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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flammfestes Vlies, das Celluloseregeneratfasern
umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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Cryogene
Tanksysteme, beispielsweise Lagertanks oder Transporttanks für temperaturempfindliche Substanzen
wie z.B. flüssige
Gase, bestehen üblicherweise
aus einem äußeren Tank
und einem inneren Tank, wobei der innere Tank so in den äußeren Tank
eingesetzt ist, dass zwischen dem äußeren und dem inneren Tank
ein Raum verbleibt, der im Hinblick auf eine gute Isolierwirkung
evakuiert werden kann. Um die Isolierwirkung zu verbessern, sind
darüber
hinaus sowohl der äußere als
auch der innere Tank üblicherweise
mit Isoliermaterialien umgeben.
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Während die
Isolierung des äußeren Tanks
in vielfältiger
Weise erfolgt, ist der innere Tank üblicherweise mit einer cryogenen
Isolierung umhüllt.
Die cryogene Isolierung erfordert dabei insbesondere die folgenden Eigenschaften:
- 1. Barrierewirkung, um einen konvektiven Wärmetransport
zu verhindern,
- 2. geringe oder keine Entflammbarkeit, um einen Brand von entflammbaren
Substanzen im Tanksystem zu verhindern, und
- 3. geringe Feuchtigkeitsaufnahme, um ein Evakuieren des Zwischenraums
zu erleichtern.
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So
ist beispielsweise aus der
WO
97/17149 A1 bekannt, den inneren Tank mit einer cryogenen
Isolierung auszurüsten,
bei der es sich um ein Verbundgebilde aus einem Glasfaservlies oder
einem Glasfasergewebe und einer Aluminiumfolie handelt.
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Wie
auf dem einschlägigen
Fachgebiet bekannt ist, können
jedoch bei Glasfasergeweben und/oder -vliesen im Falle eines Bruchs
oder einer Zerstörung
des Gewebes oder des Vlieses hartkristalline Faserfragmente auftreten,
die nach gesicherten Erkenntnissen für bestimmte Erkrankungen, wie
Silikose, ursächlich sind.
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So
ist die Verwendung von Glasfasern bei diesen Tanksystemen mit dem
Nachteil behaftet, dass bei einem Bruch des Tanksystems und einer
damit verbundenen Beschädigung
der relativ dünnen
Schichten, die um den inneren Tank gewickelt sind, eine Gesundheitsgefahr
für die
damit in Berührung
kommenden Personen besteht und darüber hinaus die Entsorgung derartiger
Tankbehältnisse
hohe Entsorgungskosten aufwirft.
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Die
WO 96/05356 A1 beschreibt
flammfeste modifizierte Lyocellfasern, die einen LOI-Wert (limiting Oxygen
index) von mindestens 36, einen Phosphorgehalt von mindestens 3
Gew.% und eine Reißfestigkeit von
mindestens 10 cN/tex oder die einen LOI-Wert von mindestens 32, einen Phosphorgehalt
von mindestens 2 Gew.% und eine Reißfestigkeit von mindestens
20 cN/tex aufweisen.
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B.
Scholz beschreibt in seinem Artikel „Stand und Entwicklungstendenzen
bei Nassvliessstoffen" in Chemiefasern/Textilindustrie,
April 1981, Seiten 343-347 unter anderem ein Verfahren zur Herstellung
von Vliesen aus Celluloseregeneratfasern, wobei eine Aufschlemmung
von Celluloseregeneratfasern umfassenden Fasern auf einer Papiermaschine
mit Bindemitteln beaufschlagt wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es folglich, ein feuerfestes Isoliermaterial
für ein
cryogenes Tanksystem anzugeben, das frei von den obigen Nachteilen
ist.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein flammfestes Vlies, das Celluloseregeneratfasern
umfasst, die mit einem Flammschutzmittel beaufschlagt sind, wobei
das flammfeste Vlies einen LOI-Wert (limiting Oxygen index) von
mindestens 65 aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass die
eingesetzten Celluloseregeneratfasern einen Mahlgrad von 30 bis
75° SR aufweisen.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines feuerfesten Vlieses, das Celluloseregeneratfasern umfasst,
mit einem LOI-Wert von mindestens 65 durch Beaufschlagen einer Aufschlämmung von
Celluloseregeneratfasern umfassenden Fasern mit einem Flammschutzmittel
auf einer Papiermaschine, wobei die eingesetzten Celluloseregeneratfasern
einen Mahlgrad von 30 bis 75° SR
aufweisen.
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Unter "Vlies" verstehen wir erfindungsgemäß nicht
gewebte, flächenförmige Materialien,
die zu wesentlichen Anteilen aus synthetischen Fasern bestehen.
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Erfindungsgemäß handelt
es sich bei den zur Herstellung des erfindungsgemäßen Vlieses
verwendeten Fasern um mahlbare und fibrillierbare Celluloseregeneratfasern,
die gegebenenfalls 0,1 bis 90 bezogen auf das Papiergewicht, natürliche und/oder
synthetische Langfasern enthalten können.
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Celluloseregeneratfasern
werden in der Fachliteratur (siehe beispielsweise Fachlexikon Chemie,
Bd. 2, Verlag Harri Deutsch, Thun, 1979, S.1551) als Chemiefaserstoffe
definiert, die durch Regenerieren gelöster Cellulose nach dem Naßspinnverfahren
gewonnen werden.
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Bei
den Langfasern kann es sich beispielsweise um solche aus Nadelholzzellstoffen,
aus Sisal-, Kenaf-, Jute-, Hanf-, Flachs-, Abacafasern sowie synthetische
Fasern wie beispielsweise Polyester- und Polyethylenfasern handeln.
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Bei
den erfindungsgemäß verwendeten
Celluloseregeneratfasern handelt es sich vorzugsweise um die auf
dem einschlägigen
Fachgebiet bekannten Lyocellfasern.
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Die
Herstellung der Lyocellfasern ist auf dem einschlägigen Fachgebiet
bekannt. Üblicherweise
wird Zellstoff in einer wässrigen
Aminoxidlösung
aufgelöst.
Die daraus entstandene Lösung
wird anschließend
in verdünntem
Aminoxid zu Cellulose in Faserform extrudiert, wobei die erhaltenen
Fasern nach einem Waschen gegebenenfalls einer auf den Endverbrauch
abgestimmten Veredelungsbehandlung unterzogen werden können.
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Erfindungsgemäß werden
als Ausgangsmaterialien Fasern mit einem Mahlgrad von 30 bis 75 °SR (der Mahlgrad
wird erfindungsgemäß in auf
dem einschlägigen
Fachgebiet bekannter Weise mit einem Mahlgradprüfgerät nach Schopper-Riegler durchgeführt), zweckmäßigerweise
mit einem Mahlgrad von 30 bis 60 °SR und
vorzugsweise mit einem Mahlgrad von 45 bis 55 °SR verwendet.
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Bei
den erfindungsgemäß verwendeten
Flammschutzmitteln handelt es sich üblicherweise um phosphor- und/oder
stickstoffhaltige Verbindungen, die einzeln oder in Kombinationen
eingesetzt werden können.
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Beispiele
für verwendbare
Phosphorverbindungen sind organische Phosphorverbindungen, wie cyclische
und acyclische Phosphonat- und
Diphosphonatester, Alkylphosphonsäuren und deren Salze, chlorierte Phosphorverbindungen,
wie chlorierte Phosphonatester oder chlorierte Phosphatester, organische
Phosphorstickstoffverbindungen, wie Alkylaminphosphatsalze, Aminophosphonsäuren und
deren Salze, oder anorganische Phosphorverbindungen, wie Ammoniumsalze
von Phosphaten und Polyphosphaten, z. B. Ammoniumdihydrogenphosphat
oder Natriumdihydrogenphosphat, Pyrophosphorsäuren oder um beliebige Kombinationen der
obigen Verbindungen.
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Beispiele
für Stickstoffverbindungen
sind Harnstoff, Thioharnstoff, Cyanamide, Dicyanamide, Methylolcyanamide,
Cyanate wie Ammoniumcyanat, Thiocyanate und Melamine.
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Vorzugsweise
werden erfindungsgemäß wässrige Lösungen anorganischer
Dihydrogenphosphate in Kombination mit Alkylphosphonsäuren bzw.
Cyanamiden eingesetzt.
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Der
Anteil des beaufschlagten Flammschutzmittels beträgt erfindungsgemäß üblicherweise
mindestens 40 Gew.-%, bezogen auf das Fasergewicht, zweckmäßigerweise
mindestens 100 Gew.-%, und vorzugsweise mindestens 150 Gew.-% Flammschutzmittel.
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Erfindungsgemäß wurde
nämlich
in überraschender
Weise festgestellt, dass ein entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit Flammschutzmittel beaufschlagtes erfindungsgemäßes Vlies
unter Aufrechterhaltung der anderen wichtigen physikalischen Eigenschaften
des Vlieses, wie Festigkeit und Dehnung, eine sehr hohe Menge Flammschutzmittel
aufzunehmen vermag.
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So
besitzt das erfindungsgemäße Vlies
in einer bevorzugten Ausführungsform
beispielsweise bei einem Flächengewicht
von 27 g/m2 nach Beaufschlagung üblicherweise
eine Bruchkraft in Längsrichtung
von mehr als 3,2 N/15 mm, zweckmäßigerweise
von mehr als 5,0 N/15 mm und vorzugsweise von mehr als 6,5 N/15
mm.
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Ferner
weist das erfindungsgemäße Vlies
in einer bevorzugten Ausführungsform
beispielsweise bei einem Flächengewicht
von 27 g/m2 nach Beaufschlagung üblicherweise
eine Bruchkraft in Querrichtung von mehr als 1,0 N/15 mm, zweckmäßigerweise
von mehr als 2,0 N/15 mm und vorzugsweise von mehr als 2,5 N/15
mm auf.
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Die
Bruchkraft in Längs-
bzw. Querrichtung wurde dabei erfindungsgemäß gemäß DIN EN ISO 1924/2 bestimmt.
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Ferner
besitzt das erfindungsgemäße Vlies
in einer bevorzugten Ausführungsform
beispielsweise bei einem Flächengewicht
von 27 g/m2 nach Beaufschlagung üblicherweise
eine Bruchdehnung in Längsrichtung von
mehr als 0,5 %, zweckmäßigerweise
von mehr als 0,7 % und vorzugsweise von mehr als 0,8 %.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
besitzt das erfindungsgemäße Vlies
ferner beispielsweise bei einem Flächengewicht von 27 g/m2 nach Beaufschlagung üblicherweise eine Bruchdehnung
in Querrichtung von mehr als 0,5 %, zweckmäßigerweise von mehr als 0,9
% und vorzugsweise von mehr als 1,2 %. Die Bruchdehnung in Längs- bzw.
Querrichtung wurde dabei erfindungsgemäß gemäß DIN EN ISO 1924/2 bestimmt.
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Für den Fachmann
auf dem einschlägigen
Fachgebiet ist es offensichtlich, dass die oben beschriebenen Parameter
Bruchkraft und Bruchdehnung bei dem erfindungsgemäßen Vlies
mit zunehmendem Flächengewicht
ansteigen, während
der im folgenden beschriebene Parameter Luftdurchlässigkeit
mit zunehmendem Flächengewicht
abnimmt.
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Die
Flammschutzeigenschaft der erfindungsgemäßen Vliese wurde erfindungsgemäß über die
Angabe des LOI-Werts (limiting Oxygen index) gemäß ASTM-D-2863 bestimmt. In
zweckmäßiger Weise
besitzt das erfindungsgemäße Vlies
einen LOI-Wert von mehr als 75 und vorzugsweise einen LOI-Wert von
mehr als 85.
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Diese
ausgezeichneten Flammschutzeigenschaften des erfindungsgemäßen Vlieses
führen
dazu, dass die erfindungsgemäßen flammfesten
Vliese eine geringe Reaktionsfähigkeit
bei Einwirkung von Sauerstoffdruckstößen (BAM) sowie eine geringe
Reaktionsfähigkeit
bei Einwirkung von flüssigem
Sauerstoff bei Schlagbeanspruchung (BAM) aufweisen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt das erfindungsgemäße Vlies
darüber
hinaus eine hohe Luftdurchlässigkeit
von mehr als 2500 l/m2s, vorzugsweise von
mehr als 2800 l/m2s. Die Luftdurchlässigkeit wurde
dabei erfindungsgemäß durch
Akustrommessung gemäß DIN EN
ISO 9237 bestimmt.
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Aufgrund
der trotz der hohen Beladung mit Flammschutzmittel hohen Luftdurchlässigkeit
des erfindungsgemäßen Vlieses,
die erfindungsgemäß erreicht
wird, lässt
sich der Zwischenraum zwischen dem inneren und äußeren Tank bei einem mit dem
erfindungsgemäßen Vlies
als cryogener Isolierung hergestellten cryogenen Tanksystem sowie
der cryogenen Isolierschicht selbst leicht evakuieren, da das erfindungsgemäße Vlies
nur eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme zeigt.
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Das
erfindungsgemäße Vlies
besitzt zweckmäßigerweise
ohne Einbeziehung der zu beaufschlagenden Zusatzbestandteile einschließlich Flammschutzmittel
ein Flächenbasisgewicht
von 8 bis 50 g/m2 und vorzugsweise von 9
bis 30 g/m2.
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Das
Flächengewicht
wurde hierbei erfindungsgemäß gemäß DIN ISO
536 bestimmt.
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Einschließlich der
beaufschlagten Zusatzbestandteile beträgt das Flächengewicht des erfindungsgemäßen Vlieses
zweckmäßigerweise
11 bis 150 g/m2 und vorzugsweise 27 bis
90 g/m2.
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Aufgrund
der günstigen
Flächengewichte
sind erfindungsgemäß in einer
bevorzugten Ausführungsform
geringe Vliesdicken von 50 bis 200 μm erhältlich. Dies ermöglicht es,
dass das erfindungsgemäße Vlies in
mehreren Lagen um den inneren Tank eines cryogenen Tanksystems gelegt
werden kann, was wiederum eine starke Barrierewirkung für den konvektiven
Wärmetransport,
die durch das erfindungsgemäße Vlies
erreicht wird, bedingt.
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Gegenstand
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines
feuerfesten Vlieses, das Celluloseregeneratfasern umfasst, mit einem
LOI-Wert von mindestens
65 durch Beaufschlagen einer Aufschlämmung von Cellulosefasern mit
einem Flammschutzmittel auf einer Papiermaschine.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird als Papiermaschine eine Schrägsiebpapiermaschine, wie sie
dem Stand der Technik entspricht und in der beigefügten Figur
abgebildet ist, verwendet.
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- A
- Fasergemisch
und Wasser für
die Grundschicht
- B
- Fasergemisch
und Wasser für
die Deckschicht
- 3
- Bütte für die Grundschicht
- 4
- Bütte für die Deckschicht
- 5
- umlaufendes
Sieb
- 6,7,8
- Entwässerungskammern
- 9
- Papierbahn
- 10
- Trockenzylinder
- 11
- Tambouraufrollung
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Wie
oben ausgeführt,
werden erfindungsgemäß bevorzugt
als Ausgangsmaterialien Fasern verwendet, die einer Mahlung unterzo gen
wurden. Hierbei wird erfindungsgemäß bevorzugt ein zu verwendendes
Fasergemisch einer Mahlung beispielsweise unter Verwendung eines
Refiners unterzogen.
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Um
während
des Mahlens eine Schaumbildung der zu mahlenden Fasern zu verhindern,
kann dem Fasergemisch ein Entschäumer
zugesetzt werden.
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Üblicherweise
wird dabei der Entschäumer
in einer Menge von 0,001 bis 5 Vol.-% bezogen auf das Fasergemisch,
mitverwendet. Bei dem zu verwendenden Entschäumer handelt es sich üblicherweise
um auf dem einschlägigen
Fachgebiet bekannte Entschäumer,
beispielsweise um wässrige
Emulsionen aliphatischer Hydroxyverbindungen.
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Erfindungsgemäß werden
Fasern mit einem Mahlgrad von 30 bis 75 °SR (der Mahlgrad wird erfindungsgemäß in auf
dem einschlägigen
Fachgebiet bekannter Weise mit einem Mahlgradprüfgerät nach Schopper-Riegler durchgeführt), zweckmäßigerweise
mit einem Mahlgrad von 30 bis 60 °SR
und vorzugsweise mit einem Mahlgrad von 45 bis 55 °SR verwendet.
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Erfindungsgemäß wurde
festgestellt, dass bei Verwendung von Fasern mit einem geeigneten
Mahlgrad die durch die Faser-Faser-Bindung
erreichten Festigkeiten des erfindungsgemäßen Vlieses verbessert werden
können.
So hat sich erfindungsgemäß gezeigt,
dass durch den Einsatz von Fasern mit einem geeigneten Mahlgrad
auf die Mitverwendung eines die Festigkeit verbessernden Bindemittels
bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Vlieses verzichtet werden
kann. Aufgrund des Nichtvorliegens eines Bindemittels wird erfindungsgemäß die Aufnahmefähigkeit
des erfindungsgemäßen Vlieses
für das
Flammschutzmittel nicht beeinträchtigt.
Dies ist umso überraschender,
da üblicherweise
bei Beaufschlagung der Fasern mit einer hier verwendeten, größeren Menge
Flammschutzmittel die Mitverwendung eines Bindemittels notwendig
ist. Darüber hinaus
bringt der Verzicht auf die Mitverwendung von Bindemitteln erfin dungsgemäß den Vorteil,
dass die Flammfestigkeit des erfindungsgemäßen Vlieses nicht verschlechtert
wird.
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Zur
Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden
das Verfahren detailliert beschrieben.
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Üblicherweise
wird in einer ersten Stufe aus Celluloseregeneratfasern sowie gegebenenfalls
Langfasern natürlichen
und/oder synthetischen Ursprungs mit Wasser eine Fasersuspension
hergestellt, die über
einen sogenannten Stoffauflauf der Papiermaschine zugeführt wird.
Diese besitzt im wesentlichen ein umlaufendes Sieb, welches über eine
Anzahl von Entwässerungskammern
hinweggeführt
wird.
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Über geeignete
Rohrleitungen und Pumpvorrichtungen wird die Suspension auf das
Sieb über
erste Entwässerungskammern
geleitet, wobei durch die Kammern und die Entwässerungsleitung das Wasser
abgesaugt wird. Dabei bildet sich auf dem bewegten Sieb eine Faserschicht.
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Die
nunmehr gebildete Faserschicht wird von dem Sieb abgenommen und
einer Trocknung zugeführt. Diese
Trocknung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, z. B. durch
Kontakttrocknung oder Durchströmtrocknung.
In bevorzugter Weise handelt es sich bei der Trocknung um eine Durchströmtrocknung
unter Verwendung von Heißluft.
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Anschließend wird
das erhaltene Vlies auf eine Rolle aufgerollt.
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Um
das erfindungsgemäße Vlies
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Flammschutzmittel zu beaufschlagen, bieten sich also während des
Produktionsprozesses verschiedene Verfahrensstufen als Zugabeort
der Flammschutzmittel an:
- 1) Die Zugabe der
Flammschutzmittel kann in der Leimpresse (wäßrige Lösung, Emulsion, Dispersion) während des
Produktionsprozesses erfolgen; oder
- 2) Des weiteren besteht die Möglichkeit der Zugabe im Rahmen
weiterer Verfahrensstufen, z.B. beim Sprühbalken oder bei der Befeuchtungseinrichtung
am Ende des Produktionsprozesses. Üblicherweise werden die Flammschutzmittel
in der handelsüblichen
Form ohne Mitverwendung von Wasser auf das Trägermaterial aufgebracht.
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Die
folgenden Beispiele sollen der weiteren Veranschaulichung der vorliegenden
Erfindung dienen.
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Beispiel 1
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Handelsübliche Lyocellfasern
einer mittleren Faserlänge
von 8 mm, die keine weiteren Faserzumischungen umfassen, werden
einer Mahlung unerzogen, wobei 44 °SR (Schopper-Riegler) eingestellt
werden. Vor der Mahlung wird ein handelsüblicher Entschäumer (Afranil®,
wässrige
Emulsion aliphatischer Hydroxyverbindungen) zu einem Anteil von
0,05%, bezogen auf das Fasergewicht, zugegeben.
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Nach
Aufbringen über
den Stoffauflauf auf das Papiermaschinensieb wird nach einer ersten
Trocknung über
einen Durchstromtrocker das Vlies in der Leimpresse mit einer Mischung
handelsüblicher
Flammschutzmittel (1:1-Mischung aus Antiblaze® (eine
wässrigen
Lösung
von Polyphosphorsäuresalzen)
und Dicyandiamid (Cyanoguanidin)) behandelt.
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Die über den
Stoffauflauf auf das bewegte Sieb aufgebrachte Fasermenge wird so
eingestellt, dass das Vlies ohne Beaufschlagung ein Flächengewicht
von 9 g/m2 hat.
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Nach
Beaufschlagung wird ein Flächengewicht
von 27 g/m2 erreicht.
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Folgende
Eigenschaften des erfindungsgemäßen Vlieses
wurden gemessen:
Flächengewicht:
(somit
Beaufschlagung von 144 Gew.-%,bezogen auf die Fasergewicht) | 22
g/m2 |
Bruchkraft
längs: | 7,40
N/15mm2 |
Bruchkraft
quer: | 2,85
N/15mm2 |
Bruchdehnung
längs: | 0,9
% |
Bruchdehnung
quer: | 1,4
% |
Luftdurchlässigkeit
(Akustron) : | 2820
l/m2s |
LOI
(limiting Oxygen index): | 81 |
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Beispiel 2:
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Unter
gleicher Vorgehensweise wie in Beispiel 1 aber Verwendung des im
Handel befindlichen Flammschutzmittels Ukadur HV (Hersteller: Fa.
Schill & Seilacher)
und variierter Mahlung (49°SR
(Schopper-Riegler)) wurden bei Einstellung eines Flächengewichtes
von 9 g/m
2 folgende Eigenschaften des erfindungsgemäßen Vlieses
gemessen:
Flächengewicht:
(somit
eine Beaufschlagung von 200 Gew.-%, bezogen auf das Fasergewicht) | 27 g/m2 |
Bruchkraft
längs: | 7,92 N/15mm2 |
Bruchkraft
quer: | 2,96 N/15mm2 |
Bruchdehnung
längs: | 0,9 % |
Bruchdehnung
quer: | 1,3 % |
Luftdurchlässigkeit
(Akustron) : | 2750 l/m2s |
LOI
(limiting Oxygen index): | 92 |