DE1014426B - Verfahren zur Herstellung von Papier aus Kunststoffasern - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Papier, das aus Fasern von Polytetrafluoräthylen oder anderen, nahe verwandten Polymeren, wie Polychlortrifluoräthylen, Tetrafluoräthylen-Chlortrifluoräthylen-Interpolymeren, oder aus einem oder beiden Monomeren gebildeten Telomeren besteht.

Man hat Papier bisher aus Lumpen, Stroh, Rinde, Holz oder anderen faserigen Stoffen hergestellt, und zwar in folgenden Verfahrensstufen: erstens Zerkleinerung des Rohstoffes zu einem dünnen Faserbrei, zweitens Leitung dieses Faserbreies auf ein feinmaschiges Sieb, das die Fasern unter Verfilzung derselben zurückhält und drittens Entfernung und Trocknung des auf diese Weise gebildeten Filzes. In den meisten Fällen, wenn auch nicht immer, hat man bei diesen Verfahren cellulosehaltiges Fasermaterial verwendet. Papier aus nichtcelluloseartigen Stoffen besaß im allgemeinen ein grobes Gefüge und eine mangelhafte Festigkeit oder Biegsamkeit.

Es bestand jedoch ein dringender technischer Bedarf an einem Papier, das bei bestimmten Anwendungszwecken nicht die bekannten Nachteile von Cellulosepapier hat. Die geringe Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Chemikalien, insbesondere bestimmte Säuren, war einer der Nachteile, welcher die Verwendung von Cellulosepapier zur Klärung oder zum Filtrieren begrenzt hat. Um diesen Anforderungen zu genügen, hat die Technik im allgemeinen Tücher (d. h. ein gewebtes blattförmiges Material) aus plastischen Materialien oder anorganischen Gläsern verwendet. Derartige Webprodukte sind verhältnismäßig teuer und lassen sich nur schwierig in größerer Stärke herstellen. Da nichtgewebte blattförmige Materialien, insbesondere solche, die nach Verfahren der Papiererzeugung hergestellt werden, im allgemeinen weniger kostspielig als gewebte blattförmige Materialien (Tücher) sind, besteht ein dringender Bedarf an Fasern, welche die Nachteile von Cellulosefasern nicht aufweisen ' und auf gewöhnlichen Papiermaschinen hergestellt werden können.

Es wurde vor kurzem gefunden (USA.-Patentschrift 2 578 523), daß bei wiederholtem Hindurchführen von Polytetrafluoräthylenteilchen durch Mahlwalzen eine kompakte Masse gebildet wird, die sich in ihrer physikalischen Beschaffenheit nach wiederholtem Walzen ändert und mattenförmige Streifen, Schichten oder Stränge bildet. Das entstehende mattenförmige Material hat eine charakteristische Zähigkeit und Elastizität, die es als Dichtungs- oder Füllmaterial besonders geeignet macht. In einem ähnlichen Verfahren (USA.-Patentschrift 2 578 522) werden die Gerinnungsprodukte, die durch Koagulierung eines wäßrigen Suspensoides von Polytetrafluoräthylen gewonnen werden, zu selbsttragenden , Filmen ausgewalzt, die durch Kalandern auf Druckwalzen in ein glattes, dichteres Produkt umgewandelt Verfahren zur Herstellung von Papier
aus Kunststoffasern

Anmelder:

E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. April 1954

Edward Frederick Harford,

Ardentown, Wilmington, Del. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

werden können. Es sind noch andere Verfahren bekannt, bei welchen feinzerteiltes pulverförmiges Polytetrafluoräthylen zu Filmen verdichtet wird (USA.-Patentschriften 2 406127, 2 520173, 2 400 099). Ferner hat es sich kürzlich als möglich erwiesen, Polytetrafluoräthylenteilchen von kolloidaler Größe zusammen mit einem flüssigen Kohlenwasserstoff als Gleitmittel als Film auszustoßen. Nach dem letztgenannten Verfahren kann Polytetrafluoräthylen auch in Form von Fasern und Fäden ausgestoßen werden. Nach keinem dieser Verfahren aber kann man Polytetrafluoräthylenpapier herstellen; so stellen z.B. die gewalzten mattenförmigen Streifen gemäß der USA.-Patentschrift 2 578 523 im Hinblick auf die oben beschriebenen Verfahrensstufen der Papierherstellung kein Papier dar, und die aus verdichteten oder ausgestoßenen Teilchen erzeugten undurchlässigen blattförmigen Materialien genügen nicht nur dieser Definition nicht, sondern weichen insofern von Papier ab, als sie die charakteristischen Eigenschaften verfilzter Fasern nicht aufweisen. Zum Beispiel haften sie selbst dann nicht fest aneinander, wenn man sie über den Übergangspunkt von 327° erhitzt.

Gemäß der Erfindung kann man nun Polymere von Tetrafluoräthylen und diesem nahe verwandte Polymere in faseriger Form in Papier umwandeln, indem man sie den bei der Papierherstellung üblichen Verfahrensstufen unterwirft.

709 658/342

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Als Polymeres kann man Polytetrafluoräthylen, Poly- Ähnliche Blätter wurden hergestellt, indem man die chlortrifluoräthylen, Tetrafluoräthylen-Chlortrifluoräthy- Polytetrafluoräthylenfasern vor der Papierherstellung len-Interpolymeres oder eines dieser Polymeren ver- mit gleichen Mengen Glasfasern, Steinwollfasern, Asbestwenden, welches Endgruppen besitzt, die durch Telomer- fasern bzw. Blattglimmer vermischte. Das so gewonnene bildner gebildet sind, wie Methanol, Isopropanol usw. 5 Papier ist ohne Sinterung in jenem Falle weich und hat Es wurde weiter gefunden, daß man im wesentlichen eine geringe Festigkeit, nach Sinterung ist es dichter genach den Verfahren der Papiererzeugung auch Papier worden und hat eine gute Reißfestigkeit. Eine auf diese herstellen kann, wenn man diese Polymeren in faseriger Weise aus 20 Gewichtsteilen Polytetrafluoräthylen und Form im Gemisch mit Glasfasern verwendet. 8 Gewichtsteilen Asbestfasern hergestellte Papierprobe, Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine i° die heiß genug verpreßt wurde, um zu sintern, hatte eine Suspension oder Paste von Polytetrafluoräthylen als Mullen-Zerreißfestigkeit von 4 kg/cm² und ergab bei Faden, Stab oder Rohr ausgestoßen und das ausgestoßene Messung mit einem Gurley-Dichtemesser einen Wert Material in kleine Stücke zerschnitten. Die entstehenden von 14 see.

Stücke werden dann mechanisch zu feinen Fasern von Allgemein soll der Ausstoßstempel klein genug sein, viel kleinerem Durchmesser als demjenigen des Fadens, 15 daß der ursprünglich erhaltene Faden die oben beschrie-Stabes oder Rohres zerkleinert (wie nachfolgend be- bene orientierte Struktur aufweist. Dies wird ohne schrieben wird), die Fasern werden in einen Brei ver- Schwierigkeiten erreicht, wenn man Stempel von etwa wandelt, der auf ein feinmaschiges Sieb geleitet wird, 3,18 mm Durchmesser verwendet. Der Faden kann auch wodurch die Fasern verfilzt werden, und der so gebildete einen bedeutend kleineren oder auch etwas größeren Filz wird entfernt und getrocknet. Neben diesen wesent- ao Durchmesser haben, was zum Teil davon abhängt, welches liehen Arbeitsgängen können andere wichtige Bearbei- Verfahren man zur Überführung des Fadens zu der tungen vorgenommen werden. So kann man z. B. das Schneidvorrichtung verwendet. Es ist ferner nicht erblattförmige Material sintern, zweckmäßig bei 350 bis forderlich, daß die einzelnen Fasern alle gleichen Durch-370°, wodurch die Stärke des Papiers ohne Zerstörung messer oder gleiche Länge haben. Die verhältnismäßig seiner Luftdurchlässigkeit wesentlich verbessert wird. 25 kurzen Fadenstücke können, wenn gewünscht, in einer Das auf diese Weise gebildete Papier ähnelt in bezug Hammermühle der Bauart »Micropulverizer«· aufgeauf seine Biegsamkeit, Durchlässigkeit und Stärke ge- brochen, d. h. in feine Fasern zerkleinert werden. In wohnlichem Papier, ist diesem aber in seiner Widerstands- manchen Fällen ist es zweckmäßig, das Material zweimal fähigkeit gegen Wärme und Chemikalien weit überlegen. durch die Hammermühle zu führen oder aber das verhält-Es ist nicht entflammbar und wird nicht hydrolysiert. 30 nismäßig grobe Material abzutrennen und nochmals durch Für besondere Anwendungszwecke kann man dieses neue die Mühle zu führen, um auf diese Weise Fasern von einer Papier mit einer undurchlässigen Schicht von Polytetra- für die Herstellung des Faserbreies geeigneten Größe fluoräthylen verbinden. Derartige blattförmige Mate- herzustellen.

rialien, die aus einem Polytetrafluoräthylenpapier be- Bei Herstellung des Faserbreies kann, wenn gewünscht,

stehen, das durch Sinterung mit einer undurchlässigen 35 ein Netzmittel zugesetzt werden. Ein geeignetes Netz-

Polytetrafluoräthylengrundlage verbunden ist, können mittel ist z. B. Alkylarylpolyäthylenglykol. Im allge-

leicht an andere Flächen gebunden werden, da die meinen kann man bei einer Faserlänge von etwa 6,4 bis

Papierfläche mit gewöhnlichen Klebmitteln fest haftend 25,4 mm den Faserbrei ohne Schwierigkeiten herstellen,

mit Tuch, Metall, Glas usw. verbunden werden kann, und Man kann in der bei der Papiererzeugung bekannten Art

zwar selbst mit Klebmitteln, die dafür bekannt sind, daß 40 einen Holländer anwenden.

sie zum Verkleben der bisher bekannten Polytetrafluor- Die Konzentration des Faserbreies soll verhältnismäßig

äthylenfilme mit anderen Materialien ungeeignet sind. gering sein, eine zweckmäßige Konzentration ist etwa 5

Ein gemeinsames Merkmal aller faserbildenden Ge- bis 20, vorzugsweise 8 bis 10 Gewichtsprozent. Ein

mische ist die kolloidale Größe der in ihnen enthaltenen geeignetes Medium für den Faserbrei ist Wasser, man

Polytetrafluoräthylenteilchen. Diese kolloidalen Teilchen 45 kann jedoch, wenn gewünscht, auch ein anderes flüssiges

können bei bestimmten Ausführungsformen zu etwas Medium verwenden. Es ist von Wichtigkeit, jeden zu

größeren Massen agglomeriert sein, vorausgesetzt, daß starken Überschuß an Netzmittel zu vermeiden, da der

die kolloidalen Flächen erhalten bleiben. Faserbrei hierdurch nach unten sinkt. Andererseits ist es

. bei Verwendung einer zu geringen Menge an Netzmittel

Beispiel ₅₀ verhältnismäßig schwierig, die Fasern zu benetzen, so

Eine Dispersion von 25 g Polytetrafluoräthylen in daß diese im Ergebnis dazu neigen, auf der Oberfläche

40 g Wasser wird durch mechanisches Schlagen (USA.- zu schwimmen. Um ein überschüssiges Schäumen zu

Patentschrift 2 593 583) koaguliert. Das Koagulat wird verhindern, kann man dem Faserbrei, wenn gewünscht,

vom Wasser abgetrennt und getrocknet. Man macht das Antischaummittel zusetzen.

trockene Pulver dann mit einer solchen Menge eines 55 Der wie oben beschrieben hergestellte Faserbrei eignet Octangemisches gleitend, daß ein Gemisch aus 20 °/₀ sich zur Verarbeitung in gewöhnlichen Papiermaschinen. Gleitmittel und 80% Polymerem erhalten wird. Aus In einer Versuchsreihe werden abgewogene Mengen diesem Gemisch wird nunmehr mittels eines Stempels ein Faserbrei in den Kopfbehälter einer Laboratoriumsvor-Stab von 3,2 mm Durchmesser ausgestoßen. Das Gleit- richtung zur Papierherstellung eingebracht und in Blätter mittel wird verdampft und der Stab in Stücke von etwa 60 von 20 X 20 cm geformt. Mit 30 g Faserbrei (auf Trocken-6,4 mm Länge zerschnitten. Diese Stücke werden kräftig basis) werden Blätter von etwa 1,27 mm Dicke erhalten, gegeneinandergerieben, wodurch der Stab in feine Fasern Bei Versuchen mit dieser Menge Faserbrei werden im zerrieben wird, offensichtlich auf Grund einer charakte- Kopfbehälter als flüssiges Medium 7,57 bis 11,36 1 Wasser ristischen inneren physikalischen Struktur des Ursprung- verwendet. Nach Bildung der Matte wird das Wasser in liehen Stabes. Diese feinen Fasern haben die Fähigkeit, 65 der üblichen Weise abgezogen, das Blatt kalandert und sich in einem solchen Ausmaße zu Matten zu verfilzen, dann von dem Fourdriniersieb abgenommen. Auf diese daß sie sich zur Umwandlung in Papier auf einer gewöhn- Weise werden gleichmäßige Blätter von genügender liehen Papiermaschine eignen. Nach Sinterung bei 360° Festigkeit erhalten, um sie in der üblichen Weise abschrumpfen die Blätter auf 41 % ihrer ursprünglichen nehmen zu können. Das Kalandern kann fortgesetzt Fläche. 70 werden, bis die Blätter fast undurchsichtig sind; es wurde

aber im allgemeinen nicht bis zu diesem Punkt fortgesetzt. Die erhaltenen porösen Blätter werden getrocknet und in einem Luftofen bei 350 bis 370° gesintert, wodurch die Fasern von selbst aneinandergebunden werden. Ferner schrumpft das Blatt dabei auf etwa 40% seiner Fläche vor dem Trocknen ein. Die Luftdurchlässigkeit verschiedener auf diese Weise hergestellter Blätter wird nach dem ASTM-Verfahren D-737 bestimmt. Es werden folgende Ergebnisse erhalten:

Luftdurchlässigkeit von Tetrafluoräthylenharzpapier

	Blattgewicht	Luftdurchlässigkeit	Beschreibung
Probe	g/m2	m3/min/m2 bei einem	des Faserbreies
Nr.		Druckunterschied von
	1729	12,7 mm Wasser	feine kurze Fasern
1		0,015	(Kalandertes Blatt)
	848		feine kurze Fasern
2	1729	1,524	wie 2
3	1560	3,048	grobe lange Fasern
4	848	6,096	mittlerer Durchmesser
5		10,972	und mittlere Länge
	610		wie 2
6	848	15,240	wie 3
7	22,550

Es wird ferner die Zugfestigkeit von in der obigen Weise hergestellten Blättern gemessen (TAPPI-Verfahren T 404 bei 23°). In einem typischen Beispiel beträgt bei einer Probe von 13,41 mm Breite und einer Entfernung der Backen von 50 mm die maximale Belastung 4,1 kg pro cm Breite bei einer größten Verlängerung von 88%. Diese Probe hatte eine Dicke von 14,5 mm und ein Gewicht von 1051 g/m².

Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von Papier von einer Dicke bis hinunter zu etwa 0,5 mm. Im allgemeinen haben die auf diese Weise mit Dicken von etwa 0,64 bis 2,5 mm hergestellten Produkte eine Luftdurchlässigkeit von etwa 1,5 bis 22,9 m³/min/m² Fläche bei einem Druckunterschied von 12,7 mm Wasser, wenngleich man natürlich auch durch fortgesetztes Kalandern vor der Erhitzung über den Übergangspunkt Blätter erzeugen kann, die eine geringere Luftdurchlässigkeit besitzen. Das so erhaltene Papier kennzeichnet sich weiter dadurch, daß es nicht zerreißt, wenn ein 12-mm-Streifen einer Belastung von 3,572 kg pro mm Dicke ausgesetzt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist obenstehend zur Herstellung von verhältnismäßig dünnen biegsamen Papierblättern (0,635 bis 2,54 mm) beschrieben worden. Es können aber nach im wesentlichen dem gleichen Verfahren auch viel dickere Blätter erzeugt werden. Es ist bemerkenswert, daß ein Polytetrafluoräthylenfilz im Augenblick seiner Erzeugung genügend porös ist, um verhältnismäßig dicke Filze zu erhalten, d. h. Filze von einer Dicke von etwa 50 bis 64 mm oder mehr.

Die Erfindung kann zur Herstellung eines Papiers verwendet werden, das aus einem Gemisch von Polytetrafluoräthylenfasern und anderem Fasermaterial besteht, wie Asbest, Glas, Steinwolle, Blattglimmer usw. Zum Beispiel ergab ein Faserbrei aus 67% faserigem Polytetrafiuoräthylen und 33 % Glasfasern von etwa 3 mm Länge, der nach obiger Weise hergestellt wurde, ein Blatt von fester Bindung und konnte in einer gewöhnlichen Papiermaschine zu einem Papier verarbeitet werden, das aus den Polytetrafluoräthylenfasern und aus Glasfasern bestand.

Nach dem gleichen Verfahren, wie es vorstehend für Polytetrafhioräthylen beschrieben ist, kann man auch aus den anderen obengenannten Polymeren Papier herstellen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Papier aus Kunststoffasern, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Paste oder Suspension von Polytetrafiuoräthylenteilchen, Polychlortrifluoräthylenteilchen oder Gemischen der beiden oder von Telomeren derselben in kolloidaler Größe mit einem organischen Dickungsmittel, wie Polyisobutylen, vorzugsweise in einem flüssigen Kohlenwasserstoff als Gleitmittel, zu einem Strang preßt, den Strang zu kleinen Stücken zerschneidet, diese mechanisch zu feinen Fasern zerkleinert, die mit einer Flüssigkeit zu einem Faserbrei verarbeitet werden, worauf man den Faserbrei in bei der Papierherstellung bekannter Art und Weise zu verfilzten Faserstoffbahnen formt und trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffbahnen nach dem Trocknen gesintert werden, vorzugsweise bei 350 bis 370°.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Faserbrei andere Fasern, wie Glas-, Steinwolle-, Asbestfasern oder Blattglimmer, zugefügt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 679 334.

© 709 658/342 8.57