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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet von Poly(arylensulfid), nachstehend
als P(AS) bezeichnet, Zusammensetzungen und Erzeugnisse.
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P(AS)
ist ein Polymer, das gute mechanische Eigenschaften, Chemikalien-
und Feuerfestigkeit und ausgezeichnete elektrische und thermische
Eigenschaften besitzt. P(AS) kann in verschiedenen Erzeugnissen,
einschließlich,
jedoch nicht beschränkt
auf Teile, Filme, Beschichtungen, Rohre und Fasern verwendet werden.
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Millionen
von Dollar werden jedes Jahr für
P(AS)-Erzeugnisse ausgegeben und die P(AS)-Industrie führt fortwährend Untersuchungen
durch, um neue und/oder oder verbesserte P(AS)-Zusammensetzungen zur
Herstellung von neuen Erzeugnissen oder zum Verbessern von bestehenden
Erzeugnissen zu finden.
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Es
wurde gefunden, dass durch Blitzverdampfung gewonnenes (flash-gewonnenes) lineares
P(AS) zur Herstellung von Fasern auf Grund der geringeren Kosten
von flash-gewonnenem linearem P(AS) mit geringeren Kosten als Fasern,
die aus durch Abschrecken gewonnenem (quench-gewonnenem) linearem
oder quench-gewonnenem verzweigtem P(AS) hergestellt sind, verwendet
werden kann. P(AS)-Fasern können schädlichen
Umgebungen standhalten und auch zur Herstellung von Erzeugnissen
wie z. B. Filterbeuteln zur Filtration von Abgas, Filtermedien für Gas- und
Flüssigkeitsströme, Elektrolysemembranen
und Schutzkleidung verwendet werden. Jedoch können Herstellungsprobleme auftreten,
wenn Fasern aus flash-gewonnenem linearem P(AS) hergestellt werden.
Zum Beispiel kann das flash-gewonnene lineare P(AS) eine abnormale
Spinnlinie erzeugen, wenn es durch eine Matrize gezwängt wird.
Eine Faser mit der abnormalen Spinnlinie ist verbogen und kann die
Filamentbruch verursachende Matrize berühren. Eine Faser mit einer
normalen Spinnlinie ist im Wesentlichen gerade, und die Faser berührt im Allgemeinen
die Filamentbruch verursachende Matrize nicht.
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Diese
Erfindung stellt eine Lösung
zum Gewähren
der Verwendung von flash-gewonnenem
linearem P(AS) bereit, um Fasern ohne abnormale Spinnlinien bereitzustellen,
die eine Verbiegung der Faser verursachen. Zudem stellt diese Erfindung
eine P(AS)-Faser mit verbesserter Zähigkeit bereit.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung
einer Zusammensetzung bereit.
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Die
Erfindung stellt auch die Zusammensetzung bereit.
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Die
Erfindung betrifft auch ein aus der Zusammensetzung hergestelltes
Erzeugnis.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung bereitgestellt,
wobei das Verfahren das Mischen von etwa 60 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%
eines ersten P(AS) mit einem Schmelzflussindex von etwa 120 Gramm/10
Minuten oder mehr und etwa 10 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% eines zweiten P(AS)
mit einem Schmelzflussindex von etwa 110 Gramm/10 Minuten oder weniger
umfasst.
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In
einer anderen Ausführungsform
dieser Erfindung ist die Zusammensetzung bereitgestellt.
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In
einer anderen Ausführungsform
dieser Erfindung ist ein aus der Zusammensetzung hergestelltes Erzeugnis
bereitgestellt.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung ist bereitgestellt,
wobei das Verfahren das Mischen von etwa 60 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%
eines ersten P(AS) mit einem Schmelzflussindex von etwa 120 Gramm/10
Minuten oder mehr und etwa 10 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% eines zweiten
P(AS) mit einem Schmelzflußindex
von etwa 110 Gramm/10 Minuten oder weniger umfasst.
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Das
erste P(AS) ist ein flash-gewonnenes lineares Poly(arylensulfid).
Flash-gewonnenes
lineares P(AS) ist in den U.S.-Patenten 3,478,000, 3,707,528 und
3,800,845 offenbart. Lineares P(AS) wird hergestellt, wenn dihalogenierte
aromatische Verbindungen zur Herstellung von P(AS) verwendet werden.
Lineares P(AS) ist in den U.S.-Patenten 3,478,000, 3,707,528 und
3,800,845 offenbart. Verzweigtes P(AS) wird hergestellt, wenn polyhalogenaromatische
Verbindungen als Monomer verwendet werden. Polyhalogenaromatische
Verbindungen sind solche, die mehr als zwei Halogensubstituenten
pro Molekül
aufweisen, die beim Herstellen von verzweigtem P(AS) verwendet werden
können.
Verzweigtes P(AS) ist in U.S.-Patent 4,350,810 offenbart.
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Vorzugsweise
weist bei Verwendung der Zusammensetzung zur Faserherstellung das
erste P(AS) einen Schmelzflussindex im Bereich von etwa 120 Gramm/10
Minuten bis etwa 1000 Gramm/10 Minuten, besonders bevorzugt etwa
120 Gramm/10 Minuten bis etwa 600 Gramm/10 Minuten auf, um Qualitätsfasern
mit hoher Zähigkeit
herzustellen.
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Das
zweite Poly(arylensulfid) ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus quench-gewonnenem linearem Poly(arylensulfid), quench-gewonnenem
verzweigtem Poly(arylensulfid) und flash-gewonnenem, verzweigtem
Poly(arylensulfid). Die Herstellung von quench-gewonnenem P(AS)
ist im Patent 5,128,445 offenbart. Vorzugsweise ist bei der Herstellung
von Fasern das zweite P(AS) in der Zusammensetzung ein quench-gewonnenes
lineares P(AS), da die Faser eine höhere Zähigkeit aufweist, als wenn
ein quenh-gewonnenes verzweigtes P(AS) oder ein flash-gewonnenes
verzweigtes P(AS) verwendet wird. Die Zähigkeit einer Faser ist die
Zugspannung, die als Kraft pro Einheit linearer Dichte (z. B. Gramm-Kraft
pro Den) ausgedrückt wird.
Die Zähigkeit
wird unter Verwendung von ASTM D885, modifiziert unter Verwendung
von pneumatischen Faserhaltern, einer Gaugelänge von 4 Inch und einer Querhauptgeschwindigkeit
von 3,93 Inch pro Minute bestimmt.
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Das
erste und/oder das zweite P(AS) kann unter Verwendung von Modifikationsmitteln
zum Erhalt eines P(AS) mit höherem
Molekulargewicht hergestellt werden. Modifikationsmittel sind in
U.S.-Patent 3,919,177 offenbart.
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Das
Mischen des ersten P(AS) und des zweiten P(AS) zur Herstellung der
Zusammensetzung kann durch jedes beliebige auf dem Fachgebiet bekannte
Verfahren erzielt werden. Zum Beispiel können das erste P(AS) und das
zweite P(AS) in einen Extruder gegeben werden, um Pellets der Zusammensetzung
herzustellen.
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Die
Zusammensetzung kann zur Herstellung eines Erzeugnisses durch jedes
beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Mittel verwendet werden. Das
Erzeugnis kann Beschichtungen, Teile, Filme, Beschichtungen, Rohre
und Fasern einschließen,
ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Verfahren zur Herstellung des Erzeugnisses können Blasguss, Spinnen, Spritzguss
und Extrusion einschließen,
sind jedoch nicht darauf beschränkt. Eine
weitere Information über
die Verarbeitung der Zusammensetzung zu dem Erzeugnis ist in MODERN PLASTICS
ENCYCLOPEDIA, 1992, Seiten 222–298
zu finden.
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Die
durch diese Erfindung hergestellte Zusammensetzung kann durch jedes
beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Mittel zu Fasern gesponnen
werden. Die Fasern können
als kontinuierliche Fasern gepackt oder in kürzere Längen, genannt Stapelfasern
geschnitten werden. Im Allgemeinen werden die Fasern unter Verwendung
einer Schmelzspinnapparatur hergestellt. Beim Schmelzspinnen wird
die Zusammensetzung zur Herstellung einer geschmolzenen Zusammensetzung
auf etwa 290°C
bis etwa 340°C
erwärmt.
Vorzugsweise wird die Zusammensetzung auf etwa 300°C bis etwa
330°C erwärmt, um
zu gewährleisten,
dass kein Abbau der Zusammensetzung auftritt. Die geschmolzene Zusammensetzung
wird zur Herstellung einer geschmolzenen Faser mit konstanter Geschwindigkeit
unter Druck durch eine Platte, genannt Spinndüse oder Matrize, die ein oder
mehrere Löcher
enthält,
gezwängt.
Eine Matrize, die ein Loch enthält,
stellt eine Einfilamentfaser her. Eine Matrize, die mehrere Löcher enthält, stellt
eine Multifilamentfaser her. Die geschmolzene Faser tritt unten aus
der Fläche
der Spinndüse
aus. Die geschmolzene Faser wird dann abgekühlt. Das Abkühlen kann
durch jedes beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Mittel erzielt
werden. Typischerweise wird Luft zum Abkühlen der geschmolzenen Faser
zur Herstellung einer Faser verwendet. Das Schmelzspinnen ist detaillierter
in TEXTBOOK OF POLYMER SCIENCE, 1984, Seiten 492–495 offenbart.
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Die
Faser kann durch jedes beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Mittel
weiter verarbeitet werden. Zum Beispiel wird die Faser im Allgemeinen
während
oder nach dem Spinnen zur Bewirkung von Orientierung gezogen oder
gedehnt, wodurch die physikalischen Eigenschaften der Faser optimiert
werden.
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Das
Ziehen verleiht oder verstärkt
Kristallinität,
was zu einer verstärkten
Faserzugstärke
führt.
Das Ziehen ist im TEXTBOOK OF POLYMER SCIENCE, 1984, Seite 494–495 offenbart.
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Die
erfindungsgemäß hergestellte
Faser zeigt ausgezeichnete Eigenschaften. Während der Verarbeitung kann
die Zusammensetzung beim Zwängen
durch die Matrize eine normale Spinnline erzeugen. Zweitens zeigt
die Faser eine Äquivalente
oder höhere
Zähigkeit
als eine Faser, die aus dem zweiten P(AS) hergestellt ist. Dies
ist ein unerwartetes Ergebnis, da typischerweise eine Faser, die
aus dem flash-gewonnenen linearen P(AS) hergestellt wird, eine geringere
Zähigkeit
aufweist, als eine Faser, die aus dem quench-gewonnenen linearen
P(AS) und dem quench-gewonnenen verzweigtem P(AS) hergestellt ist.
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Die
Faser kann zum Herstellen von faserhaltigen Erzeugnissen verwendet
werden. Zum Beispiel kann das faserhaltige Erzeugnis ausgewählt werden
aus der Gruppe, bestehend aus Filterbeuteln, Filtermedien, Membranen
und Schutzkleidung. Das faserhaltige Erzeugnis kann durch jedes
beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren hergestellt werden.
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BEISPIELE
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Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung veranschaulichen, jedoch
keinesfalls als Beschränkung des
vernünftigen
Umfangs der Erfindung angesehen werden. Die folgenden Testverfahren
wurden verwendet.
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Der
Schmelzflussindex wurde durch das Verfahren von ASTM D 1238-86,
Verfahren B – Automatically Timed
Flow Rate Procedure, Condition 316/5,0, modifiziert zur Verwendung
einer 5-minütigen
Vorwärmzeit, bestimmt,
wobei die Schmelzflusswerte in Einheiten von Gramm/10 Minuten ausgedrückt sind.
Der Schmelzflussindex ist für
das Molekulargewicht des Polymers hinweisend. Ein niedriger Schmelzflussindex
weist auf ein Polymer mit hohem Molekulargewicht hin.
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Denier
pro Filament (DPF) wurde durch das folgende Verfahren bestimmt.
Zuerst wurde ein Denier, bei welchem es sich um das Gewicht in Gramm
bei 9000 Meter eines Materials handelt, gemessen. Der Denier wurde
durch Spulen von 90 Meter eines Multifilaments unter Verwendung
eines Yarn Skein Reel bestimmt. Dann wurde das Multifilament gewogen.
Dieses Gewicht wurde mit 100 multipliziert, dann durch die Anzahl
der Filamente im Multifilament, in diesen Beispielen 64, geteilt.
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Die
Zähigkeit
einer Faser ist die Zugspannung, die als Kraft pro Einheit linearer
Dichte (z. B. Gramm-Kraft pro Denier) ausgedrückt ist. Die Zähigkeit
wurde unter Verwendung eines Instron 4505, hergestellt von Instron
Corporation in Canton, MA, über
ASTM D885, modifiziert zur Verwendung von pneumatischen Faserhaltern,
einer Gaugelänge
von 4 Inch und einer Querhauptgeschwindigkeit von 3,93 Inch pro
Minute bestimmt.
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Zur
Bestimmung dessen, ob eine Zusammensetzung eine normale Spinnline
herstellte, wurde jede Zusammensetzung in Multifilamente auf einer
Hills- Versuchsfaserlinie
mit 0,75 Inch, hergestellt von Hills Research and Development, Melbourne,
FL, gesponnen. Visuelle Betrachtungen der Spinnlinie wurden für jede Zusammensetzung
durchgeführt.
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Die
folgenden Poly(phenylensulfid)-(PPS)-Harze wurden in diesen Beispielen
verwendet.
- 1) GR01 ist ein flash-gewonnenes
lineares PPS, im Handel erhältlich
von Phillips Petroleum Company als Ryton® PPS,
Klasse GR01, mit einem Schmelzflussindex von etwa 120 Gramm/10 Minuten
bis etwa 200 Gramm/10 Minuten. Flash-gewonnenes lineares PPS kann
auch im Handel von Toray Industries erhalten werden.
- 2) PR09 ist ein flash-gewonnenes verzweigtes PPS, im Handel
erhältlich
von Phillips Petroleum Company als Ryton® PPS,
Klasse PR09, mit einem Schmelzflussindex von etwa 20 Gramm/10 Minuten
bis etwa 65 Gramm/10 Minuten.
- 3) E2080 ist ein quench-gewonnenes lineares PPS, im Handel erhältlich von
Toray Industries mit einem Schmelzflussindex von etwa 80 Gramm/10
Minuten bis etwa 110 Gramm/10 Minuten.
- 4) E1880 ist ein quench-gewonnenes verzweigtes PPS, im Handel
erhältlich
von Toray Industries mit einem Schmelzflussindex von etwa 50 Gramm/10
Minuten bis etwa 90 Gramm/10 Minuten.
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Jede
in den nachstehenden Tabellen aufgelisteten Zusammensetzung wurde
unter Verwendung eines ZSK40-Doppelschneckenextruders, hergestellt
von Krupp, Werner und Pfleiderer Corporation in Ramsey, NJ, unter
Herstellung von Pellets gebildet. Der ZSK40-Doppelschneckenextruder
weist 10 Wärmezonen
auf, die auf etwa 303°C
eingestellt waren. Die Pellets wurden in einem Wasserbad abgeschreckt
und die erhaltenen Pellets ausgeglüht. Die Pellets wurden in einem
ummantelten Bandmischer mit 2 Kubikfuß, hergestellt von Young Industries,
Muncy, PA, ausgeglüht.
Die Pellets wurden dann zur Bestimmung des Schmelzflussindexes analysiert.
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Fasern
wurden aus den Pellets auf der Hills-Versuchsfaserlinie mit 0,75
Inch gesponnen. Die Hills-Versuchsfaserlinie mit 0,75 Inch besteht
aus einem Einzelschneckenextruder, einer Schmelzpumpe, einer Matrize,
einem Luftabschrecksystem und mehreren Rollen, die das Faserziehen
gewähren.
Der Einzelschneckenextruder verwendete drei getrennte Temperaturzonen.
Zone eins betrug 315°C,
Zone zwei 326°C
und Zone drei 321°C.
Die Hills-Versuchsfaserlinie mit 0,75 Inch verwendete eine Matrize
mit 64 Löchern
mit einem Endlochdurchmesser von 0,02 Inch, der ein Multifilament
erzeugte. Die Matrizentemperatur betrug 315°C. Das Multifilament wurde in
einem Zugschritt um eine Rolle gewickelt. Die Aufnahmegeschwindigkeit
des Multifilaments von der Rolle und die Schmelzpumpengeschwindigkeit
bestimmten den DPF. Die Aufnahemegeschwindigkeit war bei 415 Meter/Minute
eingestellt, was zum Einstellen der Schmelzpumpengeschwindigkeit
für die Versuche
verwendet wurde. Nach dem Ziehen wurde das Multifilament auf eine
Verpackung gewickelt, so dass etwa 15 Minuten der Multifilamenterzeugung
pro Packung enthalten waren. Die Packung wurde dann für eine Alex
James Monofilament Line, hergestellt von Alex James Corporation
in Greenville, SC verwendet. Die Alex James Monofilament Line wurde
zum weiteren Ziehen des Multifilaments verwendet. Die Alex James
Monofilament Line weist drei Ofenzonen auf, die zum Ziehen und/oder
Ausglühen
verfügbar
sind. Eine Zone wurde in diesen Versuchen verwendet. Die Temperatur
wurde bei 111°C
eingestellt. Eine Zufuhrwalze wurde mit 100 Fuß pro Minute festgelegt. Maximale
Zugverhältnisse
(MDR) wurden durch Erhöhung
der Aufnahmewalzengeschwindigkeit auf 5 Fuß pro Minute alle 5 Sekunden
bis zum Bruch des Multifilaments bestimmt. Mindestens drei Brüche wurden
vollendet und eine mittlere Aufnahmewalzengeschwindigkeit wurde
berechnet. Die mittlere Aufnahmewalzengeschwindigkeit wurde durch
100 Fuß pro
Minute geteilt, um den MDR zu erhalten. Jedes der aus der Zusammensetzung
hergestellten Multifilamente wurde auf 85% des MDR gezogen. Nach
Beendigung des Ziehens auf der Alex James Monofilament Line wurden
dann Multifilamentproben entnommen und auf Zähigkeit analysiert.
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BEISPIEL 1
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Die
in Tabelle 1 dargestellten Daten zeigen, dass mit der Zugabe von
20 Gew.-% PR09 keine abnormalen Spinnlinien zu beobachten waren,
wodurch eine effizientere Herstellung der Multifilamente gewährt wurde.
Jedoch war die Zähigkeit
des aus der GR01/PR09-Zusammensetzung hergestellten Multifilaments
geringer als die GR01 allein.
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BEISPIEL 2
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Diese
Daten zeigen, dass mit der Zugabe von 30 Gew.-% E2080 keine abnormalen
Spinnlinen zu beobachten waren, wodurch eine effizientere Herstellung
der Multifilamente gewährt
wurde. Zusätzlich
war überraschenderweise
die Zähigkeit
des aus der E2080/GR01-Zusammensetzung hergestellten Multifilaments
höher als
E2080 allein. Deshalb gewährt
eine Zusammensetzung aus 70 Gew.-% GR01 und 30 Gew.-% E2080 eine
effizientere und billigere Herstellung von stärkeren Fasern als mit GR01
oder E2080 allein.
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BEISPIEL 3
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Diese
Daten zeigen, dass mit der Zugabe von 10 Gew.-% E1880 keine abnormalen
Spinnlinien beobachtet wurden, wodurch eine effektivere Erzeugung
von Multifilamenten gewährt
wurde. Zudem war die Zähigkeit
des aus der E1880/GR01-Zusammensetzung
hergestellten Multifilaments höher
als E1880 alleine. Deshalb gewährt
eine Zusammensetzung aus 90 Gew.-% GR01 und 10 Gew.-% E1880 eine
effizientere und billigere Erzeugung von stärkeren Fasern als mit GR01
oder E1880 allein. TABELLE
1 ZUSAMMENSETZUNGEN,
ENTHALTEND GR01 UND PR09
- * Alle Prozentgehalte sind Gewichtsprozent.
TABELLE
2 ZUSAMMENSETZUNGEN,
ENTHALTEND GR01 UND E2080 - * Alle Prozentgehalte sind Gewichtsprozent.
TABELLE
3 ZUSAMMENSETZUNGEN,
ENTHALTEND GR01 UND E1880 - * Alle Prozentgehalte sind Gewichtsprozent
