FI58874C - Saett att framstaella fibergranulat - Google Patents

Description

R5iF*l [B] („)KU«»-UTUSJULKAISU ζ ft ft 7 Λ L J '} UTLÄGGN INCSSKRIFT 3 ° ° f ^ • ^§^5 C (45) Patentti myönnetty 11 05 1931

Patent aeddelat V y (51) Kv.lk?/fcit.ci.3 B 01 J 2/00 SUOMI — FINLAND (21) Pu*mlh»k.mo.-P«t*nt««Okitln| 2283/73 19*07*73 1 * (23) AlkupaM—GiMflMttdag 19· 0?· 73

(41) Tvlkit JulklMksI — Bllvlt offwKlIj 22.01.7U

fhlfrihalBtut μ k™,***».

Patent· och ragittarstyralaan * AmSkm utb|d och utUkrUtm puMiurad 30.01.oi (32)(33)(31) Pyy»*·»/ «woHmti-kfiH priority 21.07.72

Ranska-Frankrike(FR) 7226U26 (71) Societe d'Exploitatiandes Brevets Granofibre S.E.B.R.E.G., "Le Verenay", 69I20 Ampuis, Ranska-Frankrike(FR) (72) Guy Jacquelin, Grenoble, Jean Fournet, Saint-Romain-en-Gal, Ranska-Frankrike(FR) (7^) Oy Kolster Ab (5^) Tapa valmistaa kuiturakeita - Sätt att framställa fibergranulat

Keksinnön kohteena on menetelmä kuitugranulaattien valmistamiseksi saattamalla ensiksi luonnon tai synteettiset kosteuttamattomat, mutta mahdollisesti jopa 55 % kuitujen painosta kosteutta sisältävät kuidut liikuttamalla liittymään yhteen löyhästi koossa pysyviksi kuituaggregaateiksi.

Lähtöaineina keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää hinnaltaan suhteellisen halpoja kuituja, joista esimerkkeinä mainittakoon: - luonnolliset kuidut: kasvikuidut: puukuidut, yksivuotisten kasvien (olkien) kuidut, puuvilla-lintterikuidut, jne.

eläinkunnasta saadut kuidut, kuten villa ja erilaiset karvat, mineraali-kuidut: asbesti, erilaiset kuitumaiset kiteet, - keinotekoiset kdidut: orgaaniset kuidut, esim. viskoosi- ja säterikuidut,mineraalikuidut, kuten lasi- ja vuorivillakuidut jne.

- synteettiset kuidut, jotka on valmistettu polyvinyyliklorideista, poly- 2 58874 olefiineista, polyamideista, polyestereistä, polykarbonaateista, erilaisista sekapolymeraateista.

Erään tunnetun tähän käsittelytyyppiin kuuluvan prosessin mukaan suoritetaan peräkkäin: - kuivakäsittely, jonka aikana irrallisina vaaka-akseliseen tunneliin syötetyt erilliset kuidut saatetaan liikkeeseen pyörittämällä tunnelia siten, että edistetään kuitujen liittymistä toisiinsa ryhmiksi, niin että muodostuu aggregaatteja eli koostumia, jotka ovat heikosti koossapysyviä, - käsittely nestevirran avulla, jonka käsittelyn aikana kuitukoostumat suspendoituvat nesteeseen, jolloin tämä neste joko saattaa ne yksinkertaisesti pyörteilevään liikkeeseen tai sellaiseen pyörteilevään liikkeeseen, johon on yhdistetty sykintäliike siten, että nämä kuitukoostumat kiinteytyvät ja muuttuvat sellaisiksi rakeiksi, joilla on eri käyttötarkoituksiin soveltuvat edellä luetellut ominaisuudet.

Seuraavassa tarkoitetaan sanonnalla "koostuma" kuivakasittelyn aikana saatuja kuituryhmiä, ja sanonnalla "rae" niitä pallomaisia muodostelmia, jotka on saatu näitä koostumia kiinteyttämällä.

Keksinnön tarkoituksena on lyhentää tähän toiseen käsittelyyn kuluvaa aikaa samoin kuin sen toteuttamiseen kulutettua tehoa sekä poistaa saatujen rakeiden sisältämä vesi, niin että näiden rakeiden valmistuskustannuksia saadaan huomattavasti alennetuksi.

Keksinnön tarkoituksena on myös yksinkertaistaa valmistukseen tarvittavaa laitteistoa, minkä ansiosta voidaan toisaalta huomattavasti alentaa investointikustannuksia ja niiden vaikutusta rakeiden valmistuskustannuksiin ja toisaalta liittää kapasiteetiltaan kohtuullisia ja taloudellisesti edullisia laitteistoja lähelle niitä paikkoja, joissa kuitumaisia rakeita muunnetaan käytettäviksi joko sellaisinaan tai puolivalmisteina.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että kuituaggregaat-tien pinnalle niiden tiiviyden lisäämiseksi sumutetaan vettä tai sellaista nestettä, joka kostuttaa ko. kuituja niin paljon, että koko massan kosteuspitoisuuden keskiarvo tulee välille 50-85 %* jolloin kunkin aggregaatin pinnalla olevien kuitujen väliin muodostuu nestemeniskejä, jotka lisäävät kuitujen välistä vetovoimaa, ja että neste sitten haihdutetaan, jolloin kuitujen yhteenpuristu-minen vahvistuu.

Eräissä tapauksissa, joissa valmistettava lopullinen tuote on koottava pelkistä kuiturakeista, luokitellaan kuivakäsittelyn tuloksena saatu kuitumassa siten, että saadaan erotetuksi sopivan mittaiset kuitukoostumat massan muista komponenteista, kuten jauhemaisista tuotteista, vapaiksi jääneistä kuiduista, 3 58874 sopimattoman halkaisijan omaavista tai muista koossapysymättömistä kuitumaisista komponenteista siten, että nämä kuitumaiset komponentit hajotetaan niiden sisältämien kuitujen vapauttamiseksi täydellisesti, minkä jälkeen erottamisen yhteydessä talteenotetut vapaat kuidut sekä hajottamisen tuloksena vapautuneet kuidut sekoitetaan uusiin kuituihin kaikkien näiden kuitujen kuivakäsittelemiseksi, jolloin nestemäärää laskettaessa otetaan huomioon ainoastaan luokitellut kuitu-koostumat .

Keksinnön erään erityisen mielenkiintoisen suoritusmuodon mukaan kuiva-käsittelyn tuloksena saadusta kuitumassasta erotetut kuitukoostumat levitetään tasapaksuksi kerrokseksi ja tälle kerrokselle sumutetaan nestettä samalla kun koostumia tärytetään.

Nesteenä voidaan käyttää vettä, joka mahdollisesti sisältää jotain pinta-aktiivista ainetta ja/tai sideainetta.

Kuiturakeet voidaan lopuksi sopivasti kuivata kostuttamisen jälkeen.

Keksinnön havainnollistamiseksi selitetään seuraavassa esimerkkinä keksinnön eräs suoritusmuoto ja esitetään samalla eräitä erikoisesimerkkejä, jotka eivät kuitenkaan rajoita keksintöä.

Keksinnön mukaisen tavan toteuttamiseksi käytetään mainittuja erilliseen muotoon saatettuja kuituja. Tällä määritelmällä tarkoitetaan, että. kuidut ovat täysin erillään toisistaan ja että kasvikuiduista kyseenollen käsiteltävä kuitu-massa sisältää vähän kimpaleita, toisin sanoen paksuja kimppuja, joissa lukuisat yhdensuuntaiset kuidut ovat liittyneet toisiinsa yhdistelmiksi, jotka muodoltaan eivät enää ole kuitumaisia.

Riippumatta kuitujen alkuperästä, siis siitä, onko kysymys kasvikunnasta tai eläinkunnasta saaduista kuiduista tai mineraali- tai synteettisistä kuiduista, nämä kuidut aina kuivataan. Kuituja ei kostuteta pinnallisesti, mutta ne voivat sisältää sisäistä kosteutta. Siinä erikoistapauksessa, että käsitellään puukuituja, voi niiden kosteuspitoisuus olla 3~55 % kosteiden kuitujen kokonaispainosta, ilman että ne silti niitä kosketeltaessa tuntuvat märiltä.

Kuivakasittelyä varten tällaiset erilliseen muotoon saatetut ja kuivatut kuidut syötetään vaakasuoran akselin ympäri pyörivään tunneliin, jossa mahdollisesti on väliseinämiä. Tunnelin täyttöaste on tärkeä: sen on oltava suurempi kuin puolet sisätilavuudeeta. Mitään nestettä ei syötetä tähän tunneliin, joten kuitujen käsittely tapahtuu todella kuiviltaan.

Kuituihin kohdistuu tunnelin pyöriessä pääasiallisesti mekaanisia huopau-tusvaikutuksia. Kuidut muuttavat tällöin joustavasti hiukan muotoaan ja niiden yhteenkietoutuminen kiinteytyy näiden joustovoimien aiheuttamien kutistumisten 11 58874 ansiosta. Täten muodostuu käsiteltävien kuitujen liikkuvassa massassa kuitumaisia koostumia.

Todetaan, että parhaiten koossapysyvien muodoltaan pallomaisten koostumien mitat likimain vastaavat kuitujen keskipituutta, ja että nämä mitat vaihtelevat vain vähäisesti siinäkin tapauksessa, että käsittelyä pidennetään. Toisaalta muodostuneet kuitukoostumat ovat koossapysyviä ainoastaan siinä tapauksessa, että niiden mitat eivät kovin paljon ylitä kuitujen keskipituutta. Suurimmat koostumat pyrkivät näet murtumaan kuitukerrosten liukuessa pitkin toisiaan sekä niiden pudotessa tunnelissa.

Kuivakäsittelyn tehokkuus riippuu tunnelin täyttöasteesta, koska tehollisen siirtopinnan on oltava pieni käsiteltyyn tilavuuteen verrattuna. Tehokkuus riippuu myös tunnelin pyörimisnopeudesta. Parhaat tulokset saavutetaan siinä tapauksessa, että täyttöaste on rajoissa 2/3 - 1+/5 tunnelin tilavuudesta.

Esimerkkeinä mainittakoon, että voidaan kuivakäsite11ä 850 kg puukuituja tunnelissa, jonka halkaisija on 2,5 m ja pituus on 8 m, mikä vastaa 63-%‘ste. täyttöastetta. Tunnelia pyöritetään siten, että sen kehänopeus on noin 80 m/min.

2 tuntia kestäneen käsittelyn jälkeen on 80 % kuitumassasta muuttunut koostumiksi. Näiden koostumien rakeisuuden vakiinnuttua kuivakäsittely lopetetaan ja märkä-käsittely voi alkaa.

Kuivakäsiteltävä kuitumassa voidaan mahdollisesti ennen märkäkäsittelyä luokitella siten, että saadaan erotetuksi: - mitoiltaan sopivat kuitukoostumat, - vapaiksi jääneet kuidut, - sopimattoman mitan omaavat tai koossapysymättömät kuitumassat, - jauhemaiset komponentit, jne.

Luokittelu voidaan suorittaa seulomalla, jolloin sopivan mittaisten kuitu-koostumien parista saadaan poistetuiksi sellaiset koostumat, jotka pysyvät liian heikosti koossa. Nämä viimeksi mainitut eivät kestä seulonnan aiheuttamia rasituksia, vaan hajoavat.

Tällainen erottaminen eri luokkiin ei kuitenkaan aina ole välttämätöntä.

Mitoiltaan sopimattomat tai koossapysymättömät kuitumassat samoin kuin seulonnan aikana hajonneiden koostumien jätteet hajotetaan esim. karstaamalla niiden sisältämien kuitujen erottamiseksi kokonaan toisistaan. Nämä kuidut samoin kuin vapaiksi jääneet kuidut sekoitetaan uusiin kuitumääriin, minkä jälkeen niihin kohdistetaan uusi kuivakäsittely, joten itse asiassa kierrätetään uudelleen sellaiset kuidut, jotka eivät ole liittyneet koostumiksi tai ovat muodostaneet heikkoja koostumia.

5 58874 Täten saatuja samanmittaisia kuitukoostumia ei kuitenkaan voida käyttää sellaisinaan, koska ne pysyvät liian heikosti koossa. On täten välttämätöntä kiinteyttää nämä koostumat, mikä tehdään seuraavassa selitettävän märkäkäsitte-lyn avulla.

Ensin on huomautettava, että tämä märkäkäsittely kohdistetaan sopivasti sellaisiin kuitukoostumiin, jotka jo on erotettu kuivakasitellyn kuitumassan muusta osasta. Märkäkäsittely voidaan kuitenkin myös kohdistaa koko tähän massaan siinä tapauksessa, että se tuote, jonka valmistukseen saatuja rakeita käytetään, edellyttää tai sallii vapaiden kuitujen tai koossapysymättömien kuitumassojen läsnäoloa ja edellyttäen myös, että kuitukoostumien osuus massassa on riittävän suuri.

Märkäkäsittely perustuu siihen, että kuitukoostumien pintaan lasketaan nestettä sellainen määrä, joka juuri riittää nestemeniskien muodostamiseksi pinnallisten kuitujen väliin. Nämä meniskit puristavat kuituja toisiinsa, ja tätä kokoonpuristumista edistää nesteen haihtuminen.

Keksinnön mukaisen tavan erään erikoisen edullisen suoritusmuodon mukaan kuitukoostumat jaetaan tasapaksuksi kerrokseksi liikkuvalle pinnalle, ja nestettä syötetään sumuttamalla. Kostumisen tasaamiseksi liikkuvaa pintaa sopivasti täry-tetään. Riippumatta siitä, onko tämä liikkuva pinta vaakasuorassa, tai ylöspäin tai alaspäin kalteva taikka laakea, lieriömäinen, kierukkamainen tai muunmuotoinen, tämä pinta suuntaa sopivasti kostuneet kuitukoostumat kohti kuivuria, jossa edellä mainitut meniskit muodostava neste poistetaan täydellisesti ja nopeasti.

Nesteenä käytetään useimmissa tapauksissa vettä, erityisesti silloin, kun lähtömateriaalina käytetyt kuidut ovat luonnonkuituja. Koko massan keskikosteus-pitoisuuden on oltava rajoissa 50-85 % kosteiden koostumien kokonaispainosta.

Eräissä erityistapauksissa voidaan kuitenkin käyttää jotain muuta kostutus-nestettä. Esimerkkinä mainittakoon, että polyetyleenikuituja käsiteltäessä voidaan nesteenä käyttää jotain hiilivetyä tai sellaista liuotinta, joka kostuttaa kuituja.

Märkäkäsittelyn tuloksena tapahtuneen muuttumisen osoittamiseksi, minkä muuttumisen tuloksena heikosti koossapysyvät kuitukoostumat muuttuvat paremmin koossapysyviksi kuiturakeiksi, on suoritettu kaksi erityyppistä koesarjaa.

Ensimmäisessä koesarjassa mitattiin märkäkäsittelyn kohteena olleiden kuitukoostumien halkaisijan kutistuminen. Puukuiduista muodostettuja koostumia sovitettiin liikkumattomalle levylle, ja katetometrin avulla mitattiin lukuisten koostumien halkaisijan vaihtelut.

6 58874 Tällöin todettiin: - että vedellä surauttaminen aiheuttaa koostumien 5“10 % suuruisen kutistumisen, - että kuivaus aiheuttaa noin 1 % suuruisen uuden kutistumisen.

Toisessa koesarjassa mitattiin kuitukoostumien koossapysyvyys. Tätä varten kaitsi neulaa upotettiin diametraalisesti jokaiseen muodostuneeseen rakeeseen, minkä jälkeen dynamometrin avulla kohdistettiin voima, joka pyrki loitontamaan neulat toisistaan, kunnes kokeen kohteena ollut rae hajosi. Murtumisvoiman suuruus, jota sanotaan mielivaltaiseksi eli vapaasti määriteltäväksi koheesio-voimaksi , on merkityksellinen ja esitetään arvostelumittana.

Seuraavassa esimerkissä esitetään muutamia koetuloksia:

Hartsikuituja, esim. sellaisia, jotka koostuvat "defibraattorimassasta", kuivakäsiteltiin soveltamalla keksinnön mukaisen tavan ensimmäistä vaihetta. Saatujen kuitukoostumien koossapysyvyys oli pieni ja koheesiovoima oli 10-12 g, kun halkaisija on 8 mm.

Nämä koostumat kostutettiin 80-$5:sesti vedellä, minkä jälkeen ne kuivattiin soveltamalla keksinnön mukaisen tavan toista vaihetta. Täten saatujen kuitukoostumien koossapysyvyys saavutti 25~30 g suuruisen koheesioarvon.

Lisäksi voi olla edullista vahvistaa kostutuksen aiheuttamaa vaikutusta ja aikaansaada koostumien kuituihin kohdistuva fysikaalis-mekaaninen kokoon-puristamiskäsittely yhdistämällä tähän kostutusvaikutukseen luonteeltaan toisenlainen kuituja yhteensitova vaikutus.

Lujittavien sidosten muodostumista voidaan aikaansaada kostutusnesteen avulla. Tässä tapauksessa neste paisuttaa kuituja pinnallisesti, jolloin siinä tapauksessa, että kuidut ovat lähestyneet toisiaan riittävästi pintajännitys-voimien vaikutuksesta, syntyy kuitujen välisiä sidoksia, jotka lujittavat saatuja rakeita. Esimerkkinä mainittakoon, että polymeraattikuituja käsiteltäessä voidaan kostutusnesteenä käyttää paisutusainetta, joka haihtuessaan aiheuttaa kuitujen yhteenliimautumista.

Erään toisen vaihtoehdon mukaan kohdistetaan eräisiin kestomuovirakeisiin lämpökäsittely, joka huomattavasti nopeuttaa kostutusnesteen haihtumista ja rakeiden kuivumista, kuitujen pinnan pehmentämiseksi ja tämän pinnan saattamiseksi tahmeaksi. Pintajännitysvoimat aiheuttavat tällöin toisiaan lähestyvien kuitujen paikallista yhteenliimautumista.

Esimerkkinä mainittakoon, että polyvinyylikloridikuiduista valmistetut rakeet, joiden halkaisija on 5-8 mm, ja joiden neulojen välinen koheesiovoima on muutamia grammoja, voivat saavuttaa koossapysyvyyden, joka on suurempi kuin 1 58874 800 grammaa, kun niitä on lämpökäsitelty muutamia minuutteja 100-110°C:ssa.

Lämmössä kutistuviin kuiturakeisiin voidaan kohdistaa lämpökäsittely, joka huomattavasti nopeuttaa kostutusnesteen haihtumista ja rakeiden kuivumista sekä aiheuttaa kuitujen suurentuneen kokoonpuristumisen.

Kaikille kuiduille soveltuu menetelmä, jossa kostutusneste sekoitetaan aineeseen, joka kykenee kiinteyttämään toisiaan lähestyneet kuidut muodostamalla liimatyyppisiä sidoksia.

Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää tärkkelyksiä, erilaisia polymeraatteja ja yleisesti sanottuna kaikkia sellaisia tuotteita, jotka voivat aiheuttaa kuitujen välisiä liimautumisia kuivauksen ja/tai lämpökäsittelyn tuloksena.

Esimerkkinä mainittakoon, että hartsikuitujen kuivakasittelyn tuloksena saatuja kuitukoostumia voidaan kostuttaa esigelatinoidun tärkkelyksen vesi-suspensiolla, jota käytetään 20 g/l määrään, joka vastaa koostumien painoa. Kuivauksen jälkeen kuiturakeiden koossapysyvyys saavuttaa arvon 80-100 g.

Keksinnön mukaista tapaa voidaan käyttää kaikissa sellaisissa tapauksissa, joissa käytettävien kuiturakeiden on oltava halpoja ja joissa niihin ei kohdisteta vetojännityksiä eikä ainakaan suurehkoja vetojännityksiä.

Erityisen mielenkiintoisina käyttömahdollisuuksina mainittakoon kevyiden, huokoisten ja eristävien täyteaineiden valmistus ja sellaisten perustuotteiden valmistus, joista valmistetaan eri päällystekerroksista koostuvia valettuja tai puristettuja kappaleita.