DE1242551B

DE1242551B - Verfahren zur Waermebehandlung von cellulosehaltigem Material

Info

Publication number: DE1242551B
Application number: DEU10140A
Authority: DE
Inventors: Roger Bacon; George Edward Cranch; Ralph Owen Moyer Jun; Willie Howard Watts
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1962-09-20
Filing date: 1963-09-19
Publication date: 1967-06-22
Also published as: GB1033009A; US3305315A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: Sk-4

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 242 551
U 10140IV c/8 k
19. September 1963
22. Juni 1967

Es ist bekannt, Fasern, Garne, Gewebe, Gewirke oder Filze aus natürlicher oder regenerierter Cellulose durch Erhitzen zu verkohlen und gegebenenfalls durch weiteres Erhitzen auf Temperaturen bis 3000° C in Graphit überzuführen. Die so erhaltenen, im wesentlichen aus Kohlenstoff oder Graphit bestehenden Gebilde können für viele technische Zwecke verwendet werden.

Beim Verkohlen von natürlicher oder regenerierter Cellulose entstehen Schwierigkeiten durch ihren Gehalt an adsorbiertem Wässer, der im Gleichgewicht mit der umgebenden Atmosphäre etwa 5 bis 20% beträgt. Beim Erhitzen des Cellulosemateriäls wird dieses adsorbierte Wässer züärst abgespalten und verursacht die Ablagerung von teeriger! Stoffen auf der Oberfläche der Fasern. Im Verlauf des weiteren Erhitzens zersetzen sich diese teeriger! Ablagerungen und führen zum Verkleben der Fasern und zur Entstehung eines spröden urtd schwachen verkohlten Produktes.

Man hat versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß man das Ceiluiosematerial vor derii Verkohlen sorgfältig und länge trocknete und es dann unmittelbar anschließend in demselben Ofen verkohlte. Apparative Schwierigkeiten ließen dieses Verfahren aber keinen Eingang in die Technik finden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgäbe, cellulosehaltiges Material so vofzubehändeln, daß es anschließend ohne Bildung von teerigen Ablagerungen verkohlt und gegebenenfalls durch weiteres Erhitzen in Graphit übergeführt werden kann.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Fasern, Garnen, Geweben, Gewirken oder Filzen aus natürlicher oder regenerierter Cellulose als Vorbehandlung für eine anschließende Verkohlung oder Überführung in Graphit. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosematerial auf eine Temperatur zwischen 100 und 350° C erhitzt wird.

Die bei diesem Verfahren einzuhaltenden Temperatüren und die Dauer des Erhitzens hängen vom Feuchtigkeitsgehalt des Cellulosemateriäls und seinen sonstigen Eigenschaften ab. Im allgemeinen genügt bei höherer Temperatur eine kürzere Erhitzungsdauer, während das Erhitzen bei tieferen Temperaturen länger fortgesetzt werden muß. Es soll hierbei darauf geachtet werden, daß das Ceiluiosematerial bei der Behandlung nicht schmilzt, nicht verkohlt und nicht zu Pulver zerfällt.

Das bei der beschriebenen Vorbehandlung erhaltene Produkt hat etwa 20 bis 50% seines ursprünglichen Gewichts verloren. Nach dem Verkohlen ent-Verfahren zur Wärmebehandlung von
cellulosehaltigen! Material

Anmelder:

Union Carbide Corporation, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Schheckehhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Roger Bacon, Olmsted FaIIs^ Ohio

George Edward Crärich,

Ralph Owen Moyer jüft., Fostoria, Ohio;

Willie Howard Watts, Lewiston, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Septefriber 1962
(224 989)

hält es etwa 30 bis 55 °/ö gebundenen Kohlenstoff. Es ist nicht entflammbar, nicht schmeizesrid, widerstandsfähig und nachgiebig Und enthält etwa 45 bis 70% flüchtige Bestandteile.

Es wurde ferner gefunden, daß es in manchen Fällen zweckmäßig ist, das Erhitzen in einer oxydierenden Atmosphäre, z. B. in Luft, durchzuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch verbessert werden, daß das Ceiluiosematerial vor der Wärmebehandlung mit einer sauren Lösung getränkt wird. Hierbei empfiehlt es sich, das mit der sauren Lösung getränkte Material vor der Wärmebehandlung bei etwa Raumtemperatur zu trocknen. Als saure Lösungen kommen z. B. wäßrige Lösungen von Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure, Diammoniumphosphat oder Diäthylchloridphosphat in Betracht. Man kann diese Stoffe auch in einem nichtwäßrigen Lösungsmittel, wie Methyläthylketon, verwenden.

Die Konzentration der Säuren oder sauer reagierenden Stoffe in der Lösung kann innerhalb weiter Grenzen schwanken, sollte aber im allgemeinen nicht mehr als 50 % betragen. Bevorzugt werden Konzentrationen von 2 bis 10%, wobei das Optimum von der Art der zu behandelnden Stoffe abhängt. Zur Behandlung

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von Geweben und Gewirken nimmt man in der Regel höhere Säurekonzentrationen, etwa von 7%>, als für Filze. Noch niedrigere Säurekonzentrationen von etwa 3¹Vo genügen für die Behandlung von losen Fasern oder Fäden.

Wie schon gesagt wurde, ist die Behandlungsdauer von der Behandlungstemperatur und der Art des zu behandelnden Materials abhängig. Darüber hinaus ermöglicht das vorhergehende Tränken mit Säuren oder sauer reagierenden Stoffen eine weitere Herabsetzung der Erhitzungsdauer und der Erhitzungstemperatur. So braucht man z. B. zur Überführung eines Gewebes aus regenerierter Cellulose durch Erhitzen in Luft 10 Stunden bei 25O⁰C. Tränkt man aber das Gewebe vor dem Erhitzen mit einer 6°/oigen Lösung einer Säure, so genügen beim Erhitzen in Luft schon 6 Minuten bei 235° C.

Als Faustregel kann etwa angegeben werden, daß man ein nicht mit Säure getränktes Material über 48 Stunden auf 180° C, etwa 10 Stunden auf 250° C und weniger als 1 Minute auf 350° C in Luft erhitzen soll. Tränkt man das Material vorher mit einer 7%igen Säurelösung, so genügen etwa 4 Stunden bei 180⁰C, etwa 2 Stunden bei 230° C, etwa 6 Minuten bei 250° C und wenige Sekunden bei 350° C.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorbehandelte pellulosehaltige Material nimmt aus der Atmosphäre keine Feuchtigkeit auf und kann daher vor der Weiterbehandlung durch Verkohlen oder durch Überführen in Graphit gelagert werden. Man kann es vor der Weiterbehandlung auch mit kohlenstoffhaltigen Bindemitteln behandeln, die vorzugsweise beim Verkohlen ebensoviel schrumpfen wie das vorbehandelte Cellulosematerial. Es ist möglich, große Rollen von erfindungsgemäß vorbehandeltem Material in einem Stück zu verkohlen und gegebenenfalls in Graphit überzuführen, was auch kontinuierlich geschehen kann.

Beispiel

Eine große Rolle eines Gewebes aus Cellulose wird mit einer Lösung von 7 Volumteilen 75%iger Phosphorsäure in 93 Volumteilen denaturiertem Äthanol getränkt. Das Gewebe wird dann in losen Falten an der Luft getrocknet. Anschließend wird es 5 Minuten lang mit umlaufender Luft von 250° C behandelt.

Das so vorbehandelte Material wird bei einer Temperatursteigerung von stündlich 5° C zuerst bis auf 400° C und dann bei einer Temperatursteigerung von stündlich 60° C auf 700° C erhitzt, wobei das Gewebe sich in einer Schicht von Koks unter einer Atmosphäre von Stickstoff befindet. Schließlich wird es in an sich bekannter Weise unter einer Stickstoffatmosphäre in einem elektrischen Ofen durch Erhitzen auf 2700° C in Graphit übergeführt.

ίο Die Eigenschaften des Gewebes nach den verschiedenen Behandlungsstufen sind in der nachstehenden Tabelle enthalten.

15 Erfahrene Behandlung	Gehalt an flüchtigen Stoffen ·/»	Lineare Schrumpfung "/0	Für 1 °/o Gewichtsverlust in 8 Stunden erforderliche Temperatur ⁰C
²⁰ Graphitiert . . Verkohlt Wärme behandelt ..	0 15 50	0 6 18	500 350 100

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Fasern, Garnen, Geweben, Gewirken oder Filzen aus natürlicher oder regenerierter Cellulose als Vorbehandlung für eine anschließende Verkohlung oder Überführung in Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosematerial auf eine Temperatur zwischen 100 und 350° C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in einer oxydierenden Atmosphäre durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosematerial vor der Wärmebehandlung mit einer 2- bis 50volumprozentigen Säurelösung getränkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der sauren Lösung getränkte Material vor der Wärmebehandlung bei Raumtemperatur getrocknet wird.