ES2581659T3

ES2581659T3 - Correa de prensa de zapata

Info

Publication number: ES2581659T3
Application number: ES09774685.3T
Authority: ES
Inventors: Satu Hagfors; Vesa-Matti Riihioja; Marja Ojanen
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: WO2010066950A3; EP2367980B1; FI126363B; CA2747183C; US20120132384A1; KR101580534B1; RU2513406C2; AU2009326935B2; JP2012511611A; FI20086190A; WO2010066950A2; FI20086190A0; RU2011128727A; BRPI0923330B1; AU2009326935A1; CN102264786A; CN102264786B; BRPI0923330A2; KR20110125631A; CA2747183A1

Abstract

Una correa de prensa de zapata que comprende un polímero de poliuretano preparado de un prepolímero de uretano que contiene grupos isocianato y una mezcla de extensores de cadena, siendo preparado el prepolímero de uretano utilizando 1,4-fenilen-diisocianato (PPDI) y comprendiendo la mezcla de extensores de cadena metil-bis(3- cloro-2,6-dietilanilina) (MCDEA).

Description

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DESCRIPCION

Correa de prensa de zapata Antecedentes de la invencion

La invencion se refiere en general a correas utilizadas en diferentes fases de un procedimiento de fabricacion de papel. Mas particularmente, la invencion se refiere a correas de prensa de zapata utilizadas en las prensas de zapata de las secciones de prensado en maquinas de carton, de papel y de pasta de papel, as! como en prensas de zapata de una maquina de calandrado de papel cuando se fabrican ciertos tipos de papel.

Las prensas de zapata se utilizan comunmente en maquinas de pasta, carton y papel para deshidratar un tejido de fibra. Una superficie de un tejido de fibra humedo que se desplaza a alta velocidad en tales prensas de zapata es prensada por un rodillo de presion rotatorio mientras que simultaneamente la otra superficie del tejido de fibra es prensada por una zapata de presion estacionaria rodeada por una correa sin fin que tiene un cuerpo de elastomero elastico. La correa se desplaza entre el rodillo de prensado y la zapata de presion a aproximadamente la misma velocidad que el tejido de fibra. El tejido de fibra en la parte superior de un fieltro de prensa es impulsado a traves de la prensa de zapata con la superficie exterior de la correa de prensa en contacto directo con el fieltro de prensa y la superficie interior de la correa de prensa deslizandose contra la zapata de presion. Normalmente se proporciona aceite lubricante entre la correa y la zapata de presion para garantizar el libre movimiento de la correa.

Las correas de prensa de la tecnica anterior contienen tlpicamente un material elastomero, tal como un poliuretano o caucho, y una estructura de apoyo hecha de hilo en el interior de la correa. Un ejemplo de una correa de prensa de zapata esta descrito en la solicitud de patente FI 20040166.

En terminos generales una correa de prensa de zapata esta sometida a fuerzas de flexion y de presion altas y recurrentes, entre un rodillo de prensado y una zapata de presion a medida que el tejido de fibras se desplaza a gran velocidad a traves de las prensas de zapata. A lo largo del tiempo tales tensiones pueden hacer que el material de la correa se agriete durante el uso, lo que eventualmente danara la correa mas alla de la facilidad de uso. Una tendencia general ha sido aumentar la velocidad del tejido en las maquinas de papel para mejorar la eficiencia de fabricacion. Puesto que se emplea el mismo contenido de materia seca que antes con la velocidad mas alta, la fuerza de presion se debe aumentar. Por lo tanto, tambien las correas de prensa de zapata utilizadas en las etapas de prensado estan sometidas a cargas cada vez mas altas, estando as! obligadas las correas a tener una pluralidad de varias propiedades con el fin de asegurar un alto rendimiento. Cuando aumenta la velocidad de la correa en las maquinas de papel, la correa se somete a una carga termica cada vez mas alta debido a la mayor velocidad, por una parte, y al calentamiento del aceite lubricante por otra parte. Una buena resistencia de la correa al calor es un aspecto esencial con vistas a la vida util de la correa.

Las temperaturas de funcionamiento de las prensas de zapata en maquinas de papel, carton y pasta de papel estan normalmente por debajo de 70 °C. Recientemente se ha observado que la eficiencia de fabricacion se puede aumentar tambien elevando la temperatura de las prensas de zapata; una temperatura mas alta del tejido de fibra puede permitir que se consiga un mejor contenido de materia seca ya que la viscosidad del agua disminuye y el agua sale de manera mas eficiente. El tejido de fibra se puede calentar por medio de vapor, un rodillo caliente o elevando la temperatura de la masa, por ejemplo. En lo que se conoce como una tecnica de secado por impulsos, se eleva la temperatura hasta alcanzar mas de 200 °C. Tambien en lo que se conoce como calandras de zapatas la temperatura del rodillo caliente puede ser superior a 200 °C. Los mismos factores elevan la temperatura de la correa de prensa de zapata desde el exterior. El aumento de la carga de presion mejora la materia seca. Al mismo tiempo, sin embargo, el calor causado por la friccion calienta el aceite que lubrica la zapata y eleva la temperatura en el interior de la correa de prensa de zapata. Estos factores juntos aumentan los requisitos de resistencia al calor dirigidos al fieltro de la prensa de zapata.

Las correas de prensa de zapata hechas de poliuretano ordinario aguantan bien temperaturas por debajo de 70 °C. Sin embargo, a temperaturas mas altas las caracterlsticas mecanicas y dinamicas del poliuretano y, de manera correspondiente, las de la correa de prensa de zapata se deterioran claramente. El poliuretano se ablanda a una temperatura alta y el desgaste de la correa aumenta. Debido al ablandamiento, las ranuras de la correa se comprimen y no vuelven a su forma original, lo que perjudica la deshidratacion porque las ranuras ya no son capaces de tomar suficiente agua. A una temperatura alta, y en particular en presencia de residuos de productos qulmicos de la fabricacion de papel, comienzan a tener lugar en el poliuretano reacciones de oxidacion termica y qulmica. Como resultado, las cadenas de pollmero se rompen, lo que a su vez deteriora las propiedades del poliuretano. Esto se muestra entonces como desgaste de la correa y, como debilitamiento de la resistencia a la rotura. En su localizacion de uso, la correa de prensa de zapata esta bajo carga constante dinamica de presion y de tension. Por esta razon, es importante que sus propiedades dinamicas continuen siendo buenas en este intervalo de temperatura.

Las correas adecuadas para prensas de zapata han sido descritas abundantemente en la tecnica. El documento EP 1338696 A1, por ejemplo, describe una correa, tal como una correa de prensa de zapata, adecuada para las etapas

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de prensado en un procedimiento de fabrication de papel, comprendiendo la correa un sustrato de refuerzo embebido en una capa de poliuretano. La superficie periferica exterior de la correa, que esta en contacto directo con un fieltro de prensa que soporta el tejido de fibras, esta formada de un prepollmero de uretano y dimetiltiotoluenodiamina (DMTDA) como endurecedor. La correa tiene como objetivo reducir o ralentizar cualquier agrietamiento, que generalmente se produce en las superficies exteriores de las correas en particular, as! como evitar la delaminacion entre el endurecedor y la capa de poliuretano.

El documento EP 877 118 A2 describe una correa de prensa de zapata con una capa de base y una capa de resina en ambos lados de la misma. La resina es de un pollmero de uretano de tipo polieter y diisocianato de tolueno, con 4,4'-metilen-bis(2-cloroanilina) (MOCA/MBOCA) como un extensor de cadena. Se hace notar que la correa proporciona la resistencia necesaria frente al desgaste, la resistencia a la fatiga de flexion y la prevention de formation de grietas.

El documento WO 2005/090429 A1 describe una correa adecuada para una prensa de zapata, comprendiendo la correa un recubrimiento basado en uretano que contiene nanopartlculas. El objetivo de la adicion de nanopartlculas al recubrimiento es, por ejemplo, mejorar la resistencia de la correa a la fatiga por flexion y la propagation de grietas, y proporcionar a la correa caracterlsticas de dureza y desgaste.

El documento EP 0939162 A2 describe una correa de prensa de zapata que comprende dos capas de resina compuestas de un pollmero de uretano de tipo polieter y diisocianato de tolueno, con 3,3'-dicloro-4,4'- diaminodifenilmetano (MOCA/MBOCA) como un sustrato de refuerzo. El objetivo es obtener una correa que proporcione resistencia tanto en direccion de la maquina como en direccion transversal a la maquina y evitar la delaminacion de la resina de la correa.

Un problema con las correas de prensa de zapata descritas anteriormente, es que su resistencia al calor no es suficiente en las tasas de production cada vez mas preferidas en las maquinas de carton, papel y pasta para obtener la maxima eficiencia en la fabricacion.

Una solution dada a conocer en el documento EP 1136618 A2 con vistas a un aumento de la temperatura durante la operation de una correa de presion es utilizar un agente de relleno aislante. Asimismo, el documento DE 19702138 A1 propone mejorar la resistencia al calor de las correas de prensa mediante el uso de partlculas de relleno que conducen el calor en una matriz de elastomero. En el documento DE 19651557 A1 se proporciona una correa de prensa con un recubrimiento que protege al elastomero tanto de los productos qulmicos como del calor.

Sin embargo, las soluciones del tipo anterior, que se basan en el uso de agentes de relleno o de un recubrimiento, pueden causar otros problemas en las correas. El material de pollmero puede llegar a ser quebradizo o a delaminarse desde el sustrato de refuerzo debido al agente de relleno. En el uso a largo plazo, en particular, tambien pueden surgir problemas en la adhesion del recubrimiento al material de la correa.

Por lo tanto, es deseable obtener, de una manera aun mas sencilla, correas de prensa de zapata que tengan una buena resistencia al calor y que esten libres de los problemas de la tecnica anterior, y que mantengan sus buenas propiedades dinamicas y mecanicas en un intervalo de temperatura de funcionamiento mas amplio y en particular a temperaturas mas altas.

Breve descripcion de la invencion

Es un objeto de la invencion proporcionar una correa de prensa de zapata que cumpla con los requisitos especiales establecidos por las maquinas modernas de carton, papel y pasta con respecto a una buena resistencia al calor. Esto se consigue mediante una correa de prensa de zapata caracterizada por lo que se indica en la revindication independiente.

Se descubrio sorprendentemente que el uso de materiales de partida de un tipo especlfico, es decir, un monomero de isocianato particular y un extensor particular de cadena, en la fabricacion de poliuretano para una correa de prensa de zapata permitio que se mejorara la resistencia al calor de la correa. Una indication de la mejor resistencia al calor de la correa es que mantiene su resistencia a la rotura. Al mismo tiempo, los materiales de partida especlficos mejoran tambien otras caracterlsticas, tales como resistencia al desgaste y resistencia a la compresion, de la correa de poliuretano.

Una de las ventajas de la correa de prensa de zapata de la invencion, es que la buena resistencia al calor extiende la vida util de la correa esencialmente.

Descripcion detallada de la invencion

La invencion proporciona una nueva correa de prensa de zapata, que comprende pollmero de poliuretano preparado de un prepollmero de uretano que contiene grupos isocianato y una mezcla de extensores de cadena, siendo preparado el prepollmero de uretano utilizando 1,4-fenileno-diisocianato (PPDI) y comprendiendo la mezcla de

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extensores de cadena metil-bis(3-cloro-2,6-dietilanilina) (MCDEA). La MCDEA es conocida tambien en la tecnica como 4,4'-metilen-bis(3-cloro-2,6-dietilanilina).

El pollmero de poliuretano utilizado en la correa de prensa de zapata de la invencion se prepara de una manera conocida per se. El poliuretano se puede verter o extruir, y se puede preparar utilizando metodos de prepolimerizacion conocidos en la tecnica, en cuyo caso la prepolimerizacion se puede llevar a cabo o bien parcialmente (por lo que se conoce como una tecnica de cuasi-prepollmero) o completamente (por lo que se conoce como una tecnica de prepollmero completo). En la presente invencion, el poliuretano se prepara mezclando los grupos amina (NH2-) de prepollmero de uretano que tiene grupos isocianato en los extremos del mismo con un extensor de cadena. El extensor de cadena hace que la cadena de prepollmero se extienda combinando cadenas de prepollmero largas juntas, por lo que se forman enlaces de uretano o de urea y se obtiene una estructura de poliuretano lineal que puede reaccionar adicionalmente para formar una estructura de red con enlaces de biuret, alofanato e hidrogeno.

En el contexto de esta invencion, pollmero de uretano se refiere a un producto obtenido de una reaccion entre dicho monomero de 1,4-fenilen-diisocianato (PPDI) y poliol.

El uso de PPDI en la preparacion de poliuretanos es ampliamente conocido. Segun un estudio, el PPDI se puede utilizar para preparar prepollmeros en los que la proporcion de grupos isocianato libres (NCO) es menor que antes. El uso de prepollmeros que contienen menos grupos NCO libres permite reducir la exposicion a gases volatiles y toxicos causada por los monomeros inertes, es decir, los monomeros libres de isocianato.

Se ha observado tambien que el poliuretano preparado de PPDI tiene mejores caracterlsticas que el poliuretano hecho de 2,2'-difenilmetano-diisocianato (MDI). Segun un estudio, las mejores propiedades se deben a la estructura plana de PPDI (Yang et al., Polymer 44 (2003), pp. 3251-3258). Las estructuras espaciales de PPDI y MDI se ilustran a continuacion.

imagen1

Debido a la simetrla de un monomero de PPDI, se observa en el elastomero de poliuretano, una formacion de una estructura de fase multiple lineal y fuerte formada de bloques duros y blandos. La separacion de fases entre los bloques duros y blandos se considera como la razon mas importante para las excelentes propiedades de los elastomeros de poliuretano PPDI y particularmente para la mejora en las propiedades dinamicas.

Para preparar el prepollmero de uretano en la presente invencion, se hace reaccionar PPDI con un poliol. El poliol puede ser cualquier poliol usado comunmente en la preparacion de poliuretanos. Por lo tanto, el poliol puede ser poliol de polieter, poliol de poliester, poliol de carbonato de polieter, poliol de policarbonato o poliol de policaprolactama. Los polioles de polieter incluyen, pero no se limitan a, politetrametilen eter glicol (PTMEG), polipropilenglicol (PPG), polietilenglicol (PEG), polihexametilen eter glicol; los polioles de poliester incluyen poliadipato de un monoetilenglicol y policaprolactona; los polioles de carbonato de polieter pueden ser por ejemplo de la forma H[O-(CH2)6]n-O-CO-O-[(CH2)6-0]n-(CH2)6-O-C0-O-. . . -OH, aunque no se limitan a esta; los polioles de policarbonato pueden ser por ejemplo de la forma HO-[(CH2)6-O-CO-O]n-(CH2)6-OH, aunque no se limitan a esta. Segun una realizacion de la invencion, el prepollmero de uretano se prepara utilizando PTMEG como el poliol. Segun otra realizacion de la invencion, se utilizan los polioles de carbonato de polieter como el poliol.

Segun la invencion, el pollmero de poliuretano se prepara mezclando el pollmero de uretano que tiene grupos isocianato en los extremos del mismo, con una mezcla de extensores de cadena que comprende metil-bis(3-cloro- 2,6-dieti-anilina) (MCDEA) que contiene grupos amina, con lo cual se obtienen cadenas de poliuretano largas con enlaces de urea y uretano.

De acuerdo con la invencion, se descubrio que cuando se utiliza una mezcla de extensores de cadena que comprende MCDEA simetrica, ademas de PPDI simetrica, en la preparacion de un poliuretano, se proporciona una

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correa de prensa de zapata hecha de dicho poliuretano con excelentes cualidades de resistencia al calor. La estructura simetrica de MCDEA se puede ver en la formula que sigue. Sin ningun compromiso con una teorla particular, se puede llegar a la conclusion de que la seleccion de dichos agentes de partida simetricos conduce a un elastomero de poliuretano con una estructura de fase preferida, extremadamente bien organizada, de fases duras y blandas, que hace al material particularmente resistente al calor. Los resultados que siguen muestran sorprendentemente que el calor no debilita la resistencia del material con el tiempo, sino que incluso la mejora. Esto se puede asumir que implica que hay una tendencia en el material hacia una estructura cada vez mas organizada por el impacto de calor.

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Segun una realizacion de la invencion, la mezcla de extensores de cadena comprende al menos 10 % en peso de MCDEA. Segun otra realizacion de la invencion, la mezcla de extensores de cadena comprende mas del 25 % en peso de MCDEA, especlficamente al menos 50 % en peso de MCDEA.

La correa de prensa de zapata de la invencion es adecuada para prensas de zapata de todos los tipos. Una prensa de zapata de una clase esta descrita en la solicitud FI 20055556.

La estructura de apoyo de la invencion puede comprender tlpicamente hilos de monofilamento o de multifilamento hechos de, por ejemplo, poliamida, polipropileno, polietileno, poliester, alcohol polivinllico o materiales de fibra resistentes a alta temperatura, tales como poliaramida, sulfuro de polifenileno o polieteretercetona.

La correa de prensa de zapata de la invencion, se puede fabricar de una manera conocida per se. Por ejemplo, la correa se puede fabricar utilizando lo que se conoce como un cilindro de moldeo por centrifugacion con los hilos de refuerzo en direccion transversal a la maquina y en direction de la maquina estando colocados en primer lugar en la superficie interior del cilindro de moldeo y, cuando gira el tambor, el material de poliuretano se extiende uniformemente alrededor de los hilos y sobre la parte superior de ellos. Este tipo de tecnica de fabrication de la correa esta descrito en la patente de Estados Unidos No. 5.609.811, por ejemplo.

La correa de prensa de zapata de la invencion, puede ser hecha tambien moldeando la correa en un cilindro de moldeo. Este tipo de metodo esta descrito en la patente de Estados Unidos No. 5.134.010, por ejemplo. El metodo comienza estando unidos los hilos de refuerzo en direccion de la maquina sobre un cilindro de moldeo, siendo moldeado entonces el material elastomero sobre el cilindro a medida que este gira y, al mismo tiempo, estando enrollado el hilo de refuerzo circunferencial sobre los hilos en la direccion de la maquina.

Sin embargo, otra posibilidad de fabricacion de la correa de prensa de zapata de la invencion es impregnar un tejido base con poliuretano en un molde cillndrico, siendo colocado el tejido base entre la capa exterior del molde y un mandril. El molde se somete a aspiration para producir una presion negativa, y el material de poliuretano se inyecta entonces en el molde. El material de poliuretano es as! uniformemente absorbido en el tejido base. Este tipo de metodo esta descrito en la patente de Estados Unidos No. 5.833.898, por ejemplo.

La correa de prensa de zapata de la invencion tambien se puede fabricar por impregnation y/o por recubrimiento de una estructura de refuerzo de tejido sin fin, trenzada o laminada, con el pollmero sobre ambos lados. Este tipo de metodo esta descrito en la patente de Estados Unidos No. 6.465.074, por ejemplo.

La excelente resistencia al calor de la correa de prensa de zapata de la invencion, se ilustra en los resultados recogidos en la tabla 1 que sigue. La muestra 1 representa una correa de prensa de zapata de la invencion con poliuretano que esta hecho de un prepollmero formado de PPDI y de PTMEG y un extensor de cadena que contiene MCDEA. La proportion de MCDEA es el 50 % de la mezcla de extensores de cadena. El poliuretano se preparo a una temperatura de procesado de 66 °C. El tratamiento posterior de la correa en un horno se llevo a cabo durante 16 horas a 120 °C. La proporcion de grupos isocianato en el prepollmero fue 5,52 %.

La muestra 2 es una correa de referencia en la que el poliuretano esta hecho de un prepollmero formado de 2,2'- difenilmetano-diisocianato (MDI) y poliol PTMEG y un extensor de cadena que contiene MOCA. La proporcion de MOCA en la mezcla de extensores de cadena es de 25 %. El poliuretano se preparo a una temperatura de procesado de 45 °C. El tratamiento posterior de la correa en un horno se llevo a cabo durante 24 horas a 80 °C. La proporcion de grupos isocianato en el prepollmero fue 13,15 %.

La resistencia residual, el desgaste y la compresion residual de las correas se midieron de 0 a 4 dlas. La resistencia residual se ensayo de acuerdo a la norma estandar SFS 2983, el desgaste de acuerdo con la norma DIN 53516 y la

compresion residual de acuerdo con SFS2564 / ISO 815-1972. La temperatura de exposicion de las correas fue de 130 °C

: Resistencia residual, % Desgaste, mg Compresion residual, %

: Muestra 1 Muestra 2 Muestra 1 Muestra 2 Muestra 1 Muestra 2

0 dlas: 100 100 24 37 28 42

1 dla: 107 55 22 61 28 46

4 dlas: 122 54 21 62 28 37

Los resultados muestran que la resistencia de la muestra 1 no se debilita en la exposicion al calor, sino que, al 5 contrario, tiende a aumentar. Por otra parte, la fuerza de la muestra 2 se hace sustancialmente mas debil ya en una exposicion a la temperatura de 1 dla. La resistencia al desgaste y la resistencia despues de la compresion de la muestra 1 no disminuyen ni a la exposicion de temperatura. En comparacion con la muestra 2, la muestra 1 tiene sustancialmente mejor resistencia al desgaste y resistencia despues de la compresion ya antes de la exposicion a temperatura.

10 Los expertos en la tecnica encontraran evidente que a medida que avance la tecnologla, se podra implementar de varias maneras la idea basica de la invencion. La invencion y sus realizaciones, por lo tanto, no se restringen a los ejemplos anteriores, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una correa de prensa de zapata que comprende un pollmero de poliuretano preparado de un prepollmero de uretano que contiene grupos isocianato y una mezcla de extensores de cadena, siendo preparado el prepollmero de uretano utilizando 1,4-fenilen-diisocianato (PPDI) y comprendiendo la mezcla de extensores de cadena metil-bis(3-

5 cloro-2,6-dietilanilina) (MCDEA).
2. Una correa de prensa de zapata segun la reivindicacion 1, en donde el extensor de cadena comprende al menos 10 % en peso de MCDEA.
3. Una correa de prensa de zapata segun la reivindicacion 1, en donde el extensor de cadena comprende mas de 25 % en peso de MCDEA.

10 4. Una correa de prensa de zapata segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el

prepollmero de uretano esta hecho de 1,4-fenileno-diisocianato y politetrametilen eter glicol (PTMEG).
5. Una correa de prensa de zapata segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el prepollmero de uretano esta hecho de 1,4-fenileno-diisocianato y poliol de carbonato de polieter.