FI101231B - Ohuita itsekannattavia epäorgaanisia raakapuristeita ja menetelmä täll aisten raakapuristeiden valmistamiseksi - Google Patents

Description

101231

Ohuita itsekannattavia epäorgaanisia raakapuristeita ja menetelmä tällaisten raakapuristeiden valmistamiseksi - Tunna självbärande oorganiska räpresstycken och förfarande för framställning av sädana räpresstycken 5

Keksintö koskee ohutta itsekannattavaa epäorgaanista raaka-puristetta, joka sisältää jonkin epäorgaanisen aineen ja jonkin sideaineen ja on paksuudeltaan alle 25 μια.

10 Tällaisia epäorgaanisia raakapuristeita kuvataan patenttijulkaisussa EP-A-0210874.

Eräs epäkohta mainitussa patentissa kuvatuissa raakapuris-teissa, jotka tässä tapauksessa ovat kalvoja, on se, että 15 sideaineena käytetään selluloosaa, joka rajoittaa raakapu-risteiden venytettävyyttä. Tämä nimittäin tarkoittaa, että toivotut erittäin ohuet kalvot on valmistettava yhdessä ajossa. Kalvot valmistetaan levittämällä ensiksi ohut kerros sideaineen ja epäorgaanisen aineen sisältävää liuosta 20 jollekin alustalle, kuivaamalla se ja sitten erottamalla kerros alustasta. Tällainen menetelmä asettaa erittäin korkeat vaatimukset kalvojen valmistukseen käytettävän lait-teiston ominaisuuksille, koska paksuuden epätasaisuutta tai • ' murtumia esiintyy helposti. Samasta syystä tällaisissa me- : .’ 25 netelmissä esiintyy erittäin herkästi lisätyssä epäorgaani- sessa aineessa partikkeleita, joiden paksuus on sama ker-*:**: roksen paksuuden kanssa. Käytännössä vaikuttaa siksi tuskin mahdolliselta valmistaa tällä tavalla erittäin ohuita kap-paleita ilman säröjä, koska kokeet ovat osoittaneet, että 30 kalvoja on erittäin vaikeaa erottaa alustasta, erityisesti • « · #«j·, kun kysymyksessä ovat ohuet kalvot (10-20 μπι) . Lisäksi sei- i · « luloosa on herkkää kosteudelle, minkä seurauksena mitta- • · · • *,· pysyvyys huononee, mikä sulkee pois tietyt sovellukset.

Tämän keksinnön puitteissa puhutaan raakapuristeesta sil-35 loin kun orgaaninen sideaine on yhä läsnä sellaisenaan eikä sitä ole vielä poistettu tai muunnettu.

2 101231

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada epäorgaanisesta aineesta valmistettuja ohuita puristeita, jotka on sidottu jollakin orgaanisella sideaineella ja joilla ei ole edellä mainittuja haittoja.

5

Keksinnön mukaiset raakapuristeet ovat tunnettuja siitä, että sideaine koostun olennaisilta osiltaan polymeeristä, jonka moolimassan painokeskiarvo on korkeampi kuin 400 000 ja joka sisällytettynä johonkin sopivaan liuottimeen muodos-10 taa lämmössä palautuvan geeliytymissysteemin, jonka geeliy-tymis- ja 1iukenemispisteet ovat huoneenlämpötilaa korkeammat, epäorgaanisen aineen ti1avuusosuuden ollessa suurempi kuin 45 % sideaineen ja epäorgaanisen aineen kokonaismäärästä.

15 Tällaiset raakapuristeet ovat helposti valmistettavissa tarvitsematta asettaa erityisen korkeita vaatimuksia käytettävälle laitteistolle. Lisäksi mainittuja raakapuristeita voidaan käyttää epäorgaanisten kerrosten, jotka joko on tai ei 20 ole sintrattu, levittämiseen esineisiin. Eräs esimerkki tällaisesta esineestä an monikerroksinen keraaminen kondensaattori, jolloin keraamisen kerroksen ohuus on suuri etu tässä sovelluksessa tavoitellun mahdollisimman pienen koon kannalta.

25 ·.· Keksintö siis koskee menetelmää mainittujen raakapuristeiden valmistamiseksi ja keksinnön mukaisten raakapuristeiden käyttöä epäorgaanisia aineita sisältävien kerrosten levittämiseen esineisiin.

30 .·.· Julkaisussa DE-A-2334704 kuvataan polyeteenioksidikuitujen, ·· joihin voidaan sisällyttää huomattavia määriä täyteaineita, • · • · valmistusta. Mainitussa patentissa kuvattu polymeeri-1iuo- « tinsysteemi on huoneenlämpötilassa korkeaviskoosinen liuos, 35 joka aiheuttaa ongelmia ekstruuderin syötössä. Toinen käytetyn polyeteenioksidi/vesisysteemin haitta on se, että tämä systeemi ei muodosta geelisysteemiä, ennen kuin se on jäähdytetty alle huoneenlämpötilan. Huoneenlämpötilassa saatu 3 101231 tuote siis pysyy tahmeana niin kauan kuin se sisältää liuotinta. Sen vuoksi liuotin on poistettava myöhemmän prosessoinnin mahdollistamiseksi. Tämä on erityinen haitta, koska liuotin joudutaan poistamaan venyttämättömästä ja siis pak-5 summasta raakapuristeesta, mikä on vaikeampaa ja kestää kau-emm i n.

Lämmössä palautuvilla geeliytymissysteemei1lä tarkoitetaan tämän keksinnön puitteissa systeemejä, jotka ovat tunnettuja 10 siitä, että johonkin liuottimeen liuenneen polymeerin muuttaminen geeliksi suoritetaan alentamalla (nopeasti) lämpötilaa. Esimerkkejä lämmössä palautuvista geeliytymissystee-meistä, joiden geeliytymis- ja 1iukenemispisteet ovat huoneen 1ämpöt i1aa korkeammat, ovat: po1ya1keen it t avanoma i st en 15 liuottimien, kuten parafiinien, tolueenin, ksyleenin, tetra-liinin tai dekaliinin, kanssa; polyvinyylialkoholi (PVAL) etyleeniglykolin ollessa liuottimena; polyakryylinitrii1i (PAN) dimetyyliformamidin ollessa liuottimena, johon sinkki-kloridia lisätään kömpieksinmuodostussuoläksi noin 10 i:n ... 20 määränä PAN: in painosta.

4 j. Raakapuristeen muoto voi olla mikä tahansa yksinkertainen • · muoto, joka voidaan valmistaa tavanomaisilla jatkuvatoimi- « · · 1 • silla muovausmenetelmillä, kuten kuitu, kalvo tai putki.

25 Muoto ei rajoitu tasaisiin esineisiin. Kolmiulotteiset muo-’·/< dot, kuten kaarevoi tetut kalvot, tai syl inter imäiset muodot ovat nekin mahdollisia. Jos raakapuriste tarkoittaa kuituja, raakapuristeen paksuudella tarkoitetaan kuidun läpimittaa.

. .. 30 Sideaine voidaan poistaa yleisesti tunnetuilla menetelmillä, .·.· kuten pyrolyysi 1 lä, uuttamalla tai polttamalla. Hyviä tulok- • m *. . siä etenkin mittapysyvyyden suhteen on saatu poistamalla • · i . sideaine polttamalla alhaisessa lämpötilassa plasman avulla.

i .··.· 35 Haluttaessa esine voidaan sitten sintrata, jolloin esine • « .... saatetaan tiettyyn lämpötilaan tietyksi ajaksi tunnettuun tapaan. Käytettävät olosuhteet tunnetaan alan kirjallisuudesta ja ne riippuvat käytetystä epäorgaanisesta aineesta.

4 101231

Jatkuvan epäorgaanista ainetta olevan kerroksen aikaansaamiseksi täyteainepitoisuuden tulee olla mahdollisimman suuri. Kysymyksen ollessa keksinnön mukaisista raakapuristeista täyteainepitoisuus on suurempi kuin 45 tilavuus-%, tavalli-5 sesti 50-99 tilavuus-% epäorgaanisen aineen plus polymee-risideaineen yhteismäärästä laskettuna. Eräissä tapauksissa saattaa olla hyödyllistä käyttää jotakin epäorgaanista ainetta, jolla on kaksihuippuinen partikkelikoon jakautuma, jotta saadaan suuri täyteainepitoisuus.

10

Sintraamalla raakapuriste sideaineen poistamisen jälkeen saadaan itsekannattava joko jatkuva tai ei-jatkuva kappale. Epäorgaanisina sintrautuvina aineina voidaan käyttää kaikenlaisia aineita tai seoksia, jotka ovat sintrautuvia sel-15 laisenaan, tai sellaisia epäorgaanisia aineita, jotka eivät sintraudu sellaisinaan ja joihin lisätään sopivia sintrauk-sen lisäaineita, kuten esimerkiksi Si02:a, A^Ojia, BaTiOjia, Si^-.a, johon on sekoitettu YjO^ra, tai SiC:a, johon on sekoitettu booriyhdisteitä.

... 20 I I

Raakapuristeet osoittautuvat sopiviksi moniin sovelluksiin. Joissakin tapauksissa raakapuriste täyttää sellaisenaan vaatimukset, toisissa tapauksissa taas erityissovellus saattaa vaatia ohutta epäorgaanista kerrosta, joka saadaan, kun si-25 deaine on poistettu raakapuristeesta, ja haluttaessa sintra-·,· taan vielä.

Seuraavat sovellukset ovat valaisevia esimerkkejä, mutta luetteloa ei ole tarkoitettu keksintöä rajoittamaan.

. .. 30 .·. Jos epäorgaanisella aineella on korkea dielektrisyysvakio, • · ·· polttamisen ja sintrauksen jälkeen voidaan saada ohuita die-• * • · lektrisiä kerroksia, joita voidaan käyttää kondensaattoreis- ’... sa. Lisäksi voidaan valmistaa ohuita johtavia kalvoja, joi- • 1 35 loin keksinnön mukaisia raakapuristeita voidaan erinomaises-.... ti käyttää monikerroksisissa keraamisissa kondensaattoreissa.

5 101231

Lisäksi on osoittautunut mahdolliseksi tuottaa erittäin ohuita substraatteja elektronisia hybridirakenteita varten. Hyviä tuloksia on saatu käyttämällä Al^O^:a epäorgaanisena täyteaineena. Eräs keksinnön mukaisten raakapuristeiden etu 5 tällaisissa sovelluksissa on se, että raakapuristeen huokoisuutta voidaan vaihdella laajoisssa rajoissa, jotta se saadaan vastaamaan eri sovellusten asettamia vaatimuksia.

Raakapuristeet sopivat ohuiksi taipuisiksi koteloiksi esi-10 neille niiden suojaamiseksi paremmin suurtehoiselta elektromagneettiselta säteilyltä. Tähän tarkoitukseen voivat tulla kysymykseen useat metal1itäyteaineet. Raakapuristeet sopivat myös erittäin hyvin käytettäviksi pinnoitteina. Hankauksen-kestäviä pinnoitteita voidaan levittää esineisiin käyttämäl-15 lä esimerkiksi karbideja tai nitraatteja, jolloin raakapu-risteen taipuisuus on osoittautunut edulliseksi erityisesti valmistettaessa hyviä pinnoitteita muodoltaan monimutkaisiin esineisiin. On todettu, että keksinnön mukaisen raakapuris-teen lujuus ja kimmomoduuli ovat riittävät, jotta se kestää 20 käsittelyn myöhemmän prosessoinnin aikana. Näin on erityisesti silloin, kun raakapuristeen kimmomoduuli on vähintään 0,5 GPa.

6 101231 37,5 % polymeerin ja täyteaineen kokonaismäärästä laskettuna.

Nyt on osoittautunut mahdolliseksi käyttää keksinnön mukais-5 ta menetelmää sellaisten raakapuristeiden valmistamiseen, jotka sisältävät hyvin suuria määriä epäorgaanista ainetta ja jotka ovat mittapysyviä ja venytettäviä ja sisältävät vähän sideainetta epäorgaanisen aineen määrään verrattuna. Tällä tavoin voidaan siis valmistaa ohut jatkuva epäorgaani-10 nen kappale polymeerisideaineen poistamisen ja valinnaisesti sintrauksen jälkeen. Mieluiten raakapuriste venytetään kaksisuuntaisesti, koska on yllättävästi todettu, että suurin mahdollinen vetosuhde ei alene, kun raakapuriste venytetään kaksisuuntaisesti. Tämä on erityisen yllättävää, koska mak-15 simivetosuhde todellakin alenee täyteainepitoisuuden kasvaessa, kun kysymyksessä on yksisuuntainen venytys. Toinen etu on se, että raakapuristeen paksuus ohenee nopeasti kaksisuuntaisessa venytyksessä, mikä tarkoittaa, että venytettyjen raakapuristeiden valmistaminen on helppoa.

.·: 20

On suositeltavaa käyttää jotakin polymeeriä, jolla on mahdollisimman korkea moolimassa. Sillä on todettu, että jos moolimassa on korkea, polymeerin konsentraatio liuoksessa voi olla alhainen ja kuitenkin muovauksen jälkeen tulokseksi 25 saadaan koherentti venytettävä ja mittapysyvä rakenne. Liu-*.* oksessa on tärkeätä käyttää alinta mahdollista polymeer isi deaineen pitoisuutta, koska silloin saadaan korkeampi epäorgaanisen aineen ja polymeerisideaineen tilavuussuhde liuottimen poistamisen jälkeen. Tämä sen vuoksi, että epäorgaa-·.·· 30 nisen aineen sallitun määrän määrää partikkelien tarkka kon- .*. sentraatio liuoksessa. Jotta saataisiin tasaisenkokoisia /.* pallomaisia partikkeleita, epäorgaanisen aineen teoreettinen * 1 maksimimäärä on siten 60 tilavuus-% epäorgaanisen aineen plus polymeeri 1iuoksen määrästä laskettuna. Käytännössä epä-35 orgaanista ainetta käytetään yleensä 20-40 tilavuus-% .... liuoksessa.

Raakapuristeen täyteainepitoisuus määritetään seuraavasti: 7 101231 w - V/iVi + Vp) (1)

Raakapuristeen suurin mahdollinen täyteainepitoisuus (wBay) on sidoksissa liuoksen täyteainepitoisuuteen (a) seuraavan 5 yhtälön mukaisesti: (wiax) (a) - */(a + MeBelt/Mn) (2) Nämä määrät määritetään seuraavasti: 10 a « Vj/(V^ + Vp + Vg) , liuoksen täyteainepi toi suus;

Vp,Vi,Vg vastaavasti polymeerin, epäorgaanisen aineen ja liuottimen tilavuus; M^it B polymeerin moolimassa kahden ristisidoksen välillä 15 tasapainosulassa (g/mol)

Mn = polymeerin moolimassan lukukeskiarvo (g/mol).

Mgjjgit voidaan määrittää menetelmällä, joka on kuvattu julkaisussa Advances in Polymer Science, 1974, osa 16, luku 7.

.·: 20 Polyeteeni 1 le tällä tavoin määriteltävä Mrn|r^ on 4000. Mn - voidaan määrittää tavallisin menetelmin, esimerkiksi GPC:lla. Polydispersiteetti, joka määritetään moolimassan painokeskiarvon ja moolimassan lukukeskiarvon suhteena, riippuu polymeerin moolimassajakautumasta ja edellä maini-25 tuilla polymeereillä se on noin 3 - noin 30. Raakapuristeen ·.· maksimitäyteainepitoisuus määritetään liuoksen maksimi täyte- ainepitoisuudella, joka, kuten edellä jo mainittiin, on 0,6 yhtälön (1) mukaisesti: -.-30 wnax(0,6) - 0,6/(0,6 + MeMlt/Mn) (3) « · /.· Esimerkkinä taulukon 1 palstoissa **^(0,6) ja wnaj{(0,3) kuvaavat raakapuristeen moolimassan painokeskiarvon MH, moolimassan lukukeskiarvon Mn ja suurimman mahdollisen täyteainepi-:':'35 toisuuden suhteita kysymyksen ollessa polyeteenistä, poly-.... dispersi teet in 12 perusteella liuoksessa, jonka täyteainepitoisuus on vastaavasti 0,6 ja 0,3.

Taulukko 1 8 101231

Mh Mn wmax^' ® ) wnax(®'^) (g/mol) (g/mol) (-) (-) 5 120 000 10 000 0,6 0,42 480 000 40 000 0,85 0,75 960 000 80 000 0,92 0,85 1 200 000 100 000 0,93 0,88 10 2 400 000 200 000 0,97 0,94 6 000 000 500 000 0,99 0,97

Suositeltavinta on käyttää mahdollisimman hienojakoista epä-15 orgaanista jauhetta, jotta saadaan mahdollisimman sileä pinta. Hyvä lähtöaine voidaan saada aikaan suspendoimalla epäorgaaninen jauhe johonkin sopivaan väliaineeseen. Pinta-ak-tiivisia aineita voidaan lisätä suspension stabiloimiseksi. Haluttaessa partikkelikokoa voidaan pienentää sen jälkeen 20 jauhamalla, esimerkiksi kuulamyllyssä tai uitraäänikäsittely 1 1 ä.

·;·· Mieluiten käytetään jotakin haihtuvaa liuotinta. Patentti- . julkaisussa US-A-3926851 käytetään haihtumattomia liuotti- 25 mia, jolloin liuotin poistetaan uuttamalla. Sellainen mene- • · telmä ei ole vain aikaa vievä, vaan lisäksi lopputuotteeseen jää aina liuotin- ja/tai uuttoainejäämiä, kun sen sijaan keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettuihin raakapu-risteisiin jää vain merkityksettömiä määriä liuotinta.

• · · 30 ·.· Valmistetulle raakapuri steel le on suositeltavaa suorittaa • · .·.· relaksaatio jäähdyttämisen ja venytyksen jälkeen. Tällaisen käsittelyn jälkeen raakapuriste pysyy muodossaan kuumennettaessa. Tällaisessa relaksaatiovaiheessa raakapuriste kuu-35 mennetaan esimerkiksi paineen alaisena sideaineen sulamispisteen yläpuolella olevaan lämpötilaan 5-20 minuutiksi ja sitten se jäähdytetään, samoin paineen alaisena. Tällainen 9 101231 käsittely voidaan aivan hyvin yhdistää laminointivaiheeseen laminaatteja valmistettaessa.

Saattaa olla eduksi säteilyttää raakapuriste, erityisesti 5 elektronisäteilytyksellä, ennen venytystä tai sen jälkeen, jolloin saadaan tuotteita, joiden virumisenkestävyys on pienempi. Lisäksi näyttää olevan mahdollista kovasti lyhentää edellä mainittua relaksaatiovaihetta tai jopa kokonaan jättää se pois tällaisen säteilytyksen jälkeen.

10

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää vaihtele-via vetosuhteita. Lisäksi raakapuriste voidaan venyttää sekä kaksisuuntaisesti että yksisuuntaisesti. Kun kysymyksessä on yksisuuntainen venytys, vetosuhde on tavallisesti yli 5-ker-15 täinen, kun taas kysymyksen ollessa kaksisuuntaisesta venytyksestä raakapuriste venytetään vähintään 1,5-kertaisesti pitkittäissuunnassa ja poikittaissuunnassa mieluiten 3-15-kertaisesti. On mahdollista käyttää samaa vetosuhdetta sekä pitkittäis- että poikkisuunnassa tai käyttää suurempaa ve-20 tosuhdetta pitkittäissuunnassa kuin poikkisuunnassa tai päinvastoin. Pitkittäissuuntainen ja poikittaissuuntainen venytys voidaan suorittaa vuorotellen, mutta mieluiten ne ' suoritetaan samanaikaisesti, esimerkiksi samanaikaisesti kaksisuuntaisen venytyksen suorittavassa yksikössä. Samanai-25 kaisesti kaksisuuntaisen venytyksen suorittavassa yksikössä ·.· tapahtuvan venytyksen etuna on, että venytettävä kalvo on kiinnitettynä reunoistaan, mikä tarkoittaa, että kalvon pinta ei kosketa laitteen pintoja, kun sen sijaan jos venyttäminen suoritetaan teloilla, ne aiheuttavat helposti repeämiä ... 30 ja epätasaisuutta kalvon paksuudessa johtuen telojen pinnan epätasaisuuksista tai suhteellisen suurien epäorgaanisten • « ·· pölyhiukkasten esiintymisestä.

f ·

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu jonkin suurmolekyy1i-35 sen polymeerin ja jonkin liuottimen yhdistelmien, jotka muo-.... dostavat lämmössä palautuvia systeemejä, käyttöön. Poly- vinyylialkoholi tai suurmo1ekyy1iset lineaariset alkeenit, kuten polyeteeni, polypropeeni ja/tai niiden seokset tai 10 101231 kopolymeerit ovat sopivia käytettäviksi polymeerinä. Polymeerit voivat sisältää tavallisia lisäaineita, kuten stabilointiaineita, väriaineita, pigmenttejä, jne.

5 Erityisen sopivia ovat lineaarisen polyeteenin, jonka moolimassan painokeskiarvo on vähintään 4 x 10® g/mooli, mieluiten vähintään 8x10® g/mooli, liuokset. Suurmolekyylisellä lineaarisella polyeteeni1lä tarkoitetaan polyeteeniä, joka saattaa sisältää pienehköjä määriä, mieluiten enintään 5 mooli-% 10 yhtä tai useampaa kopolymeroitua muuta aikeenia, kuten pro-peeniä, buteeniä, penteeniä, hekseeniä, 4-metyylipenteeniä, okteenia, jne. Polyeteeni voi sisältää pienehköjä määriä, esimerkiksi enintään 25 paino-%, yhtä tai useampaa polymeeriä, erityisesti jotakin 1-alkeenipolymeeriä, kuten polypro-15 peenia, polybuteenia tai jotakin propeenin ja pienen määrän eteeniä kopolymeeriä.

Mieluiten käytetään jotakin polymeeriä, jolla on kapea moolimassan jakautuma, esimerkiksi moolimassan painokeskiarvon 20 ja moolimassan lukukeskiarvon suhde on pienempi kuin 10, mieluiten 5. Tästä saatava etu on, että voidaan käyttää suhteellisesti suurempaa määrää liuotinta moolimassan keskiarvon pysyessä samana. Moolimassan painokeskiarvo voidaan määrittää tunnetuilla geelipermeaatiokromatografia- ja valonsi-25 rontamenetelmi1lä.

i 1 « ·

Polymeerin konsentraatio liuoksessa voi vaihdella riippuen osaksi liuottimen laadusta ja polymeerin moolimassasta.

· 30 Liuoksia, joissa polymeerin konsentraatio on suurempi kuin 60 paino-% polymeerin plus liuottimen painosta laskettuna, .1,1 on aika hankala käsitellä niiden korkean viskositeetin vuok si, erityisesti silloin, kun käytetään polymeeriä, jonka moolimassa on kovin korkea, esimerkiksi yli 1 x 10® g/mooli. 35 Yleensä sen vuoksi käytetäänkin polyalkyleeni1iuosta, jonka konsentraatio on 0,5-40 paino-%, erityisesti 2-20 paino-%.

11 101231

Liuoksen muuntaminen raakapuristeeksi voidaan suorittaa eri tavoin, esimerkiksi ekstrudoimalla kehruusuuttimella tai tasokalvosuuttimella tai levysuuttimella. Liuos voidaan tietysti myös johtaa esimerkiksi hihnalle tai valssille, kelata 5 tai kalanteroida se. Kalvoja tai senkaltaisia valmistettaessa liuos mieluiten johdetaan hihnalle tai valssille, jos polymeerikonsentraatio on jokseenkin alhainen, kun liuos sen sijaan ekstrudoidaan mieluiten suoraan, jos konsentraatio on suuri.

10

Jos esimerkiksi kysymyksessä on kehruu, liuoksen suositeltava lämpötila on vähintään 100% ja tarkemmin sanottuna vähintään 120% ja liuottimen suositeltava kiehumispiste on vähintään 100% ja tarkemmin sanottuna vähintään sama kuin konver- 15 sio- tai kehruulämpötila. Liuottimen kiehumispiste ei saa olla niin korkea, että sen haihduttaminen saaduista välituotteista käy vaikeaksi, koska silloin tarvitaan uuttovai-he.

20 Muuntolämpötila ja 1iuotuslämpötila eivät saa olla niin korkeita, että ne aiheuttavat polymeerin olennaista hajoamista lämmön vaikutuksesta. Tästä syystä nämä lämpötilat ovat yleensä alle 240%.

25 Saatu tuote jäähdytetään liuoksen geeliytymispisteen alapuo-lei le. Tämä voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, esimerkiksi ohjaamalla tuote jonkin nestekylvyn tai hormin läpi. Kun polymeeri1iuoksen lämpötila alennetaan sen geeliytymispisteen alapuolelle, polymeeri muodostaa geelin.

. . 30 Tästä polymeerigeelistä valmistetulla kappaleella on riittä- .*.· vä mekaaninen lujuus, jotta sitä voidaan jatkojalostaa, esi- ,·/ merkiksi tavallisesti käytettävien kuljettimien, telojen, f * jne. avulla.

i 35 Sitten näin saatu geeli venytetään. Tämä geeli saattaa vielä sisältää olennaisia määriä liuotinta, jopa sellaisia määriä, jotka tuskin ovat pienempiä kuin lähtöpolymeeri1iuoksessa. Mahdollista on myös poistaa osa liuottimesta tai jopa olen 12 101231 naisesti koko liuotin geelistä ennen sen venyttämistä, esimerkiksi haihduttamalla tai pesemällä se jollakin uuttoliu-oksella.

5 Mahdollisuudella muunnella geeliyttämisen jälkeen läsnäolevan liuottimen määrää vaikuttamatta olennaisesti venytettä-vyyteen voidaan lopputuotteen ominaisuuksia säädellä erittäin joustavasti. On suositeltavaa käyttää yli 10 paino-% liuotinta polymeerin ja liuottimen kokonaispainosta lasket-10 tuna. Tällä tavalla valmistetulle raakapuristeelle ovat ominaisia paremmat mekaaniset ominaisuudet, kuten alhaisempi huokoisuus, hyvä työstettävyys ja >0,5 GPa:n kimmomoduu li.

15 Venytyksen aikana vielä läsnäolevaa liuotinmäärää voidaan myös käyttää lopputuotteen huokoisuuden säätämiseen, erityisesti silloin, kun käytetään liuotinta, joka poistetaan venytysvaiheen jälkeen. Käyttämällä liuotinta, joka voidaan poistaa venytyksen aikana, saadaan yhdistetyksi erilaisia 20 vaikutuksia.

On suositeltavaa venyttää geelit kohotetussa lämpötilassa, •':*. erityisesti yli 75°C:n lämpötilassa. Geelit voidaan kuumen- taa venytyslämpötilaan ohjaamalla ne vyöhykkeen läpi, jonka 25 sisältämä kaasumainen tai nestemäinen väliaine pidetään * vaaditussa lämpötilassa. Hormi, jonka kaasumaisena väliai- . neena on ilma, on oikein sopiva, mutta mahdollista on myös käyttää jotakin nestekylpyä tai mitä tahansa muuta sopivaa *·* ’ laitetta.

30 • c ·,·.· Venytettäessä (mikä tahansa) jäännösliuotin erotetaan tuot- • · « '·/· : teestä. Tätä stimuloidaan sopivilla menetelmillä, esimer- :·!·. kiksi poistamalla liuotinhöyry johtamalla kuuma kaasu- tai • « ilmavirta tuotteen yli venytysvyöhykkeessä tai suorittamal-35 la venytys nestekylvyssä, joka sisältää jotakin ainetta, joka uuttaa liuottimen. Valmis raakapuriste ei saa sisältää liuotinta ja olosuhteet on edullista valita siten, että tämä tila saavutetaan jo tai saavutetaan ainakin käytännöllisesti katsoen venytysvyöhykkeessä.

13 101231

Raakatuotteen tiheys (/7e3tp> määritetään jakamalla näytteen paino makroskooppisella kokonaistilavuudella, joka on saatu esimerkiksi laskemalla pituus x leveys x paksuus. Teoreettinen maksimitiheys (y^teor^ määritetään yksittäisten aineosien 5 tunnetuista tiheyksistä. Raakapuristeen kokonaishuokoisuus (%) saadaan teoreettisen ja kokeellisesti todetun tiheyden suhteesta: huokoisuus « ^fex^Pteac^ x

Mekaaniset ominaisuudet määritetään jännitys/venymäkäyristä, 10 jotka on saatu huoneenlämpötilassa vetolujuuden mittauslaitteella. Näytteitä, joiden koko on 15 x 170 mm, venytetään nopeudella 100 %/minuutti. Kimmomoduuli (E) saadaan jänni-tys/venymäkäyrän ensimmäisen derivaatan maksimiarvosta. Sekä kimmomoduuli että vetolujuus (T) liittyvät näytteiden alku-15 peräiseen poikkileikkausalaan; materiaalin ominaisuudet lasketaan kertomalla faktorilla 100/(100-huokoisuus). Murto-venymäksi määritetään venymän pituus murtumispisteessä jaettuna lähtöpituudella.

20 Keksintöä havainnollistetaan vielä seuraavilla esimerkeillä Γ rajaamatta sitä kuitenkaan niihin.

• < j i < , • |

Epäorgaanisen aineen konsentraatio taulukoissa 2-5 on täyte- • I i i aineen pitoisuus w laskettuna kaavan (1) mukaan. Konsentraa- I | , 25 tio 0 laskettiin tilavuussuhteella polymeeri/polymeeri + li-

:Y

• uotln.

Esimerkki 1 10 tilavuusosaa polyeteeniä (MR *2 x 10® g/mol) lisättiin 30 • ·, 30 tilavuusosaan dekaliinia, minkä jälkeen saadusta suspensios- ta poistettiin kaasu tyhj iöuunissa. Sitten lisättiin 30 ti-,V lavuusosaa Al^C^ra (pieni määrä pinta-aktiivista ainetta) 60 tilavuusosaan dekaliinia ja saatua suspensiota jauhettiin kuulamyllyssä 72 tuntia. Kun kaasu oli poistettu ja jauhami-35 nen suoritettu, edellä mainitut suspensiot sekoitettiin suhteessa 1:1, jolloin lopuksi saatiin suspensio, jossa polymeeri : 1 iuot in : AljOj-t i 1 avuussuhde oli 10:90:30 (p:s:i). Saatu suspensio syötettiin kaksiruuvisuulakepuristimeen, joka oli 14 101231 varustettu kehruupumpulla, Sulzer-sekoittimella ja tasokal-vosuuttimella ja käsittely suoritettiin 1 TOMissa. Suulakepu-ristuksen jälkeen saatu kalvo upotettiin veteen ja kuivattiin osaksi. Sitten saatu kalvo venytettiin kaksisuuntaises-5 ti ^S^ssa ja vetosuhteella 10 x 10 ja sitä kuumennettiin 170t:ssa 7 minuuttia puristimessa noin 100 kg/cm^ paineella. Saatu kalvo oli noin 15 μπι:η paksuinen.

Esimerkki 2 10 Esimerkin 1 menetelmä toistettiin, mutta polymeerin moolimassa, sen konsentraatio liuoksessa ja epäorgaanisen aineen kokonaismäärä vaihtelivat taulukossa 2 esitettyjen arvojen mukaisesti. Kokeissa a ja b käytettiin polyeteeniä, jonka moolimassa oli suhteellisen alhainen. Saatuja kalvoja ei 15 pystytty venyttämään tasaisesti. Kaksisuuntainen maksimive-tosuhde oli alhainen.

Taulukko 2 20 N:o Mg Suspensio 0 w ^"biax Paksuus (g/mol) p:s: i [-] [-] [-] [μιη] 25 1) 8,3x1 O'* 35:65:30 0,35 0,46 5x5 24 2) 8,3x105 35:65:30 0,35 0,46 10x10 8 3) 8,3x105 15:81 :20 0,15 0,57 5x5 13 4) 8,3x105 15:81 :20 0,15 0,57 10x10 6 5) 2 x106 20:80:20 0,20 0,50 5x5 12 30 6) 2 x106 20:80:20 0,20 0,50 10x10 4 7) 2 x106 10:90:30 0,10 0,75 5x5 14 • · j· · 8) 2 x106 5:95:20 0,05 0,80 5x5 8 9) 5 x106 10:90:20 0,10 0,67 5x5 10 a) 2 x105 50:50:30 0,50 0,375 35 b) 2 x105 30:70:30 0,30 0,50 15 101231

Esimerkki 3

Suspensiot valmistettiin samalla tavalla kuin esimerkissä. 1. Suspensio kuumennettiin sekoittaen 160%:ββη erlenmeyer-kol-vissa si 1 ikonihauteessa. Sekoittaminen lopetettiin Weisen-5 bergin ilmiön tapahduttua. Kun suspensiota oli pidetty isosissa noin 2 tuntia, suspendoituneen epäorgaanisen täyteaineen sisältämä polyeteeni1iuos kaadettiin alumiiniastiaan. Kun liuotin oli haihtunut kokonaan tai osaksi, saatiin täyteainetta sisältävä kalvo, joka sitten venytettiin ja pääs-10 tettiin samalla tavalla kuin esimerkissä 1. Polymeerin täy-teainepitoisuutta, polymeerin konsentraatiota liuoksessa ja epäorgaanisen aineen pitoisuutta koskevat tiedot on esitetty taulukossa 3. Kokeet a ja b koskevat polyeteeniä, jonka moolimassa on suhteellisen alhainen. Saadut kalvot olivat hau-15 raita.

Taulukko 3 20 N:o Mh Suspensio 0 w ^biax Pa^suus (g/mol) p:s: i [-] [epäorg. ] [-] [|im] a) 2 x 105 10:90:30 0,10 0,75 25 b) 3 x 105 10:90:30 0,10 0,75 0 1 ) 2 x 106 2:48:20 0,04 0,91 10x10 9 2) 5 x 106 2:98:20 0,02 0,91 10x10 6 3) 5 x 106 1:99:20 0,01 0,95 10x10 8 ... 30 .*.· Esimerkki 4 • · • . Kalvot valmistettiin esimerkin 3 mukaisesti. Kalvoja veny tettiin kaksisuuntaisesti ja yksisuuntaisesti. Yksisuuntainen venytys suoritettiin vetolaitteen avulla ISO^ssa. Ve-35 tosuhde määritettiin merkkien avulla. Kaksisuuntainen veto suoritettiin esimerkin 1 mukaisesti. Polymeerin konsentraa-tiota 1iuottimessa, täyteainepitoisuutta ja vetosuhdetta (kaksisuuntainen ja yksisuuntainen) vaihdeltiin polymeerin 16 101231 moolimassan pysyessä muuttumattomana. Taulukossa 4 on esitetty yksisuuntainen maksimivetosuhde eri täyte- ainepitoisuuksilla. näytti alenevan huomattavasti suu rilla täyteainepitoisuuksi1 la. Kaikilla täyteainepitoisuuk-5 silla kaksisuuntainen minimivetosuhde 10x10 näytti olevan mahdollinen. Suurinta mahdollista kaksisuuntaista vetosuh-detta ei pystytty laitteiston rajallisuuden vuoksi määrittämään .

10

Taulukko 4 N: o Suspensio 0 w ^uniax λbiax {g/mol) p:s:i [-] [-] [-] [μm] 15 1) 2 x 106 2:98:0 0,02 0 110 10x10 2) 2 x 1 06 2:98:0,2 0,02 0,1 0 120 10x10 3) 2 x 106 2:98:0,5 0,02 0,20 105 10x10 4) 2 x 106 2:98:1 0,02 0,35 90 10x10 20 5) 2 x 106 2:98:2 0,02 0,50 50 10x10 6) 2 x 106 2:98:4,7 0,02 0,70 14 10x10

Esimerkki 5 25 Polypropeeni käsiteltiin samalla tavalla kuin esimerkissä 1. ·.· Tiedot on esitetty taulukossa 5.

Tau1ukko 5 . ·. 30 • · » · • » .V N:o M« Suspensio 0 w ^ biax Paksuus {g/mol) p:s: i [-] [-] [-] [ μιη] 35 1 ) 1,5x106 10:90:20 0,10 0,67 5x5 13 2) 1,5x106 5:95:30 0,05 0,86 5x5 8 101231 π

Esimerkki 6

Esimerkin 1 menetelmä toistettiin siten, että käytettiin bariumtitanaattijauhetta ja relaksaatiovaihetta ei toteutettu. Määrät säädettiin siten, että lopuksi saatiin suspensio, 5 jossa polymeeri:1iuotin:bariumtitanaatti-suhde (p:s:i) oli 10:90:11. Osaa valmistetuista kalvoista kuivattiin osittain huoneenlämpötilassa eri pituisia aikoja, minkä jälkeen niitä venytettiin kaksisuuntaisesti vetosuhteella 4x4. Venytys-vaiheen alussa vielä läsnäolevan liuottimen määrä määritet-10 tiin gravimetrisesti.

Saatujen raakapuristeiden mekaanisia ominaisuuksia ja huokoisuutta vertailtiin. Kokeissa 5 ja 6 saadut raakapuristeet osoittautuivat itsekannattaviksi, mutta hankalasti käsitel-15 taviksi, mikä johtui paljolti niiden suuresta herkkyydestä staattiselle sähkölle. Tulokset on esitetty taulukossa 6.

Nämä tulokset osoittavat muun muassa, että huokoisuutta voidaan vaihdella laajoissa rajoissa.

.·:· 20 ;· Taulukko 6

Koe n:o [Dek.]* Murto- E T Huokoisuus venymä 25 % GPa GPa % 1 38 > 100 0,80 0,06 43 2 29 > 100 1,10 0,06 52 3 20 60 0,62 0,06 74 • ·· 30 4 10 30 0,56 0,07 80 ;V 5 1 30 0,34 0,05 82 /.· 6 0 30 0,22 0,04 86 • « [Dek.] tarkoittaa dekaliinin painoprosenttia venytystoimen-35 piteen alussa polymeerin + liuottimen kokonaismäärästä laskettuna.

18 101231

Esimerkki 7

Polyeteeniä (Mn 1 2,0 x 10® g/mol), dekaliinin ja bariumti-tanaattia {tyyppi X7R302H, TAi^ Buffalo, NY, USA) käytettiin suspensioiden valmistamiseen esimerkin 1 mukaisella menetel-5 mällä, p:s:i-tilavuussuhteiden ollessa 10:90:15,3 ja 10:90:23,5, ja nämä suspensiot ekstrudoitiin kalvojen muodostamiseksi. Kalvot venytettiin kaksisuuntaisesti 20 μπι:η paksuisiksi kalvoiksi, vetosuhteen ollessa 4,5 x 4,5. Kymmenen kerrosta venytettyjä kalvoja pantiin päällekkäin ja pu-10 ristettiin 30 minuuttia 180t:ssa 10 MPa:n paineella. Sitten puristetut laminaatit poltettiin 550cb:ssa typpi-ilmakehässä ja sintrattiin 2 tuntia 1300^ssa. Minkäänlaista taipumista tai epätasaista muodonmuutosta ei havaittu sideaineen palaessa ja poltettaessa. Kunkin edellä mainitun vaiheen jälkeen 15 määritettiin näytteiden tiheys bariumtitanaatin tiheyden prosentteina. Tulokset on esitetty taulukossa 7.

Taulukko 7 .·: 20

Tiheys/5,89 x 100 1 Näyte p:s:i t i1.— % raaka purista- poltta- sint- puris- misen misen rauksen 25 te jälkeen jälkeen jälkeen • » 1 10:90:16,3 60 33 59 61 96 2 10:90:16,3 60 34 52 52 96 3 10:90:23,5 70 41 57 67 99 30 • 1 « « // Näytteen 3 suhteellinen dielektrisyysvakio, joka määritet- • · tiin 25¾ :ssa ja 1 kHz:llä, oli 3300, joka käy yksiin lähtöaineen toimittajan ilmoittaman arvon kanssa.

35 . Esimerkki 8

Esimerkin 1 menetelmä toistettiin, mutta Al2p^:n sijasta käytettiin bariumtitanaattia, jolloin p:s:i-ti1avuussuhde oli 19 101231 10:90:11. Saatujen kalvojen koekappaleita venytettiin kaksisuuntaisesti joko välittömästi eli kuivaamatta, tai kuivaamisen jälkeen, jolloin dekaliinipitoisuus oli 37 paino-% ja < 4 paino-%, vastaavasti. Venytyksen jälkeen koekappalei-5 ta puristettiin kuten esimerkissä 1. Tulokset on koottu taulukkoon 8.

1 0 Taulukko 8

Ennen puristusta Puristuksen jälkeen 15

Veto- Murto- Veto- Kimmo- Tiheys Paksuus Huokoi- Paksuus Huokoi-suhde venymä lujuus moduuli suus suus % GPa GPa g/ml μιη % μπι % .·: 20 ei kuivattu: 3x3 201 0,041 0,71 2,29 45 40 29 5 3x4 240 0,052 0,70 1,98 33 48 19 6 25 3x4,5 200 0,060 0,90 2,18 30 43 18 4 i • · kuivattu: 5,5x5,5 31 0,036 0,21 0,53 84 86 24 15 • · - • ( • « 1 · • · • ·

Claims (9)

101231

1. Ohut itsekannattava raakapuriste, joka sisältää jotakin epäorgaanista ainetta ja jotakin sideainetta ja joka on alle 25 μπΐ:η paksuinen, tunnettu siitä, että sideaine muodostuu 5 pääasiassa polymeeristä, jonka moolimassan painokeskiarvo on korkeampi kuin 400 000 ja joka polymeeri johonkin sopivaan liuottimeen sisällytettynä muodostaa lämmössä palautuvan geeliytymissysteemin, jonka geeliytymis- ja liukenemispis-teet ovat huoneenlämpötilaa korkeampia, epäorgaanisen aineen 10 tilavuusfraktion ollessa suurempi kuin 45 % sideaineen + epäorgaanisen aineen kokonaismäärästä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen raakapuriste, tunnettu siitä, että epäorgaanisen aineen tilavuusfraktio on pienempi 15 tai yhtä kuin 0,6/(0,6 + Maneit/MJ > jossa on polymeerin moolimassa kahden ristisidoksen välissä tasapainosulassa ja Mq on polymeerin moolimassan lukukeskiarvo.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen raakapuriste, tun-20 nettu siitä, että polymeeri on jokin polyolefiini.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen raakapuriste, tunnettu siitä, että polymeeri on jokin polyvinyylialkoholi.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen raakapuriste, ' ‘ tunnettu siitä, että raakapuriste on valmistettu venyttämäl- • · · ^ : .* lä kaksisuuntaisesti. • · · • · · • « • · **•“1 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen raakapuriste, ·:··: 30 tunnettu siitä, että huokoisuus on alle 80 %. • · · • · · • · «

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen raakapuriste, :·. tunnettu siitä, että kimmomoduuli on korkeampi kuin 0,5 GPa. • · * « · ·

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen raakapuriste, • « ’·.'· tunnettu siitä, että moolimassan painokeskiarvon ja mooli- massan lukukeskiarvon suhde on pienempi kuin 10. 101231

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen raakapuriste, tunnettu siitä, että epäorgaaninen aine on sintrautuva.

10. Menetelmä ohutseinämäisten epäorgaanisten raakapuris-5 teiden valmistamiseksi, jotka raakapuristeet sisältävät sintrautuvia epäorgaanisia aineita ja jonkin suurimolekyyli-sen sideaineen, jonka moolimassan painokeskiarvo on korkeampi kuin 4 x 10s ja joka sideaine on liuotettu johonkin sopivaan liuottimeen, sideaineen konsentraation ollessa alle 60 10 paino-% sideaineen + liuottimen painosta laskettuna, jotka muutetaan liuottimen sisältäväksi välituotteeksi lämpötilassa, joka on liuottimen geeliytymislämpötilaa korkeampi, ja välituote jäähdytetään nopeasti geeliytymispisteen alapuolelle kappaleiden muodostamiseksi ja ne venytetään ennen 15 geeliytymistä, sen aikana tai sen jälkeen, joko liuottimen läsnä ollessa tai ilman sitä, tunnettu siitä, että liuottimen sisältävä raakapuriste muodostetaan lisäämällä siihen jotakin epäorgaanista ainetta määränä, joka on suurempi kuin 45 tilavuus-% sideaineen + epäorgaanisen aineen kokonaismää-20 rästä laskettuna.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään jotakin haihtuvaa liuotinta.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä, '·' ' tunnettu siitä, että raakapuriste venytetään kaksisuuntai- • · · : V sesti. • · « « · · • · • · ·:·*: 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu ·:··: 30 siitä, että kun venytys aloitetaan, raakapuriste sisältää vielä vähintään 10 paino-% liuotinta liuottimen + sideaineen kokonaismäärästä laskettuna. • · •

14. Jonkin patenttivaatimuksista 10-13 mukainen menetelmä, \ 35 tunnettu siitä, että saadulle raakapuristeelle suoritetaan relaksaatio. • · • 1 101231

15. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukaisten raakapuris-teiden käyttö epäorgaanista ainetta sisältävien kerrosten sivelemiseen kappaleisiin.

5 Patentkrav