FI110332B - Huopa paperinvalmistukseen - Google Patents

Description

110332

HUOPA PAPERINVALMISTUKSEEN

Keksinnön yhteenveto Tämä keksintö koskee paperinvalmistusta ja tarkemmin sanottuna huopaa käytettäväksi paperinvalmistusprosessissa, jossa märkä paperi veden poistamiseksi paperista viedään huovan muodostaman hihnan päällä paperikoneen puristinosassa olevan telaparin väliin pitämällä se kosketuksessa toiseen teloista, joka on kuumennettu. w Paperikoneen puristinosassa märästä paperista voidaan puristaa pois vettä huoneenlämpötilassa Vedenpoiston tehokkuutta parannetaan kuitenkin kuumakäsittelyllä puristinosassa käyttämällä ns. kuumapuristusmenetelmää. Kuumapuristusmenetelmässä toinen telaparin yhdessä toimivista teloista kuumennetaan yleensä 100 - 150°C:n lämpötilaan. Kuumakäsit-tely yhtäaikaisesti paperin puristamisen kanssa telojen välissä nippipaineessa 100 - 250 15 kg/cm2 vähentää veden viskositeettia märässä paperissa ja parantaa vedenpoistotehoa huoneenlämpötilassa saavutettavaan tehoon verrattuna.

Eräässä toisessa prosessissa, joka tunnetaan "puristuskuivausmenetelmänä", toinen telaparin teloista kuumennetaan yleensä 150 - 250"C:n lämpötilaan ja nippipaine on 200 - 500 kg/cm" Puristuskuivausmenetelmässä märässä paperissa oleva vesi haihdutetaan, minkä seurauksena 2o vedenpoisto on huomattavasti tehokkaampaa.

Tiedetään, että kumpi tahansa näistä menetelmistä voi parantaa puristuksen jälkeistä kui-vuusastetta paperissa.

Normaalisti vietäessä märkä paperi telaparin telojen väliin, joista toinen on kuumennettu, märkä paperi on suorassa kosketuksessa kuumennettuun telaan, kun taas huopa, jolla 25 märkää paperia kuljetetaan, ei ole suorassa kosketuksessa kuumennettuun telaan ja kuumentuu vain epäsuorasti paperin läpi tapahtuvan lämmönjohtumisen takia. Jos märkä paperi menee rikki puristettaessa vettä ulos siitä, kuumennetusta telasta voi kuitenkin mennä kuumuuttaa suoraan huopaan aiheuttaen huovan vioittumista tai sen muodon muuttumista. Koska märän paperin rikkoutuminen vedenulospuristusmenetelmässä on huolestuttavaa, on 30 haluttu saada aikaan riittävän kuumankestävyyden omaava huopa. Japanilaisessa näytteille pannussa hyödyllisyysmallihakemuksessa nro 2100/1989 kuvataan tekniikka, jossa paperikoneen kuivausosassa käytettäväksi tarkoitetun kuivaushuovan pintakerros valmistetaan 2 110332 meta-aramidikuidusta tai parafenyleenisulfidikuidusta paremman kuumankestävyyden aikaansaamiseksi.

Eräs aikaisempiin kuumankestäviin kuivaushuopiin liittyvä ongelma on se, että pinnan pehmeyttä ja ilmanläpäisevyyttä on vaikeita pitää yllä ja pinnan pehmeyden ja ilman-5 läpäisevyyden huononeminen vaikuttavat haitallisesti märän paperin konekiiltoon ja huovan käyttöikään. Huovan vedenulospuristuskyvyn heikkeneminen on myös ongelma. Tällaiselle heikkenemiselle on tunnusomaista huovan kuitujen lämpömuodonmuutos ja litistyminen, jotka ovat merkittäviä korkeissa lämpötiloissa. Yllä mainitut lämpimässä muovautuvat kuidut muuttavat muotoaan ja litistyvät joutuessaan alttiiksi korkealle lämpötilalle ja korkealle 10 paineelle. Huovan kuitujen muodonmuutos ja litistyminen vähentävät niiden elastisuutta, mistä vuorostaan seuraa huovan vedenulospuristustehokkuuden nopea huononeminen. Huovat voivat tukkiutua, vaikka kuumuus ei sulattaisikaan tai hajottaisikaan kuituja.

Tämän keksinnön yleinen tavoite on tarjota käyttöön parannettu huopa käytettäväksi paperinvalmistusprosessissa, jossa märkä paperi viedään huovan päällä paperikoneen puristino-15 sassa olevan telaparin telojen väliin pitämällä se samalla kosketuksessa telaparin kuumennetun telan kanssa. Keksinnön tärkeä tavoite on tarjota käyttöön uudenlainen huopa, joka kykenee pysymään tasaisen elastisena pitkän käyttöajan. Keksinnön tavoitteena on myöskin tarjota käyttöön paperinvalmistushuopa, joka ei sula eikä muuta muotoaan sellaisissakaan oloissa, joissa lämpötila ja paine ovat korkeita.

: : 2o Olen tehnyt sen huomion, että kuitukimpun, joka koostuu yksistään poly(parafenyleeni- bentsoksatsolijkuiduista, (joihin viitataan myös nimellä PBO-kuidut), tai jossa PBO-kuidut ·. . ovat pääasiallinen komponentti, elastisuus ei vähene, vaikka se puristettaisiin toistuvasti • · ‘ kokoon korkeassa lämpötilassa ja paineessa.

* PBO-kuiduilla on huomattavasti parempi vahvuus- ja elastisuuskerroin kuin tavanomaisilla 25 parafenyleenisulfidi- ja aramidikuiduilla ja PBO lla on erinomainen kuumankestävyys, johon kuuluvat korkeampi lämpömuodonmuutoslämpötila ja vähäisempi lämpötilasta riippuva elastisuusasteen muuttuminen. PBO-kuitujen ominaisuuksia kuvataan julkaisuun The Japanese Journal of Fiber Association, Voi. 52, No. 3, s. 143 - 147 (1996) sisältyvässä rapor-.·;· tissa.

3o Näin ollen edellä mainitut tavoitteet saavutetaan keksinnön mukaan huovalla, joka käsittää kankaisen peruskerroksen ja huopakuitukerroksia, joissa ainakin paperiin kosketuksessa i p 3 110332 oleva huopakuitukerrosten pintakerros muodostuu pääasiallisesti poly(parafenyleeni-bentsoksatsoli)kuidusta.

Huopakuitukerrokset muodostuvat edullisesti paperin kanssa kosketuksessa olevasta pintakerroksesta ja useista yksittäisistä paperin kanssa kosketuksessa olevan kerroksen alla 5 olevista kerroksista. Yksittäiset kerrokset koostuvat useista yläkerroksista ja alakerroksista. Yläkerrokset ovat lähempänä pintakerrosta kuin alakerrokset. Keksinnön eräässä edullisessa sovellutusmuodossa poly(parafenyleenibentsoksatsoli)kuitupitoisuus yläkerroksissa on sama tai korkeampi kuin alakerroksissa.

Syy siihen, miksi ainakin paperin kanssa kosketuksessa oleva kerros huopakuitukerroksista ίο koostuu pääasiallisesti poly(parafenyleenibentsoksatsoli)kuidusta on seuraava: pintakerrokseen sen ollessa kosketuksessa märkään paperiin vietäessä märkä paperi kuumapuristuste-loille kohdistuu kuumasta telasta tulevaa, märän paperin läpi johtunutta kuumuutta ja painetta. Toisaalta huovan alakerroksiin johtuu vähemmän kuumuutta ja siten lämpötila alakerroksissa on alhaisempi. Näin ollen, kun otetaan huomioon lämmönjakautuminen is huovan paksuuden läpi, alakerrosten koostumus voi olla sellainen, että siinä on tietty määrä PBO-kuitua muiden sellaisten kuitujen kanssa, joilla on suhteellisen alhainen sulamispiste tai lämpömuovautuvuuslämpötila ja jotka on sekoitettu PBO-kuituun, aina siihen rajaan saakka, että sekoitus on sopiva kuumapuristusoloihin.

, . Huopakuiduissa PBO:hon sekoitetut kuidut on edullisesti valittu seuraavista kuiduista: 2o polyamidikuidut, meta-aramidikuidut ja para-amidikuidut, joilla on korkea sulamispiste tai : korkea lämpömuovautuvuuslämpötila; heterosykliset renkaat omaavat aromaattiset poly- meerikuidut, kuten aromaattinen polyeetteriamidi, polybentsoimidatsolikuidut (PBI-kuidut) f. ja polyoxidiatsolikuidut (POD-kuidut), polyarylaattikuidut (PAR-kuidut); polysyanoak- : Y: ryylieetteriketonikuidut; polyeetteriketonikuidut (PEK-kuidut); polyeetterieetteriketonikui- 25 dut (PEEK-kuidut); polyfenyleenisulfidikuidut (PPS-kuidut); ja polytetrafluoroetyleenikui-dut (PTFE-kuidut).

Keksinnön mukaisesti voidaan siten tarjota käyttöön paperinvalmistushuopa, jolla on ‘ ’ huomattavasti parantunut elastisuus ja parantunut litistymiskestävyys korkeassa lämpötilassa ja hyvin kosteissa oloissa. Jopa sellaisessa prosessissa, jossa märän paperin kanssa 30 kosketuksessa olevan kuumennetun telan lämpötila on niinkin korkea kuin 250°C, huopa 4 110332 kestää riittävän hyvin kuumuuden ja paineen, jos telan kuumuus ja paine märän paperin rikkoutumisen takia kohdistuvat suoraan huopaan.

Kun on kyse huovasta käytettäväksi kuumapuristusmenetelmässä, jossa telan lämpötila on 100 - 150°C, PBO-kuituun voidaan sekoittaa huonomman kuumankestävyyden omaavaa 5 polyamidikuitua.

Keksinnön muut tavoitteet, yksityiskohdat ja edut käyvät ilmi lukijalle seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta, kun hän lukee sen seuraamalla samalla piirustuksia.

Lyhyt piirustusten kuvaus ίο Kuva 1 on kaavamainen poikkileikkauskuva, joka esittää paperikoneen puristinosassa olevaa telaparia ja huovan, joka kuljettaa kerrosta märkää paperia telojen välisen nipin läpi; kuva 2 on suurennettu kaavamainen poikkileikkaus keksinnön mukaisesta huovasta; kuva 3 on kaavamainen poikkileikkaus laakakuumapuristinsimulaattorista huopien testausta varten; is kuva 4 on taulukko, jossa verrataan keksinnön mukaisten eri huopien PBO-kuitupitoisuutta vertailuesimerkkiin. PBO-kuitupitoisuus on ilmaistu painoprosentteina kokonaiskui-tusisällöstä; ja kuva 5 on taulukko, josta käyvät selville taulukkoon 4 listatuille huoville tehtyjen testien tulokset.

Yksityiskohtainen kuvaus : Kuvassa 1 telat 1 ja 2 on asetettu yhdensuuntaisille akseleille paperikoneen puristinosassa.

• ’* Kuumennin 3 kuumentaa ylemmän telan 1. Huopa 10, joka kannattelee märkää paperia 20, 25 menee telojen väliin, jotka kohdistavat painetta märkään paperiin suoraan telasta ljohtuvan kuumuuden kuumentaessa märkää paperia.

Kuten kuvassa 2 esitetään, huopa 10 koostuu kankaisesta peruskerroksesta 11 ja useista huopakuitukerroksista 12A - 12F siten, että peruskankaan 11 etu(ylä)puolella on viisi ker-rosta 12A - 12E ja peruskankaan taka(ala)puolella on yksi kerros 12F. Kullakin huopakui-30 tukerroksella on sama peruspaino. Huopakuitukerrokset kiinnitetään kankaiseen perusker-,,,,· rokseen ja toisiinsa neulalla pistelemällä niin, että kukin huopakuitukerros muodostetaan ,;, ‘ vuorotellen kankaisen peruskerroksen päälle kerroksen sisäpuolelta.

5 110332

Huopakuitukerroksista päällimmäisen kerroksen 12A pääasiallinen komponentti, joka muodostaa noin 75 - 100% sen painosta, on poly(parafenyleenibentsoksatsoli)kuitu eli PBO-kuitu.

Yksittäisissä huopakuitukerroksissa 12A - 12F PBO-kuitupitoisuus ylemmissä kerroksissa s on sama tai korkeampi kuin alemmissa kerroksissa. Tarkemmin sanottuna PBO-kuitupitoisuus kerroksissa 12B - 12F voi olla sama kuin ulommassa kerroksessa 12A tai PBO-kuitupitoisuus voi laskea kerroksesta 12A kohti kerrosta 12F. Siten PBO-kuitupitoisuus kussakin kerroksista 12A - 12F voi olla 100% tai PBO-kuitupitoisuus kerroksissa 12B - 12F voi olla nolla.

io Kuten kuvassa 1 esitetään, märkä paperi 20 on kosketuksessa kuumennettuun telaan 1 ja kuumennetun telan lämpötila riippuu käytettävästä puristusmenetelmästä. Kuumapuristus-menetelmän ollessa kyseessä tela kuumennetaan lämpötilaan 100 - 150°C, kun taas puris-tuskuivausmenetelmässä tela kuumennetaan lämpötilaan 150 - 250°C.

Viittaan nyt kuviin 2 ja 4, jossa esimerkissä 1 kankaisen peruskerroksen 11 pintapuolelle is kiinnitettiin viisi huopakuitukerrosta 12A - 12F ja jossa kankaisen peruskerroksen vastakkaiselle puolelle kiinnitettiin vielä yksi kerros 12F neulapistomenetelmällä. Kankainen peruskerros käsittää kaksoisteksturoitua kangasta, jossa sekä loimi että kude on muodostettu polyamidikuituisesta kierteisestä langasta (esim. Nylon 6). Yksittäisten huopakuitukerrosten • PBO-kuitupitoisuutta vaihdeltiin kuvassa 4 esitetyn mukaisesti kuuden keksinnön mukaisen • * ____ 2o näytteen ja yhden vertailunäytteen valmistamiseksi. Esimerkeissä 1 - 6 PBO-kuituun sekoi- ' tettavana kuituna käytettiin jokaisessa tapauksessa polyfenyleenisulfidia (PPS). Ver- tailuesimerkissä kukin huopakuitukerros koostui kokonaan PPS:sta. Neulalla pistely suo- •' ·,. ritettiin kussakin esimerkissä samoissa olosuhteissa.

: : Esimerkissä 1 kaikki huopakuitukerrokset koostuivat 100-prosenttisesti PBO-kuidusta.

25 Esimerkeissä 2-5 PBO-kuitupitoisuus oli suhteellisesti korkeampi pinnalla ja lähellä pintaa olevissa kerroksissa, mutta alempien kerrosten PBO-kuitupitoisuutta alennettiin. Esimerkissä 6 alemmat huopakuitukerrokset muodostuivat pelkästään PPS-kuidusta. Ver-’· ’ tailuesimerkissä huopakuitukerrokset koostuivat 100-prosenttisesti PPS-kuidusta.

. Esimerkkien 1 - 6 huovat puristettiin kokoon toistuvasti 100 000 kertaa paineessa 100 ·... 30 kg/cm2 nopeudella 1 kerta/sekunti alapuristuslaatan 101 ja 250 °C:n lämpötilaan kuumen netun yläpuristuslaatan 102 välissä käyttämällä kuvassa 3 esitettyä simulaattorilaitetta. Jo- 6 110332 kaisen huopakuidun tiheys mitattiin kuumapuristuksen jälkeen ja tulokset esitetään taulukossa kuvassa 5.

Kuten kuvasta 5 näkyy, suurempi määrä yksistään PBO-kuituja sisältäviä huopakuituker-roksia huovan pinnalla pitää huovan kuumapuristuksen jälkeisen tiheyden pienenä ja paran-5 taa siis keksinnön tuloksena olevien huopien litistymiskestävyyttä. Kun PBO-kuitua sekoitetaan muihin kuituihin yhdessä kerroksessa ja PBO-kuitupitoisuus on vähintään 25%, huovan kuumapuristuksen jälkeinen tiheys pysyy tässäkin tapauksessa pienenä eli huovat ovat litistyksenkestäviä. Erityisesti silloin, kun PBO-kuidun osuus painosta on 50% tai yli, huovan alhaisen tiheyden ylläpitoja litistymiskestävyys paranevat huomattavasti. jo Kuten yllä kuvattiin, keksinnön mukaisen huovan tehtävä on viedä märkä paperi telaparin väliin paperikoneen puristinosassa niin, että märkä paperi on kosketuksessa siihen teloista, joka on kuumennettu. PBO-kuitu on tärkein komponentti ainakin märkään paperiin kosketuksessa olevassa pintakerroksessa. PBO-kuidut estävät huovan lämpömuovautumisen silloinkin, kun paperia puristetaan korkeassa lämpötilassa, ja saavat huovan pysymään n tasaisen elastisena. Huovalla on merkittävästi parantanut litistymiskestävyys.

Kun on kyse huovasta, joka on valmistettu useista kerroksista, joissa märän paperin kanssa kosketuksessa oleva pintakerros on tehty pääasiallisesti PBO-kuiduista, PBO-pitoisuus lähempänä pintakerrosta olevissa alapuolisissa kerroksissa on edullisesti korkeampi kuin kauempana pintakerroksesta sijaitsevissa alapuolisissa kerroksissa. Tällaisen kokoonpanon : : 20 omaavassa huovassa märän paperin läpi kuumennetusta telasta huovan pintakerrokseen ' johtuvan kuumuuden vaikutus pienenee tehokkaasti pintakerroksessa ja lähellä pintakerrosta :. ja siten PBO-kuituihin voidaan edullisesti sekoittaa tavallisia polyamidikuituja alemmissa : huopakuitukerroksissa.

• Huopaa voidaan muutella monella tavalla, esimerkiksi vaihtelemalla kerrosten lukumäärää ja 25 niiden koostumusta. Laitetta ja yllä kuvattua menetelmää voidaan muutella myös muulla tavoin ilman, että poikettaisiin seuraavissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnön piiristä.

Claims (2)

7 110332

1. Huopa käytettäväksi paperinvalmistusprosessissa, jossa märkä paperi viedään huovan päällä paperikoneen puristinosassa olevan telaparin telojen väliin pitämällä se kosketuk-5 sessa telaparin toiseen, kuumennettuun telaan, joka huopa käsittää kankaisen peruskerroksen ja huopakuitukerroksia tunnettu siitä, että huopakuitukerroksista ainakin paperin kanssa kosketuksessa oleva pintakerros koostuu pääasiallisesti poly(parafenyleenibents-oksatsolijkuidusta. ίο

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paperinvalmistushuopa, jossa huopakuitukerrokset muodostuvat paperin kanssa kosketuksessa olevasta kerroksesta ja useista yksittäisistä paperin kanssa kosketuksessa olevan kerroksen alapuolisista kerroksista, jotka yksittäiset alapuoliset kerrokset koostuvat useista yläkerroksista ja useista alakerroksista, jotka yläkerrokset sijaitsevat lähempänä pintakerrosta kuin alakerrokset, ja jossa po-15 ly(parafenyleenibentsoksatsoli)kuidun osuus yläkerroksista on ainakin yhtä suuri kuin sen osuus alakerroksista. ·.·, Patentkrav • · • · ....:20 1. Filt att användas i en process för pappersframställning, i vilken vätt papper förs pä en filt t\;* mellan valsama i ett valspar i pressdelen i en pappersmaskin genom att hällas i kontakt • · ·'·*: med den ena, upphettade valsen i valsparet, vilken filt omfattar ett basskikt av duk samt : ’ \. filtfiberskikt, kännetecknad därav, att av filtfiberskikten ätminstone det ytskikt som är i : #: kontakt med papperet bestär huvudsakligen av poly(parafenylenbenzoxazol)fiber. 25 ·."·· 2. Filt för pappersframställning enligt patentkrav 1, i vilken filtfiberskikten bildas av ett skikt i kontakt med papperet, och under det i kontakt med papperet varande skiktet flere : ·., skikt vilka enskilda skikt bestär av flere Övre skikt och flere undre skikt, varvid de Övre skikten är belägna närmare ytskiktet än de undre skikten, och andelen poly(parafenylen-30 benzoxazoljfiber i de Övre skikten är minst lika stor som dessa andel i de undre skikten. • * · i