DE60219146T2 - Elektrisch leitfähige para-aramid-pulpe - Google Patents

Elektrisch leitfähige para-aramid-pulpe Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch leitfähige Zusammensetzung aus Aramidpulpe, welche eine hohe Oberflächenausdehnung und eine hohe Konzentration an Fibrillen besitzt und welche als eine polymere Verstärkung die Festigkeit und einen hohen Modul erhöht.
  • 2. BESCHREIBUNG DES DIESBEZÜGLICHEN STANDES DER TECHNIK
  • Die Patente der Vereinigten Staaten Nr. 5788897 und 5882566, ausgegeben am 4. August 1998 bzw. am 16. März 1999, offenbaren Fasern, die eine kontinuierliche Phase aus Para-Aramid und eine diskontinuierliche Phase aus elektrisch leitfähigem sulfoniertem Polyanilin aufweisen.
  • Das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5094913, ausgegeben am 10. März 1992, offenbart eine Pulpe, die aus Fasern heraus raffiniert worden ist und die eine kontinuierliche Phase aus Para-Aramid und eine diskontinuierliche Phase aus Meta-Aramid aufweist.
  • Die japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 59/163418 , veröffentlicht am 14. September 1984, offenbart eine Pulpe, die aus Fasern einer Mischung aus Para-Aramid und aus aliphatischem Polyamid durch Mahlen erzielt worden ist.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung umfasst eine Zusammensetzung in der Form einer Pulpe, welche eine Mischung aus 65 bis 95 Gewichtsprozent Para-Aramid und aus 5 bis 35 Gewichtsprozent sulfoniertem Polyanilin (SPA) aufweist, wobei das Para-Aramid in der Zusammensetzung als eine kontinuierliche Phase vorliegt und das SPA durch das ganze Para-Aramid hindurch dispergiert ist. Die Pulpepartikel in der Zusammensetzung besitzen im Allgemeinen eine spezifische Oberflächenausdehnung, welche größer als 7,5 m2/g ist, und sie weisen eine der kanadischen Norm entsprechende Durchlässigkeit (Canadian Standard Freeness) von weniger als 150 ml auf.
  • Papier, das aus der Pulpe gemäß dieser Erfindung hergestellt worden ist, weist eine Ladungsabklinggeschwindigkeit auf, welche geringer als 5 Sekunden ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine elektrisch leitfähige Pulpe ist ein sehr wünschenswertes Produkt für den Gebrauch bei der Verstärkung von Verpackungsfilmen und -polymeren im Allgemeinen und im Besonderen dort, wo eine Notwendigkeit besteht, elektrische Ladungen abzuleiten oder zu zerstreuen. Eine elektrisch leitfähige Pulpe findet Einsatz bei Anwendungen, wo die Handhabung einer dielektrischen Pulpe in der trockenen Form zu geladenen Partikeln führt, mit denen es schwierig ist umzugehen oder die auf Grund einer drohenden Funkenentladung gefährlich sind.
  • Diese Erfindung verwendet eine innige Mischung aus zwei polymeren Materialien, um eine Pulpe zu liefern, die nicht nur eine gute Verstärkung für andere Polymere darstellt, sondern die ebenfalls elektrisch leitfähig ist, um normalerweise dielektrischen Materialien, in welche die Pulpe zwecks Verstärkung hineingefügt worden ist, eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen. Fasern aus kombinierten Polymeren sind bekannt. Insbesondere kennt man Fasern aus Para-Aramid, kombiniert mit anderen Polymeren – und sogar mit Polymeren aus Polyanilin. Jedoch hat es bis jetzt keinen Vorschlag gegeben, dass solche Fasern raffiniert werden könnten, um leitfähige Pulpematerialien herzustellen.
  • Diese Erfindung liefert ein Pulpeprodukt, das nicht nur ein ausgezeichnetes Verstärkungsmaterial ist, sondern das auch äußerst wirksam ist für die Dissipation d. h. die Zerstreuung von elektrischen Ladungen. Darüber hinaus ist das eigentliche Material, das für eine solche Ladungsdissipation gut ist, auch dasjenige Material, das die Leichtigkeit für die Pulpezubereitung und die Vortrefflichkeit der Pulpequalität schafft.
  • Die Materialien dieses Pulpeprodukts bestehen aus Para-Aramid sowie SPA, und die SPA-Komponente liefert eine duale Funktion, wobei die Zwecke bzw. Ziele weit von einander divergieren und weitgehend ohne Beziehung zueinander sind. Erstens liefert das Polyanilin, als eine sekundäre Komponente in der Mischung, Bruchstellen hinsichtlich der Kräfte des Raffinierens und der Pulpeumwandlung, wenn es um das Erzielen einer effizienten und wirkungsvollen Fertigung einer hochwertigen Pulpe mit feinen, langen Fibrillen geht. Zweitens liefert das Polyanilin als eine Komponente, die tatsächlich auf der Oberfläche der Pulpepartikel vorliegt, eine elektrische Leitfähigkeit, die wirksam ist im Hinblick auf die Dissipation von elektrischen Ladungen durch den Kontakt der Fibrillen an benachbarten Pulpepartikeln.
  • Mit "Aramid" wird ein Polyamid gemeint, bei welchem mindestens 85% der Amid(-CO-NH-)-Verknüpfungen direkt an zwei aromatischen Ringen befestigt sind. Aramidfasern werden beschrieben in "Man-Made Fibers – Science and Technology", Volumen 2, in dem Abschnitt mit dem Titel "Fiber-Forming Aromatic Polyamides", Seite 297, W. Black et al., Interscience Publishers, 1968. Aramidfasern sind auch offenbart worden in den USA Patenten 4172938 ; 3869429 ; 3819587 ; 3673143 ; 3354127 und 3094511 .
  • Para-Aramide sind die primären Polymere dieser Erfindung zum Mischen mit Polyanilin; und Poly(p-phenylenterephthalamid) ist das bevorzugte Para-Aramid. Unter Para-Aramid ist das Homopolymer zu verstehen, das aus der Polymerisation Mol-für-Mol von Para-Phenylendiamin und Terephthaloylchlorid resultiert, und ebenfalls Copolymere, die aus der Einverleibung kleiner Mengen von anderen Diaminen mit dem Para-Phenylendiamin und kleiner Mengen von anderen Disäurechloriden mit dem Terephthaloylchlorid resultieren. Als eine allgemeine Regel können andere Diamine und andere Disäurechloride in Mengen verwendet werden, welche so hoch steigen wie ungefähr 30 Molprozent des Para-Phenylendiamins oder des Terephthaloylchlorids, oder vielleicht noch leicht höher steigen, bloß vorausgesetzt, dass die anderen Diamine und Disäurechloride keine reaktiven Gruppen aufweisen, welche mit der Polymerisationsreaktion interferieren. Unter Para-Aramid sind auch Copolymere zu verstehen, die aus der Einverleibung von anderen aromatischen Diaminen und anderen aromatischen Disäurechloriden resultieren wie zum Beispiel 2,6-Naphthaloylchlorid oder Chlor- oder Dichlorterephthaloylchlorid; bloß vorausgesetzt, dass die anderen aromatischen Diamine und aromatischen Disäurechloride in Mengen vorliegen, welche die Herstellung von anisotropen Spinnmassen bzw. Spinnlösungen erlauben. Die Herstellung von Para-Aramiden und die Verfahren zum Spinnen von Fasern aus den Para-Aramiden werden in den Patenten der Vereinigten Staaten Nr. 3869429; 4308374; 4698414; und 5459231 beschrieben.
  • Sulfoniertes Polyanilin gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch eine in-situ Ringsulfonierung hergestellt werden. Der Ausdruck "in-situ Ringsulfonierung" bedeutet, dass das Polyanilin während des Polymerlösungsverfahrens sulfoniert wird und nicht von der Schwefelsäurelösung isoliert wird, bevor die Lösung zu einer Faser gesponnen wird. Natürlich kann die Sulfonierung auch erreicht werden auf irgendeine andere Art und Weise zum Herzustellen von sulfoniertem Polyanilin, das zu einer leitfähigen Pulpe führt.
  • Um in der Praxis dieser Erfindung wirkungsvoll zu sein, muss das sulfonierte Polyanilin bis zu einem Grad sulfoniert sein, der eine angemessene Leitfähigkeit liefern wird, um elektrische Ladungen abzuleiten. Es ist herausgefunden worden, dass eine Sulfonierung bis zu einem Schwefelgehalt von mindestens 8,5 Gewichtsprozent erforderlich ist, bezogen auf das Gesamtgewicht des sulfonierten Polyanilins. Eine Sulfonierung von einer geringeren als dieser Menge führt im Allgemeinen zu einer unangemessenen Faserleitfähigkeit. Es ist auch herausgefunden worden, dass eine erhöhte Sulfonierung eine verbesserte Leistung erbringt und zwar bis zu einem Sulfonierungsniveau von etwa 15 Gewichtsprozent Schwefel, bezogen auf das Gesamtgewicht des sulfonierten Polyanilins. Man hat herausgefunden, dass die Sulfonierung bis zu einem höheren Grad nur einen geringen zusätzlichen Vorteil bringt. Es sei bemerkt, dass die Sulfonierung von Polyanilin bis zu einem Grad von 8,5 bis 15 Gewichtsprozent einer Sulfonierung, ausgedrückt in Molprozent, von ungefähr 30 bis 70 Prozent der Wiederholungseinheiten von Polyanilin entspricht.
  • Die Pulpe dieser Erfindung kann durch ein so genanntes Luftspaltspinnen aus einer anisotropen Spinnmasse, einschließlich des Para-Aramids und des sulfonierten Polyanilins, hergestellt werden. Die Herstellung solch einer Spinnmasse und das Spinnen von Fasern, um als die Basis für die in dieser Erfindung verwendete Pulpe zu dienen, können in den oben erwähnten Patenten der Vereinigten Staaten No. 5788897 und 5882566 gefunden werden.
  • Das Molekulargewicht des in der Pulpe gemäß dieser Erfindung eingesetzten Polyanilins ist nicht kritisch. Polyanilin von einem niedrigen Molekulargewicht kann zu einer niedrigeren Viskosität der Lösung und zu einer leichteren Verarbeitungsfähigkeit führen, es kann allerdings bei der Verarbeitung oder beim Gebrauch leichter aus der Faser entfernt werden.
  • Es wird ein Para-Aramid mit einem hohen Molekulargewicht verwendet – mit einer inhärenten Viskosität von mindestens 5. Um eine Pulpe von der Festigkeit und von dem Modul mit den gewünschten hohen Werten zu erhalten, wird eine Konzentration der Spinnmasse des Para-Aramids eingesetzt, die zu einer anisotropen Masse bzw. Lösung führt, so wie dies in dem U.S. Patent Nr. 3767756 diskutiert wird. Spinnmassen, die mindestens 13 Gewichtsprozent des gesamten Polymergehalts enthalten, das heißt sulfoniertes Polyanilin plus p-Aramid, erfüllen diese Anforderung. Andernfalls werden die mechanischen Eigenschaften der gesponnenen Faser nicht für die Herstellung der Pulpe annehmbar sein, wenn es darum geht antistatische Eigenschaften zu liefern.
  • Die Konzentration von sulfoniertem Polyanilin in dem Para-Aramid in der Spinnlösung und schlussendlich in der gesponnenen Faser und dem Pulpeprodukt besitzt einen wichtigen Einfluss auf die Eigenschaften. Da der Gehalt an sulfoniertem Polyanilin sich bis auf 40 Gewichtsprozent der Polymermischung erhöht und diese Konzentration überschreitet, wird die Zugfestigkeit der Faser in einem unerwünschten Maße verringert ohne eine gleichzeitige Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit. Auch beim Waschen der Fasern mit solch einer hohen Konzentration an Polyanilin kann etwas von dem in-situ ringsulfonierten Polyanilin extrahiert werden.
  • Das ringsulfonierte Polyanilin sollte mindestens 3 Gewichtsprozent und vorzugsweise mehr als 5 Gewichtsprozent des Pulpeproduktes ausmachen, um eine Ladungsabklinggeschwindigkeit von weniger als etwa 5 Sekunden zu liefern. Das ringsulfonierte Polyanilin sollte 3 bis 40 Gewichtsprozente und vorzugsweise von 5 bis 30 Gewichtsprozente der Fasern ausmachen, bezogen auf die Polymermischung bei Berechnungen unter Anwendung von nicht sulfoniertem Polyanilin.
  • Um die Pulpe gemäß dieser Erfindung herzustellen, werden Fasern, die so gesponnen worden sind wie dies oben beschrieben wurde, in gleichmäßige Längen von 0,5 bis 2,5 cm geschnitten und in Wasser suspendiert, um eine Flocke zu bilden, die hohen Scherbedingungen ausgesetzt wird, um eine Pulpe herzustellen. Unter den Ausrüstungen, die zum Raffinieren von zellulosehaltigen Fasern nützlich sind, hat etwa die Raffiniervorrichtungen mit abreibenden Elementen, die relativ zueinander rotieren, für diesen Zweck ihre Nützlichkeit. Bei der Pulpezubereitung gemäß dieser Erfindung, führt ein Scheren entlang der Grenzflächen zwischen den Para-Aramid- und den Polyanilinphasen leicht zu der Bildung von qualitativ hochwertigen Pulpepartikeln mit einer ausgezeichneter Pulpelänge und einem hohem Grad an Fibrillierung. Das Vorhandensein der Polyanilinbereiche liefert Bruchstellen in der geschnittenen Faser und führt zu einer leichten und einer vollständigeren Fibrillierung bei einem verringerten Energieverbrauch, wobei die Oberflächen der Pulpepartikel mindestens teilweise durch die Lage der durch die Fasern hindurch verlaufenden Polyanilinbereiche definiert sind. Als ein Ergebnis dieser Definition weisen mindestens einige der äußeren Oberflächen der Pulpe eine relativ hohe Konzentration an Polyanilin und eine unerwartet hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
  • Ein zuverlässiger Indikator für den Grad an Fibrillierung und das Ausmaß an Oberflächenausdehnung eines Pulpeproduktes ist bekannt als die "der kanadischen Norm entsprechende Durchlässigkeit" (CSF = Canadian Standard Freeness). Die CSF einer Pulpe wird als ein Volumen von abgeleitetem Wasser wiedergegeben, das bestimmt wird als ein Ergebnis eines spezifizierten Testverfahrens, das hierin weiter unten erklärt wird. Pulpe, die für den Gebrauch im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, weist allgemein einen CSF-Wert von 0 bis 150 ml auf und vorzugsweise von 20 bis 100 ml. Ein niedrigerer CSF-Wert ist im Allgemeinen ein Hinweis auf eine größere Oberflächenausdehnung.
  • Die Zusammensetzung gemäß dieser Erfindung kann eine Kombination einer Pulpemischung aus der Pulpe mit zwei Komponenten und aus einer Pulpe umfassen, die aus einem anderen Material hergestellt worden ist. In diesem Fall braucht die Zusammensetzung nur so viel an der aus zwei Komponenten bestehenden Pulpe zu enthalten, wie erforderlich ist, um die gewünschte Ladungsabklinggeschwindigkeit zu erreichen. Zusammensetzungen, die eine Ladungsabklinggeschwindigkeit von weniger als fünf Sekunden aufweisen, liegen innerhalb der Grenzen dieser Erfindung. Die Menge an Pulpe aus zwei Komponenten, die erfordert ist, um solch eine Ladungsabklinggeschwindigkeit zu erreichen, variiert in Abhängigkeit von der Menge an Schwefel in dem sulfonierten Polyanilin und von der Menge an sulfoniertem Polyanilin in der aus zwei Komponenten bestehenden Pulpe. Allgemein gesehen müssen Zusammensetzungen aus Pulpemischungen mindestens 5 Gewichtsprozent an zweikomponentiger Pulpe und weniger als 95 Gewichtsprozent des anderen Pulpematerials aufweisen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
  • Die aus einem anderen Material hergestellte Pulpekomponente, kann aus irgendeinem anderen zu einer Pulpe verarbeitbaren Material hergestellt sein, einschließlich von zum Beispiel Zellulosematerial, Acrylmaterialien, Para-Aramiden und dergleichen. Das bevorzugte andere Pulpematerial ist das Para-Aramidmaterial, Poly(p-phenylenterephthalamid).
  • TESTVERFAHREN
  • Elektrische Ladungsdissipation
  • Der statische Zerfallstest oder der elektrische Ladungsdissipationstest misst die Fähigkeit eines Materials, wenn es geerdet ist, eine bekannte Ladung zu zerstreuen, welche auf der Oberfläche des Materials induziert worden ist. Um die elektrische Ladungsdissipation der in diesen Beispielen hergestellten Pulpen zu testen, wird eine Pulpe zu Papierfolien verarbeitet und die Tests der Ladungsdissipation werden mit diesen Folien durchgeführt.
  • Fünf Gramm einer Pulpe werden während einer Zeitdauer von fünf Minuten in 1,5 Liter Wasser in einem TMI-Dispergator (Testing Machines, Inc., Islandia, N.Y.) dispergiert. Die resultierende Aufschlämmung wird in die Stoffauflaufvorrichtung einer Laboratoriumhandhebemaschine geschüttet, die 25 Liter Wasser enthält. Eine 30 × 30 cm große Handhebefolie wird geformt, entwässert und getrocknet.
  • 9 × 14 cm große Testexemplare der statischen Abklinggeschwindigkeit werden aus den Handhebefolien herausgeschnitten, während einer Zeitdauer von mindestens 24 Stunden bei einer relativen Feuchtigkeit von 30% dem Ausgleich überlassen und unter Verwendung eines statischen ETS-Zerfallsmeters (ETS Static Decay Meter), Model 406C (Elektro-Tech Systems, Inc.) getestet.
  • Bei der Durchführung des Tests werden die Testexemplare zwischen den Elektroden des Meters befestigt, es wird eine Ladung von 5000 Volt angelegt, und wenn die Elektroden geerdet werden, misst man die Zeit welche die Ladung benötigt, um bis auf 500 Volt zerstreut zu werden. Dieser Test stellt die Methode 4046 aus dem Federal Test Method Standard 101B dar, welche als der Static Decay Test bekannt ist. Die Testergebnisse sind in der Tabelle IV dargelegt.
  • Schwefelgehalt
  • Eine Pulpeprobe von einem bekannten Gewicht wird in einem Glaskolben mit Sauerstoff verbrannt; und die erzeugten SO2- und SO3-Gase werden in Wasser absorbiert. Wasserstoffperoxid wird zu dem Wasser hinzugefügt, um sicher zu gehen, dass der gesamte Schwefel zu Sulfat umgewandelt wird; und das Wasser wird mit Platinschwarz gekocht, um irgendeinen Überschuss an H2O2 zu entfernen. Die resultierende Lösung wird mit einem gleichen Volumen an Isopropanol kombiniert und mit einer genormten Lösung BaCl2 für die Bestimmung der Sulfatkonzentration titriert. Die Menge an Schwefel wird auf der Grundlage der Sulfatkonzentration bestimmt.
  • Pulpelänge
  • Die Pulpefaserlänge wird gemessen unter Verwendung eines Kajaani FS-200 Instrumentes (Kajaani Elektronics, Kajaani, Finnland). Eine wässrige Aufschlämmung von Pulpefasern wird hergestellt in einer Konzentration, die für eine Analysegeschwindigkeit von 40–60 Fasern pro Sekunde angemessen ist. Die Aufschlämmung wird durch die Kapillare des Instruments geleitet zwecks Aussetzung gegenüber einem Laserstrahl und einem Detektor zum Bestimmen der Faserlänge. Das Instrument führt Berechnungen auf der Basis der Detektorausgabewerte aus und ergibt drei verschiedene Längen; – die arithmetische Durchschnittslänge, die nach der Länge gewichtete Durchschnittslänge; und die nach dem Gewicht gewichtete Durchschnittslänge.
  • Zugeigenschaften
  • Die hinsichtlich ihrer Zugeigenschaften getesteten Filamente werden zuerst bei 25°C, 55% relativer Feuchtigkeit während einer Zeitdauer von minimal 14 Stunden konditioniert; und die Zugtests werden unter diesen Bedingungen durchgeführt. Die Festigkeit (Bruchfestigkeit), Dehnung (Bruchdehnung) und der Modul werden bestimmt, indem man die Testfilamente mittels einer Instron Testvorrichtung (Instron Engineering Corp., Canton, Mass.) zum Brechen bringt.
  • Die Festigkeit, Dehnung und der Anfangsmodul, so wie sie in ASTM D2101-1985 definiert sind, werden unter Verwendung von Filamentnormlängen von 2,54 cm bestimmt. Die Festigkeit wird in Gramm pro Denier wiedergegeben. Der Modul wird aus der Neigung der Spannungs-Dehnungskurve bei 1% Dehnung berechnet und ist gleich der Spannung in Gramm bei 1% Dehnung (absolut) mal 100, dividiert durch den Denierwert des Testfilaments. Der Denierwert des Filaments wird gemäß ASTM D1577 unter Anwendung eines Vibraskops bestimmt.
  • Spezifische Oberflächenausdehnung
  • Die Oberflächenausdehnungen werden bestimmt unter Ausnutzung einer Einzelpunkt BET-Stickstoffabsorptionsmethode unter Verwendung eines Strohlein-Oberflächenausdehnungsmeters (Standard Instrumentation, Inc., Charleston, WV). Gewaschene Pulpeproben werden in einem tarierten Probeglaskolben getrocknet, abgewogen und auf den Apparat gelegt. Der Stickstoff wird bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs adsorbiert. Die Adsorption wird durch den Druckunterschied zwischen dem Probeglaskolben und dem Referenzglaskolben (Manometerablesungen) gemessen und die spezifische Oberflächenausdehnung wird aus den Manometerablesungen, aus dem barometrischen Druck und dem Probengewicht berechnet.
  • Die der kanadischen Norm entsprechende Durchlässigkeit (Canadian Standard Freeness) Dies ist ein Maß der Entwässerung einer Suspension von 3 Gramm Faserstoff in 1 Liter Wasser. Die Messung und der Apparat sind gemäß der Norm TAPPI Standard T227 om-94 ausgelegt. Der Faserstoff wird während einer Zeitdauer von fünf Minuten in einem TMI Dispergator dispergiert. Die Ergebnisse werden als Volumen (ml) Wasser wiedergegeben, das unter Standardbedingungen abgeleitet wird. Der gemessene Wert wird von der Feinheit und von der Flexibilität der Fasern und von ihrem Grad an Fibrillation beeinflusst.
  • BEISPIELE
  • Faserherstellung
  • In den folgenden Beispielen wird die Pulpezusammensetzung gemäß dieser Erfindung mit einer Vielfalt an Konzentrationen von Polyanilin hergestellt.
  • Allgemein wird eine Spinnmasse wie folgt hergestellt: Ein Doppelspiralmischer (Atlantic) wird unter einer Stickstoffspülung bis auf 80°C erhitzt und mit konzentrierter Schwefelsäure (100,1%) und Polyanilin beladen, während eine mäßige Umrührung und die Stickstoffspülung aufrechterhalten werden. Die Materialmengen sind in der Tabelle I dargestellt. (Das Polyanilin wird über Nacht in einem Vakuumofen bei ungefähr 18°C getrocknet.) TABELLE I
    % SPA H2SO4 g PA g PPDT g % Feststoffe
    5 145,4 1,75 33,2 19,4
    10 166,2 4,0 36,0 19,4
    20 153,2 7,0 28,0 18,6
  • Die Mischung wird während einer Zeitdauer von einer Stunde bei 52°C umgerührt; und dann wird dieselbe bis auf –42°C abgekühlt unter Verwendung eines Bades aus Trockeneis/Aceton vor der Zugabe des Polyp-phenylenterephthalamids) (PPDT). (Das PPDT wird über Nacht in einem Vakuumofen bei ungefähr 84°C getrocknet.) Das Bad aus Trockeneis/Aceton wird entfernt und das Umrühren der resultierenden Spinnmasse wird während einer Zeitdauer von einer zusätzlichen Stunde unter Stickstoff bei etwa 70°C fortgesetzt. Um die Masse zu entlüften, wird sie unter einem Vakuum bei einer Temperatur von ungefähr 80°C während einer Zeitdauer von einer zusätzlichen Stunde umgerührt, und die Masse wird in eine Spinnzelle bei 80°C übertragen.
  • Die Spinnzelle wird für ein Luftspaltspinnen eingestellt und ausgestattet mit einer 10-Loch-Spinndüse mit Kapillaren, die einen Durchmesser von 0,076 mm und eine Länge von 0,23 mm aufweisen. Die Zelle und die Spinndüse werden bei 80°C gehalten, und die Fasern werden durch einen 1 cm großen Luftspalt in ein Wasserbad bei ungefähr 1°C gesponnen. Der Durchsatz wird so angepasst, dass eine Strahlgeschwindigkeit von 20,8 Meter/Minute erreicht wird, und die Faser wird bei 145 Meter/Minute mit einem Spinnstreckfaktor von 7,0 gewickelt. Die Merkmale der resultierenden Faser sind in der Tabelle II gezeigt. TABELLE II
    % SPA DpF Zug % Dehnung Modul
    5 2,4 23,6 6,4 358
    10 2,3 22,6 5,9 417
    20 2,5 17,5 6,4 272
    • DpF = Denier pro Filament
    • Zug = Festigkeit
    • % Dehnung = Prozent Dehnung bis zum Bruch
    • Modul = Zugelastizitätsmodul
  • Pulpeherstellung
  • Die aus den vorangegangenen Arbeitsschritten erzielten Fasern werden zu Flocken mit einer Länge von 0,64 bis 0,95 geschnitten, und die Flocken werden in einem Chargenbetrieb raffiniert unter Verwendung einer 30 cm atmosphärischen Laboratoriumsraffiniervorrichtung mit Raffinierplatten von Andritz-Sprout Bauer, Codenummer "D2A501". Eine Aufschlämmung von ungefähr 20 g Flocken in 700 ml Wasser wird der Raffiniervorrichtung mittels einer Förderschnecke zugeführt und an der Entladungszone der Raffiniervorrichtung gesammelt. Der Zufuhrapparat wird mit einer kleinen Menge Wasser gespült, und die Spülwassermengen werden auch gesammelt. Das Material von dem ersten Durchgang wird durch die Raffiniervorrichtung zurückgeführt und wieder gesammelt. Dies wird für insgesamt drei Durchgänge durch die Raffiniervorrichtung wiederholt, um das Produkt gemäß dieser Erfindung herzustellen. Die Pulpemerkmale für eine jede von den mehreren Flocken sind in der Tabelle III dargelegt. TABELLE III
    Kajaani Länge
    % SPA CSF SSA % Sul Ar Lwt Wwt
    5 95 12,9 11,7–12,6 0,24 0,86 1,88
    10 92, 92 12,1 12,0–12,6 N/a N/a N/a
    10 32, 35 14,6 12,0–12,6 0,35 0,94 1,81
    20 60 11,9 10,6–10,7 0,35 0,99 1,80
    • CSF = Canadian Standard Freeness = die der kanadischen Norm entsprechende Durchlässigkeit
    • SSA = Specific Surface Area = Spezifische Oberflächenausdehnung in Quadratmetern pro Gramm
    • % Sul = Prozent an Schwefel auf der Grundlage von sulfoniertem Polyanilin
    • Ar = arithmetische Durchschnittslänge
    • Lwt = nach der Länge gewichtete Durchschnittslänge
    • Wwt = nach dem Gewicht gewichtete Durchschnittslänge
  • Papiere werden unter Verwendung dieser Pulpe hergestellt und es wird, in ausgewählten Fällen, diese Pulpe mit einer Pulpe aus Para-Aramid kombiniert. Das Para-Aramid ist Poly(p-phenylenterephthalamid) und die Pulpe aus Para-Aramid weist einen CSF-Wert von 155 ml und eine spezifische Oberflächenausdehnung von 8,5–9,5 m2/g auf. Die statische Abklinggeschwindigkeit wird auf diesen Papieren bestimmt. Die Testergebnisse sind in der Tabelle IV dargelegt. TABELLE IV
    % SPA* CSF SSA Pulpemischung, SPA / Zerfallsz eit (sec)
    Ausgangspulpe Aramid Durchschn. Bereich
    5 95 12,9 100/0 1,0 0,6–2,0
    10 92 12,1 100/0 2,7 1,5–3,3
    20 60 11,9 100/0 0,01 0–0,01
    20 60 11,9 60/40 0,01 0,01–0,01
    20 60 11,9 30/70 0,01 0,01–0,02
    20 60 11,9 20/80 0,11 0,08–0,17
    20 60 11,9 10/90 2,7 1,9–3,7
    0 155 8,9 0/100 >30** >30–>60**
    • * Berechnung auf der Grundlage von nicht sulfoniertem Polyanilin
    • ** typisches Verhalten eines nicht antistatischen Materials. Die Probe würde keine volle 5000 Voltladung annehmen. Die Teilladung, die akzeptiert wird, wird nicht ohne weiteres zerstreut. Die Tests werden nach 30 oder 60 Sekunden abgeschlossen. In den Pulpemischungen ist die Aramidpulpe die im Handel erhältliche Poly(p-phenylenterephthalamid)-Pulpe, die von E.I. du Pont de Nemours and Company unter der Produktbezeichnung "merge 1F361" erhältlich ist.

Claims (7)

  1. Pulpezusammensetzung, welche Partikel aus 65 bis 95 Gewichtsprozent Para-Aramid und aus 5 bis 35 Gewichtsprozent sulfoniertem Polyanilin aufweist, wobei : (a) das Para-Aramid als eine kontinuierliche Phase vorliegt und das sulfonierte Polyanilin durch das ganze Para-Aramid hindurch dispergiert ist und auch als eine teilweise äußere Beschichtung auf den Partikeln vorhanden ist; (b) das sulfonierte Polyanilin einen Schwefelgehalt von 8,5 bis 15 Gewichtsprozent aufweist; und (c) die Partikel eine spezifische Oberflächenausdehnung besitzen, welche größer als 7,5 m2/g ist.
  2. Pulpezusammensetzung gemäß Anspruch 1, bei welcher die Zusammensetzung eine der kanadischen Norm entsprechende Durchlässigkeit (Canadian Standard Freeness) von weniger als 150 ml aufweist.
  3. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 in der Form von Papier.
  4. Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, bei welcher das Papier eine Ladungsabklinggeschwindigkeit aufweist, welche geringer als 5 Sekunden ist.
  5. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, bei welcher das Para-Aramid Poly(p-phenalenterephthalamid) (PPDT) ist.
  6. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 in Kombination mit anderem Pulpematerial zum Bilden einer Pulpemischung, welche mindestens 5 Gewichtsprozent der Pulpezusammensetzung gemäß Anspruch 1 und weniger als 95 Gewichtsprozent des anderen Pulpematerials aufweist.
  7. Pulpemischung gemäß Anspruch 6, bei welcher das andere Pulpematerial Poly(p-phenalenterephthalamid) ist.
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