DE2847334A1

DE2847334A1 - Verbesserte glasfaserdispersionen fuer die herstellung von gleichmaessigen glasfasermatten nach dem nassauftragsverfahren und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2847334A1
Application number: DE19782847334
Authority: DE
Inventors: Paritosh Mohan C Hakrabarti
Original assignee: GAF Corp
Current assignee: GAF Corp
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1979-05-17
Also published as: FI63211C; FI783348A; EP0002002B1; NL7810866A; SE7811760L; GB2008165B; NO149458C; BE871956A; US4179331A; AU4073778A; NO783702L; FR2408556A1; AU518746B2; GB2008165A; NO149458B; EP0002002A1; DE2861951D1; FI63211B; CA1132405A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

nipL-ING.

H. KINKELDEY

DR-INa

W. STOCKMAIR

CA-INa · A^(CALTECH

K. SCHUMANN

DR R8FL NAT - DlPL-FHYS.

P. H. JAKOB G. BEZOLD

DRRERNAT-I

a MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 13 214

Verbesserte GlasfGserdispersionen für die Herstellung von gleichmäßigen Glasfasermatten nach dem Naßauftragsverfahren und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von gleichmäßigen Glasfasermatten nach dem Naßauftragsverfahren (wet-laid process), sie betrifft insbesondere verbesserte Glasfaserdispersionen für die Verwendung in einem solchen Verfahren.

Hochfeste, gleichmäßige, dünne Folien bzw. Platten oder Matten aus Glasfasern finden zunehmend Verwendung in der Baumaterialindustrie, beispielsweise in Asphalt-Dachziegeln bzw. -Schindeln und als Unterlagenfolien für Vinylfußbodenbeläge. Diese Glasfasermatten ersetzen entsprechende Folien oder Platten aus traditio«

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TELEFON (OθO) SQSaoa TELEX OB-3O38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

- r-

nellen Asbestfasern. Glasfasermatten werden in der Regel kommerziell nach einem Naßauftragsverfahren hergestellt, das auf einer modifizierten Papierherstellungsvorrichtung durchgeführt wird, wie sie beispielsweise in dem Buch von O.A. Battista, "Synthetic Fibers in Papermaking" (Wiley), N.Y. 1964, beschrieben wird. Eine ziemlich vollständige Beschreibung des Naßauftragsverfahrens findet sich in einer Reihe von Patentschriften, beispielsweise in den US-Patentschriften 2 906 660, 3 012 929, 3 021 255, 3 050 427, 3 103 461, 3 108 891, 3 228 825, 3 634 054, 3 749 638, 3 760 458, 3 766 003, 3 838 995 und 3 905 067 sowie in der deutschen Offenlegungsschrift 2 454 354 (französische Patentanmeldung Nr. 22 50 719).

Im allgemeinen besteht das bekannte Naßauftragsverfahren zur Herstellung von Glasfasermatten darin, daß man zuerst unter Rühren in einem Mischbehälter eine wäßrige Suspension von kurzen Glasfasern herstellt, dann die Suspension durch ein sich bewegendes Sieb bzw. Gitter hindurchführt, auf dem sich die Fasern selbst miteinander verfilzen, während das Wasser davon abgetrennt wird. Anders als Naturfasern, wie Cellulose- oder Asbestfasern, lassen sich Glasfasern nicht leicht in Wasser dispergieren. Wenn nämlich Glasfasern, die in Form von Strängen oder Bündeln von parallelen Fasern vorliegen, in Wasser eingeführt und gerührt werden, bilden sie kein gut dispergiertes System. Bei längerem Rühren agglomerieren die Fasern unter Bildung von großen Klumpen, die nur sehr schwer wieder zu dispergieren sind.

In dem Bestreben, dieses bei Glasfasern auftretende Problem zu lösen, ist man in der Industrie dazu übergegangen, Suspendierhilfs-

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mittel für die Glasfasern zu verwenden, z.B. oberflächenaktive Mittel, um die Fasern in einem verhältnismäßig dispergierten Zustand voneinander getrennt zu halten. Bei diesen Suspendierhilfsmitteln handelt es sich in der Regel um Materialien, welche die Viskosität des Mediums erhöhen, so daß die Fasern sich selbst in dem Medium suspendieren können. Einige Suspendierhilfsmittel sind tatsächlich oberflächenaktive Mittel, welche die Wirkung haben, die Oberflächenanziehung zwischen den Fasern herabzusetzen. Unglücklicherweise ist jedoch keines der derzeit verfügbaren Suspendierhilfsmittel völlig zufriedenstellend für die großtechnische Herstellung von brauchbaren einheitlichen bzw. gleichmäßigen Glasfasermatten.

So ergeben polymere Suspendierhilfsmittel, wie z.B. Polyacrylamide, Hydroxyäthylcellulose und dgl., hochviskose wäßrige Lösungen mit hohen Materialkonzentrationen, die jedoch schwer zu handhaben sind und die insbesondere nur sehr langsam durch das mattenbildende Sieb bzw. Gitter oder das perforierte Band ablaufen. Außerdem ist der unter Verwendung solcher Materialien erzielte Suspendiergrad nur mäßig und Suspensionen mit einer Faserkonsistenz von mehr als 0,005 % ergeben qualitativ schlechte Matten. Die viskosen Suspensionen schließen auch beim Ruhren in der Nähe der Bildungszone Luft ein unter Bildung von stabilen Schäumen, welche die Gleichmäßigkeit bzw. Einheitlichkeit und Festigkeit der Matten in nachteiliger Weise beeinflussen. Schließlich sind die Polymeren bei niedrigen Konzentrationen nicht wirksam und deshalb für die Verwendung in einem Verfahren, das billig sein sollte, zu teuer.

Es wurde bereits eine Reihe von oberflächenaktiven Materialien zum

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Dispergieren von Glasfasern in Wasser ausprobiert, wie z.B. die kationischen Stickstoff-oberflächenaktiven Mittel, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 2 454 354 (französische Patentanmeldung Nr. 2 250 719) beschrieben sind. Mit diesen oberflächenaktiven Mitteln werden die Glasfaserfäden aus einer ExtruderdUse,mit einem Überzug aus dem kationischen oberflächenaktiven Mittel versehen, herausgezogen und angefeuchtet, bevor sie zu kurzen Fasern zerhackt werden. Die zerhackten Fasern werden dann in einer anderen wäßrigen Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Mittels gemischt. Bei diesem Verfahren werden daher kationische oberflächenaktive Mittel in zwei Stufen aufgebracht zur Herstellung einer wäßrigen Dispersion, die akzeptable Matten mit einer vernünftigen Mattenproduktionsgeschwindigkeit liefert. Außerdem ist auch die Qualität der Dispersionen, in denen die Materialien dieser Patentanmeldung verwendet werden, schlecht.

Es ist daher offensichtlich, daß die Dispersionen in einem Glasfaserdispergierverfahren, das wirksam sein soll, mehrere strenge Kriterien gleichzeitig erfüllen müssen, damit daraus die gewünschten qualitativ hochwertigen gleichmäßigen bzw. einheitlichen Glasfasermatten mit einer hohen Produktionsgeschwindigkeit im Rahmen eines wirtschaftlich akzeptablen Verfahrens hergestellt werden können. Bei diesen Kriterien handelt es sich um folgende:

1.) Das dispergierende oberflächenaktive Mittel sollte eine gleichmäßige Dispersion der Glasfasern in Wasser ergeben und schon in niedrigen Konzentrationen des oberflächenaktiven Mittels wirksam

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2.) die Dispersionen sollten bei hohen Glasfaserkonsistenzen wirksam sein, so daß daraus Matten hergestellt werden können, ohne daß eine unnötig große Energiemenge zur Abtrennung und Handhabung von großen Wassermengen erforderlich ist;

3.) die Dispersionen bzw. Dispersionsmassen sollten vorzugsweise nicht begleitet sein von einer wesentlichen Erhöhung der Viskosität des Mediums, welche die Verwendung einer teuren Pumpeinrichtung an dem Sieb bzw. Gitter zur Trennung der Fasern von dem Wasser erfordern würde und welche die Trocknung der feuchten Matte erschwerden würde;

4.) die Dispersionen (Dispersionsmassen) sollten Glasfasermatten ergeben, die eine gleichmäßige Verteilung der Fasern aufweisen, die durch eine Anordnung der Fasern in vielen Richtungen charakterisiert ist; das fertige Mattenprodukt sollte gleichmäßige hochfeste Eigenschaften, insbesondere eine gute Zugfestigkeit, aufweisen;

5.) die Dispersionen sollten im Rahmen des Naßauftragsverfahrens i η einer konventionellen Vorrichtung bei hohen Mattenproduktionsraten verwendbar sein, ohne daß unerwünschte Schäume gebildet werden und ohne daß die Maschinen der Anlage korrodiert werden;

6.) die oberflächenaktiven Materialien sollten vorzugsweise billig und leicht verfügbar sein und sie sollten entweder durch direkte Zugabe zu den Fasern in Wasser oder durch vorheriges Beschichten der Fasern mit dem oberflächenaktiven Mittel vor dem Mischen mit Wasser zur Herstellung der wäßrigen Dispersion verwendbar sein.

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Diese und andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor·

Erfindungsgemäß erhält man verbesserte Glasfaserdispersionen für die Herstellung von gleichmäßigen Glasfasermatten nach dem Naßauftragsverfahren (wet-laid process). Die gut dispergierten erfindungsgemäßen Glasfaserdispersionen bzw. -zusammensetzungen werden in der Regel hergestellt durch Mischen von zerhackten Glasfasern in Wasser mit einer geringen Menge eines Aminoxidoberflächenaktiven Mittels. Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung können die Dispersionen bei verhältnismäßig hohen Glasfaserkonsistenzen hergestellt werden. Die dabei erhaltenen Dispersionen werden dann zur Herstellung von qualitativ sehr hochwertigen Glasfasermatten mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten bzw. -raten verwendet.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Aminoxid-oberflächenaktiven Mitteln handelt es sich um tertiäre Aminoxide der allgemeinen Formel

R.

worin R,, R« und R₃ zweckmäßig Kohlenwasserstoffgruppen darstellen, die 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthalten. Die Kohlenwasserstoffgruppen können aliphatisch oder aromatisch sein und wenn sie aliphatisch sind können sie linear, verzweigt oder cyclisch sein und in jedem Rest können sie gleich oder voneinander verschieden sein· Der aliphatische Kohlenwasserstoffrest kann üthyIe-

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nische Unsättigung enthalten. Vorzugsweise werden die aliphatischen Gruppen ausgewählt unter den Alkylgruppen, wie z.B. niederen Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und substituierten Alkylgruppen, oder langkettxgen Alkylgruppen mit 12 bis 30 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Stearyl-, Lauryl-, Oleyl-, Tridecyl-, Tetradecyl-, Hexadecyl-, Dodecyl-, Octadecyl-, Nonadecyl-Gruppen oder entsprechenden substituierten Gruppen, die aus natürlichen oder synthetischen Quellen stammen. Die Summe der Kohlenstoffatome in den R,, R« und R„-Gruppen beträgt etwa 14 bis etwa 40, vorzugsweise etwa 18 bis etwa 24.

Bei einem typischen Naßauftragsverfahren zur Herstellung von Glasfasermatten wird eine Vorratssuspension aus dem faserförmigen Material mit einer vorher festgelegten Faserkonsistenz in einem Mischbehälter hergestellt. Die Suspension wird dann in eine Staukammer einer Papierherstellungsvorrichtung gepumpt, in der sie mit Wasser weiter verdünnt werden kann bis zur Erzielung einer niedrigeren Konsistenz. Die verdünnte Suspension wird dann auf einem sich bewegenden perforierten Band unter gleichzeitigem Saugen verteilt, wobei man eine nicht-gewebte Faserstruktur oder eine nasse bzw. feuchte Matte auf dem Band erhält. Diese feuchte Mattenstruktur kann erforderlichenfalls getrocknet, danach mit einem Bindemittel behandelt und schließlich gründlich getrocknet werden unter Bildung eines fertigen nicht-gewebten Mattenprodukts.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Glasfasermatten werden die Glasfaserfäden oder -stränge im allgemeinen zu Faserbündeln einer Länge von etwa 0,64 bis etwa 7,62 cm (0,25 bis 3 inch), vorzugsweise von etwa 1,27 bis etwa 5,1 cm (θ,5 bis

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inch), insbesondere von etwa 2,54 cm (l inch) und einem Durchmesser von im allgemeinen etwa 3 bis etwa 20 Mikron, vorzugsweise von etwa 15 Mikron, zerhackt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Fasern Wasser zugesetzt, welches das erfindungsgemäß verwendete Aminoxid-oberflächenaktive Mittel enthält, unter Bildung einer gut dispergierten Zubereitung (Zusammensetzung). Zweckmäßig liegt das Aminoxid in einer Konzentration von etwa 5 bis etwa 500 ppm, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 25 ppm, bezogen auf die Lösung, vor. Alternativ können die zerhackten Glasfasern zuerst durch Aufsprühen oder anderweitiges Aufbringen des Aminoxidoberflächenaktiven Mittels darauf beschichtet werden, wonach die beschichteten Fasern dann in dem wäßrigen Medium dispergiert werden. Zweckmäßig enthalten die beschichteten Fasern etwa 0,01 bis etwa 1, vorzugsweise 0,025 bis 0,25 Gew.-% Aminoxid.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung können die Glasfasern bei verhältnismäßig hohen Faserkonsistenzen in dem Aminoxid-oberflächenaktiven Mittel dispergiert werden, wobei die wirksamen Dispersionseigenschaften der Zubereitung bzw. Zusammensetzung aufrechterhalten werden. So wird beispielsweise eine Faserkonsistenz von etwa 0,001 bis etwa 3,0, vorzugsweise von etwa 0,05 bis etwa 1 %, bezogen auf das Gewicht der Fasern in dem Wasser, angewendet. Solche Zubereitungen (Zusammensetzungen) liefern ausgezeichnete Dispersionen, wenn sie in einer konventionellen Mischvorrichtung gerührt werden. Wie oben angegeben, können die hochkonzentrierten Faserdispersions-Zubereitungen gewünschtenfalls in der Staukammer verdünnt werden, in der Regel bis zu einer Konsistenz von etwa 0,1 bis etwa 0,3 %, vorzugsweise von etwa 0,2 %, was jedoch noch immer eine hochkonzentrierte Faserdispersion nach den üblichen Standards darstellt.

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Die erfindungsgemäßen Dispersionszubereitungen werden hergestellt ohne jede wesentliche Veränderung der Viskosität des Mediums oder ohne Bildung von unerwünschten Schäumen während des Verfahrens. Außerdem werden die Dispersionen vorzugsweise in der Nähe oder bei neutralen pH-Wertbedingungen oder manchmal auch unter schwach alkalischen Bedingungen hergestellt, ohne daß dadurch die gute Qualität der Dispersionen oder der daraus hergestellten fertigen Glasfasermattenprodukte beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäßen Dispersionszubereitungen bzw. -zusammensetzungen ergeben Glasfasermatten mit einer hohen Faserdichte darin, die gleichmäßig innerhalb der Matte in einer Anordnung in vielen Richtungen verteilt sind. Die fertigen Matten weisen auch ausgezeichnete Zugfestigkeitseigenschaften auf. Die Produktionsgeschwindigkeit der Matten ist erfindungsgemäß tatsächlich sehr hoch. So ist beispielsweise eine Mattenproduktionsgeschwindigkeit von mehr als 150 m/Min. (500 linear feet/min.) bei Anwendung einer konventionellen Papierherstellungsvorrichtung in dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht erzielbar.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele, in denen die Prinzipien und die praktische Durchführung der Erfindung näher beschrieben werden, näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

In dem nachfolgenden Beispiel 1, das die Tabellen I und II umfaßt, sind experimentelle Daten zusammengefaßt, um das Dispergiervermögen der erfindungsgemäß verwendeten Aminoxid-oberflächenaktiven Mittel mit anderen bekannten oberflächenaktiven Materialien gemäß dem Stand

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AS·

der Technik zu vergleichen. In der Tabelle I erläutern die Verbindungen 1 bis A₁ Gruppe A, einige dieser Aminoxide. Die übrigen Verbindungen 5 bis 25 der Gruppen B-H sind repräsentative Beispiele für andere oberflächenaktive Materialien.

Zur Durchführung dieser Tests wurden die oberflächenaktiven Verbindungen in Wasser in variierenden Konzentrationen gelöst innerhalb des Bereiches von 100 Gew.-ppm (0,01 Gew.-%) bis 5 Gew.-ppm (0,0005 Gew.-%), bezogen auf das Gewicht des oberflächenaktiven Mittels in Wasser. Zu 100 ml der Lösung des oberflächenaktiven Mittels wurde 1 g zerhackte M-Glasfaserstränge (mit einer Faserkonsistenz von 1 %) zugegeben, die eine Länge von 3,81 cm 0,5 inch) und einen Durchmesser von 15 Mikron hatten. Die Mischung wurde dann 5 Minuten lang gerührt.

Die Qualität einer gegebenen Dispersion wurde unter Anwendung einer von 1 bis 5 gehenden Skala bewertet; die Bewertung 1 wurde der schlechtesten Suspension gegeben, in der die Faserstränge agglomerierten und/oder sich nicht zu Einzelfasern öffneten. Bei dem Kontrollmaterial handelte es sich um ein von einem oberflächenaktiven Mittel freies System, dem die Bewertung 1 gegeben wurde. Die Dispersionen mit der höchsten Qualität wurden mit der Ziffer 5 bewertet, in denen praktisch alle Fasern voneinander getrennt wurden. Die mittleren Bewertungen 4, 3 und 2 weisen.auf eine abgestufte Neigung zum Zusammenballen der Fasern hin.

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Beispiel 1

Direkte Bildung von Dispersionszubereitungen durch Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels zu Glasfasern und Bewertung ihrer Qualität

Tabelle I

Verwendete oberflächenaktive Verbindungen
Gruppe A - Aminoxide

Bezugsquelle chemische Bezeichnung chemische Struktur

ι öydriertes · _._

Armak Dimethyl.. . CH,

talgaminoxid * ·

CH₃

Onyx Dimethylstearylamin- CH₃

•α* oxid I

	Verbindung Nr.	Handelsname
9 0 9 8:	1	Aromox DMHT
IV CD
CD CO	2	Ammonyx SO

Aromox DM16 Armak Dimethylhexadecylamin- CH.,

oxid I ^J

^C16^H3₃N—>°

CH₃ J₀

Aromox T/12 Armak Bis(2-hydroxyäthyl) CH₂CH₂OHJj

talgaminoxid ' co

worin R_? = 3 % Tetradecyl, 27 % Hexadecyl, 16 % Octadecyl, 48 % Octadecenyl und I ^*

% Octadecadienyl » CH CH OH

ο --/--n^rH-ttiat-JI— 2

Gruppe B - quaterncäre Aminsalze

Verbindung Nr. 5

O CO 00 Ni CD

O GD U> O

10

Handelsname Arquad 18-50

Arquad T-50

Ethoquad T12

Ethoquad C25

Gaftex CDL

Armac T

Bezugsquelle chemische Bezeichnung

Armak Trimethyl-stearyl-

ammonium-chIorid>

Trimethyl-talgammonium-chlorid

Methyl-diä thoxyammoniunv-chlorid

Methyl-poly (15)-äthoxyliertes Cocosammonium-chlorid

Trimethyl-benzylammonium-chlorid·

Talg- amin w acetat ; 18 jrTiiröäecyl,-^Tf-WsOTitecyl und

chemische Struktur CH₃

C₁₈H₃₇N⁺- CH₃

CH₃!

CH,

I N⁺

N — CH, Cl

I

CH-,

CH₂CH₂OH

ρ N⁺-CH₃ Cl -P ₍

CH_-2CH₂OH (CH₂CH₂O) _XH

r_c N⁺ — CH₃

(CH₂CH₂O) _yH χ + y β

CH., ³

—τα — ph π 2 j ^"3 ^υχ

CH,

NH₃ - 0 OCCH₃

Gruppe C - Polyäthoxylierte Amine

Verbindung Nr. 11

CD CO OO

Handelsname Ethomeen C25

Ethomeen T12

Ethomeen T15

Gafaraide CDD

Bezugsquelle chemische Bezeichnung

Armak Poly-(15)-

ä'thoxyliertes Cocosamin

Armak Diä thoxytalgamin

Armak Poly- (5) - äthoxyliertes

Taigamin

Gruppe D - Polyöthoxylierte Amide GAF Cocosnuß- di äthanol- amid

worin R^l^O einen von Kokosnußöl abgeleiteten Acylrest bedeutet. chemische Struktur

(CH₂CH₂O)_χ Η R_c-N,

^c ι!

(CH₂CH₂O)_y H x + y = 15

CH₀CH₀OH

CH₂CH₂OH _S

(CH₂CH₂O)_x H

(CH₂CH₂O)_y H χ + y = 5

CH₂CH₂OH

Gruppe E - Polyoxyüthylenalkylphenole

Verbindung Nr.	Handelsname
15	Igepal CO-430
16	Igepal CO-710

Bezugsquelle
GAF

GAF

chemische Bezeichnunci

Nonylphenoxy-poly-(b'thylenoxy)· äthanol von HLB 8,8

Nonylphenoxy-poly-(ä'thylenoxy)-athanol von HLB 13,6

17 18

19 20

Antarox BL-225

Antarox BL-330

Pluronic L-121

Pluronic JF-12 Gruppe F - Polyoxyalkylenalkohole
GAF

GAF

nicht-ionischer aliphatischer Polyäther

modifizierter nicht-ionischer aliphatischer Polyäther

Gruppe G - Polyalkylenoxid-Copolymere

BASF-Wyandotte

Athylenoxid/Propylen-oxid-Kondensation

Gruppe H - Anionische oberflächenaktive Mittel

	Verbindung Nr.	' Handelsname
	21
	22
CD	23	Gafac
CO		RO-310
co
O	24	Gafac
O		RM-410
σ?
ω
CD»	25	Alipal
		CO-433

Bezugsquelle chemische Bezeichnung

Natriumoleat

Natriumdodecyl"" benzol- sulfonat

chemische Struktur

C₁₇H₃₃COONa⁺

^C12^H25^C6^H4^SO?^a+

Komplexes organisches Phosphat- organi- Phosphate.

ester (anionisches) oberflächen- sehe aktives Mittel

Natriumsalz eines Sulfatesters eines Alkylphenoxypoly(äthylenoxy)-äthanols

CO Ca)

- \6 -Tabelle II

Qualitätsbewertungen von Glasfaserdispersionen, in denen die oberflächenaktiven Verbindungen der Tabelle I in verschiedenen Konzentrationen verwendet wurden

	Qualitätsbewertungen	5	50 ppm	1	5	-25 ppm	5 ppm
	Konzentration	5			5
- _	100 ppm	5	4
Kontrolle		5	5
kein oberflächenaktives Mittel Grupoe A			5	3
Verbindung			5	3
1	2	2	4	3
2	2	2	5	3
3	2	2
4	2	1
Gruppe- B	2	1	1	1
Verbindung	2	" 1	1	1
5			1	1
6			1	1
7	2	2	1	1
8	2	1	1	1
9	Ir 2	1
10
Gruppe C			1	1
Verbindung	1,2 909820/	1 0630	1	1
11		1	1
12
13
Gruppe D	1	1
Verbindung
14

- Vf -

Tabelle II - Fortsetzung

Gruppe , E
Verbindung

15 2,3 2 11

16 . . l_f2 1,2 1 1

Gruppe F
Verbindung

17 1,2 1,2 1 1

18 1,2 1,2 1 · 1

Gruppe

Verbindung

Bezogen auf 100 % aktives Material

19	1,2	1,2	1	1
20	1,2	1,2	1	" 1
Gruppe H
Verbindung
21	1	1	1	1
22	ι ·	1	1	1
23 24	1 1	1 1	1 1	1 1
25	1	1	1	1

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-ψ-

Aus den Daten der Tabellen I und II geht hervor, daß die erfindungsgemäß verwendeten Aminoxid-oberflächenaktiven Mittel (Gruppe A) den anderen oberflächenaktiven Mitteln in bezug auf ihre Fähigkeit, gleichmäßige bzw. einheitliche Dispersionsglasfaserzubereitungen in Wasser zu bilden, weit überlegen sind. Die kationischen oberflächenaktiven Mittel (Gruppe B) sind beispielsweise schlechte Dispergiermittel für Glasfasern, insbesondere in niedrigen Konzentrationen. In entsprechender Weise bilden auch die anderen oberflächenaktiven Mittel (Gruppen C-H) sehr schlechte Faserdispersionen unabhängig von ihrer Konzentration. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß nur die oberflächenaktiven Mittel der Gruppe A hohe Dispersionsqualitätsbewertungen aufweisen und daß nur sie, wie weiter unten gezeigt wird, die gewünschten qualitativ hochwertigen Glasfasermatten in dem Naßauftragsverfahren bilden, die für die Verwendung in der Baumaterialindustrie geeignet sind.

Beispiel 2

Überziehen der Glasfasern mit einem oberflächenaktiven Mittel vor der Herstellung von Dispersionen und ihre Qualitätsbewertungen

In diesen Tests wurden gewogene zerhackte M-Glasfasern (mit einer Länge von 3,81 cm (1,5 inch) und einem Durchmesser von 15 Mikron) durch Einrühren der Fasern in Lösungen von repräsentativen oberflächenaktiven Verbindungen der Tabelle I in Konzentrationen von 0,1, 0,2 und 0,1 Gev.-% des oberflächenaktiven Mittels mit dem oberflächenaktiven Mittel überzogen· Die Lösungen wurden dann filtriert und erneut gewogen. Die Gewichtszunahme der Fasern war

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auf den Überzug aus dem oberflächenaktiven Mittel darauf zurückzufuhren. Die mit 1 zeigen, 0,2 T&gen-bzw. 0,1 %igen Lösungen des oberflächenaktiven Mittels behandelten Fasern enthielten somit 0,35 %, 0,07 % bzw. 0,035 % oberflächenaktives Material, bezogen auf das Anfangsgewicht der Fasern. Die auf diese Weise überzogenen zerhackten Glasfasern wurden dann unter Rühren Wasser zugesetzt (1 g/100 ml) und die dabei erhaltenen Dispersionen wurden einer Qualitätsbewertung unterworfen und miteinander verglichen wie oben angegeben.

Tabelle III

oberflächenaktive Qualitätsbewertungen bei variierendem Gehalt Verbindung Nr. an oberflächenaktivem Mittel, bezogen auf

das Gewicht der Fasern

	0.35%	0.07%	0.035%
1	5	5	4
5	2	1	1
11	2	1	1
14	1,2	1	1

Die Daten der Tabelle III zeigen, daß die erfindungsgemäß verwendete Aminoxid-oberflächenaktive Verbindung 1 hervorragende Dispersionszubereitungen ergibt, wenn sie auch als Vorüberzug auf aie Fasern aufgebracht wird, und daß dieses Ergebnis auch dann erzielt wird, wenn nur geringe Mengen des oberflächenaktiven Mittels auf die Oberfläche der Fasern aufgebracht werden. Die anderen oberflächenaktiven Materialien ergeben jedoch auch in hohen Konzentrationen sehr schlechte Ergebnisse.

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-215-

-as

Beispiel 3

Einfluß des pH-Wertes und der Wasserhärte auf die Dispersionsgualität

In diesem Beispiel wurde die Verbindung 1 in Wasser bei verschiedenen pH-Werten und verschiedenen Wasserhärtebedingungen gelöst. Die Konzentration des oberflächenaktiven Mittels betrug 25 ppm und die Faserkonsistenz betrug 1 g/l00 ml Wasser.

	Tabelle IV
pH-Wert	Wasserhärte ppm
5	0
7	0
9	0
5	100
7	100
9	100
5	300
7	300
9	300

Dispersionsqualität

5 5 5 5 5 5 5 5 5

Ausgedrückt in ppm CaCO

Dieses Beispiel zeigt, daß das erfindungsgemäß verwendete oberflächenaktive Mittel sowohl bei als auch in der Nähe von neutralen Bedingungen oder auch in einer basischen Lösung gut funktioniert und

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daß seine Dispersionsqualität unabhängig ist von dem Grad der Härte des wäßrigen Mediums.

Beispiel 4

Herstellung von Glasfasermatten nach dem Naßauftragsverfahren mit Dispersionen, in denen die erfindungsgemäß verwendeten oberflächenaktiven Verbindungen eingesetzt werden

Zu 7 1 einer Lösung mit 20 ppm der Aminoxid-oberflächenaktiven Verbindung 1 wurden 7 g zerhackte M-Glasfasern (einer Länge von 3,81 cm (1,5 inch) und mit einem Durchmesser von 15 Mikron) unter Rühren zugegeben zur Herstellung der üblichen guten Dispersion. Die Dispersion wurde dann durch die Labor-Williams-Papierherstellungsvorrichtung transportiert zur Herstellung eines 25,4 cm χ 2,54 cm (10 inch χ 1 inch) großen Mattenprodukts. Die Glasfasern in dieser Matte waren sehr gleichmäßig verteilt. Nach der Herstellung wurde die Matte sorgfältig mit einem Harnstoff-Formaldehyd-Harz behandelt und auf übliche Weise gehärtet. Das fertige Mattenprodukt hatte einen Fasergehalt von 85 % und es enthielt 15 % Harz. Die Faserdichte betrug 0,91 kg (2 lbs)/9,3 m² (TOO ft.²) Mattenfläche.

Beispiel 5

Das Verfahren des Beispiels 4 wurde mit der Verbindung 1 unter Verwendung von 3,5 g Glasfasern wiederholt. Die dabei erhaltene Matte hatte eine Dichte von 0,454 kg (l lb)/9,3 m² (lOO ft.²) Mattenfläche und sie wies eine gleichmäßige Verteilung und eine Anordnung der darin enthaltenen Fasern in vielen Richtungen auf.

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-32 -

Beispiel 6

Das Beispiel 4 wurde wiederholt unter Verwendung von 14 g Glasfasern anstelle von 7 g Glasfasern. Die gebildete Matte hatte eine Dichte von etwa 1,82 kg (4 lbs)/?,3 m² (100 ft.²) und auch sie war von ausgezeichneter Qualität.

Beispiel 7

In dem nachfolgend beschriebenen Beispiel wurde eine konventionelle Pilot-Produktionseinheit verwendet. Es wurde eine 0,5 ^ige Glasfaserdispersion in einem Mischbehälter hergestellt unter Verwendung einer Lösung, die 20 ppm der oberflächenaktiven Verbindung 1 enthielt. Diese Dispersion wurde in die Staukammer der Pilotvorrichtung gepumpt und gleichzeitig wurde sie mit einer frischen Lösung mit 20 ppm des oberflächenaktiven Mittels 1 in Wasser verdünnt zur Erzielung einer End-Glaskonsistenz in der Staukammer von 0,14 %, Diese verdünnte Dispersion wurde dann auf einem sich bewegenden perforierten Band in einer solchen Rate verteilt, daß eine Matte mit 0,91 kg (2 lbs) Fasern/9,3 m² (lOO ft.²) erhalten wurde. Die auf diese Weise hergestellte Matte war von ausgezeichneter Qualität, was die Gleichmäßigkeit der Faserverteilung und die Faseranordnung anbetraf. In der Vorrichtung wurde keine Schaumbildung bei der in dem Verfahren verwendeten Konzentration des oberflächenaktiven Mittels festgestellt,

Beispiel 8

Dieser Versuch wurde durchgeführt unter Verwendung von Wasser mit

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- 23 -

einer Härte von 300 ppm, von 10 ppm der oberflächenaktiven Verbindung 1 und genügend M-Glasfasern (einer Länge von 0,64 bis 3,18 cm (0,25 bis 1,25 inch) zur Erzielung einer Matte mit einer Dichte von etwa 0,91 kg (2 lbs)/9,3 m² (100 ft. ). Die Produktionsrate betrug 163,2 m (535 ft.)/Min. Die Matte wurde dann mit einem Harnstoff-, Formaldehyd-Bindemittel (15 %, bezogen auf das Gewicht der Matte) ' behandelt und gehärtet zur Herstellung eines fertigen Mattenproduktes mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften und einer ausgezeichneten Faserverteilung.

Beispiel 9

Gefäße aus gewalztem Kohlenstoffstahl (von jeweils etwa 15g) wurden gewogen und in 225 ml reines Leitungswasser (mit 50 ppm CaGO--Härte) und in 200 ppm der oberflächenaktiven Verbindung 1 enthaltendes Leitungswasser eingetaucht. Nach 120 Stunden bei Raumtemperatur wurden die Behälter herausgenommen, gewaschen und erneut gewogen. Die Lösungen wurden auf ihren Eisengehalt hin analysiert. Die Ergebnisse der Versuche sind in der folgenden Tabelle V angegeben.

Tabelle V

Lösung Gewichtsverlust des Be- Eisengehalt in der

hälters nach 120 Std. in % Lösung nach 120 Std,

nur Wasser 0,17 80

Wasser, das 200 ppm der
oberflächenaktiven Verbindung 1 enthielt 0,12 44

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Die Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäß verwendeten oberflächenaktiven Mittel die für die Mattenherstellung verwendete Stahlvorrichtung nicht korrodieren.

B) Vergleichsbeispiele mit anderen oberflächenaktiven Mitteln Beispiel 10

Das Beispiel 4 wurde wiederholt unter Verwendung der oberflächenaktiven Verbindung 5 anstelle der oberflächenaktiven Verbindung 1. Die Matte hatte eine nicht akzeptable Qualität, wobei eine beträchtliche Verklumpung der Fasern in verschiedenen Bereichen auftrat.

Beispiel 11

Das Beispiel 9 wurde wiederholt unter Verwendung der oberflächenaktiven Verbindung 5 in einer Konzentration von 100 ppm. Die Qualität der Matte war immer noch nicht akzeptabel mit Bereichen mit einer beträchtlichen Faserverklumpung und einer verhältnismäßig schlechten Faserverteilung.

Beispiel 12

Das Beispiel 10 wurde wiederholt unter Verwendung der oberflächenaktiven Verbindung des Beispiels 11 anstelle der oberflächenaktiven Verbindung des Beispiels 5. Auch hier hatte die Matte eine nicht akzeptable Qualität.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bestimmte

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bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß'sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

patentanwäute: λ. grunecker

H. KINKEUDEY

DR-ING.

W. STOCKMAlR

Oft - ΙΝα ■ AaE'CALTECH

K. SCHUMANN

DR RER NAT - OPU-PHYS

P. H. JAKOB

DlPU-INa

G. BEZOUD

DR HERNAT- DIPU-CH6VI

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 13 214

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Glasfaserdispersion bei der Herstellung von gleichmäßigen Glasmatten nach dem Naßauftragsverfahren, dadurch gekennzeichnet , daß man die Fasern in einem wäßrigen Medium mischt mit einem Aminoxid oberflächenaktiven Mittel der allgemeinen Formel

^R2

worin R,, R« und R,,, die gleich oder voneinander verschieden sind, ausgewählt werden aus der Gruppe der substituierten oder unsubstituierten aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffreste,

die 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthalten, wobei R-, R und R_
2. ο

gemeinsam etwa 14 bis etwa 40 Kohlen stoffatome enthalten.

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TELEFON (OSO) 333363 TELEX OB-3O38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIEREF1

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

ein Aminoxid-oberflächenaktives Mittel der in Anspruch 1 angegebenen Formel verwendet, worin R,, R~ und R„ aliphatische Reste darstellen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aliphatischen Reste ausgewählt werden aus unsubstituierten und substituierten Alkyl- und Hydroxyalkylresten.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste R-,, R« und R_ gemeinsam etwa 18

bis etwa 24 Kohlenstoffatome enthalten.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Reste R,, R« und R-

eine niedere Alkyl- oder Hydroxyniedrigalkylgruppe und mindestens
einer dieser Reste eine langkettige Alkyl- oder alkylsubstituierte Gruppe bedeuten.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aminoxid in einer Menge von etwa δ

bis etwa 500 ppm, bezogen auf die wäßrige Dispersion, verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man
das Aminoxid in einer Menge von etwa 10 bis etwa 25 ppm verwendet.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern in einer Konsistenz von etwa
0,001 bis etwa 3,0 %, bezogen auf die Dispersion, vorliegen.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsistenz etwa 0,05 bis etwa 1 % beträgt.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Aminoxid hydriertes Dimethyltalgaminoxid verwendet.
Π· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Aminoxid Dimethylstearylaminoxid verwendet.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Aminoxid Dimethylhexadecylaminoxid verwendet.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Aminoxid Bis(2-hydroxyäthyl)-talggminoxid verwendet.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis I3_f dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Fasern eine Länge von etwa 0,64 bis etwa 7,62 cm (0,25 bis 3 inches) haben.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Fasern einen Durchmesser von etwa 3 bis etwa 20 Mikron haben.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15,

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dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Glasfasern zuerst mit dem Aminoxid der in Anspruch 1 angegebenen Formel überzieht und

b) dann die auf diese Weise überzogenen Fasern einem wäßrigen Medium zugibt zur Herstellung der gewünschten Dispersion.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daB man die Fasern mit etwa 0,01 bis etwa 1 Ge\i.r% Aminoxid überzieht.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern mit 0,025 bis 0,25 Gew.-7° Aminoxid überzieht.
19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion durch ein mattenbildendes Sieb passiert zur Herstellung der gewünschten gleichmäßigen Glasfasermatte.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man weiterhin

a) die Matte trocknet und

b) die Matte mit einem Bindemittel härtet zur Herstellung eines fertigen Mattenproduktes einer hohen Qualität.
21. überzogene Glasfasern, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthalten oder bestehen aus

a) Glasfasern und

b) einem Überzug darauf aus einem Aminoxid-oberflächenaktiven Mittel der in Anspruch 1 angegebenen Formel.

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22. überzogene Glasfasern nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Aminoxids in dem Überzug etwa 0,01 bis etwa 1 Gew.-??, bezogen auf das Gewicht der Fasern, beträgt.
23. Wäßrige Glasfaserdispersionszubereitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält oder besteht aus

a) zerhackten Glasfasern und

b) einem Aminoxid der in Anspruch 1 angegebenen Formel in einem Wassermedium.
24. Zubereitung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Aminoxid in einer Menge von etwa 5 bis etwa 500 ppm, bezogen auf die Zubereitung, enthält.
25. Zubereitung nach Anspruch 23 und/oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Glasfasern in einer Faserkonsistenz von etwa 0,001

bis etwa 3,0 %, bezogen auf die Zubereitung, enthält.

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