DE2407359A1

DE2407359A1 - Verfahren zur herstellung von diskontinuierlichen fibrillen

Info

Publication number: DE2407359A1
Application number: DE19742407359
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Pleska
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1973-03-12
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1974-09-19
Also published as: FR2221543A1; RO85297A2; NL7402741A; SU485600A3; JPS49124324A; AR201133A1; GB1416416A; IE38989L; IT1012545B; BR7401714D0; IE38989B1; AU6561774A; FR2221543B1; ES423111A1; DD110309A5; RO85297B1

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ING. A. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER

21 HAMBURG 90 8 MÜNCHEN 80

WILSTO RFER STR 32 TEL. (040) 770861 LUCILE-GRAHN-STR. 22 · TEL. COS 111 47 29

München, 28. Januar 1974 Cas S.75/9-59 Comb.

SOLYAT & CIE.

33 rue du Prince Albert, Brüssel, Belgien

Verfahren zur Herstellung von diskontinuierlichen librillen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von diskontinuierlichen Fibrillen durch plötzliches Entspannen eines flüssigen Zweiphasengemisch.es aus geschmolzenem PoIymerem und Lösungsmittel, welches sich auf erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur befindet.

Es sind bereits Arbeitsweisen zur Herstellung von kontinuierlichen, f!brillierten Strukturen oder Vorgarnen bekannt. Solche kontinuierlichen Strukturen sind als solche sehr schwierig, hauptsächlich wegen ihres äußerst großen Volumens und der Geschwindigkeit, mit welcher sie hergestellt werden, einzusetzen. Dies ist der Grund dafür, daß man sie, um sie in wirtschaftlicher Weise einsetzen zu können, zunächst einer Zerstückelung unterwirft,

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DEUTSCHE BANK AC. HARBURG 93/20813 POSTSCHECK! HAMBURG 117320-206

TELEGRAMME: LEDERERPATENT MÖNCHEN

welche ihre Abmessungen vermindert, jedoch für ihre physikalischen Eigenschaften schädlich ist und hohe Anlagevermögen und einen wesentlichen Energieverbrauch mit sich bringt..Aus diesem Grunde wurden bereits Verfahren entwickelt, um direkt diskontinuierliche I'ibrillen zu erhalten. In der belgischen Patentschrift 787 032 der Anmelderin ist eine -Arbeitsweise zur Herstellung von diskontinuierlichen Fibrillen beschrieben, bei welcher das Zweiphasengemisch, unmittelbar bevor es der plötzlichen Entspannung unterworfen wird, in einem Zusatzfluid dispergiert wird. In der belgischen Patentschrift 787 033 der Anmelderin ist eine Arbeitsweise zur Herstellung von diskontinuierlichen i'ibrillen beschrieben, bei welcher die durch die plötzliche Entspannung des Zweiphasengemisches gebildete, fibrillierte Struktur im gleichen Augenblick seiner Bildung durch eine Querströmung eines Fluides zerhackt bzw. zerstückelt wird.

Obwohl die Technik zur Herstellung von diskontinuierlichen 5'ibrillen durch diese Arbeitsweisen sehr verbessert wurden, wiesen diese dennoch einige schwerwiegende Nachteile auf. Der erste Nachteil besteht darin, daß sehr große Mengen von Zusatzfluid zur Herbeiführung eines ausreichenden Zerhackens bzw. Zerstückeins angewandt werden müssen.

Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß die auf diese Weise hergestellten, diskontinuierlichen i'ibrillen für den größeren Teil der Anwendungen nicht ausreichend regelmäßig sind: ihre Längen weisen, bezogen auf den Mittelwert, zu große Abweichungen auf.

Ein dritter Nachteil liegt darin, daß diese Arbeitsweisen nicht in reproduzierbarer Weise die Herstellung von diskontinuierlichen Fibrillen mit einer vorgegebenen Länge ermöglichen, welche für eine vorgegebene Anwendung bestimmt sind, und insbesondere nicht von sehr kurzen Fibrillen.

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Überraschenderweise wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von diskontinuierlichen Fibrillen gefunden, welches diese Nachteile nicht aufweist.

Die Erfindung betrifft daher -ein Verfahren zur Herstellung von diskontinuierlichen Fibrillen durch plötzliche Entspannung eines flüssigen Zweiphasengemisches, welches geschmolzenes Polymeres und Lösungsmittel enthält und sich auf erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck befindet, wobei das Lösungsmittel augenblicklich verdampft und das Polymere verfestigt werden, wobei sich dieses Verfahren dadurch auszeichnet, daß das flüssige Zweiphasengemisch durch Ausstoßen durch.eine öffnung mit großer Geschwindigkeit unter Bildung eines Ausstoßkegels entspannt wird und daß der Ausstoßkegel zerstäubt wird..

Unter der Bezeichnung "diskontinuierliche iTbrillen" sind in der Beschreibung längliche, fibrillierte Strukturen zu verstehen, welche durch sehr dünne Einzelfäden mit einer Dicke in der Größen-'Ordnung von Mikron gebildet werden und untereinander unter. Bildung eines dreidimensionalen Netzes verbunden sind. Diese Fibrillen, welche ein flockenartiges Aussehen besitzen, besitzen eine im allgemeinen längliche Form. Ihre Länge variiert von etwa 0,5 mm bis 5 cm, und ihr Durchmesser ungefähr von 0,01 bis 5 mni. Die spezifische Oberfläche solcher Produkte ist sehr hoch: sie liegt ob.erhalb von 1 m /g, und in vielen Fällen oberhalb von 10 m/g. Solche Fibrillen bilden ein ausgezeichnetes Ausgangsmaterial zur Herstellung von nicht gewobenen Textilien (Vliesen) und synthetischen Papieren nach an sich bekannten Verfahrensweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Einsatz eines beliebigen Polymeren durchgeführt werden, welches zur Bildung von Zweiphasengemischen - die später noch näher erläutert werden - in der Lage ist.

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Im allgemeinen sind alle Polymeren,welche zu Fäden versponnen werden können, für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Als Beispiele seien genannt: Polyolefine, Polyamide, thermoplastische Polyester, Polyurethane, Viny!polymere, z. B. Polymere auf Grundlage von Vinylchlorid, Vinylacetat oder Vinylidenfluorid, sowie Acrylpolymere, z. B. Polymere von Acrylnitril oder Methylacrylat.

Jedoch wird die Verwendung von kristallinen Polymeren bevorzugt, deren Kristallinitätsgrad, gemessen durch Röntgenbeugung, oberhalb von 10 % und vorzugsweise oberhalb von 20 % liegt. Das Strecken, welchem die sehr dünnen, die Fibrillen bildenden Einzelfäden bei der sofortigen Verdampfung des Lösungsmittels unterworfen sind, erteilt ihnen wegen des plötzlichen Freisetzens der Lösungsmitteldämpfe eine orientierte Struktur, wenn sie aus einem kristallinen Polymeren gebildet werden, und damit merklich bessere, mechanische Eigenschaften.

Die besten Ergebnisse werden mit kristallinen Polyolefinen erhalten. Unter diesen werden am häufigsten Polymere mit im wesentlichen linearer Struktur verwendet, welche wenigstens 50 Mol.-% eines alpha-Olefins mit 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten. Beispiele hierfür sind Polyäthylen hoher Dichte und isotaktisches Polypropylen, die im Handel ohne weiteres erhältlich sind, ebenso isotaktisches Polybuten-(i) und isotaktisches Poly-4-methylpenten, welche in einem viel geringeren Maßstab hergestellt werden.

Das Lösungsmittel, welches der andere Bestandteil des Zweiphaserigemisches ist, wird im allgemeinen in Abhängigkeit von der Art des eingesetzten Polymeren wie auch der folgenden Kriterien ausgewählt. Vorzugsweise soll es normalerweise das Polymere nicht auflösen: es darf nicht mehr als 50 g/l und vorzugsweise nicht mehr als 10 g/l Polymeres bei normalen Temperatur- und Druckbedingungen (20 ⁰C und 1 atm) auflösen. Zweitens ist es vorteilhaft,

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wenn sein Siedepunkt niedriger liegt als die Temperatur, "bei welcher das Polymere plastisch verformt v/erden kann: es soll eine Siedetemperatur bei Normaldruck um mehr als 20 ⁰C unterhalt und vorzugsweise mehr als 40 ⁰C unterhalb der Verformungstemperatur des Polymeren aufweisen. Darüber hinaus muß es die Ausbildung eines flüssigen Zweiphasengemisches - wie es im folgenden noch näher erläutert wird - unter den Temperatur- und Druckbedingungen ermöglichen, welche seine sofortige Verdampfung und die Verfestigung des Polymeren ermöglichen.

Unter den zahlreichen, anwendbaren Lösungsmitteln seien insbesondere genannt: aliphatisch^ Kohlenwasserstoffe, z. B. n-Butan, n-Pentan, η-Hexan, n-Heptan und n-Octan sowie deren Isomere, cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, z. 3. Cyclohexan und Methylcyclohexan, aromatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Benzol, Toluol und Xylol, Halogenalkane, z,- B. Chlormethane, Chlorfluormethane, Chloräthane und Chlorfluoräthane, Alkohole, Ketone, Ester, Amide, Nitrile und Äther.

Wenn ein aus kristallinen Polyolefinen ausgewähltes Polymeres eingesetzt wird, wird erfindungsgemäß die Verwendung eines Lösungsmittels bevorzugt, das aus aliphatischen und cycloaliphatischen, 4 bis 8 Kohlenstoffatome enthaltenden Kohlenwasserstoffen ausgewählt wird, z. B. Hexan und Cyclohexan technischer Qualität.

Im folgenden wird der in der Beschreibung verwendete Ausdruck "flüssiges Zweiphasengemisch" näher erläutert.

Wenn man auf ein Gemisch aus Polymerem und einem geeigneten Lösungsmittel mit geeigneter Konzentration an Polymerem, welches sich auf einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Polymeren befindet, einen sehr hohen Druck anlegt, beobachtet man, daß das Gemisch in Form einer einzigen, homogenen, flüssigen Phase vorliegt. Wenn man anschließend unter Konstanthaltung aller

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anderen Bedingungen fortschreitend den Druck erniedrigt, beobachtet man, daß die einzige, homogene, flüssige Phase von einem bestimmten, mit dem jeweiligen Fall variablen Druck sich infolge des Auftretens eines Systems mit zwei flüssigen Phasen trübt, wobei dieses System durch eine flüssige, kontinuierliche, an Polymerem reiche Phase gebildet wird, in welcher Tröpfchen einer flüssigen, an Polymeren! armen Phase dispergiert sind. Der Druckwert, wc diese Erscheinung auftritt, kann leicht auf experimentellem Weg für verschiedene Werte der Temperatur und der Konzentration an Polymerem bestimmt· werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren reicht es aus, den Druck des der plötzlichen Entspannung unterworfenen Gemisches derart auszuwählen, daß sie in Form eines flüssigen Zweiphasengemisches vorliegt. Dasselbe gilt für- die Temperatur und die Konzentration an Polymerem.

Eine bequeme Verfahrensweise!) es teilt darin, ein flüssiges Einphasengemisch unter konstanten Bedingungen der Polymerenkonzentration, der Temperatur und des Druckes herzustellen, dann eine Vorentspannung des Gemisches unter konstanten Bedingungen vorzunehmen, um das Auftreten des Zweiphasensystems hervorzurufen, und anschließend die plötzliche Entspannung kurze Zeit später durchzuführen.

Die Temperatur des flüssigen, der plötzlichen Entspannung unterworfenen Zv/eiphasengemisches muß derart sein, daß die in latenter Form durch das Lösungsmittel und das geschmolzene Polymere gespeicherte Wärme ausreicht, um die vollständige Verdampfung des Lösungsmittels nach der plötzlichen Entspannung sicherzustellen; die Temperatur muß daher oberhalb eines Minimalwertes liegen. Sie darf jedoch nicht einen maximalen Wert übersteigen, da sonst die durch die vollständige Verdampfung des Lösungsmittels verbrauchte Wärmemenge nicht ausreichend groß ist, um eine ausreichende Temperatur ab Senkung hervorzurufen, wodurch die sofortige Verfestigung

des Polymeren herbeigeführt wird. Ferner muß die Temperatur auch ausreichend hoch sein, um die Bildung des flüssigen Zweiphasengemisches aus Lösungsmittel und geschmolzenem Polymerem zu ermöglichen. Schließlich muß sie selbstverständlich unterhalb der kritischen Temperatur des Lösungsmittels liegen.

Im allgemeinen wird das Arbeiten bei einer Temperatur zwischen 100 ⁰G und 300 ⁰C und vorzugsweise zwischen 125 ⁰C und 250 ⁰C bevorzugt.

Die Polymerenkonzentration des flüssigen Zweiphasengemisches wird ebenfalls so ausgewählt, daß die Herstellung dieses Gemisches, das vollständige Verdampfen des Lösungsmittels und die Verfestigung des Polymeren möglich ist. Sie variiert in starkem Kaße in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des Polymeren und des Lösungsmittels. Im allgemeinen liegt sie zwischen 1 und 500 g pro kg des Gemisches. Jedoch wird der Einsatz von Gemischen bevorzugt, die 10 bis 300 g Polymeres pro kg Lösungsmittel und insbesondere 50 bis 200 g/kg enthalten. Außer Polymeren und Lösungsmittel, welche jedoch auch alleine vorliegen oder selbst Gemische sein können, kann das flüssige Zweiphasengemisch darüber hinaus auch übliche Zusatzstoffe für Polymere wie Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, antistatische Mittel, oberflächenaktive Stoffe/ Verstärkungsmittel, Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe und keimbildende Mittel enthalten, vorausgesetzt, daß diese nicht die Bildung des Gemisches, die sofortige Verdampfung des Lösungsmittels und die Verfestigung des Polymeren beeinträchtigen.

Für jeden besonderen Fall soll daher ein die oben angegebenen Merkmale erfüllendes Lösungsmittel ausgewählt und anschließend die Polymerenkonzentration, der Druck und die Temperatur des flüssigen Zweiphasengemisches, welches der plötzlichen Entspannung unterworfen wird, ausgewählt werden. Eine solche Bestimmung kann leicht auf experimentellem Wege unter Berücksichtigung der oben

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angegebenen, numerischen Werte erfolgen. Die Verfahrensbedingungen sind dieselben, wie sie an flüssigen Zweiphasengemischen durchgeführt wurden, welche gemäß dem Stand der Technik zur Herstellung von kontinuierlichen Fibrinensträhnen angewandt wurden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die flüssigen Zwei-•phasengemische einer plötzlichen Entspannung unterworfen, d. h. der Druck wird plötzlich von dem sehr hohen Wert, auf welchem sie sich zu Beginn befinden, auf einen Wert nahe dem atmosphärischem Druck entspannt. Dieser Druck nach der Entspannung liegt vorzugsweise unterhalb von 3 kg/cm absolut. Die Dauer .der Entspannung ist sehr kurz, vorzugsweise unterhalb von 1 Sekunde.

Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung besteht darin, die Entspannung durchzuführen, indem das flüssige Zweiphasengemisch durch eine öffnung mit großer Geschwindigkeit derart ausgestoßen wird, daß ein aus dem der Spannung unterworfenen, flüssigen Zweiphasengemisch gebildeter Ausstoßkegel erzeugt wird. Wegen des großen Unterschiedes, der zwischen dem Anfangsdruck des flüssigen Zweiphasengemisches und dem Druck nach der Entspannung besteht, reicht es im allgemeinen aus, das flüssige Zweiphasengemisch durch eine entsprechend dimensionierte Öffnung durchzuführen, welche die Verbindung zwischen dem Behälter, in welchem sich das Zweiphasengemisch vor der Entspannung befindet, und dem Behälter, in welchem die diskontinuierlichen Fibrillen und die Lösungsmitteldämpfe aufgenommen werden und welcher sich auf einem Druck nahe dem atmosphärischen Druck befindet, sicherstellt.

Am Austritt der öffnung veranlaßt das Gemisch wegen seiner hohen Geschwindigkeit das Auftreten eines sogenannten "freien Strahls", siehe John H. Perry, Chemical Engineers' Handbook, 1963, Abschn.^ Seite 18. Da das Ausstoßen mit großer Geschwindigkeit erfolgt, handelt es sich um einen freien Strahl mit turbulenter Strömung. Entsprechend der Theorie der freien Strahle mit turbulenter

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Strömung bildet sich am Austritt der Öffnung ein Ausstoßkegel, in welchem sich das flüssige Zweiphasengemisch mit annähernd derselben Geschwindigkeit wie in der Öffnung verschiebt. Jedoch befindet sich das flüssige, in dem Ausstoßkegel befindliche Zweiphasengemisch nicht mehr im Gleichgewicht als Folge der Druckherabsetzung. Wenn man den Ausstoßkegel nicht zerstäubt, bevor der freie Strahl hat beginnen können, sich auszubreiten, verdampft das Lösungsmittel und bildet ein sehr großes Gasvolumen. Gleichzeitig verfestigt sich das Polymere unter Entstehung einer f!brillierten Struktur, welche sich in Form einer Birne unter dem Einfluß der Lösungsmittel, welche entweichen, ausbreitet, und sich anschließend in Form einer kontinuierlichen, fibrillierten Strähne zusammenzieht.

Alle diesen Erscheinungen sind schematisch in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt, in welcher im Schnitt ein mit großer Geschwindigkeit in die Atmosphäre durch eine kreisförmige Öffnung ausgestoßenes, flüssiges Zweiphasengemisch dargestellt ist.

Die Höhe des Ausstoßkegels ist maximal dem etwa 5-fachen des Durchmessers gleich, falls es sich um eine kreisförmige Öffnung handelt, und 5-fach der Dicke, falls es sich um einen endlosen Schlitz handelt. Die Querschnittsform der Öffnung kann beliebig sein, jedoch wird es aus Einfachheitsgründen vorgezogen, öffnungen mit kreisförmigem Schnitt zu verwenden. Der Schnitt der Öffnung muß solche Abmessungen aufweisen, daß die mittlere Geschwindigkeit des flüssigen Zweiphasengemisches in der Öffnung oberhalb von 50 m/sec und vorzugsweise oberhalb von 75 m/sec liegt. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Geschwindigkeit oberhalb von 100 m/sec liegt. Im allgemeinen werden solche Geschwindigkeiten mit öffnungen erreicht, deren Durchmesser (oder deren hydraulischer Durchmesser im Falle von Öffnungen mit nicht kreisförmigem Querschnitt) zwischen 0,1 und 3 mm und vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,2 mm liegt, und deren Verhältnis von

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Länge/Durchmesser zwischen 0,1 und 10 und vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 liegt.

Das zweite wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, den Ausstoßkegel derart zu zerstäuben, daß er in Tröpfchen von flüssigem Zweiphasengemisch dispergiert wird, wobei jedes Tröpfchen die Bildung einer diskontinuierlichen Fibrille veranlaßt. Es ist wesentlich, daß die Zerstäubung des Ausstoßkegels an einer Stelle stattfindet, an der das Lösungsmittel noch keine Zeit zum Verdampfen gefunden hat, d. h. sehr nahe bei der .Öffnung. Auf diese Weise wird flüssiges Zweiphasengemisch, welches noch die anfängliche Morphologie besitzt, zerstäubt. Der Abstand von der öffnung, bei welcher die Zerstäubung durchgeführt wird, liegt unterhalb von 0,25 mm, vorzugsweise unterhalb von 0,10 mm. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn hier praktisch ein Eontakt vorliegt.

Zahlreiche Mittel bzw. Vorrichtungen können angewandt werden, um den Ausstoßkegel zu zerstäuben. Beispielsweise kann man, wie bei den klassischen Zerstäubern, ein Fluid unter Druck verwenden. Diese Ausführungsform weist jedoch den Nachteil auf, daß sie zufallsbedingt ist und keine Fibrillen mit regelmäßigen Abmessungen ergibt. Daher wird es erfindungsgemäß bevorzugt, die Zerstäubung des Ausstoßkegels durch mechanische Vorrichtungen sicherzustellen.

Zahlreiche Ausführungsformen können zur Durchführung der Zerstäubung des Ausstoßkegels durch mechanische Vorrichtungen angewandt werden. Eine Ausführungsform besteht- darin, den Fluß des flüssigen Zweiphasengemisches durch eine Hochfrequenzvorrichtung, ζ. Β. eine durch einen piezoelektrischen Quarz gesteuerte Vorrichtung, zu durchtrennen. Eine andere Ausführungsforia besteht darin, den Ausstoßkegel auf eine sich mit großer Geschwindigkeit drehende Scheibe zu schleudern, so daß der Kegel unter dem Einfluß der

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Zentrifugalkraft mit Hilfe einer Vorrichtung zerstäubt liird, welche der beim sogenannten "Zerstä;±)ungstrocknen" verwendeten Vorrichtung analog ist, siehe John H. Perry, Chemical Engineers' Handbook, 1963, Abschn. 20, Seite 58.

Eine dritte Ausführungsform,' welche.erfindungsgemäß bevorzugt ist, besteht darin, den Ausstoßkegel mit hoher Frequenz mit einer Vorrichtung zu durchtrennen, welche in Querrichtung, bezogen auf die Flußrichtung, wirkt. Hierzu kann man gemäß einer ersten Abänderung dieser Ausführungsform eine Rotationsvorrichtung verwenden, welche sich um eine zur Richtung des Flußes parallele Achse dreht, und mit beliebigen Schneidblättern versehen ist, welche sich radial erstrecken, so daß der Ausstoßkegel ausreichend nahe bei der Öffnung durchstoßen wird. Vorzugsweise ist die Zahl der Schneidblätter hoch, um die Frequenz des Durchtrennens zu erhöhen.

Gemäß einer zweiten, bevorzugten Variante dieser Ausführungsform kann- die Eotationsvorrichtung durch ein gezahntes Rad gebildet werden, welches sich mit großer Geschwindigkeit um eine zur Richtung des Flusses, welcher sich aus der Entspannungsöffnung ergießt, parallele Achse oder eine zu dieser Richtung senkrechte Achse dreht.

Wenn sich das gezahnte Rad um eine zur Richtung des vorgenannten Flusses parallele Richtung dreht, ist es ratsam, es so anzuordnen, daß seine Zähne nacheinander gegenüber der Entspannungsöffnung vorbeilaufen. Vorzugsweise soll jeder Zahn aufeinanderfolgend die Entspannungsöffnung vollständig bedecken und sie anschließend vollständig freigeben.

Die Form der Zähne kann beliebig sein, und sie können radial oder geneigt sein. Die Wahl der Merkmale des gezahnten Rades kann durch Versuche erfolgen, um für jede eingesetzte Art von Polymerem die Parameter zu bestimmen, welche zu Fibrillen mit vorzüglicher Qualität führen.

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Das gezahnte Rad kann sich auch mit großer Geschwindigkeit um eine zur Richtung des Flusses, der sich aus der Entspannungsöffnung ergießt, senkrechten Achse drehen. In diesem Fall muß das gezahnte Rad eine Dicke bzw. Stärke besitzen, welche wenigstens gleich der größten Abmessung der Entspannungsöffnung ist, und vorzugsweise soll seine Drehachse die Achse der Entspannungsöffnung unterschneiden. Auf diese Weise arbeitet das gezahnte Rad in gleicher Weise wie eine Fräse, und der Ausstoßkegel wird durch die Kämme der nacheinanderfolgenden Zähne durchstoßen.

Unabhängig von der verwendeten Variante dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, eine erhöhte Frequenz des Durchtrennens bzw. Durchstoßens sicherzustellen. Diese liegt im allgemeinen oberhalb von 5000 Stößen/sec und vorzugsweise oberhalb von 10 000 Stößen/sec. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Frequenz oberhalb von 50 000 Stößen/sec liegt. Daher ist es vorteilhaft, den verwendeten Vorrichtungen eine.hohe Drehgeschwindigkeit zu erteilen: oberhalb von 10 000 Upm und vorzugsweise oberhalb von 25 000 Up in. Solche Dreh- bzw. Rotationsgeschwindigkeiten können mit Hilfe von speziellen Elektromotoren oder auch mit Hilfe von Turbinen erreicht werden. Ferner können sie mit Hilfe von Einrichtungen wie Frequenzreglern gesteuert werden. Solche hohen Geschwindigkeiten ermöglichen es, die Anzahl der Schneiden oder Zähne der verwendeten Vorrichtungen zu beschränken und damit ihren Durchmesser auf einem annehmbaren Wert zu halten.

Mit den zuvor beschriebenen, unterschiedlichen Vorrichtungen ist es möglich, die Länge der Fibrillen beliebig zu variieren, indem die verschiedenen Parameter, wie die Drehgeschwindigkeit der verwendeten Vorrichtungen, die Anzahl der Schneiden oder Zähne, das Profil und die Tiefe der Zähne verändert wird/werden. Kit solchen Vorrichtungen ist es ferner möglich, kurze Fibrillen von ausgezeichneter Qualität und vorbestimniter, konstanter Länge herzustellen.

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Bei der Verwendung der drei, zuvor beschriebenen Vorrichtungen wurde gefunden, daß es unerläßtlich ist, daß der Stoß bzw.
Schlag zwischen den Schneiden oder den Zähnen und der Strömung aus der Entspannungsöffnung auf der Höhe des Ausstoßkegels erfolgt. Tatsächlich wurde gefunden, daß, wenn der Stoß bzw. Schlag in einem größeren Abstand von der Öffnung als der durch den Ausstoßkegel erreichten Höhe erfolgt, z. B. mehr als dem 8-fachen des Öffnungsdurchmessers, das Durchstoßen bzw. Durchtrennen an bereits verfestigtem Polymerem durchgeführt wiid, welche sich
unter dem Einfluß dieses Schlages bzw. Stoßes verdichtet, wobei wenig brauchbare, dichte Pailletten gebildet werden. Diese
Pailletten sind überhaupt nicht mehr fibrilliert, werden nicht mehr durch sehr dünne Einzelfäden, welche ein dreidimensionales Netzwerk bilden, gebildet, und sie weisen keine große, spezifische Oberfläche mehr auf.

Es wurde gefunden, daß bei Veränderung der Art des eingesetzten Polymeren und der Entspannungsbedingungen des flüssigen Zweiphasengemisches die Höhe des Ausstoßkegels innerhalb großer
Grenzwerte variieren kann, wobei jedoch eine Höhe gleich dem
5-fachen des Durchmessers oder der Stärke der Entspannungsöffnung nicht überschritten wird.

Um eine konstante Produktion mit guter Qualität herzustellen,
wurde gefunden, daß der Abstand zwischen der Entspannungsöffnung und der Durchstoßungsstelle immer so gering wie möglich sein
sollte.

Wie bereits zuvor beschrieben, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die wirtschaftliche Herstellung von diskontinuierlichen, sogar sehr kurzen Fibrillen, welche eine ausgezeichnete fiegelmäßigkeit aufweisen. Die Verwendung solcher kurzen Fibrillen ist besonders auf dem Gebiet der Herstellung von partiell oder vollständig synthetischem Papier nach üblichen Papierherstellungsverfahren vorteilhaft wegen der starken Erleichterung bei der

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Überführung in wäßrige Suspension und der Ausrüstung.

Die verschiedenen, erfindungsgeinäßen Verfahrensweisen zum Zerhacken sind im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; die Figuren stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schnittes, welcher das Ausstoßen eines flüssigen Zweiphasengemisches mit großer Geschwindigkeit durch eine kreisförmige Öffnung darstellt;

Fig. 2 eine schematische Teilschnittansicht einer Vorrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines Schneidrades geeignet ist, das sich um eine Achse parallel zur Richtung des die Entspannungsöffnung verlassenden Flusses dreht;

Fig. 3 eine schematische Teilschnittansicht einer Vorrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines gezahnten Eades geeignet ist, welches sich um eine Achse parallel zur Eichtung des die Entspannungsöffnung verlassenden Flusses dreht;

Fig. 4 eine Teilansicht von unten der in der Fig. 3 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Teilschnittansicht einer Vorrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines gezahnten Eades geeignet ist, das sich um eine Achse senkrecht zur Eichtung des die Entspannungsöffnung verlassenden Flusses dreht;

Fig. 6 eine Teilansicht des Profils der Vorrichtung von Fig. 5.

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In jeder Figur ist die Entspannungsdüse mit dem Bezugszeichen und die Dreheinrichtung für das Durchstoßen durch das Bezugszeichen 2 gekennzeichnet. Diese Figuren erklären sich von selbst, so daß eine eingehende Beschreibung nicht erforderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von praktischen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurde ein flüssiges Zweiphasengemisch aus Polyäthylen hoher Dichte (Produkt von Solvay & Cie. unter der Warenbezeichnung ELTEX A 1050) und technischem Hexan hergestellt. Das Gemisch enthielt 15 Gew.-% Polymeres. Seine Temperatur betrug 200 ⁰C

und sein Druck 60 kg/cm .

Das Gemisch wurde einer plötzlichen Entspannung unter Bildung eines Ausstoßicegels durch Durchleiten durch eine Öffnung mit kreisförmigem Querschnitt von 1 mm Durchmesser und 1mm Länge unterworfen. Die Entspannung wurde in einem Gehäuse bei atmosphärischem Druck durchgeführt.

Die Zerstäubung des Ausstoßkegels wurde unter Zuhilfenahme einer Drehvorrichtung durchgeführt, welche durch ein gezahntes Rad gebildet wurde, das sich um eine Achse parallel zur Richtung des die"Entspannungsoffnung verlassenden Flusses drehte, wie dies schematisch in Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

Die Bedingungen des Zerhackens waren folgende:

- Anzahl der Zähne des gezahnten Rades = 48

- Durchmesser des gezahnten Rades = 80 mm

- Tiefe der Zähne «= 6 mm

- Abstand Düse-gezahntes Rad = 0,05 mm

- Drehgeschwindigkeit des gezahnten Rades = 60 000 Upm

Beim Arbeiten unter diesen Bedingungen wurden Fibrillen mit einer praktisch gleichförmigen Länge von 3,7 ™>· erhalten.

4 0 9 3 3 8 / 0 9 4 B

Beispiel 2

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde genau wiederholt. Die Zerhackungsbedingungen waren jedoch folgende:

- Anzahl der Zähne des gezahnten Rades = 80

- Durchmesser des gezahnten Rades = ^O mm

- Tiefe der Zähne = 4 mm

- Abstand Düse-gezahntes Rad = 0,05 εη»ί

- Drehgeschwindigkeit des gezahnten Rades = 60 000 Upm

Beim Arbeiten unter diesen Bedingungen wurden Fibrillen mit einer praktisch gleichförmigen Länge von 2,2 mm erhalten.

Beispiel $

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde wiederholt. Jedoch wurde das Zerstäuben des Ausstoßkegels unter Zuhilfenahme einer Drehvorrichtung bewirkt, Vielehe durch ein gezahntes Rad gebildet wurde, das sich um eine Achse senkrecht zur Richtung des die Entspannungsöffnung verlassenden Flusses drehte, wie dies schematisch in den i'ig. 5 und 6 dargestellt ist. Die Bedingungen des Zerhackens waren folgende:

- Anzahl der Zähne des gezahnten Rades - = 120

- Durchmesser des gezahnten Rades = 80 mm

- Stärke des gezahnten Rades = 1,2 mm

- Tiefe der Zähne = 1,2 mm

- Abstand zwischen Düse und Kamm der Zähne = 0 mm (Kontakt)

- Drehgeschwindigkeit des gezahnten Rades = 60 000 Upm

Beim Arbeiten unter diesen Bedingungen wurden Fibrillen mit einer gleichförmigen Länge von 1,4 mm erhalten.

Beispiel 4

Die Arbeitsweise von Beispiel 3 wurde wiederholt. Die Bedingungen des Zerhackens waren jedoch folgende:

4 0 9 B ? 3 / 0 9 U f-

- Anzahl der Zähne des gesahnten Rades = 80

- Durchmesser' des gezahnten Rades = 50 mm

- Stärke des gezahnten Rades = 1,2 mm

- Tiefe der Zähne »= 1,2 mm -Abstand zwischen Düse und Kamm der Zähne = O mm (Kontakt)

- Drehgeschwindigkeit des gezahnten Rades = 60 000 Upm

Beim Arbeiten unter diesen Bedingungen wurden Fibrillen mit einer gleichförmigen Länge von 2 mm erhalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von diskontinuierlichen Fibrillen durch plötzliches Entspannen eines geschmolzenes Polymeres
und Lösungsmittel enthaltenden Zweiphasengemisches, welches sich auf erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur befindet, so daß das Lösungsmittel augenblicklich verdampft und das
Polymere verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Zweiphasengemisch durch Ausstoßen
durch eine Öffnung mit großer Geschwindigkeit unter Bildung eines Ausstoßkegels entspannt wird und daß der Ausstoßkegel zerstäubt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des flüssigen Zweiphasengemisches in der Öffnung auf oberhalb von 50 m/sec eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung verwendet wird, welche einen kreisförmigen Schnitt besitzt und einen Durchmesser zwischen 0,1 und 3 mm und ein Verhältnis Länge/Durchmesser zwischen 0,1 und 10 aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eich-

n e t, daß der Ausstoßkegel in einem Abstand von der Öffnung von unterhalb von 0,25 mm zerstäubt wird.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t, daß der Ausstoßkegel in einem Abstand von der Öffnung von unterhalb von 0,10 mm zerstäubt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßkegel durch mechanische Vorrichtungen zerstäubt wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßkegel mit großer Frequenz durch eine Vorrichtung durchstoßen wird, welche in Querrichtung zur

' Eichtung des Flusses wirkt.

8. Verfahren nach Anspruch'7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßkegel durch eine Vorrichtung durchstoßen wird, welche sich um eine Achse parallel zur Eichtung des Flusses dreht.

9· Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung verwendet wird, welche mit radialen Schneiden versehen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung verwendet wird, welche durch ein gezahntes Rad gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennz eichn e t, daß das gezahnte Rad derart angeordnet ist, daß seine Zähne nacheinander vor der Entspannungsöffnung vorbeilaufen.

12. Verfahren nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßkegel durch eine Vorrichtung durchstoßet wird, welche sich um eine Achse senkrecht zur Richtung des Flusses dreht, und daß die Vorrichtung durch ein gezahntes Rad gebildet wird.

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