JPS5947043B2 - 水ガラス繊維およびその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主としてソーダ水ガラスからなる含水繊維およ
び乾式紡糸法によるその製法に関する。

水ガラス繊維は古くから公知の無機繊維に属する。

たとえば英国特許第３５２６８１号明細書には種々のケ
イ酸塩から得られる多数の無機繊維が記載され、このケ
イ酸塩はアルカリ金属のほかにさらにアルミニウム、マ
グネシウム等の他の種々の金属を含む。

このような繊維を製造するため、たとえば湿式紡糸法の
ような多数の方法が記載される。

紡糸材料の組成および紡糸条件に関する詳細な指示なし
にいわゆる乾式紡糸法も記載される。

米国特許第２３３８４６３号明細書にはケイ酸繊維また
は石英ガラス繊維の製造が記載される。

この場合中間段階としてｉ々の方法たとえば溶融紡糸法
、湿式紡糸法または乾式紡糸法により製造しうる水ガラ
ス繊維が発生する。

この特許明細書の例２には乾式紡糸法すなわち等モル量
のに２０およびＮ ａ ２０を含む水ガラスによるいわ
ゆるダブル水ガラスの紡糸が記載される。

しかしこの例の追試の際、そこに記載の組成は室温で固
体であり、したがって紡糸し得ないことが明らかになっ
た。

材料の温度を押出しうるように上昇すると、紡糸ノズル
に著しい困難が発生する。

短時間でノズル出口側に付着する塊または滴が生ずる。

米国特許第２９６９２７２号明細書にも水溶液からケイ
酸塩を乾式紡糸する無機繊維のもう１つの製法が記載さ
れる。

そこに記載の方法の欠点はそこに使用するケイ酸塩が後
の加工で有害に作用する他の金属酸化物を含むことであ
る。

紡糸速度に応じてこの特許の方法の限界は比較的低くな
る。

乾式紡糸法による水ガラス繊維の製造に対する多数の手
掛りが文献から得られるけれど、なおほとんど困難なし
に改善された性質の繊維が得られる改善された方法が要
求される。

それゆえ本発明の目的は現在公知の方法により困難が少
なく、高い紡糸速度を可能にする方法を得ることである
。

さらに本発明の目的はアルカリ金属以外の化合物たとえ
ばアルミニウム、ホウ素、マグネシウム、亜鉛、カルシ
ウム等の化合物を含まない紡糸水溶液を使用することが
でき、かつ紡糸性を良好にするため紡糸材料に米国特許
第２９６９２７２号に記載されるような化合物を添加す
ることを必要としない水ガラス繊維の製造を可能にする
ことである。

さらに本発明の目的は高い引裂強度および良好な弾性率
のような良好な機械的性質を有し、容易に純粋なケイ酸
繊維に再加工することができ、かつ種々の材料の強化挿
入材として適する含水水ガラス繊維を得ることである。

本発明のもう１つの目的は紡糸過程後に容易に巻取るこ
とができ、再加工のために必要な種々の処方剤により容
易に処理しうる水ガラス繊維を得ることである。

この目的はとくにソーダ水ガラス水溶液を緊張下に乾式
紡糸する含水水ガラス繊維の製法によって解決され、そ
の特徴は紡糸材料として非アルカリ金属化合物をほとん
ど含まないＮａ２Ｏ： Ｓ ｉ０２が約１：３〜１：１
．９で粘度が３０℃で約１０〜７００ Ｐａ、ｓである
ソーダ水ガラス水溶液を約１０〜５０℃で、１００℃を
超える温度が支配する乾式紡糸基へノズル孔から出口速
度ｖ１最低５ｍ／２−で押出し、生じたフィラメントを
ｖ２：ｖｌが最低６であるような引取速度ｖ２で引取る
ことである。

紡糸材料の温度はとくに２０〜３５℃である。

紡糸材料の粘度は約１００〜４００ Ｐａ、ｓが有利で
ある。

引取速度は少なくとも６０ ｍ／７７Ｊとくに少なくと
も３５０ ｍ／ｉｎが適当である。

水ガラス水溶液中の酸化ナトリウム分は約３０モル％ま
で酸化カリウムで置替えることができる。

本発明の水ガラス繊維は約１５〜３０とくに２０〜２５
重量％の含水量を示し、強度は約５〜３０ｃＮ／ｌｅｘ
とくに１５〜２５ ｃＮ／ ｔｅｘである。

Ｎａ２Ｏ： Ｓ ｉＱ２は約１：３〜１：１．９である
。

この繊維は無定形であり、密度は約２．２９／ｍ８であ
る。

本発明の目的はさらに本発明の水ガラス繊維をケイ酸繊
維製造に使用することであり、これはたとえば酸たとえ
ば塩酸または硫酸水溶液による処理によって実施するこ
とができる。

水ガラスは大工業的生成物であり、融液流れから凝固し
たガラス状の水溶性ケイ酸カリウムもしくはナトリウム
またはその水溶液を表わし、アルカリ金属酸化物１モル
に対して８１０２２〜４モルを含む。

本発明の方法により、前記条件に従うことをただ１つの
前提として市販の水ガラス溶液を繊維に加工しうろこと
はとくに意外である。

Ｎａ２Ｏ含量が低過ぎる水ガラス溶液の場合、ＮａＯＨ
を添加するだけでＮａ２Ｏ： ＳｉＯ２のモル比を適当
に調節することが容易に可能である。

所要の粘度はたとえば溶液の過剰の水の蒸発による簡単
な濃縮によって適当に調節することができる。

粘度は常用の回転粘度計により３０℃で測定する。

さらに紡糸材料の温度が５０℃を大きく超えないことが
重要である。

というのはさもなければ満足な紡糸がもはや保証されな
いからである。

紡糸液の製造はできるだけＣＯ２を含まない雰囲気で行
なわなければならない。

紡糸塔の長さは比較的広い範囲で変化することができ、
使用可能の長さはたとえば１．５〜８ｍである。

紡糸塔の温度は最低１００℃であり、１２０℃以上が有
利である。

紡糸塔内の長さ、温度および空気案内のような条件は適
当に調節される。

フィラメントの塔内乾燥のため付加的に熱風またはイナ
ートガスのようなキャリヤガスを供給することができる
。

その際紡糸塔を去る水ガラス繊維の含水量が約１５〜３
０重量％の範囲にあるように注意しなければならない。

紡糸材料のノズルからの出口速度は最低５ｍ／ｋｎでな
ければならない。

速度はもちろん適当に上昇することができる。

緊張比すなわち引取速度と出口速度の比が少なくとも６
であることが重要である。

張力上昇とともに得られる水ガラスフィラメントの強度
が増大することが明らかになった。

緊張比１３．３（引取速度２００ ｍ／溝及）の場合、
単糸の繊度９．３ ｄｔｅｘで７．５ ｃＮ／ ｔｅｘ
の強度が得られる。

緊張比４９．０（引取速度５００ ｍ１ｍ）の場合、強
度は１９． ＯｃＮ／ ｔｅｘである。

紡糸塔としては公知の乾式紡糸法で常用の装置が使用さ
れる。

ノズル孔の直径は常用範囲で変動する。

適当な直径はたとえば１２５μｍ、１６０μｍおよび２
５０μｍである。

もつと大きい直径も使用できる。

新たに紡糸した水ガラスフィラメントは処理剤で処理せ
ずただちに巻取ることができる。

これに反し繰出しのためには適当なフィラメントの強度
を得るため適当な処理剤を塗布することが必要である。

この場合水性処理剤たとえばフィラメントの引続く織物
加工を容易にする水溶性表面活性アンモニウム化合物の
ようなカチオン活性テンシトも使用できることは意外で
あった。

本発明の水ガラス繊維はとくに簡単にたとえば稀鉱酸に
よる処理によってケイ酸繊維に変えることができる。

繊度５ ｄｔｅｘ以下の水ガラス繊維を使用する場合、
繊維を２５℃で１分、１ｎＨＣ１で処理すれば十分であ
る。

繊維は酸処理の後、水でイオンを完全に洗浄して乾燥す
る。

この製法はガラス繊維からのケイ酸繊維製造に比して処
理時間が短い大きい利点を有する。

水ガラス繊維および水ガラス繊維の適当な使用によって
得られるケイ酸繊維は容易に平面組織に加工することが
できる。

次に本発明を例により説明する。

例１〜３ 紡糸液の調製はほぼＣＯ２なしの雰囲気で行われる。

加熱ジャケット、充てん口、馬てい形ミクサおよび底部
の排出弁を備えるステンレス鋼からなる２１の調製タン
ク中で３９°Ｂｅ 、 Ｎａ２Ｏ：ＳｉＯ２のモル比１
：３．３８のソーダ水ガラス２２００ｇおよびＮａＯＨ
８５，５９からなる溶液を７０℃、２００ ｍｂａｒで
３０℃の粘度が２４０Ｐａ、ｓに達するまで濃縮する。

ＮａＯＨの添加によってＮａ２Ｏ：Ｓ ｉｏ ２のモル
比は１：２．４８に上昇する。

この混合物はバチスト布によるろ過の後、紡糸に適当で
ある。

主としてギヤポンプ、２４の円孔を有するノズル板、直
径１２５μｍ１長さ８ｍの乾式紡糸基からなる紡糸装置
と調製タンクを結合する。

ノズル板のホルダおよび供給導管は同様加熱ジャケット
を備える。

紡糸液の温度は紡糸の際３０℃である。

ノズルから出たフィラメントは垂直配置の乾式紡糸塔内
を引取られ、塔の底部で巻取られる。

乾燥のキャリヤガスとして向流に上昇する約１５０℃の
加熱空気が使用される。

例１〜３で種々の引取速度で製造した水ガラスギ１フ強
度を次表に示す。

例３の水ガラスフィラメントの含水量は２１．５重量％
、密度は約２．２ｆ／ｃｔｙである。

単糸の繊度は２．３ ｄｔｅｘ 、直径は約１０〜１６
μｍ１弾性率は１８００ ｃＮ／ｌｅｘである。

例４ 例４は処理剤による処理に関する。

ソーダ水ガラスを例２のとおり紡糸する。

緊張比は２３．３である。

処理ガレットを使用して水ガラスフィラメントを市販の
界面活性アンモニウム塩（Ａｔｌａｓ Ｃｈｅｍｉｅ社
のＧ３６３４Ａ）の１０％水溶液で処理する。

約０．８％の処理剤塗布の場合、２４モノフイラメント
からなる水ガラスヤーンを満足に繰出し、たとえば連続
的にケイ酸フィラメントに処理することができる。

例５ 例５は水ガラスフィラメントからケイ酸フィラメントを
製造する過程を記載する。

例３により引取速度５００ ｍ／＃で製造した２４モノ
フイラメントからなる水ガラスヤーンを２５℃で１分Ｉ
ｎＨＣｌに浸漬する。

フィラメントを蒸留水で、洗浄水にＣＩ−イオンがなく
なるまで洗浄し、空気中で乾燥する。

この材料のＮａは０．０１％より低い。

単糸繊度１．６ ｄｔｅｘの場合、ヤーンの強度は５．
８ｃＮ／ｌｅｘである。

伸びは１．８％、フィラメント直径は約８〜１５μｍで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 含水量が１５〜３０重量％、 Ｎａ２Ｏ： Ｓ １
   ０２のモル比が１：３〜１：１．９である水ガラス繊維
   。 ２ 含水量が２０〜２５重量％である特許請求の範囲第
   １項記載の繊維。 ３ 水ガラス繊維が５〜３０ ｃＮ／ｌｅｘの強度を有
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の繊維。 ４ 水ガラス繊維の強度が１５〜２５ＯＮ／ｌｅＸであ
   る特許請求の範囲第３項記載の繊維。 ５ 水ガラス水溶液の緊張下の乾式紡糸によって含水水
   ガラス繊維を製造する方法において、紡糸材料として、
   非アルカリ金属をほとんど含まず、Ｎａ２Ｏと５ｉ０２
   のモル比が１：３〜１：１．９であり、粘度が３０℃で
   １０〜７００Ｐａ、Ｓであるソーダ水ガラス水溶液を１
   ０〜５０℃で、１００℃を超える温度が支配する乾式紡
   糸基へ、ノズル孔から出ロ速度ｖ１−最低５ ｒｎ／ｖ
   ｔｉｎで押出し、発生したフィラメントを緊張比ｖ２：
   ｖ１が最低６であるような引取速度ｖ２で引取ることを
   特徴とする水ガラス繊維の製法。 ６ 紡糸材料を２０〜３５℃で押出す特許請求の範囲第
   ５項記載の製法。 １３０℃で測定して１００〜４００Ｐａ、ｓの粘度を有
   する紡糸材料を使用する特許請求の範囲第５項または第
   ６項記載の製法。 ８ 引取速度が少なくとも６０ ｍ７１１ｉｎである特
   許請求の範囲第５項から第７項までのいずれか１項に記
   載の製法。 ９ 引取速度が少なくとも３５０ ｒｎ／ｍ’７ｔであ
   る特許請求の範囲第８項記載の製法。 １０水ガラス水溶液中の酸化ナトリウム分が３０モル％
   まで酸化カリウムで置替えられている特許請求の範囲第
   ５項から第９項までのいずれか１項に記載の製法。