PL95993B1 - Sposob nadawania przewodnictwa elektrycznego wloknom poliestrowym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób nadawania przewodnictwa elektrycznego wlóknom poliestrowym stosowanym do wytwarzania wyrobów wlókienniczych o wlasnosciach antyelektrostatycznych.

Wlókna poliestrowe wytwarzane z politereftalanu etylenowego posiadaja wlasnosci dielektryczne, pod wplywem tarcia wystepujacego podczas im przerobu, lub podczas uzytkowania wyrobów z tych wlókien, ulegaja one silnemu ladowaniu elektrycznemu. Zjawisko to utrudnia procesy technologiczne, a takze pogarsza cechy uzytkowe wyrobów wytworzonych z tych wlókien, wywolujac szybkie brudzenie sie wyrobów oraz nieprzyjemny efekt iskrzenia.

Znanych jest wiele rozwiazan technicznych majacych na celu zmniejszenie zdolnosci gromadzenia ladunków elektrycznych przez wlókno poliestrowe. Najbardziej rozpowszechniony jest sposób nanoszenia na wlókno lub wyroby z wlókien poliestrowych preparatów antyelektrostatycznych, na przyklad hydrofilowych zywic organicznych, lub ich mieszanin ze zwiazkami chemicznymi o zdolnosci przewodzenia elektrycznosci.

Preparaty te powoduja zmniejszenie opornosci powierzchniowej wlókna poliestrowego, a tym samym poprawe zdolnosci odprowadzania ladunku elektrycznego z wlókien. Wiekszosc dotychczas stosowanych preparatów antyelektrostatycznych wykazuje krótkotrwale dzialanie, wskutek niskiej odpornosci na czynniki wystepujace w uzytkowaniu wyrobów, glównie na pranie.

Znanych jest takze wiele sposobów polegajacych na nanoszeniu metalu na powierzchnie tworzyw sztucznych, z których najczesciej stosowany sposób, opisany w czasopismie Niemieckiej Republiki Demokratycznej „Technische Textilien" nr 15 (1972), s. 108—112, polega na osadzaniu warstewki metalu przez redukqe z jego prostej, lub kompleksowej soli na oczyszczonej i katalitycznie uczulonej powierzchni tworzywa.

Mechanizm tego procesu polega na zapoczatkowaniu redukcji jonów metalu na centrach katalizatora srebrowego, lub palladowego i dalszym wzroscie krysztalów metalu wskutek autokatalitycznej redukqi jego jonów, az do wytworzenia na powierzchni tworzywa jednolitej powloki metalicznej. Otrzymane warstwy metaliczne dobrze przewodza prad elektryczny i sa zwykle wykorzystywane do dalszego nakladania galwanicznego chromu, lub niklu w celach ozdobnych. Przyczepnosc powlok metalicznych osadzonych2 95 993 chemicznie na powierzchni tworzywa sztucznego zalezy w decydujacym stopniu od stanu powierzchni, która prócz dokladnego odtluszczenia powinna zostac wytrawiona chemicznie dla nadania jej mikroszorstkosci polepszajacej przyczepnosc warstewki metalu. Wlókna poliestrowe, jak wiekszosc wlókiem syntetycznych, odznaczaja sie duza gladkoscia powierzchni i malymi srednicami elementarnych wlókienek, co wplywa na niska przyczepnosc pokryc metalicznych tworzonych na wlóknie oraz powoduje zluszczenie sie metalu z po¬ wierzchni wlókna w czasie uzytkowania.

Znane sposoby nadawania przewodnictwa elektrycznego wlóknom syntetycznym polegaja na obróbce wlókien roztworami niektórych chemikaliów, jak wodorotlenek sodowy, lub bezwodnik chromowy. Obróbka ta powoduje powierzchniowa degradacje substancji wlókna, która prowadzi do powstawania mikroszórstkiej powierzchni wlókna. Znane sposoby sa opisane w ksiazce N.W.Katc „Metalizacja materialów wlókienniczych" PWN, 1973 r oraz w opisie patentowym Republiki Federalnej Niemiec, nr 1939878.

W znanych sposobach, w procesie metalizacji, wskutek tarcia wzajemnego wlókien o siebie lub o powierzchnie urzadzenia nadajacego wlóknom ruch w kapieli, czesc metalu zostaje oderwana z wlókna.

Ponadto auto kata lityczny mechanizm znanej reakqi redukcji powoduje obok narastania metalu na powierzchni wlókna, uboczny kierunek bezuzytecznego wzrostu czastek metalu niezwiazanego z podlozem, prowadzac do nieproduktywnego rozkladu kapieli. Dla unikniecia tego zjawiska opracowane zostaly sklady kapieli do metalizacji chemicznej, które zawieraja dodatki majace zadanie stabilizowac sklad kapieli i utrudniac redukcyjne osadzanie metalu na luznych czastkach metalu znajdujacego sie w kapieli.

Sposób nadawania przewodnictwa elektrycznego wlóknom poliestrowym, wedlug wynalazku, polega na tym, ze wlókna poliestrowe w postaci przedzy, tkaniny, czy dzianiny poddaje sie dzialaniu kwasu siarkowego o stezeniu 75—80% wagowych w stosunku do wlókien, w temperaturze 70—80°C, w czasie 0,5—2 godzin.

W wyniku obróbki kwasem siarkowym wlókna poliestrowe nabieraja cech anionoczynnych, czego dowodem jest intensywna sorpcja barwników kationowych, przy czym miara stopnia anionowosci wlókien jest ich zdolnosc sorpcji Blekitu metylenowego. Zmodyfikowane dzialaniem kwasu siarkowego wlókna poliestrowe poddaje sie nastepnie dzialaniu kapieli, zawierajacej w 100 czesciach wagowych roztworu 14—28 czesci wagowych bezwodnego chlorku cynawego oraz 17—34 czesci wagowych stezonego kwasu solnego, w celu uczulenia wlókna, czyli naniesienia katalitycznej warstwy cyny. Wytworzenie centrów katalitycznych odbywa sie przez zanurzenie wlókna uczulonego do roztworu wodorotlenku aminosrebrowego. Roztwór ten otrzymuje sie z 2,5 czesci wagowych azotanu srebrowego oraz 2,5 czesci objetosciowych 25% wody amoniakalnej w 1000 czesciach objetosciowych wody. Nastepnie wlókna poliestrowe poddaje sie procesowi chemicznego miedziowania w kapieli stanowiacej roztwór mieszaniny kompleksu miedziowego kwasu etylenodwuaminoczterooctowego, wodorotlenku sodowego oraz aldehydu mrówkowego, w temperaturze 25—35°C.

W sposobie wedlug wynalazku na 1 litr roztworu stosuje sie 0,025—0,04 mola kompleksu miedziowego kwasu etylenodwuaminoczterooctowego oraz 0,2 mola aldehydu mrówkowego. Utworzona w wyniku tego pro¬ cesu powloka na powierzchni wlókien wykazuje dobra przyczepnosc i jest odporna na zluszczanie w zwyklych warunkach uzytkowania.

W sposobie wedlug wynalazku obróbke wlókien poliestrowych kwasem siarkowym przeprowadza sie kapielowym sposobem okresowym w aparaturze odpornej na dzialanie kwasu siarkowego, w warunkach zapewniajacych stala temperature, z mieszaniem lub bez mieszania kapieli H2S04. Obróbka kwasem siarkowym powoduje wytrawienie powierzchni wlókna oraz nadaje mu zmiane skladu chemicznego polegajaca na powstaniu wlasnosci anionoczynnych, wskutek wprowadzenia do lancuchów politereftalanu etylenowego silnie elektroujemnych grup siarczanowych — OSO^l-T. Anionowy charakter nadany wlóknom poliestrowym wplywa bardzo korzystnie na sorpcje kationów katalizatorów metalizacji. Wplywa takze korzystnie na przebieg procesu chemicznego osadzania metali oraz wiezi metalu z tak zmodyfikowana substancja wlókna.

Wlókno poliestrowe poddane obróbce sposobem wedlug wynalazku wykazuje w porównaniu do wlókna nietraktowanego, lub taktowanego znanymi dotad srodkami trawiacymi, korzystne zachowanie we wszystkich etapach chemiczno-redukcyjnego osadzania metali, a w szczególnosci miedzi. Obróbka kwasem siarkowym w warunkach wedlug wynalazku eliminuje takze koniecznosc prania wlókna dla usuniecia zanieczyszczen tluszczowych. Wlókno bezposrednio po obróbce wykazuje silna soprcje kationów cynawych, wskutek czego nastepne aktywowanie jonami srebra, lub palladu daje bardzo dobry efekt naniesienia na jego powierzchnie katalitycznie aktywnych centrów. Uzyskane skutkiem tego silne powiazanie wytwarzajacych sie krysztalów metalu z powierzchnia wlókna utrudnia mechaniczne odrywanie tych krysztalów metalu, lub fragmentów powloki metalicznej z powierzchni. Dzieki temu praktycznie kapiel; metalizujaca zuzywana jest tylko na wytwarzanie i pogrubianie warstewki metalu na wlóknie i nie ma potrzeby chemicznie ja stabilizowac, badz tez oddzielac przez f iltraqe oderwane czasteczki metalu.

Miedziowane wlókno poliestrowe otrzymane sposobem wedlug wynalazku wykazuje dobre przewodnictwo elektryczne i wyglad polyskujacej miedzi, zachowujac przy tym wszystkie cechy wlókna jak miekkosc,95 993 3 elastycznosc, zginalnosc i technicznie dobra wytrzymalosc na zrywanie. Miedziowana przedza poliestrowa moze byc wykorzystana do celów elektrotechnicznych, miedzy innymi do wyrobu ekranizujacych koszulek na przewody elektryczne. Jako skladnik, obok innych przedz z wlókien nieprzewodzacych, moze byc uzyta do wytwarzania tkanych, lub dzianych wyrobów wlókienniczych, jak na przyklad dywanów, wykazujacych zmniejszona zdolnosc gromadzenia ladunków elektrycznych. Miedziowane tkaniny lub dzianiny poliestrowe dzieki swemu przewodnictwu elektrycznemu i cieplnemu moga znalezc zastosowanie w licznych dziedzinach techniki i uzytkowania. « Nizej podany przyklad ilustruje blizej sposób wedlug wynalazku nie ograniczajac jego zakresu. Podane okreslenia czesci wagowych oznaczaja gramy, czesci objetosciowych — mililitry.

P r z y k l a d. Do wieloprzedzialowej zmechanizowanej kadzi do obróbki przedzy w motkach, wykonanej z materialu kwasoodpornego, do pierwszego jej przedzialu, wypelnionego kwasem siarkowym o stezeniu 80% wagowych, o temperaturze 80°C, wprowadzono na walkach motki z przedza o srednicy 50 cm i zanurzono je do polowy w kwasie. Ilosc kwasu siarkowego wynosila 30 czesci wagowych na 1 czesc wagowa wlókna. Nastepnie walki z przedza wprowadzono w ruch z predkoscia 60 obr/min, i obrabiano przedze w czasie 30 minut, po czym zsiarczowane wlókna wprowadzono do nastepnego przedzialu kadzi, gdzie dokladnie wyplukano je woda oraz w ciagu 2 minut poddano obróbce wodnym roztworem zawierajacym 20 czesci wagowych bezwodnego chlorku cynawego oraz 20 czesci wagowych stezonego kwasu solnego w 1000 czesciach objetosciowych roztworu, przy temperaturze otoczenia. Wlókno wprowadzono do nastepnego przedzialu, gdzie wyplukano je dokladnie woda, w celu usuniecia jonów Cl ~, a nastepnie wprowadzono do wodnego roztworu, zawierajacego w 1000 czesciach wagowych 2,5 czesci wagowych azotanu srebra oraz 2,5 czesci objetosciowych 25% wody amoniakalnej, w temperaturze otoczenia. Wlókno pozostawiono w tym roztworze w czasie 2 minut Ponownie wyplukano wlókno woda i przeniesiono do kolejnego przedzialu kadzi, w którym przeprowadza sie proces miedziowania, zraszajac obracajace sie motki doprowadzona przez perforowana rure kapiela wodna, zawierajaca w 100 czesciach objetosciowych 10,6 czesci wagowych kompleksu miedziowego kwasu etylenodwuaminoczterooctowego, 15,0 czesci wagowych 40% formaldehydu oraz wodorotlenek sodowy do osiagniecia pH = 13. Temperatura kapieli miedziujacej wynosila 32°C. Kapiela miedziujaca zraszano w ciagu 15 minut motki z przedza, zuzywajac 100 czesci objetosciowych kapieli na 1 czesc wagowa wlókna. Zmiedziowane wlókno wyplukano obficie woda do zaniku odczynu alkalicznego i wysuszono na powietrzu.

Miedziowana przedza poliestrowa wykazala dobre przewodnictwo elektryczne wyrazajace sie wartoscia opornosci wlasciwej 2 X 10"4 ftcm, przy czym przewodnictwo to praktycznie nie zmniejszylo sie po obróbce w typowej kapieli pioracej.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób nadawania przewodnictwa elektrycznego wlóknom poliestrowym przez chemiczne osadzanie na nich metalu przewodzacego prad elektryczny, znamienny tym, ze wlókna poliestrowe poddaje sie chemicznej modyfikacji przez obróbke w roztworze kwasu siarkowego o stezeniu 75-80% wagowych w temperaturze 70—80°C w czasie 0,5—2 godzin, po czym zmodyfikowane anionowo wlókno poddaje sie w temperaturze otoczenia, dzialaniu kwasnego roztworu chlorku cynawego, nastepnie aktywuje katalitycznie, w temperaturze otoczenia, roztworem wodorotlenku amminosrebrowego oraz miedziuje w silnie zasadowym roztworze zawierajacym kompleks miedziowy kwasu etylenodwuaminoczterooctowego i formaldehyd.