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Verfahren zur Herstellung von mit Schwefel imprägnierten Zellstoffmassen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Schwefel imprägnierten
Zellstoffmassen. Der Wert derartiger Kunstmassen hängt wesentlich von ihrer Härte,
Festigkeit, Undurchdringlichkeit, Widerstandsfähigkeit und elektrischen Isolierfähigkeit
sowie davon ab, daß sie gut bearbeitungsfähig sind. Um ihnen diese Eigenschaften
zu geben, muß ihr Schwefelgehalt hoch sein und etwa dem Gewicht nach das Doppelte
des Gehalts an Zellstoff betragen.
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Bei Verwendung von reinem Schwefel für solche Zwecke ergibt sich der
-Nachteil, daß die entstehenden Massen offenbar zufolge der Umwandlungen des Schwefels
im festen Zustande eine außerordentliche Brüchigkeit und geringe Widerstandsfähigkeit
aufweisen, so daß eine mechanische Bearbeitung nicht in Frage kommt. Es wurde nun
gefunden, daß eine erhebliche Steigerung der Festigkeit und Härte sowie die Möglichkeit
einer mechanischen Bearbeitung dann erzielt wird, wenn zur Imprägnierung Schwefel
verwendet wird, der bis zu 1o °(o eines mehrkernigen aromatischen Körpers enthält.
Bei der Imprägnierung von vorgeformten Zellstoffmassen ist es vorteilhaft, den Gegenstand
nach erfolgter Imprägnierung bei Atmosphärendruck bei einer Temperatur aus dem Schwefelbad
zu entfernen, die höher als'r2o bis i25° liegt. Man erreicht hierdurch, daß der
an der Oberfläche anhaftende überschüssige Schwefel nach Entfernung aus dem Bade
beim Durchschreiten des genannten Temperaturintervalls, in welchem das Fluiditätsmaximum
des Schwefels liegt, in die Fasern eingezogen wird. Als besonders geeignete mehrkernige
aromatische Körper erwiesen sich die folgenden: Naphthalin, Diphenyl, Diphenylmethan,
Benzyläther, Dibenzylketon, Flugren, Carbazol, Naphthole, Naphthylamine, Tetrahydronaphthaline,
Monochlornaphthaline, Dichlornaphthaline, Trichlornaphthaline, Tetrachlornaphthaline,
Pentachlornaphthaline und Chinoline. Es ist dabei nicht unerläßlich, daß die betreffenden
Stoffe in geschmolzenem Schwefel leicht lösbar sind; vielmefir haben sich auch schwerer
lösbare Stoffe mit mehr als zwei cyclischen Kernen als gut brauchbar erwiesen, z.
B. Anthracen, Triphenylmethan und besonders Triphenylphosphat, das noch den Vorteil
des geringen Preises bietet. Naphthalin bietet den Vorteil, daß es praktisch in
jedem Verhältnis mit geschmolzenem Schwefel mischbar ist. Eine weitgehende Ausnutzung
dieses Vorteils würde aber in Widerspruch mit dem Erfindungszweck stehen, der die
Einverleibung einer großen Schwefelmenge verlangt, wovon die wertvollen Eigenschaften
der Kunstmasse abhängen. Das Naphthalin darf im wesentlichen nur als Zusatz zum
Schwefel, nicht aber als Imprägnierungsmittel selbst dienen, weil durch einen größeren
Zusatz die Eigenschaften des Materials verschlechtert und besonders
seine
Unveränderlichkeit im Gebrauch verringert wird. Dies hängt damit zusammen, daß 'das
Naphthalin im Laufe der Zeit verdunstet, so daß das Material Einbuße an Undurchdringlichkeit
erleidet. Durch die Beschränkung des Zusatzes auf unter io °/o unterscheidet sich
die Erfindung von einem vorbekannten Verfahren zur Herstellung von Kunstmassen aus
imprägnierter Papiermasse unter Verwendung eines Gemisches von 6o Teilen Schwefel
und 4.o Teilen Naphthalin. Es war nicht vorauszusehen, daß schon ein Zusatz bis
zu io % eines aromatischen mehrkernigen Körpers auch eine leichte Durchdringung
der Zellstoffmasse und eine vollkommene Strukturveränderung des Schwefels herbeiführen
würde. Bei Verwendung verschiedener anderer obengenannter Verbindungen kann man
die Zusatzmenge sehr gering halten, z. B. bei Anthracen und Carbazol auf etwa 1
°/o bemessen. Die Geschwindigkeit der Durchdringung der Zellstoffmasse mit dem geschmolzenen
Schwefel ist bei Anwendung größerer Mengen leicht löslicher Zusätze, z. B. Naphthalin
und Diphenyl, größer als mit geringeren Mengen der stärker wirksamen; letztere haben
aber den Vorteil, daß sie praktisch geruchlos und nicht flüchtig sind.
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Die Erfindung ist nicht auf solche Fälle beschränkt, wo ein vorgeformter
Zellstoffkörper, z. B. Pappe, mit Schwefel imprägniert werden soll, sondern macht
sich auch bemerkbar, wenn trockene Papierfasern mit einer Schwefelschmelze zusammengebracht
und mit ihr, gemischt werden und wenn die Formgebung nachträglich unter Pressung
bei erhöhter Temperatur erfolgt.
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Zur Imprägnierung von Gegenständen aus Papiermache kann z. B. folgendes
Verfahren dienen: Zunächst wird Schwefel in einem Kessel geschmolzen und auf einer
Temperatur von 13o° gehalten. Nunmehr fügt man z. B. 5 %
Naphthalin
hinzu und hält die Masse so lange flüssig, bis sich eine homogene Schmelze gebildet
hat. Diese Operation wird vorteilhaft zwischen i2o und 13o° vorgenommen.
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Vor der Imprägnierung wird die betreffende Zellstoffmasse zweckmäßig
z. B. auf 7o bis 8o° eine Stunde lang vorgewärmt. Hierdurch wird die Feuchtigkeit
und ein großer Teil der Luft aus den Poren ausgetrieben. Nunmehr kann der Gegenstand
in die Schmelze eingetaucht werden. Die Fasern werden benetzt, und nach kurzer Zeit
hat eine vollständige Imprägnierung stattgefunden. Bei kleineren Gegenständen erfolgt
die Imprägnierung in 15 Minuten oder noch darunter. Die Zeitdauer hängt etwas von
der Art des Zellstoffes, der Menge des Zusatzes und der Imprägnierungstemperatur
ab. Die größte Durchdringungsgeschwindigkeit erzielt man offenbar bei der Temperatur
der größten Fluidität des geschmolzenen Schwefels, nämlich zwischen i2o und r25°;
für manche Zwecke ist es jedoch wünschenswert, die Imprägnierung bei etwas höherer
Temperatur, z. B. 13o bis i35°, vorzunehmen. Die Anwendung etwas höherer Temperaturen
unterstützt die Erwärmung des eingetauchten Gegenstandes; man erzielt einen sauber
imprägnierten Gegenstand, frei von Tröpfchen oder überschüssigem Schwefel auf der
Oberfläche. Eine Erklärung für diese Tatsache dürfte darin gesucht werden, daß der
Gegenstand nach Entfernung aus dem Bade abkühlt und bei dieser Abkühlung die Temperatur
der größten Durchdringungsfähigkeit durchläuft, so daß ein an der Oberfläche hängender
Überschuß von Schwefel vom Innern des Gegenstandes absorbiert wird.
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Wenn die Imprägnierung bei tieferer Temperatur vorgenommen werden
soll, ist es erwünscht, die Temperatur des Gegenstandes kurz vor oder nach Entfernung
desselben aus dem Bade auf 130 bis 135° zu steigern. Auf diese Art findet eine Imprägnierung
bei der gewünschten tieferen Temparatur statt, während der Gegenstand nach der Entfernung
aus dem Bade auf eine Temperatur gebracht wird, die höher ist als jene der höchsten
Durchdringungsfähigkeit.
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Soll nur eine teilweise Imprägnierung oder eine oberflächliche Härtung
vorgenommen werden; so erzielt man diese durch Aufsprühen mit Imprägniermasse oder
Eintauchen des Gegenstandes in das Imprägnierbad und Wiederherausziehen desselben,
bevor eine erhebliche Eindringung stattgefunden hat. Der Gegenstand kann dann in
einem Ofen auf 125 bis 14.5° erhitzt werden, so daß die anhängende Schwefelschicht
eindringen kann.
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Durch vorstehendes Verfahren können die Gegenstände mit einer großen
Menge Schwefel imprägniert werden. Gegenstände aus Papiermache können z. B. das
Drei- bis Fünffache ihres Gewichts aufnehmen. Unmittelbar nach der Entfernung der
Gegenstände aus dem Bade können diese geschnitten oder anderweitig geformt werden,
etwa. wie harter Käse. Später jedoch werden sie hart, fest und starr und können
leicht mit der Maschine bearbeitet werden. Sie lassen sich polieren und sind Nichtleiter
der Elektrizität. Die natürliche Farbe der Gegenstände variiert vom nahezu reinen
Weiß über Lederfarbe nach Braun in Abhängigkeit von der Qualität der Zusätze und
der Temperatur, auf welche sie erhitzt worden sind. Natürlich können gegebenenfalls
geeignete färbende Stoffe verwendet werden.