,
daß ein wiederholtes Streichen sowie Aufpressen einer besonderen Kautschukschicht
durch Friktionieren fortfällt und die erwünschte Schichtdicke in einem Arbeitsgange
erreicht werden kann. Benutzt man dagegen ein Band, an welchem der Kautschuk nicht
haftet, z. B. ein mit Zellonlack überzogenes Gewebe; so kann die Kautschukhaut von
diesem Bande abgetrennt werden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der zur Ausführung
des Verfahrens geeigneten Vorrichtungen in schematischen lotrechten Schnitten veranschaulicht.
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Abb. i und 2 sind zwei Ausführungen einer Vorrichtung zur Herstellung
von Kautschukhohlkörpern.
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Abb.3 und q. zeigen zwei Ausführungen einer Vorrichtung zur Herstellung
von fortlaufenden Gummiplatten.
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Abb.5 ist eine Vorrichtung zur Überziehung eines Gewebes mit Gummi.
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Abb. 6 ist eine Abänderung der in Abb. i und 2 dargestellten Vorrichtungen.
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Abb. 7 und $ zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur
Herstellung von fortlaufenden Gummiplatten mit einem endlosen biegsamen Band als
Niederschlagungsunterlage.
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Im Gefäß c (Abb, i) befindet sich die aus einem permeablen isolierenden
Stoff, z. B. Gips, angefertigte Form b, in die die Anode a,
z. B. aus
Kohle, eingebettet ist. h ist eine nichtmetallische Kathode, z. B. aus Kohle oder
Graphit.
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Im Gefäß c ist zweckmäßig mit einem das Ausflocken erschwerenden Mittel,
z. B. o,5 Prozent Ammoniak,. versetzter und durch Zentrifugieren gereinigter und
konzentrierter Latex d eingefüllt. Die Anode a wird an den positiven
Pol und die Kathode k an den negativen Pol einer Stromquelle e angeschlossen. Die
poröse Form b saugt sich mit dem Serum des Latex an und wird elektrolytisch leitend.
Der nach Einschalten des Stromes an der Anode a entstehende Sauerstoff entweicht
durch die poröse Gipsform b, während die an der Anode durch die Elektrolyse gebildeten
Säureanionen infolge der Elektroendosmose gegen die Kathode getrieben werden. Gleichzeitig
wandern infolge der kataphoretischen Wirkung des elektrischen Feldes die negativ
geladenen Kautschukteilchen des Latex gegen die Anode und werden gegen die Oberfläche
der zwischen Kathode und Anode eingeschalteten permeablen Gipsform b gedrückt, wo
sie beim Zusammentreffen mit der durch die Form b nach außen getriebenen Säure in
der Gestalt einer homogenen, vollständig glatten Schicht ausgeflockt werden.
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Die Stärke der Schicht wächst, solange der Strom eingeschaltet bleibt,
allmählich an. Die Ablagerung erfolgt anfangs mit großer Geschwindigkeit, so daß
in wenigen Minuten bereits eine Schichtstärke von i mm erreicht ist. Die Ablagerungsgeschwindigkeit
nimmt wohl mit der Zunahme der Schichtstärke allmählich ab, trotzdem aber lassen
sich sehr bedeutende Schichtstärken in verhältnismäßig kurzer Zeit erreichen. Die
Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht leiden durch die Änderung der Konzentration
des Latex während der Kataphorese nicht, so daß die Kataphorese bis zur Erschöpfung
des Latex bzw. vollständigen Ausscheidung des Kautschuks fortgesetzt werden kann,
Doch kann man auch für die Aufrechterhaltung der Konzentration durch Zentrifugieren
sorgen.
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Diese niedergeschlagene Schicht ist durch Umkehren der Stromrichtung
noch peptisierbar. Wird aber nach Erreichung einer genügenden Wandstärke die Form
aus dem Bade gehoben und an der Luft getrocknet, so geht der Kautschuk in die nicht
mehr peptisierbare Modifikation über. Der derart erzeugte Hohlkörper kann leicht
von der Form abgestreift werden.
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Um eine gleichmäßige Ablagerung zu erzielen,
ist eine
solche Anordnung erforderlich, daß die Kathode die Form b allseitig umgibt, also,
wie z. B. Abb. 2 zeigt, das Gefäß c aus Graphit besteht und selbst die Kathode bildet.
Es kann aber zum gleichen Zwecke die Form b oder die diese tragende Anode samt der
Form in Drehung versetzt werden. Die gegenseitige Bewegung der Form und der Kathode
kann aber sowohl eine drehende als auch translatorische sein. So z. B. beim Erzeugen
von Gummischläuchen kann der anodische Dorn in Drehung versetzt werden, während
die den Dorn ringförmig umgebende Kathode in der Längsrichtung des Dornes hin und
her bewegt wird, wobei durch längeres Verharren an einzelnen Stellen Verstärkungen
der Schlauchwandung erzeugt werden können.
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Diejenigen Steilen der porösen Unterlage, die vom Kautschukniederschlag
freigehalten «-erden sollen, werden mit einem elektrisch isolierenden, flüssigkeitsundurchlässigen
Überzig, z. B aus vulkanisiertem oder unvulkanisiertem, aber getrocknetem Kautschuk,
versehen. Gemäß Abb. 2 begrenzt z. B. der Ring t aus vulkanisiertem Kautschuk die
iederschlagbildung nach oben.
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Gemäß Abb. r ist die Anode a in der porösen Form b eingebettet; doch
kann, wie aus Abb. 2 hervorgeht, ein mit einem sauer reagierenden Elektrolyten gefüllter
Flüssigkeitsraum f zwischen Anode a und der Wandung der Form eingeschaltet
sein.
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Zur Erzeugung fortlaufender Kautschukbahnen dient gemäß Abb.3 eine
in den Latex d eintauchende drehbare Trommel b aus isolierendem, flüssigkeitsdurchlässigem
Stoff, z. B. Gips, in deren Innern sich eine saure Flüssigkeit f mit der
Anode a befindet. Die auf die Trommel sich ablagernde Kautschukschicht in wird von
der in der Pfeilrichtung j gedrehten Trommel abgehoben und durch ein i Transportband
u einer nicht dargestellten Spül- und Trockenvorrichtung zugeführt. In dieser Weise
läßt sich unmittelbar aus gereinigtem und konzentriertem Latex eine vollständig
homogene, glatte und transparente Kautschukhaut oder Kautschukplatte in beliebiger
Stärke herstellen. Statt einer Kathode können deren mehrere um den eintauchenden
Teil der Trommel vorgesehen sein, wie dies bei k' angedeutet ist.
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Da die Abscheidungsgeschwindigkeit von der Stromstärke abhängt, so
ist es wünschenswert, den Widerstand der Zelle auf ein Mindestmaß zu beschränken,
weshalb es zweckmäßig ist, die Wandstärke des porösen Diaphragmas bzw. den Abstand
der Abscheidungsoberfläche von der Anode möglichst gering zu halten. Zu diesem Zwecke
wird das poröse Diaphragma zweckmäßig als ein unmittelbar die Anode bekleidender
Belag angefertigt. Um nun hierbei ein freies Entweichen des an der Anode entstehenden
Sauerstoffes zu ermöglichen, ist die Anode selbst möglichst fein durchlöchert auszuführen
und besteht demnach entweder aus dichtperforiertem Blech oder zweckmäßiger aus einem
Drahtgewebe. Abb. 4 zeigt z. B. eine Trommel, die aus einem Zylinder a aus perforiertem
Blech oder Drahtgewebe besteht, welches mit einer Bekleidung b aus porösem, nichtleitendem
Material, z. B. einem Gips- oder Zernentmörtelbelag, einem Belag aus Faserstoff,
z. B. Asbest, Pergament, Hydrozellulose usw., versehen ist.
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Bei dieser Ausführung ist ferner über der Trommel b ein endloses,
flüssigkeitsdurchlässiges Band p geführt, welches z. B. aus einem mit Zelluloselack
getränktem Gewebe besteht, auf welches die Ablagerung des Kautschuks derart erfolgt,
daß die Kautschukschicht in abgenommen werden kann.
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Abb. 6 zeigt eine Abänderung der in Abb. z dargestellten Vorrichtung,
bei der die dünnwandige poröse Hohlform an der Innenwand mit einem Drahtgewebe a
bekleidet ist, welches die Anode bildet. Bei den in Abb. q. und 6 dargestellten
Ausführungsformen entweicht der an der Anode frei werdende Sauerstoff durch die
Löcher der Anode.
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Das Verfahren kann auch zur Erzeugung I von mit Kautschuk überzogenen
Geweben I oder Papier benutzt werden, wie dies Abb. 5 zeigt, in der das anodische
Diaphragma statt in der Gestalt einer gedrehten Trommel in der Gestalt einer ruhenden
Platte b ausgeführt ist, in die die als Anoden dienenden Kohlenstäbe a eingebettet
sind. Am Boden des Behälters c befindet sich die Kathode k. Die mit Kautschuk zu
überziehende Papier- oder Stoffbahn s wird längs der unteren Fläche der Platte b
vorbeigeführt und die aus dem Bade austretende, mit Kautschuk überlagerte Stoff-
oder Papierbahn s. wird dann dem Trocknen bzw. der weiteren Verarbeitung zu- ; geführt.
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Sollte Kautschuk durch das Gewebe s hindurchtreten und auch auf die
Unterlage b niedergeschlagen werden, so kann man zur Verhütung dessen zwischen dein
zu tränken- i den Gewebe s und der Unterlage b mit dem zu tränkenden Gewebe zusammen
ein endloses Band aus Pergament o. dgl. hindurchführen.
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Die Abb.7 und 8 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Unterlage
aus einem Drahtgewebe besteht, welches mit einem biegsamen, porösen, nichtleitenden
Überzug versehen ist. Dieser letztere kann z. B. dadurch erzeugt werden, daß man
auf das Draht-;ewebe Papierpülpe aufbringt und die derart erzeugte Papierschicht
hydrolysiert, d. h. in Pergamentpapier überführt. Man kann abe;
(las
Drahtgewebe auch mit einer Zelluloselackschicht bekleiden.
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In Abb. 7 wird die in dieser Weise ausgeführte endlose Niederschlagungsunterlage
b über Rollen derart geführt, daß eine in der -Nähe der Oberfläche des Bodens liegende,
möglichst lange, wagerechte Strecke bi entsteht, unter «-elchen sich am Boden der
Wanne c die Kathode k befindet. Das aus dem Bade tretende, mit Kautschukniederschlag
bedeckte Band wird unter Spülbrausen la hinweggeführt und gelangt über einen Trockentisch
i, worauf der Kautschukniederschlag in.vom Bande b abgehoben wird.
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Abb. 8 zeigt eine Anordnung, bei der das \i iederschlagungsband b
eine muldenförmige Schlaufe b2 bildet, in die die konzentrierte Kautschukmilch d
eingeführt wird. In der Mulde b., befindet sich auch die walzenförmige Kathode k,
an deren beiden Stirnenden Platten z, aus einem Nichtleiter, insbesondere Kautschuk,
angebracht sind, die die Mulde an ihren beiden Enden möglichst dicht abschließen.
Die etwa trotzdem abfließende Kautschukmilch wird in einem Trog r aufgefangen.
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Man kann ferner geformte Kautschukwaren mit Faserstoffeinlage oder
Anlage nach (lern neuen Verfahren derart herstellen, daß die geformten Gewebe auf
die anodisch geschalteten poriisen Formen aufgebracht werden.
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Um tadellose Ware zu erhalten, muß man einen durch Zentrifugieret
aufbereiteten Latex der Kataphorese unterwerfen. Durch das Zentrifugieren wird der
mit Präser vierungsmitteln, z. B. 0,5 Prozent Ammoniakzusatz, stabilisierte Latex
von festen Verunreinigungen und vom größten Teil des harzigen Bestandteils befreit,
enthält aber noch geniigend Flüssigkeit, um der Kataphorese unterworfen werden zu
können.
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In der oben beschriebenen Weise können auch unter vollständiger Vermeidung
einer jeden mechanischen Bearbeitung transparent gefärbte Kautschukwaren erzeugt
werden. Zu diesem Zwecke setzt nian dem Latex, aus dem die Waren gemäß der Erfindung
erzeugt werden sollen, solche organische Farbstoffe zu, deren Ultramikronen im Hydrosol
eine negative Ladung aufweisen. Derartige Farbstoffe werden durch die Kautschukteilchen
ohne Herbeifixhrung einer Koagulation adsorbiert und gelangen beim "Zentrifugieren
in das Konzentrat, während die nichtadsorbierten Teile des Farbstoffes in dem Serum
verbleiben bzw. in den durch die Zentrifuge ausgeschiedenen Schlamm wandern.
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Aus dieser gereinigten und gefärbten Kautschukmilch geht bei der Elektrophorese
der an die Kautschukteilchen adsorbierte Farbstoff samt denn hautscliuk in die niedergeschlagene
Kautschukhaut über und ergibt vollkommen gleichmäßig transparent gefärbte Waren.
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Aber auch der Schwefel sowie eine Reihe der bekannten Kautschukzusatzstoffe,
wie Füllmittel, feste oder flüssige Beschleuniger, öle usw., können unter vollständiger
Vermeidung der mechanischen Bearbeitung des Kautschuks den gemäß dem neuen Verfahren
hergestellten Waren einverleibt werden, indem die einzuverleibenden Stoffe in fein
verteiltem, gegebenenfalls kolloidalem Zustande mit dem Latex vermengt zwecks Herstellung
der Waren in der oben beschriebenen Weise der Elektrophorese unterworfen werden.
Bei Verwendung von Zusatzstoffen, deren Ultramikronen in wässeriger Dispersion eine
negative Ladung besitzen, wird bei der kataphoretischen Niederschlagung eine homogene
Kautschukmischung erhalten.
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Die Vulkanisation der nach dem neuen Verfahren erzeugten Waren erfolgt
in bekannter Weise.
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Unter Kautschulc weiden auch sämtliche verwandte Stoffe, wie Guttapercha,
Balata u. dgl., verstanden.