DE2254150C3

DE2254150C3 - Verfahren zur Herstellung von Fasergranulaten

Info

Publication number: DE2254150C3
Application number: DE2254150A
Authority: DE
Inventors: Jean Saint-Romain-En-Gal Fournet
Original assignee: D'EXPLOITATION DES BREVETS GRANOFIBRE SEBREG AMPUIS FR Ste
Current assignee: D'EXPLOITATION DES BREVETS GRANOFIBRE SEBREG AMPUIS FR Ste
Priority date: 1972-07-21
Filing date: 1972-11-04
Publication date: 1984-10-25
Also published as: CH576279A5; JPS4992375A; DE2254150A1; FI58874C; AT341795B; CA990058A; DE2254150B2; ATA628373A; FR2193350A5; GB1428853A; BE802074A; JPS5125499B2; FI58874B; SU503535A3; US3904726A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oherbegriff des Anspruchs aus natürlichen oder synthetischen Fasern, wobei die folgenden Fasern Verwendung finden können:

1. Naturfasern

a) pflanzliche Fasern aus beispielsweise Holz, Jahrespflanzen (Stroh) und Baumwollinters;

b) tierische Fasern, d. h. Wolle und die verschiedenen Haare;

c) mineralische Fasern, wie Asbest und die verschiedenen faserförmigen Kristalle;

2. (Cünstliche Fasern

a) organische Fasern, wie Viskose und Reyon;

b) mineralische Fasern, wie Glasfasern und Gesteinswolle;

c) Chemiefasern aus beispielsweise Vinylchloridpoly-

merisaten. Polyolefinen, Polyamiden, Polyestern, Polycarbonaten und den verschiedensten Copolymerisaten.

Der ErfindUP₇ lag die spezielle Aufgabe zugrunde, ein Verfahren verfügbar zu machen, mit dem es gelingt, aus nicht im Verband mit anderen Fasern befindlichen Fasern zusammenhängende, im wesentlichen kugelförmige, leichte, weiche, elastische und gleichzeitig luftige Fasergranulate herzustellen, die jedoch genügend Festigkeit haben, um bei ihrer Weiterverarbeitung nicht leicht zu zerfallen und bezüglich de^r Ausgangsfasern verhältnismäßig billig sind.

Aus der DE-AS 17 28 102 ist es bereits bekannt, durch Verwirbeln von Fasern im Gas-. Dampf- oder Luftraum Faserstoffzusammenballungen zu erzeugen, wobei vor und/oder während der Wirbelung ein Anfeuchten der Fasern erfolgen kann, um die Formierung des Fasergutes zu begünstigen. Diese Maßnahme bedeutet praktisch das Einbringen eines durch späteres Vedunsten teilweise wieder entfernbaren Bindemittels bei der Bildung der Faseragglomerate auf Grund der Oberflächenspannung des Wassers und der Ausbildung von Hydroxylgruppen, doch ist gerade diese Maßnahme nicht geeignet, kugelförmige Fasergranulate zu schaffen, die sich außer durch eine besondere Weichheit und Elastizität auch noch dadurch auszeichnen, daß sie luftig und vor allem gleichmäßig sind; denn bei diesem bekannten Verfahren lagern sich die Fasern in ungeordneter Weise zusammen, und es werden lediglich sowohl in bezug auf die Siruktur als auch auf deren Abmessungen unregelmäßige: Teilchen gebildet

Die· DE-OS 19 15 235 beschreibt die Herstellung von Fasergranulaten in zwei Stufen, wobei zunächst bei einer Trockenbehandlung die Einzelfasern schuppenförmig zusammengelagert und Fasergebilde oder -anhäufungen gebildet werden, die nur einen geringen Zusammenhang haben, worauf in einer nachfolgenden Flüssigbeharidlung die in einer Flüssigkeit suspendierten Faseraggregate verfestigt und in Granulate oder Körnchen überführt werden. Dieses Verfahren hat aber den großen Machteil, daß es nicht nur sehr zeitaufwendig ist, sondern auch zusätzliche Energie für die Extraktion oder Entfernung des im erhaltenen Granulat enthaltenen Wassers erfordert und somit teuer ist

In der folgenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck »Aggregat« Gruppen oder Zusammenlagerungen von Fasern, die durch Trockenbehandlung erhalten werden, während der Ausdruck »Granulat« die durch Verfestigung der Aggregate erhaltenen Kügelchen bezeichnet.

Die eingangs geschilderte Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs.

Obwohl auch bei diesem Verfahren ebenso wie bei den bekannten Verfahren mit einer Flüssigkeit gearbeitet wird, ruft diese auf Grund der völlig anderen Bedingungen, unter denen sie auf die Fasern einwirkt, auch eine völlig andere Wirkung hervor. Die schon bei der

w Trockenbehandlung aus der Fasermasse entstandenen und teilweise sehr eng zusammenhängenden faserigen Aggregate stimmen im wesentlichen mit der mittleren Faserlänge überein. Bei der anschließenden Feuchtbehandlung wirkt die Flüssigkeit in dispergierter Phase auf die zusammenhängenden Aggregate ein, und es bilden sich zwischen den oberflächlichen Fasern jedes Aggregates Flüssigkeitsmenisken, die beim Verdunsten oder Verdampfen der Flüssigkeit ein Zusammenziehen oder Zusammenschnüren der Fasern und damit eine größere

■·" Festigkeit der Granulate gegenüber den allein bei einer Trockenbehandlung erhaltenen Aggregate bewirken. Der besondere Vorteil des Verfahrens besteht dabei aber darin, daß die bei der Trockenbehandlung in den Faseraggregaten erzielten günstigen Eigenschaften er-

⁴■> halten bleiben, indem diese Aggregate leicht, weich, elastisch und luftig verbleiben, während ihnen gleichzeitig eine größere Festigkeit verliehen wird. Dies ist ein entscheidender Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung gegenüber dem aus der DE-AS 17 28 102 bekann-

"<o _[en Verfahren; denn die bei diesem bexannten Verfahren zum Einsatz kommende Feuchtigkeit während der Bildung der Faserzusammenballungen umhüllt die einzelnen Fasern und stellt praktisch ein Agglomerierungs- oder Bindemittel für diese Fasern dar, die sich zwar zu

">⁵ Agglomeraten zusammenlagern, deren Eigenschaften sich aber wesentlich von den bei einer Trockenbehandlung gebildeten Aggregaten unterscheiden; denn diese Aggregate oind wegen des Fehlens jeglichen Bindemittels nicht nur weicher und elastischer, sondern vor allem auch leichter und luftiger und von größerer Regelmäßigkeil, und behalten diese vorteilhaften Eigenschaften überraschenderweise auch bei der anschließenden Verfestigung unter dem Einfluß der auf sie erfindungsgemäß auf die Faseroberflächen zur Einwirkung gebrachten Flüssigkeit.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens verteilt man die Faseraggregate, die aus der aus der Trockenbehandlung kommenden Fa-

sermasse abgezogen worden sind, in einer Schicht von gleichmäßiger Dicke und sprüht die Flüssigkeit auf diese Schiebt, während man die Aggregate gleichzeitig einer Vibration unterwirft.

Als Flüssigkeit kann Wasser verwendet werden, das gegebenenfalls ein oberflächenaktives Mittel und/ oder ein Bindemittel enthält. Schließlich kann das Fasergranulat nach der Befeuchtung vorteilhaft getrocknet werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend eine Ausführungsform des Verfahrens in Verbindung mit einigen speziellen Beispielen beschrieben.

Für die Durchführung des Verfahrens werden sogenannte Einzelfasern oder nicht im Verband befindliehe Fasern verwendet. Unter dieser Bezeichnung ist zu verstehen, daß die Fasern absolut gesondert voneinander vorliegen und im Falle der Verwendung von pflanzlichen Fasern die zu behandelnde Masse der Fasern wenig zu »Stäbchen« verklebte Fasern, d.h. dicke Bündel enthält, hi denen zahlreiche parallele Fasern zu einer Zusammenlagerung, die nicht mehr die Form einer Faser hat, miteinander vereinigt sind.

Ferner sind diese Fasern ohne Rücksicht darauf, ob sie pflanzlichen, tierischen, mineralischen oder >, synthetischen Ursprungs sind, getrocknet. Hierzu ist zu bemerken, daß die Fasern an ihrer Oberfläche nicht befeuchtet sind, jedoch innere Feuchtigkeit enthalten können. So können beispielsweise Holzfasern Feuchtigkeit in einer Menge zwischen 3 und 55% des Ge- ;,, samtgewichts der feuchten Fasern enthalten, ohne daß sie sich jedoch feucht anfühlen.

Zur Trockenbehandlung ;verden diese getrockneten Einzelfasern in einen gegebenenfalls mit Zwischenwänden versehenen Drehtunne' -.nit waagerech- ^ ter Achse gefüllt, der um seine Achse gedreht wird. Der Füllungsgrad des Tunnels ist wichtig, da er größer ist als die Hälfte des Innenvoluinens. Außerdem wird keinerlei Flüssigkeit in diesen Tunnel gegeben, so daß die Behandlung der Fasern tatsächlich trocken erfolgt. _J0

Während der Drehung des Tunnels werden die Fasern im wesentlichen mechanischen Wechselwirkungen einer Verfilzung unterworfen. Die Fasern werden leicht elastisch deformiert, und ihre gegenseitige Verflechtung oder Verschlingung wird durch die Bean- ₄-, spruchungen und Spannungen, die durch diese elastischen Kräfte ausgelöst werden, endgültig. Auf diese Weise bilden sich in der in Bewegung befindlichen Masse von behandelten Fasern Faseraggregate.

Es ist festzustellen, daß die Aggregate mit dem -„, stärksten Zusammenhalt in Form von Kügeichen Abmessungen haben, die im wesentlichen der mittleren Länge der Fasern entsprechen, und daß diese Abmessungen sich wenig ändern, auch wenn die Behandlung verlängert wird. Ferner sind die erhaltenen Faserge- .-,-, bilde nur in dem Maße zusammenhängend, in dem ihre Abmessungen die mittlere Länge der Fasern nicht zu sehr überschreiten. Die größten Fasergebilde haben während der Gleitbewegungen der Faserschichten gegeneinander und während des Herabfallens die Neigung, zu zerfallen.

Die Wirksamkeit der Trockenbehandlung hängt von dem Füllungsgrad des Tunnels ab, wobei die wirksame Transportoberfläche im Verhältnis zum behandelten Volumen gering sein muß. Sie hängt ferner von der Drehgeschwindigkeit des Tunnels ab. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn der Tunnel zu V₃ bis ⁴/, des Tunnelvolumens gefüllt ist.

Beispielsweise können in einem Tunnel oder einer Trommel von 2,5 mm Durchmesser und 8 m Länge und 850 kg Holzfasern trocken behandelt werden. Dies entspricht einem Füllungsgrad von 65%. Die Trommel wird so gedreht, daß die Oberflächengeschwindigkeit etwa 80 m/Minute beträgt. Nach einer Behandlungsdauer von 2 Stunden sind 80% der Fasermasse zu Aggregaten umgewandelt worden. Wenn die Korngröße der Aggregate sich stabilisiert hat, wird die Trockenbehandlung beendet, worauf die Naßbehandlung beginnen kann.

Obwohl nicht immer notwendig, kann es zweckmäßig sein, vor der Naßbehandlung die behandelte Fasermasse zu klassieren, u;n

a) Faseraggregate von geeigneter Größe,

b) frei gebliebene Fasern,

c) unbeständige Faserzusammenlagerungen oder Faserzusammenlagerungen von ungeeigneter Dicke,

d) pulverförmige Produkte usw.
abzutrennen. Diese Klassierung kann durch Sieben erfolgen, die es außerdem ermöglicht, aus den Faseraggregaten von geeigneter Dicke diejenigen auszuschließen, deren Zusammenhalt zu schwach ist. Diese letztgenannten Faseraggregate widerstehen nicht den verschiedenen Beanspruchungen des Siebens und fallen auseinander.

Die instabilen Fasergebilde oder die Fasergebilde von ungeeigneter Größe sowie die Überreste der während des Siebens zerstörten Aggregate, werden beispielsweise durch Kardieren aufgelöst, um die sie bildenden Fasern völlig freizulegen. Diese Fasern und die frei gebliebenen Fasern werden mit den erstmals verwendeten Fasern gemischt und erneut der Trokkenbehandlung unterworfen. Es handelt sich somit um eine Kreislaufführung der nicht in die Aggregate eingegangenen oder schlecht zusammengeballten Fasern.

In jedem Fall sind die klassierten Faseraggregate in diesem Zustand nicht verwendbar, da ihr Zusammenhalt ungenügend ist. Es ist iomit uherläßlich, daß sie verfestigt und verdichtet werden, so daß es möglich ist, die nachstehend beschriebene Naßbehandlung vorzunehmen.

Es ist zunächst zu bemerken, daß dieser Naßbehandlung vorzugsweise die Faseraggregate unterworfen werden, die von den übrigen trocken behandelten Fasermasse abgetrenni v/erden, daß es jedoch nicht ausgeschlossen ist, ihr die gesamte Masse zu unterwerfen, dies um so m^p.hr, wenn bei dem Produkt, in das die erhaltenen Granulate eingehen, die Anwesenheit von freien Fasern oder von unzusammenhängenden Faseranhäufungen notwendig ist oder in Kauf genommen werden kann und wenn außerdem der Anteil der Faseraggregate in der Masse genügend hoch ist.

Die Naßbehandlung besteht darin, daß auf die Oberfläche der Faseraggregate eine Flüssigkeit in einer Menge aufgebracht wird, die gerade genügt, um Flüssigkeitsmenisken zwischen den Oberflächenfasern zu bilden. Diese Menisken bewirken eine durch die Verdampfung der Flüssigkeit verstärkte Zusammenziehung der Fasern.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens verteilt man die Faseraggregate in einer Schicht von gleichmäßiger Dicke auf einer bewegten Oberfläche und verteilt die Flüssigkeit durch Zerstäuben. Zur Regulierung und gleichmäßigen Gestaltung der Befeuchtung wird die bewegte Oberfläche vorzugsweise gerüttelt oder in Vibration gehalten. In

jedem Fall führt diese bewegte Oberfläche ohne Rücksicht darauf, ob sie waagerecht, nach oben oder unten geneigt, eben, zylindrisch, schneckenförmig oder anders ausgebildet ist, die in geeigneter Weise befeuchteten Faseraggregate zu einem Trockner, der die Flüssigkeit, die die vorstehend genannten Menisken bildete, vollständig und schnell entfernt.

In den meisten Fällen, insbesondere bei Verwendung von Ausgangsfasern natürlichen Ursprungs, wird als Flüssigkeit Wasser verwendet. Der mittlere Feuchtigkeitsgehalt der Gesamtmasse muß hierbei zwischen 50 und 85% des Gesamtgewichts der feuchten Aggregate -liegen.

In gewissen besonderen Fällen kann jedoch eine Flüssigkeit von anderer Natur aufgesprüht werden. Wenn beispielsweise von Polyäthylenfasern ausgegangen wird, können als Flüssigkeiten Kohlenwasserstoffe oder Lösungsmittel, die die Fasern benetzen, verwendet werden.

Um die sich durch die Naßbehandlung ergebende Umwandlung, durch die die Faseraggregate mit schlechten: Zusammenhalt in Fasergranulat mit verbessertem Zusammenhalt umgewande.'* werden, deutlich zu veranschaulichen, wurden zwei unterschiedliche Versuche durchgeführt. Eine erste Versuchsreihe war darauf abgestellt, die diametrale Schrumpfung oder Zusammenziehung der einer Naßbehandlung unterworfenen Faseraggregate zu messen. Aggregate auf Basis von Holzfasern wurden auf eine unbewegliche Platte gelegt. Mit Hilfe eines Kathetometers wurde die Veränderung des Durchmessers einer großen Zahl von Aggregaten gemessen. Hierbei wurde festgestellt, daß das Aufsprühen vow Wasser je nach den Aggregaten eine Schrumpfung oder Zusammenziehung von 5 bis 10 % zur Folge hatte und daß die Trocknung zu einer erneuten Schrumpfung von etwa 1% führt.

Eine zweite Versuchsreihe diente zur Messung des Zusammenhalts oder der Kohäsion des Fasergranulats. Zu diesem Zweck wurden 2 Nadeln diametral in jedes erhaltene Korn gestochen. Dann wurde mit Hilfe eines Dynamometers eine Kraft, die das Bestreben hatte, die Nadeln bis zum Zerfall des dem Versuch unterworfenen Korns voneinander zu entfernen, zur Einwirkung gebracht. Der Wert der willkürlich als Kohäsion bezeichneten Zerreißkraft ist bedeutsam und wird als Beurteilungselemen" angegeben. Im folgenden Beispiel werden einige Versuchsergebniss.e veranschaulicht.

Harzfasern, wie sie beispielsweise die »Defibrator«-Masse bilden, wurden in der ersten Phase des Verfahrens gemäß der Erfindung trocken behandelt. Die gebildeten Faseragglomerate haben einen schwachen Zusammenhalt, der bei einem Durchmesser von 8 mm zwischen 10 und 12 g liegt. Diese Aggregate werden dann in der zweiten Phase des Verfahrens gemäß der Erfindung zu 80% mit Wasser befeuchtet. Der Zusammenhalt der erhaltenen Faserkörnchen erreicht nunmehr einen Wert zwischen 25 und 30 g.

Es kann ferner vorteilhaft sein, die auf die Befeuchtung zurückzuführende Wirkung, durch die ein physikalisch-mechanischer Effekt der Zusammenziehung der Fasern der Aggregate hervorgebracht wird, zu verstärken, indem mit dieser Wirkung die Wirkung von Bindungen einer anderen Art von Fasern kombiniert wird.

Bei einer ersten A »'.sführungsform des Verfahrens

ist es die Befeuchtungsflüssigkeit, die die Verstärkungsbindungen erzeugt. In diesem Fall quillt die Flüssigkeit die Fasern an der Oberfläche, und diese werden unter der Einwirkung der Grenzflächenspannungen einander genügend genähert, wobei Bindun gen zwischen den Fasern auftreten und das erhaltene Granulat noch weiter verfestigt und verdichtet wird. Wenn beispielsweise Polymerfasern behandelt werden, kann als Benetzungsflüssigkeit ein Quellmittel

in verwendet werden, das eine Verklebung durch Verdunsten ermöglicht.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, die auf gewisse thermoplastische Fasern anwendbar ist, unterwirft man das Granulat einer ther-

!, mischen Behandlung, die als Nebenwirkung eine Beschleunigung der Verdampfung der Befeuchtungsflüssigkeit und der Trocknung des Granulats ermöglicht, und die die Oberfläche der Fasern erweicht und an der Oberfläche einen pastenförmige^ Zustand er-

:» zeugt, der dem Zustand analog ist, der bei der ersten Ausführ üngsform des Verfahren«! durch das Quellmittel erzielt wird. Die Grenzflächenspannungen wirken hierbei durch gegenseitige Annsüierung der Fasern wie örtliche Verschweißungen.

Beispielsweise kann ein aus Polyvinylchlondfasern hergestelltes Granulat, das eine Korngröße von 5 bis 8 mm und eine Kohäsion von einigen Gramm zwischen den Nadeln hat, eine Kohäsion von mehr als 800 g erreichen, wenn das Granulat einige Minuten

sä einer Wärmebehandlung bei 100 bis 110° C unterworfen wird.

Bei einer dritten Ausführungsform des Verfahrens, die auf sogenannte thermorückstellfähige Fasern anwendbar ist, die auf eine Temperaturerhöhung mit

π Änderungen der Abmessungen reagieren, unterwirft man das Granulat einer Wärmebehandlung, die als Nebenwirkung eine Beschleunigung der Verdunstung der Benetzungsflüssigkeit und der Trocknung des Granulats ermöglicht, um ein deutliches Zusammen-

_4I, lagern und Zusammenziehen der Fasern hervorzurufen.

Bei einer auf alle Fasern anwendbaren vierten Variante des Verfahrens kann die Benetzungsflüssigkeit mit einem Produkt gemischt werden, das die Annähe- -, rung zwischen den Fasern durch Klebverbindung endgültig macht. Zu diesem Zweck können Stärken, die verschiedensten Polymerisate und ganz allgemein alle Produkte verwendet werden, die eine Klebverbindung zwischen den Fasern durch Trocknung und/oder Wär-

-„, mebehandlung zu erzeugen vermögen. Beispielsweise werden durch Trockenbehandlung von aus Harzfasern erhaltenen Faseraggregate mit einer wäßrigen' Suspension, die 20 g vorverkleisterte Stärke pro Liter enthält, bis zur Verdoppelung ihres Gewichts be-

-,-, feuch-.et. Nach der Trocknung erreicht der Zusammenhalt des erhaltenen Fasergranulats einen Wert zwischen 80 und 100 g.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in jedem Fall angewandt werden, in dem die verwendeten Fa-

Mi sergranulate wirtschaftlich sein müssen und keinen Zugbeanspruchungen oder in jedem Fall nur geringen Zugbeanspruchungen unterworfen sind.

Als besonders interessante Anwendungen kommen die Herstellung von leichten, porösen, isolierenden

■-·, Füllmaterialien und die Herstellung von Ausgangsprodukten füi dir Herstellung von Preß- oder Slrangpreßteilen und von Unterschichten verschiedener Überzüge und Beläge in Frage.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Fasergranulaten aus im Trockenverfahren durch Bewegungsbehandlung gewonnenen Faseraggregaten natürlicher oder synthetischer Fasern, die anschließend mit Flüssigkeiten in Berührung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufsprühen einer Flüssigkeit auf die Oberfläche der im Trockenverfahren gewonnenen Faseraggregate zwischen den Fasern jedes Faseraggregats Fiüssigkeitsmenisken gebildet werden, die infolge Oberflächenspannung beim Verdampfen bzw. Verdunsten der Flüssigkeit die Fasern zusammenziehen und die Oberfläche der Faseraggregate verdichten und verfestigen.