DE2130039A1

DE2130039A1 - Fasern und Faeden aus Polytetrafluoraethylen(PTFE)mit verringertem elektrischem Widerstand

Info

Publication number: DE2130039A1
Application number: DE19712130039
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl-Phys Sassenrath
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1971-06-18
Filing date: 1971-06-18
Publication date: 1972-12-28
Also published as: GB1384016A; FR2142074A1; NL7208053A; IT956665B; BE785105A

Description

FARBWERKE HOECHST AG, vormals Meister Lucius & Brüning Aktenzeichen: - HOE 71/F 143

Datum: 15. Juni 1971 - - Dr.ME/Ga

Fasern und Fäden aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) mit verringertem elektrischem Widerstand

Es ist bekannt (s. z.B. "Man-Made Fibres", Vol. 1, Edited by H.F. Mark, S.M. Atlas, E. Cernia; London, New York, Sidney 19G7), daß ^olytetrafluoräthylen (PTFE) nach einem Suspensions- oder Matrix-Spinnverfahren 'versponnen werden kann. Es ist außerdem bekannt, daß PTFE ausgezeichnete Eigenschaften als elektrischer Isolator besitzt; { sein spezifischer Widerstand liegt mit Io Ji· cm noch oberhalb der spezifischen Widerstände anderer Kunststoffe. Diese Isolationseigeiischaft besitzen auch die Fäden und Fasern aus PTFE. Damit ist jedoch die im allgemeinen unerwünschte Eigenschaft einer beträchtlichen elektrostatischen Aufladung bei Reibung verbunden. Die elektrostatische Aufladung kann vermieden werden, wenn man die Fäden mit einer Präparation versieht, die den elektrischen Widerstand herabsetzt.

Die Verwendung einer säbhen üblichen Präparation bei Fasern und Fäden aus PTFE ist allerdings nicht empfehlenswert, da ihre Haftung

auf der Faseroberfläche schlecht ist und sie sich etwa durch j

Waschen leicht entfernen läßt.

Es war daher wünschenswert, Fasern und Fäden aus PTFE herzustellen, welche einen herabgesetzten elektrischen Widerstand und damit gute antistatische Eigenschaften, und zwar in dauerhafter, nicht etwa durch Waschen verminderbarer Form besitzen.

Versuche mit einer ein elektrisch leitendes Pigment enthaltenden PTFE-Dispersion ergaben nun überraschend, daß deren aif übliche Weise durchgeführtes Verspinnen Fäden mit dauerhaft stark herabgesetzten elektrischem Widerstand und damit mit permanenten guten antistatischen Eigenschaften ergibt j die Fäden müssen allerdings nach dem Spinnprozess zweckmäßig noch einer Wärmebehandlung unterworfen wer-

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den, und zwar hatipts ach lieh zum Zwecke der mechanischen Verfestigung bzw. des Aufsinterns der Fäden.

Erfindungsgegenstand sind demgemäß Fäden und Fasern aus PTFE, die dadurch gekennzeichnet sind, daß das PTFE ein leitfähiges Pigment inkorporiert enthält, so daß der elektrische Widerstand der Fäden und Fasern höchstens 1 oooXl /cm · dtex oder höchstens den looo. Teil des elektrischen Widerstandes der Fäden und Fasern aus PTFE beträgt, die kein leitfähiges Pigment enthalten, je nachdem, welcher Wert der niedrigere ist.

Um den genannten Viert des elektrischen Widerstandes zu erreichen, ist im allgemeinen ein Gehalt der Fädon und Fasern an leLtfähigem Pigment von mindestens Io Gewichtsprozent erforder lieh. - : - - ; Als leit fähiges Pigment dient vorzugsweise Ruß, z.B. dar.; HandcLnprodukt¹-' Corax L der Fa Degussa oder Graphit - insbesondere Natür.-graphit - oder eine Mischung aus beiden.

PTFE-Dispersionen mit derartigen Leitpigmenten sind aus der DOS. 1 814 8G9 bekannt.

Es wird dort außerdem die Anwendung dieser Dispersionen zur Trän-· kung von Glasfasergeweben beschrieben, die nach einer Wärmebehandlung von 3SoOC einen derart geringen elektrischen Widerstand. be_v sitzen, daß sie als bebeizhare Flächengebilde Verwendung finden können. Da die Temperatur der Wärmebehandlung zum Aufsintern des PTFE nötig ist, kann dieser Prozeß nur mit Substraten - wie z.B. Glas - durchgeführt werden, die mindestens 35o C überstehen. Außer Glas könnte z.B. ein Substrat aus PTFE selbst verwendet und auf diese V/eise ein beheizbares Flächengebilde hergestellt werden; geeignet wären insbesondere PTFE-Folien oder Gewebe aus PTFE- Fasern und -Fäden. ,

Aufgrund der vorliegenden Erfindung kann jedoch auf die Tränkung von. geeigneten Materialien mit leitfähiges Pigment enthaltenden PTFE-Dispersionen verzichtet warden.

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Zur Herstellung dor erfindungsgemäßen Fäden und Fasern geht man zweckmäßig von leitfähiges Pigment enthaltenden Dispersionen aus, die man in eine iür die Yerspinnung von PTFE bekannte Spinnlösung einbringt. Alle Spinnlösungen, die mit PTFE-Dispersionen bereitet werden und zur Herstellung von PTFE-Fasern und -Fäden geeignet fjind, können auch mit PTFE-Dispersionen bereitet werden, die ein leitfähiges Pigment enthalten. Hier sind insbesondere Spinnlösungen vorteilhaft, die Cellulose oder Cellulosevei'bindungen enthalten, v/ie sie beispielsweise in den US-Patentcciiiftcn Kos. 2 413 498 und 2 772 444,der DT-PS 1 153 131 sowie der GB-PS 1 o43 871 beschrieben sind.

Spinnlösungen, bei denen die PTFE-Dispersionen in Polymerlösungen emulgiort sind (US-PSen 2 951 o47, 3 148 234 und 3 147 323), bei ( denen organische Substanzen zur Eindickung der PTFE-Dispersionen angewandt werden (US-PS 2 9S8 522) und die in gelierter Form versponnen werden (US-PS 3 o38 87o) sind in gleicher Weise geeignet, Ls ist jedoch auch nöglieh, das Iieitpißiiient alleine, d.h. nicht in dispergierter Form, mit PTFE-Pulver zu mischen, die Mischung mit Benzin oder höher siedenden Mineralölen oder mit Weichmacher-Substanzeu, wie z.B. Dimethylphthalat anzuzeigen und die so erhaltene Paste zur Herstellung eines monofilen Fadens durch eine Düse zu extrudieren.

Hat man nach einem dieser Verfahren Fäden oder Fasc3*n mit einem leitlähigen Pigment hergestellt und die zur Erzielung von brauch- ä baren Festigkeiten nötige Y/ärmebehandlung durchgeführt, dann besitzen sie - sofern nur der Gehalt an leitfälligem Pigment ausreichend ist, und dies ist im allgemeinen bei einem Gehalt der Fäden und Fasern von mindestens Io Gewichtsprozent an leitfähigem Pigment der Fall - einen deutlich verringerten elektrischen Y/iderstand von ausgezeichneter Dauerhaftigkeit. ,

Das nachfolgende Beispiel soll die vorliegende Erfindung erläutern: Zur Herstellung der Spinnlösung mischt man 37 Gewichtsprozent Viskose mit einem Salirpunki von ca. 3 und einem Cellulosogehalt von ca. 7 Gewi clit ja prozent mit 2(5 Gewichtsprozent einer handelsüblichem PTFE-Disporsion, die ca. 6o % PTFE und ca 5 % eines nicht-ionischen

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Dispergiermittels (z.B. das; Kondensationsprodukt aus 1 Mol Alkylphenol und Io - 4o MoI Alkylenoxid etc.) enthält, sowie mit. 37 Gewi chlsprozent einer modifizierten PTFE-Dispersion,. die ca. 4o Gewichtsprozent Gesamt-l'Vststoff enthält; davon sind Go Gewichtsprozent PTFE und IG Gewichtsprozent Ruß. Der GesamL-Feststoffgehalt doi· üiiinnlösung besteh I somit aus 7 Gewi ehtsprozeirt Cellulose, IG Gewichtsprozent Ruß und 77 Gewichtsprozent PTFB.

Diese !Spinnlösung wii'd mit einer üblichen Viskose—Spinndüse in ein Koagulationsbad gesponnen, das H₀SO₄ und Na₀SO. in wäßriger J/isung enthält; anschließend wird der Faden in heißem Wasser gewaschen, in Kontakt mit beheizten Walzen getrocknet und aufgespult. Von der Spinnspule wird der Faden sodann über Hugo]eisen, deren Temperatur bei 38o°C liegt, gezogen und aufgespult. Die Kontakt zeit auf den Bügeleisen beträgt ca. li> see. Der so erhaltene Faden hat bei 3o Einzolkapillaren einen Titer von 2 ooo dtex, 1 cm dieses Fadens besitzt, eineji elektrischen Widerstand von Io JC , während ein unter den gleichen Hodingungen gesponnener Faden ohne Rußbeimischung mehr als Ίο'Sc /cm besitzt, d.h. der elektrische Widersland ist durch den Rußzusatz mijidestons auf don 3 o* lon Teil herabgesetzt worden.

Der Widerstand der Fäden steigt auf den Wort, der ohne leit fähiges Pigment erhalten wird, wenn man sie mindestens um das 1,ü fache vorstreckt. Führt man mit den vorstreckten Fäden eine Wärmebehandlung durch, so daß sie auf ihre ursprüngliche Länge schrumpfen, dann sinkt der Widerstand wieder auf einen Wert, der geringfügig etwa um das Doppolte, größer als der Wert vor der Verstrockung ist,

Das Beispiel zeigt, daß nur die Spinnlösung durch den Zusatz dos leitfähigen Pigments modifiziert werden muß; das Spinnverfahren selbst kann dagegen in gleicher Weise für modifizierte und iiichtmodifiziertc »Spinnlösung verwendet werden. Das Leitpigment Ruß ist keineswegs das einzig mögliche für die Herstellung von PTFE-Fäden mit verringertem elektrischen Widerstand, ebenso können - außer dem vorher schon genannten Graphit - auch z.H. Metall- oder Metalloxyd-Pigmento verwendet worden,' Er. muß lediglich vorausgesetzt werden, daß die mittlere Korngröße der Pigmente so gewählt wird, daß beim

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Spinnen keine Störungen entstehen. Im allgemeinen sollte sie deshalb loo ,u nicht überschreiten.

Es ist vortexlliait, die unverstreckten Fäden oder Fasern in Flächengebilden alleine oder im Gemisch mit verstreckten Fasei*n oder Fäden aus PTFE oder anderen Polymeren anzuwenden. So kann z.B. in mehrfädigen Gewirken einer der verwirkten Fäden ein leitfähiges Pig-r ment enthalten und bei Fasergarnen kann eine Mischung von Fasern mit und ohne leitfähiges Pigment hergestellt werden. In beiden Fällen können so Fläehengebilde mit Schutz gegen statische Aufladung erzeugt werden. PTFTi-Fasern mit Leitpigment können auch zur Herstellung elektrisch leitender Vliese verwendet werden, die bei Anlegung einer ausreichenden Spannung beheizt werden können. Diese beheizten Flächengebilde besitzen infolge des dreidimensionalen Verbundes ausgezeichnete Formstabilität bei guter Flexibilität. Bei technischen Anwendungen, z.B. als geflochtene Dichtungsbander, als Gurte, als Filtergewebe oder -vliese, als Diaphragmen in Elektrolysezellen, als Siebgewebe u.a. ist es oft von Vorteil, wenn die eingesetzten Fasern und Fäden einen verringerten elektrischen Widerstand besitzen, der, falls gewünscht, auch eine Erhitzung des betreffenden Gebildes ermöglicht.

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Claims

7130039 PATENTANSPRÜCHE:

1. Fäden und Fasern aus Polytetrafluox'äthylen, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytefcrafluoräthylen ein, leitfähiges Pigment inkorporiert enthält, so daß der elektrische Y/idcrstand der Faden und Fasern höchstens loooXc /(cm . dtex) oder höchstens den looo. Teil des elektrischen Y/iderstandes der Fäden und Fasern aus PTFE beträgt, die kein leitfähiges Pigment enthalten, je nachdem, v/elcher Wert der niedrigere ist.

2. Fäden und Fasern aus PTFE nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an leitfähigem Pigment von mindestens Io Gewichtsprozent.

3. Fäden und Fasern aus PTFE nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Pigment Ruß oder Graphit oder ein Gemisch aus beiden ist.

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