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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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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.
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2. BESCHREIBUNG DES DIESBEZÜGLICHEN
STANDES DER TECHNIK
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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.
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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.
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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.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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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.
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Papier,
das aus der Pulpe gemäß dieser
Erfindung hergestellt worden ist, weist eine Ladungsabklinggeschwindigkeit
auf, welche geringer als 5 Sekunden ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 .
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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TESTVERFAHREN
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Elektrische Ladungsdissipation
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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.
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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.
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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.
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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.
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Schwefelgehalt
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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.
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Pulpelänge
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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.
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Zugeigenschaften
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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.
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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.
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Spezifische Oberflächenausdehnung
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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.
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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.
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BEISPIELE
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Faserherstellung
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In
den folgenden Beispielen wird die Pulpezusammensetzung gemäß dieser
Erfindung mit einer Vielfalt an Konzentrationen von Polyanilin hergestellt.
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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 |
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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.
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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 |
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- DpF = Denier pro Filament
- Zug = Festigkeit
- % Dehnung = Prozent Dehnung bis zum Bruch
- Modul = Zugelastizitätsmodul
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Pulpeherstellung
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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 |
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- 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
m
2/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** |
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- * 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.