FI71776B - Hartsimpregnerad fiberskiva och foerfarande foer dess framstaellning - Google Patents

Description

1 71776

Hartsilla kyllästetty kuitulevy ja menetelmä sen valmistamiseksi Tämä keksintö kohdistuu hartsilla kyllästettyihin kuitulevyi-hin.

Hartsilla kyllästetyt levyaineet, kuten kankaat, nukkalevyt, liimaamattomat ja täyteaineita sisältämättömät levyt ovat kaikki alalla hyvin tunnettuja. Nämä hartsilla kyllästetyt levyaineet ovat käyttökelpoisia useihin tarkoituksiin, mukaan lukien vinyylien ja vastaavien muodostama tekonahka, rakennus-levyaineet, kuten kuljetushihnat ja samantapaiset tuotteet.

Aiemmissa levyjen kyllästysmenetelmissä huokoinen aine kyllästetään tai päällystetään polymeerisellä hartsilla, kuten polyuretaanilla, vinyylillä tai samantapaisella aineella. Polyuretaanit ovat tulleet laajalti hyväksytyiksi päällystys- tai kyllästysseoksena, koska niillä on hyvin vaihtelevat kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet ja erityisesti niiden joustavuus ja kemiallinen vastustuskyky vaihtelevat suuresti. Huokoista levyainetta polymeerisellä hartsilla kyllästettäessä käytetään useita menetelmiä. Eräässä tällaisessa aiemmassa menetelmässä käytetään polymeeristä hartsia orgaanisessa liuotin järjestelmässä , jossa levyaine kastetaan liuokseen ja liuotin poistetaan siitä. Nämä liuotinjärjestelmät eivät ole suotavia, koska liuotin useissa tapauksissa on myrkyllinen ja on joko otettava talteen uudelleenkäyttöä varten tai hävitettävä. Nämä liuotinjärjestelmät ovat kalliita eivätkä välttämättä anna toivottua tuotetta, koska hartsi liuottimen haihduttua kyllästetystä huokoisesta levyaineesta pyrkii siirtymään, niin että huokoinen levyaine tulee epätasaisesti kyllästetyksi, jolloin 71776 hartsia on runsaasti levyaineen pintaa kohti eikä kyllästys ole tasainen.

Liuotinjärjestelmiin liittyvien ongelmien poistamiseksi on ehdotettu joitakin vesipitoisia polymeerisiä järjestelmiä. Muodostettaessa kyllästettyjä levyaineita vesipitoisilla polymeereillä kyllästämällä vesipitoinen osa on poistettava. Taaskin tarvitaan lämpöä, ja polymeeri siirtyy niinikään kyllästetyn levyaineen pinnoille.

Eräässä menetelmässä, jossa polyuretaaniliuoksia yhdistetään huokoisiin alustoihin, polymeeri levitetään orgaanisessa liuottimessa alustalle, kuten neuloilla lävistetylle polyesterilevylle. Polymeerialustayhdistelmä kastetaan sen jälkeen polymeerin orgaanisen liuottimen ja polymeerin sellaisen ei-liuottimen seoksella, joka ainakin osaksi sekoittuu liuottimeen, kunnes kerros on koaguloitunut toisiinsa yhdistettyjen mikrohuokosten muodostamaksi solurakenteeksi. Liuotin poistetaan päällystyskerroksesta yhdessä ei-liuottimen kanssa, niin että saadaan liuottimesta vapaa mikrohuokoi-nen kerros. Vaikka tämä menetelmä antaa polyuretaanilla kyllästetylle kankaalle hyväksyttäviä ominaisuuksia, sillä on osaksi orgaanisen liuotinjärjestelmän haitta käytettäessä suuritehoisia polyuretaaneja, jotka vaativat suhteellisen myrkyllisiä ja korkealla kiehuvia liuottimia. Eräs esimerkki tästä menetelmästä on esitetty US-patentissa 3 208 875.

Toisessa menetelmässä on ehdotettu polyuretaanidispersloita orgaanisissa liuottimissa, ja näitä on käytetty päällystämään huokosia alustoja, kuten esim. US-patentissa 3 100 721 esitetään. Tässä järjestelmässä dispersio levitetään alustalle ja koaguloidaan lisäämällä edelleen ei-liuotinta.

Vaikka tätä ratkaisua on käytetty jonkinlaisella menestyksellä, sillä on kaksi suurta rajoitusta: (1) dispersion liuotin on pääasiassa orgaaninen, koska dispersion muodostukseen tarvitaan suhteellisen pieniä määriä ei-liuotinta.

71776 edullisesti vettä, (2) lisätyn ei-liuottimen käyttökelpoinen alue on kapea, niin että toistettavia tuloksia on vaikea saavuttaa.

Eräs erityisen käyttökelpoinen menetelmä yhdistelmälevyai-neen valmistamiseksi kyllästämällä huokoinen alusta on esitetty US-patentissä 4 171 391, joka sisällytetään tähän viite-julkaisuna . Tässä järjestelmässä huokoinen levyaine kyllästetään vesipitoisella ionisella polyuretaanidispersiolla, ja kyllästysaine koaguloidaan siihen. Yhdistelmä kuivataan sen jälkeen yhdistelmälevyaineen muodostamiseksi. Esillä oleva keksintö on parannus tähän perusmenetelmään verrattuna ja on joissakin suhteissa puitteiltaan laajempi.

Kyllästettyjä huokoisia alustoja ja samantapaisia aineita on ehdotettu nahan kovikkeiksi, jolloin tarkoituksena on ollut valmistaa tuote, jolla on samat ominaisuudet kuin luonnonnahalla .

Polyuretaanipolymeerit ovat jo kauan olleet tunnettuja kankaan päällystys- ja kyllästysaineina. Esimerkiksi voidaan valmistaa polyuretaaneja, jotka kestävät erittäin hyvin liuottimia ja hankausta sekä antavat päällystetyille kankaille kuivapuhdistettavuuden ja erinomaisen kestävyyden. Polyuretaanien peruskemian ansiosta, johon kuuluu reaktiot isosya-naattiryhmien ja molekyylien ja useiden reagoivien vetyatomien välillä, kuten polyolit ja polyamiinit, mahdollistaa mitä erilaisimpia ja muunneltavimpia lopullisia kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia välituotteiden valinnan avulla, niin että saavutetaan työstettävyys ja loppukäyttövaatimusten toivottu tasapaino.

On olemassa erilaisia alan ammattimiesten tuntemia menetelmiä levittää polyuretaaniliuoksia tai muita jälkikovettuvia nestemäisiä polymeerejä huokoisille alustoille. Artikkeli julkaisussa "Journal of Coated Fabrics", Voi. 7 (heinäkuu 1977), sivut 43-47, kuvaa joitakin kaupallisia päällystys- 71776 järjestelmiä, esim. kääntötelapäällystystä, kaiverrusta ja vastaavia. Sivelyä ja suihkutusta voidaan myös käyttää päällystettäessä huokoisia alustoja polyuretaaneilla. Kun huokoinen alusta on kyllästetty tai päällystetty näillä poly-uretaaniliuoksilla, liuokset kuivataan tai kovetetaan jollakin menetelmällä, kuten kuumennetulla ilmalla, infrapuna-säteilyllä ja sentapaisella. Näille menetelmille on ominaista polymeerin ja kalvomaisen kerroksen kerrostuminen, mikä pyrkii tuottamaan tuotteen, joka poimuttuu ei-toivotuiksi teräviksi poimuiksi eikä nahkamaisiksi kuitupoimuiksi. Muita menetelmiä, joissa yhdistetään polymeerisiä liuoksia ja erityisesti polyuretaaniliuoksia huokoisiin alustoihin on kuvattu US-patenteissa 3 208 875 ja 3 100 721.

US-patentissa 4 171 391 on esitetty entistä parempi kankaiden kyllästysmenetelmä, johon kuuluu tiettyjä vaiheita, jotka ovat välttämättömiä keksinnön mukaisen jäijitelmänahka-levyaineen valmistuksessa.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti esitetään menetelmä huokoisten levyaineiden ja erityisesti neulattujen levyjen kyllästämiseksi, jolloin saadaan aikaan tasainen kyllästys vesipitoisessa järjestelmässä, joka muodostaa tuotten, jolla on suuri repäisylujuus ja eheys.

Edelleen saadaan aikaan kyllästetty kuitulevy, jolla on uusi ja epätavallisen käyttökelpoinen rakenne, joka sopii käytettäväksi joko sellaisena kuin se on muodostettu tai myöhemmin työstettynä, jolloin saadaan lisäetuja.

Hartsilla kyllästetty kuitulevy muodostuu neulatusta kuitulevystä ja levyyn kauttaaltaan jaetusta polymeerisestä hartsista. Kyllästetyn levyn tiheys on tasainen kauttaaltaan, jolloin sen kokonaistiheys on pienempi kuin levyn nimellis-tiheys, niin että levy on huokoinen. Kyllästetyssä levyssä on filamentteja, jotka ovat sekä polymeerisellä hartsilla päällystettyjä että päällystämättömiä. Keksinnön kohteena on myös menetelmä kyllästetyn kuitulevyn muodostamiseksi.

5 71 776 "Kokonaistiheys" tässä käytettynä tarkoittaa aineen tiheyttä ilmatila mukaan lukien. "Nimellistiheys" tässä käytettynä tarkoittaa aineen tiheyttä ilman ilmatilaa, ts. ominais-tiheyttä .

Keksinnön toteutuksen käyttökelpoiseen kuitumassaan kuuluvat kudotut ja neulotut kankaat, huopa ja huovikkeet, kuten kehruusidotut levyt, neulatut kuitulevyt ja liimaamattomat ja täyteaineita sisältämättömät levyt. Sopivia alustakuitu-ja ovat luonnonkuidut, erityisesti puuvilla ja villa, synteettiset kuidut kuten polyesteri, nailon, akryylit, modakryy-lit ja raion. Edullisimmin kuitumassa muodostuu luonnon- ja tekokuiduista koostuvista neulatuista kuitulevyistä. Edullisesti kuitujen denieri on 1-5 ja niillä on pituus, joka sopii karstaukseen ja joka tyypillisesti on 2,54-4,72 cm ja edullisemmin 3,8-7,62 cm.

Neulatuilla kuitulevyillä voi olla joko suuri-, keski- tai pieni tiheys. Suuren tiheyden omaavilla levyillä on enimmäis-tiheys 0,5 g/cm . Nämä suuren tiheyden omaavat levyt ovat tyypillisesti villaa. Kun levyjen muodostukseen käytetään tekokuituja, suuren tiheyden omaavilla levyillä on tiheys 3 enintään 0,25 g/cm . Keksinnön käytössä kuitulevyillä on 3 edullisesti tiheys 0,08-0,5 g/cm . Levyjen paksuus voi olla enintään 12,7 mm ja edullisesti välillä 3,05 mm ja 10,16 mm vähimmäispaksuuden ollessa 0,762 mm. Lisäksi levyt ovat luonteeltaan "kyllästyviä levyjä", joilla on suuri yhtenäisyys neulalävistysvaiheen ansiosta verrattuna heikosti sidottuihin levyihin, joissa on vain muutamia neulalävistyksiä ja joiden yhtenäisyys on vähäinen tai olematon.

Keksinnön toteutukseen käyttökelpoiset polymeeriset hartsit ovat edullisesti sellaisia polymeerisiä hartseja, jotka pystyvät liukenemaan, dispergoitumaan ja emulgoitumaan veteen ja sen jälkeen koaguloitumaan vesijärjestelmästä ionikoagu-lointiaineella.

6 71776

Eräs edullinen polymeerijärjestelmä on sellainen, joka on syntetisoitu akryylisista monomeereista, kuten alkyyli-akrylaateista ja metakrylaateista, akryylinitriilistä, metyyliakryylinitriilistä ja muista tunnetuista akryyli-sistä monomeereista. Nämä akryyliset monomeerit voidaan polymeroida emulsiopolymeroinnilla lateksin muodostamiseksi tai muilla vapaaradikaali-polymerointimekanismeilla, minkä jälkeen ne liuotetaan tai emulgoidaan veteen. Emulgointi-tai liuotusjärjestelmän on oltava sellainen, että kun emulsio saatetaan kosketukseen väkevän hapon tai emäksen kanssa, polymeeri koaguloituu vesijärjestelmästä ja tulee oleellisen liukenemattomaksi.

Edullisimmin käytetään emulgoituja tai veteen dispergoitunei-ta polyuretaaneja. US-patentissa 2 968 575 on esitetty esimerkkejä emulgoiduista polyuretaaneista, jotka on valmistettu ja dispergoitu veteen puhdistavien aineiden avulla voimakkaiden leikkausvoimien alaisena. Kun näitä polyuretaani-emulsioita muodostetaan, emulgaattorin on oltava luonteeltaan ioninen, niin että vastaioni voidaan lisätä vesijärjestelmään polymeerin koaguloimiseksi. Edullisimmin keksinnön toteutuksessa käytettävät polyuretaanit ovat polyuretaaneja, jotka tunnetaan alalla ionisesti veteen dispergoituvina.

Edullinen järjestelmä valmistaa ionisia vesipitoisia poly-uretaanidispersioita on valmistaa polymeerejä, joissa on vapaita happoryhmiä, edullisesti karboksyylihapporyhmiä kovalenssisidottuina polymeerirunkoon. Näiden karboksyyli-ryhmien neutralointi amiinilla, edullisesti vesiliukoisella monoamiinilla antaa tulokseksi vedellä laimennettavuuden. Karboksyyliryhmän sisältävä yhdiste on valittava huolellisesti, koska isosyanaatit, jotka ovat välttämättömiä komponentteja missä tahansa polyuretaanijärjestelmässä, reagoivat yleensä karboksyyliryhmien kanssa. Kuten kuitenkin US-patentissa 3 412 054 esitetään, joka sisällytetään tähän viitejulkaisuna, 2,2-hydroksimetyyli-substituoitujen karboksyylihappojen voidaan antaa reagoida orgaanisten poly- 71776 isosyanaattien kanssa ilman merkittävää reaktiota hapon ja isosyanaattiryhmien välissä johtuen siitä, että viereiset alkyyliryhmät estävät steerisesti karboksyyliä.

Tällöin saadaan haluttu karboksyyliä sisältävä polymeeri, jolloin karboksyyliryhmät on neutraloitu tertiäärisellä monoamiinilla, niin että saadaan sisäinen kvaternäärinen ammoniumsuola ja niin ollen veteen liukenevuus.

Sopivat karboksyylihapot ja edullisesti steerisesti estetyt karboksyylihapot ovat tunnettuja ja helposti saatavissa.

Niitä voidaan esimerkiksi valmistaa aldehydistä, joka alfa-asemassa sisältää ainakin kaksi vetyatomia, jotka saatetaan reagoimaan emäksen läsnäollessa kahden ekvivalentin kanssa formaldehydiä, niin että muodostuu 2,2-hydroksimetyylialde-hydi. Aldehydi hapetetaan sen jälkeen hapoksi alan ammat-timiehille tunnetuilla menetelmillä. Tällaisia happoja edustaa rakennekaava

CH-OH

i *

R - CH - COOH

CH2OH

jossa R edustaa vetyä tai enintään 20 hiiliatomia ja edullisesti enintään 8 hiiliatomia sisältävää alkyyliä. Edullinen happo on 2,2-di-(hydroksimetyyli)propionihappo. Riippuvia karboksyyliryhmiä sisältäviä polymeerejä kutsutaan anio-nisiksi polyuretaanipolymeereiksi.

Edelleen voidaan vedellä laimennettavuus keksinnön mukaisesti saada vaihtoehtoisesti aikaan käyttämällä kationista polyuretaania, jossa on riippuvia aminoryhmiä. Tällaisia kationisia polyuretaaneja on esitetty US-patentissa 4 066 591, joka sisällytetään tähän viitejulkaisuna, ja erityisesti esimerkissä XVII. Esillä olevan keksinnön yhteydessä pidetään edullisena käyttää anionista polyuretaania.

8 71776

Keksinnön toteutuksessa käytettäviin polyuretaaneihin liittyy di- tai polyisosyanaattien ja yhdisteiden reaktio useiden reaktiokykyisten vety-yhdisteiden kanssa, jotka sopivat polyuretaanien valmistukseen. Tällaisia di-isosyanaat-teja ja reaktiokykyisiä vety-yhdisteitä on esitetty tarkemmin US-patenteissa 3 412 034 ja 4 046 729. Lisäksi tällaisten polyuretaanien valmistusmenetelmiä on esitetty em. patenteissa. Esillä olevan keksinnön mukaisesti polymeerin muodostukseen voidaan käyttää aromaattisia, alifaattisia ja sykloalifaattisia di-isosyanaatteja tai niiden seoksia. Tällaisia di-isosyanaatteja ovat esimerkiksi tolyleeni-2,4-di-isosyanaatti, tolyleeni-2,6-di-isosyanaatti, meta-fenylee-nidi-isosyanaatti, bifenyleeni-4,4'-di-isosyanaatti, metylee-ni-bis(4-fenyyli-isosyanaatti), 4-kloori-l,3-fenyleenidi-isosyanaatti, naftyleeni-1,5-di-isosyanaatti, tetrametyleeni- 1,4-di-isosyanaatti, heksametyleeni-1,6-di-isosyanaatti, dekametyleeni-1,10-di-isosyanaatti, sykloheksyleeni-1,4-di-isosyanaatti , metyleeni-bis(4-sykloheksyyli-isosyanaatti), tetrahydronaftyleenidi-isosyanaatti, isopropeenidi-isosyanaat-ti ja vastaavat. Aryleeni- ja sykloalifaattisia di-isosyanaatteja käytetään edullisimmin keksinnön toteutuksessa.

Tyypillisesti aryleenidi-isosyanaatit ovat sellaisia, joissa isosyanaattiryhmä on kiinnittynyt aromaattiseen renkaaseen. Edullisimmat isosyanaatit ovat tolyleenidi-isosyanaatin 2,4-ja 2,6-isomeerit ja niiden seokset niiden helpon saatavuuden ja reaktiivisuuden ansiosta. Edelleen keksinnön toteutuksessa edullisimmin käytettävät sykloalifaattiset di-isosyanaatit ovat 4,4'-metyleeni-bis(sykloheksyyli-isosyanaatti) ja isoforonidi-isosyanaatti.

Kulloisenkin aineen loppukäyttö määrää aromaattisten tai alifaattisten di-isosyanaattien valinnan. Kuten alan ammattimiehet hyvin tietävät, aromaattisia isosyanaatteja voidaan käyttää silloin, kun lopputuote ei joudu liiaksi alttiiksi ultraviolettisäteilylle, joka pyrkii kellastakaan tällaisia polymeerisiä koostumuksia. Alifaattisia di-isosyanaatteja 71776 voidaan sen sijaan käyttää edullisemmin ulkoisissa käytöissä, ja niillä on pienempi taipumus kellastua ultraviolettisäteilyn alaisena. Vaikka nämä periaatteet muodostavat yleisen pohjan kulloinkin käytettävän isosyanaatin valinnalle, aromaattisia di-isosyanaatteja voidaan edelleen stabiloida tunnetuilla ultraviolettistabilointiaineilla polyuretaanilla kyllästetyn levyaineen lopullisten ominaisuuksien parantamiseksi. Lisäksi hapettumisen estoaineita voidaan lisätä alalla hyväksyttyinä määrinä lopputuotteen ominaisuuksien parantamiseksi. Tyypillisiä hapettumisen estoaineita ovat tioeetterit ja fenoliset hapettumisen esto-aineet kuten 4,4'-butylidiini-bis-meta-kresoli ja 2,6-di-tert.-butyyli-para-kresoli.

Isosyanaatti saatetaan reagoimaan useiden reaktiokykyisten vety-yhdisteiden kuten diolien, diamiinien tai triolien kanssa. Dioleja tai trioleja käytettäessä ne ovat tyypillisesti joko polyalkyleenieetteri- tai polyesteripolyoleja. Polyalkyleenieetteripolyoli on suositeltava aktiivinen polymeeristä ainetta sisältävä vety-yhdiste polyuretaanin muodostukseen. KäyttÖkelpoisimipien polyglykolien molekyylipaino on 50-10000 ja esillä olevan keksinnön yhteydessä edullisimmin 400-7000. Polyeetteripolyolit parantavat edelleen suhteellisesti joustavuutta niiden molekyylipainojen suuretessa.

Polyeetteripolyolien esimerkkejä ovat, joihin ne eivät kuitenkaan rajoitu, polyetyleenieetteriglykoli, polypropyleeni-eetteriglykoli, polytetrametyleenieetteriglykoli, polyheksa-metyleenieetteriglykoli, polyoktametyleenieetteriglykoli, polydekametyleenieetteriglykoli, polydodekametyleenieetteri-glykoli ja niiden seokset. Voidaan myös käyttää polyglykole-ja, jotka sisältävät useita erilaisia radikaaleja molekyyli-ketjussa, kuten esimerkiksi yhdistettä HO(CH20C2H^O), jossa n on kokonaisluku suurempi kuin yksi.

Polyoli voi myös olla polyesteri, jossa pääteryhmänä on hyd-roksi tai joka sisältää hydroksia ja jota voidaan käyttää polyalkyleenieetteriglykolien sijasta tai yhdessä niiden 10 71 776 kanssa. Tällaisia polyestereitä muodostetaan antamalla happojen, esterien tai happohalogenidien reagoida glykolien kanssa. Sopivia glykoleja ovat polymetyleeniglykolit kuten etyleeni-, propyleeni-, tetrametyleeni- tai dekametyleenigly-kolit, substituoidut metyleeniglykolit kuten 2,2-dimetyyli- 1,3-propaanidioli, sykliset glykolit kuten sykloheksaani-dioli ja aromaattiset glykolit. Alifaattiset glykolit ovat yleensä suositeltavampia, kun joustavuus on toivottavaa.

Nämä glykolit saatetaan reagoimaan alifaattisten, syklo-alifaattisten tai aromaattisten dikarboksyylihappojen tai alempi-alkyyliesterien tai esteriä muodostavien johdannaisten kanssa, niin että saadaan suhteellisen pienen molekyyli-painon omaavia polymeerejä, joiden sulamispiste on edullisesti alle n. 70°C ja molekyylipaino sama kuin polyalkyleeni-eetteriglykolien kohdalla on mainittu. Tällaisten polyesterien valmistuksessa käytettäviä happoja ovat esimerkiksi ftaali-, maleiini-, sukkiini-, adipiini-, korkki-, sebasii-ni-, tereftaali- ja heksahydroftaalihapot ja näiden happojen alkyyli- ja halogeenisubstituoidut johdannaiset. Lisäksi voidaan käyttää polykaprolaktonia, jossa pääteryhminä ovat hydroksyyliryhmät.

Tässä käytettynä "ioninen dispergointiaine" tarkoittaa ionoi-tuvaa happoa tai emästä, joka pystyy muodostamaan suolan liukoiseksi tekevän aineen kanssa. Nämä "ioniset dispergointi-aineet" ovat amiineja ja edullisesti vesiliukoisia amiineja kuten trietyyliamiini, tripropyyliamiini, N-etyylipiperidii-ni ja vastaavat sekä myös hapot ja edullisesti vesiliukoiset hapot kuten asetoni-, propioni-, maitohappo ja sentapaiset. Tietysti happo tai amiini valitaan polymeeriketjusta riippuvan, liukoiseksi tekevän ryhmän mukaan.

Toivottu elastomeerinen käyttäytyminen vaatisi yleensä n. 25-80 paino-% pitkäketjuista polyolia (ts. 700-2000 ekvi-valenttipainoa) polymeerissä. Venymä- ja kimmoisuusaste voi vaihdella suuresti tuotteesta toiseen riippuen lopputuotteen toivotuista ominaisuuksista.

71776

Keksinnön toteutuksessa käyttökelpoisten polyuretaanien muodostuksessa polyoli- ja di-isosyanaatin mooliylimäärä saatetaan reagoimaan, niin että saadaan polymeeri, jossa pääteryhmänä on isosyanaatti. Vaikka sopivia reaktio-olosuhteita ja reaktioaikoja sekä -lämpötiloja voidaan vaihdella kulloinkin käytetyn isosyanaatin ja polyolin mukaan, alan ammattimiehet tuntevat hyvin nämä vaihtelumahdollisuudet.

Alan ammattimiehet ymmärtävät, että käytettyjen aineosien reaktiokyky vaatii reaktionopeuden tasapainoa ei-toivottujen sekundääristen reaktioiden johtaessa värin ja molekyylipai-non huonontumiseen. Tyypillisesti reaktio suoritetaan sekoittaen n. 50 - n. 120°C:ssa 1-4 tunnin aikana. Riippuvien karboksyyliryhmien saamiseksi isosyanaattipääteryhmän sisältävän polymeerin annetaan reagoida dihydroksihapon mooli-alimäärän kanssa 1-4 tuntia 50-120°C:ssa, niin että saadaan polymeeri, jossa pääteryhmänä on isosyanaatti. Happo lisätään edullisesti liuoksena, esimerkiksi N-metyyli-1,2-pyrrolidonissa tai N-N-dimetyyliformamidissa. Hapon liuottimen määrä on tyypillisesti enintään 5 % kokonaispanoksesta, jotta minimoitaisiin orgaanisen liuottimen pitoisuus poly-uretaanikoostumuksessa. Kun dihydroksihappo on saatettu reagoimaan polymeeriketjuun, riippuvat karboksyyliryhmät neutraloidaan amiinilla n. 58-75°C:ssa n. 20 minuuttia ja ketjun pidennys ja dispersio saadaan aikaan lisäämällä vettä sekoittaen. Vesiliukoista diamiinia voidaan lisätä veteen lisäketjunpidentäjänä. Ketjun pidennykseen kuuluu jäljellä olevien isosyanaattiryhmien reaktio veden kanssa, niin että muodostuu karbamidiryhmiä, ja polymeeristä ainetta polymeroidaan edelleen, jolloin kaikki isosyanaattiryhmät reagoivat suuren stökiometrisen vesiylimäärän lisäyksen vaikutuksesta. On huomattava, että keksinnön polyuretaanit ovat luonteeltaan termoplastisia, ts. ne eivät muodostuksen jälkeen juuri enemmälti kovetu lisää paitsi, jos lisätään ulkoista kovetusainetta. Edullisesti tällaista kovetus-ainetta ei lisätä yhdistelmälevyaineen muodostamiseksi.

Vettä käytetään riittävästi dispergoimaan polyuretaani konsentraatiossa n. 10-40 paino-% kiintoaineita dispersio- 12 71 776 viskositeetin ollessa 10-1000 sentipoisea. Viskositeettia voidaan säätää kulloinkin toivottujen kyllästysominaisuuk-sien ja kulloisenkin dispersioseoksen mukaan, jotka kaikki määräytyvät lopputuotteen ominaisuuksien mukaan. On huomattava, ettei emulgaattoreja eikä sakeuttimia tarvita dispersioiden stabiliteettia varten.

Alan keskitason ammattimies tuntee tavat, joilla primäärisiä polyuretaanidispersioita modifioidaan lopputuotteen käyttöjen mukaan, esimerkiksi lisäämällä väriaineita, sopivia vi-nyylipolymeeridispersioita, ultraviolettisuodatusseoksia, stabilaattoreja hapetusta vastaan ja sentapaisia.

Keksinnön mukaisesti valmistettujen dispersioiden ominaisuudet määritetään mittaamalla ei-haihtuvien aineiden pitoisuus, hiukkaskoko, viskositeetti ja jännitys-muodonmuutosominaisuudet valetuilla kalvonauhoilla.

Keksinnön toteutuksessa käyttökelpoista konsentraatioaluet-ta säätää polymeerin haluttu prosentuaalinen lisäys neulat tuun levyyn.

Dispersioviskositeetti on yleensä 10-1000 sentipoisea. Pieni viskositeetti suhteessa identtisten polymeerien viskositeettiin samoilla kiintoainepitoisuuksilla orgaanisissa liuotinpolymeeriliuoksissa auttaa vesidispersion nopeaa ja täydellistä läpitunkeutumista ja koagulointiaineen myöhempää läpäisevyyttä. Käyttökelpoisilla polyuretaanien liuoksilla on sen sijaan yleensä useiden tuhansien sentipoisien viskositeetti, jopa 50000 sentipoisea 20-30 %:n konsentraatioissa.

Polymeerit tulisi kyllästää kuitulevyyn tasolla ainakin 70 paino-% laskettuna kuitulevyn painosta ja enintään n. 400 paino-%. Edullisesti polymeerinen hartsi kyllästetään tasolla n. 200-300 paino-% laskettuna kaitulevyn painosta.

13 71 776

Koagulointi saadaan aikaan saattamalla kyllästetty alusta kosketukseen sellaisen ionisen väliaineen vesipitoisen liuoksen kanssa, joka on tarkoitettu ionisesti korvaamaan liukoiseksi tekevän ionin. Kun kysymyksessä on anionisesti liukoiseksi tehty polymeeri, amiini, joka neutraloi karboksyy-liä sisältävän polyuretaanin, korvataan teoriassa, vaikka keksintö ei rajoitu tällaiseen teoriaan, vetyionilla, joka palauttaa anionisen karboksyyli-ionin ja niin ollen palauttaa polymeerin alkuperäiseen "ei-laimentuvaan" tilaansa.

Tämä aiheuttaa polymeerin koaguloinnin alustarakenteessa.

Kun kysymyksessä on anioninen polymeeri, etikkahapon vesiliuokset väkevyyksinä 0,5 - n. 75 % ovat sopiva ioninen koaguloin-tiaine anionisia dispersioita varten, ja niitä suositaan väkevämpien happojen sijasta niiden suhteellisen helpon käsittelyn, pienen syövyttävän vaikutuksen ja hävitettävyy-den takia.

"Ulossuolaus" dispersion koaguloimiseksi lisäämällä neutraalia suolaa on mahdollinen, mutta ei suositeltava tarvittavien suurten suolamäärien takia, jotka ovat n. 10 kertaa hapon konsentraatio, mistä on seurauksena tuotteen saastu-misongelmia.

Kun neulattu levy kyllästetään polymeerisellä hartsilla keksinnön mukaisesti, levy upotetaan vesipitoiseen ioniemul-sioon tai -dispersioon konsentraatiotasolla, joka riittää antamaan ainakin 70 paino-%:n lisäyksen. Kun levy on upotettu vesiemulsioon tai -dispersioon, sitä voidaan puristaa ilman poistamiseksi, niin että emulsio tai dispersio täysin kyllästää levyn. Tämän jälkeen vesidispersiolla tai -emulsiolla täysin kyllästetty levy johdetaan pyyhkäisytelojen tai sentapaisten läpi liikadispersion tai -emulsion poistamiseksi kyllästetyn levyn pinnalta. Levy upotetaan sen jälkeen vastaionia sisältävään kylpyyn, niin että saadaan aikaan koagulointi levyn läpi tunkeutuvan vastaionia sisältävän aineen avulla diffuusion avulla ja hartsi koaguloituu kuiturakenteen sisällä. Koaguloinnin jälkeen levyä puris- 14 71 776 tetaan liikaveden poistamiseksi, ja levy kuivataan kyllästetyn levyn muodostamiseksi.

Tiettyjä tuotteita valmistettaessa tämä menetelmä on parannus verrattuna US-patentissa 4 171 391 kuvattuun menetelmään. Viitepatentin ja esillä olevan menetelmän välisenä erona on, että levy on täysin kyllästetty, ts. siinä ei ole jäljellä ilmatilaa, jolloin vesidispersio tai -emulsio antaa polymeerisen hartsin lisäyksen ainakin 70 paino-% laskettuna levyn painosta. Näiden erojen takia saadaan uusi rakenne, jossa levyllä on kauttaaltaan tasainen tiheys ja levyn koko-naistiheys on pienempi kuin sen nimellistiheys.

Kyllästetyn levyn rakenteet on esitetty selvemmin oheisissa piirustuksissa, jotka ovat keksinnön mukaisesti valmistetun kyllästetyn levyn ja jäljitellyn nahkalevyaineen poikkileikkauksien mikrovalokuvia.

Oheisissa piirustuksissa kuvio 1 on tasokuva esimerkin 1 mukaisesti valmistetusta hartsilla kyllästetystä levystä, kuvio 2 on mikrovalokuva, joka on otettu kuvion 1 levyn paksuuden läpi viivan II-II kautta, kuvio 3 on 100-kertainen mikrovalokuva kuvion 2 III osasta, kuvio 4 on 100-kertainen mikrovalokuva kuvion 2 osasta IV, kuvio 5 on 100-kertainen mikrovalokuva kuvion 2 osasta V, kuvio 6 on 100-kertainen mikrovalokuva esimerkin I mukaisesti valmistetusta hartsilla kyllästetystä levystä, joka on halkaistu.

Kuvioissa 1-5, joissa samat viitenumerot viittaavat samoihin osiin, on esitetty esimerkin 1 mukaisesti valmistettu hartsilla kyllästetty levy 10. Tarkemmin sanottuna kuviot 2-5 esittävät poikkileikkauksen levyn 10 paksuuden läpi. Levy 10 muodostuu yläpinnasta 12 ja alapinnasta 14. Levyssä 10 on kauttaaltaan huomattava määrä päällystämättömiä kuituja 16, n 15 71 776 hartsikonsentraatioita 20, tyhjiä tiloja 18 ja hartsilla päällystettyjä kuituja 22. Rakenne ja niin ollen sen kokonais-tiheys on oleellisen tasainen aineen koko paksuudelta, vaikka rakenne mikroskooppisessa mittakaavassa on epähomogeeninen.

Kuvioissa 2-5 esitetyn rakenteen arvellaan johtuvan siitä, että neulattu levy on täysin kyllästetty vesiemulsiolla tai -dispersiolla, minkä jälkeen polymeeri on koaguloitunut levyn ollessa täysin.kyllästetty vesipitoisella hartsijärjestelmällä .

Kuviossa 6, joka on 100-kertainen mikrovalokuva, on esitetty halkaistu kyllästetty neulattu levy 24, jolla on kauttaaltaan tasainen tiheys, kuten kuvioissa 1-5 on esitetty. Kyllästetyssä levyssä 24 on huomattava määrä päällystämättömiä kuituja, polymeerimassoja 28, päällystettyjä kuituja 32 ja tyhjiä tiloja 30. Havaitaan, että vaikka kyllästetty levy on epähomogeeninen mikroskooppisessa mittakaavassa, sillä on kauttaaltaan tasainen kokonaistiheys.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksinnön mukaisesti valmistettuja tuotteita.

Esimerkki I

Neulattu levy, joka oli kovetettu lämmössä ja jonka tiheys oli o 1200 g/m ja joka koostui polyesteri-, polypropyleeni- ja raionkuiduista ja jonka paksuus oli 7,62 mm kokonaistiheyden ollessa 0,16 g/cm , upotettiin polyuretaaniin, joka oli valmistettu US-patenttijulkaisun 4 554 308 esimerkin III mukaisesti. Polymeerisen dispersion kokonaiskiintoainepitoisuus oli 22 %, niin että saatiin 120 %:n lisäys laskettuna levyn painosta. Levy upotettiin polyuretaanidispersioon 10 minuutin ajaksi huoneen lämpötilassa, kunnes kaikki ilma oli poistunut levyn sisältä ja levy oli täysin kyllästetty. Levyn pinta pyyhittiin suoralla terällä molemmilta puolilta liikavesidis-persion poistamiseksi, ja levy upotettiin 10 %:seen etikka-happokylpyyn 10 minuutin ajaksi huoneen lämpötilassa. Upotus happoon koaguloi täysin polyuretaanin kuiturakenteen sisällä.

16 71 776

Liikaetikkahappo pestiin pois levystä ja hartsilla kyllästettyä levyä puristettiin liikaveden poistamiseksi. Hartsilla kyllästetty levy halkaistiin neljäksi viipaleeksi paksuutensa läpi, ja kukin viipale kuivattiin 149-177°C:ssa kiertoilmauunissa, niin että muodostui neljä hartsilla kyllästettyä levyä, joiden koknaistiheys oli 0,41 g/cm . Lopputuotteen mikrovalokuva oli kuten piirustuksissa on esitetty.

Esimerkki II

Esimerkki I toistettiin paitsi, että 100-% polyesterilevy, 3 jonka tiheys oli 0,13 g/cm ja paksuus 5,08 mm, kyllästettiin esimerkin I 22-% kiintoainedispersiolla. Saadulla kyllästetyllä levyllä oli kauttaaltaan tasainen tiheys, suuri eheys ja kokonaistiheys 0,38 g/cm .

Esimerkki III

Esimerkki I toistettiin paitsi, että 100-% neulattu polyesteri-levy, jonka paksuus oli 5,59 mm ja tiheys 0,23 g/cm , kyllästettiin 32-% kiintoainedispersiolla, niin että saatiin neulattu kyllästetty hartsikuitulevy, jonka kokonaistiheys oli 0,56 g/cm^. Esimerkin III mukaista tuotetta käytettiin kiillotustyynynä.

Se oli sitkeä, sillä oli hyvä repäisylujuus ja joustavuus ja se palautui täysin ennalleen kokoonpuristuksen jälkeen.

Niin ollen esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä ja tuote antavat tulokseksi kyllästetyn kuitulevyn, jolla on suuri eheys ja joka on itsessään käyttökelpoinen tuotteena ja samoin käyttökelpoinen muita tuotteita valmistettaessa. Lisäksi kyllästettyä kuitulevyä voidaan hiertää toivotun viimeistelyn aikaansaamiseksi.

Vaikka keksintöä on selitetty viitaten tiettyihin aineisiin ja tiettyihin menetelmiin, keksintö on rajoitettu vain oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (14)

17 71 776

1. Hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että se muodostuu neulatusta kuitulevystä ja levyyn kauttaaltaan jaetusta polymeerisestä hartsista, jolloin muodostuu hartsilla kyllästetty kuitulevy, että hartsilla kyllästetyn kuitulevyn tiheys on kauttaaltaan sama, että levyn kokonais-' tiheys on pienempi kuin sen nimellistiheys, jolloin levy on huokoinen, ja että kyllästetyssä levyssä on filamentteja, jotka ovat sekä päällystettyjä että päällystämättömiä polymee-rihartsilla ja sen eri konsentraatioilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että neulatun kuitulevyn 3 kokonaistiheys on pienempi kuin 0,5 g/cm tai pienempi kuin 3 3 0,25 g/cm , sopivasti välillä 0,12-0,4 g/cm .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että neulatun kuitulevyn paksuus on ainakin 0,7617 mm.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että neulattu kuitulevy muodostuu oleellisesti sulamattomista kuiduista.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että polymeerinen hartsi on polyuretaani.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että polyuretaani on veteen dispergoituva polyuretaani.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että polyuretaani on verk-koutunut polyuretaani. 71 776

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että polymeerinen hartsi on polyakrylaatti.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että polymeerisen hartsin määrä on ainakin 70 paino-%, sopivasti n. 200-300 paino-% ja alle n. 400 paino-% laskettuna kuitulevyn painosta.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hartsilla kyllästetty kuitulevy, tunnettu siitä, että sen tiheys on n. 3 3 0,75 g/cm ja sopivasti n. 0,4-0,75 g/cm .

11. Menetelmä kyllästetyn kuitulevyn valmistamiseksi, tunnettu siitä, että neulattu kuitulevy kyllästetään täysin polymeerisen hartsin vesidispersiolla tai -emulsiolla upottamalla se vesidispersioon tai -emulsioon ja puristamalla sitä ilman poistamiseksi kuitulevystä niin, että emulsio tai dispersio täysin kyllästää levyn, täysin kyllästetty neulattu levy saatetaan kosketukseen koagulointiaineen kanssa polymeerisen hartsin koaguloimiseksi vesidispersiosta ja polymeerisen hartsin saostamiseksi neulattuun levyyn ja että neulattu levy ja polymeerinen hartsi kuivataan kyllästetyn kuitulevyn muodostamiseksi, jolla on kauttaaltaan sama tiheys.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neulatun levyn kokonaistiheys on pienempi kuin 0,5 g/cm3 tai pienempi kuin 0,25 g/cm3, sopivasti välillä 0,12-0,4 g/cm3.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neulatun kuitulevyn paksuus on vähintään 0,7617 mm.

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neulattu kuitulevy muodostuu oleellisesti sulamattomista kuiduista. M 71 776