FI64664B - Foerfarande foer framstaellning av vaesentligen separata med metalloxidacylat behandlade fibrer - Google Patents

Description

ΓβΊ rt1,KUULUTUSJULKAtSU

Ή3Γα lBJ UTLÄGGNINGSSKRIFT 0 4o64 C (4¾ Patentti z'jZnn: tty 12 12 1933 ^“’‘v ^ rsi) Ky.ik-^intci. ^ D 06 M 13/24, C 04 B 31/00 // C 03 C 25/00 SUO M I —FI N LAN D (21) P*ten«Ih*ke"** — P*«nt*MÖltnlng 7937Ö1 ¢22) H«k*mispftMI — An*8knlng»d»g 03*12.79 ^ ^ ^ (23) Alkupa)vl — Glltighetsdag 03-12-79 (41) Tullut Julkiseksi — Bllvlt offentKf 02.06.80

Patentti* ja rekisterihallitut Niht»vik.ipano« ]. kuuLJulksi^n pvm.-

Patent- och refisterstyrelsen 7 Amttkan utlagd och utUkrtften puWIcersd 31.08.63 (32)(33)(31) Pyr<i*«r etuoikeus —Begird prlorttet 01.12-78 Tanska-Danmark(l)K) 5^78/78 (71) Kjeld Holbek ApS, Lejrevej 7*+» DK-1320 Lejre, Tanska-Danmark(DK) (72) Kjeld Holbek, Lejre, Tanska-Danmark(l)K) (jk) Berggren Oy Ab (5*0 Menetelmä olennaisesti erillisten metallioksidiasylaatilla käsiteltyjen kuitujen valmistamiseksi - Förfarande för framställning av väsentligen separata med metalloxidacylat behandlade fibrer Tämän keksinnön kohteena on menetelmä olennaisesti erillisten metallioksidiasylaatilla käsiteltyjen kuitujen valmistamiseksi.

FI-patenttihakemuksessa n:o 781 770 kuvataan selluloosakuitujen kyllästysmenetelmää sekä näin käsiteltyjen kuitujen käyttöalueita, erityisesti kuitujen käyttöä lujittavina kuituosina yhdistelmäaineissa, jotka perustuvat orgaanisiin tai epäorgaanisiin sideaineisiin tai orgaanisten ja epäorgaanisten sideaineiden yhdistelmiin.

Eräällä em. patenttihakemuksessa mainitulla käsittely- ja kyllästy saineiden luokalla on todettu olevan erityisen arvokkaita ominaisuuksia, koska näillä suoritetussa käsittelyssä voidaan sekä selluloosakuitujen että myös muiden kuituaineiden ominaisuuksia parantaa odottamalla ja erityisen toivottavalla tavalla. Kyseiset kuidut, joiden ominaisuuksia voidaan metallioksidi-asylaateilla käsittelemällä modifioida halutulla tavalla, ovat mitkä tahansa selluloosakuidut, eläinkuidut ja sekä epäorgaanista että orgaanista alkuperää olevat tekokuidut, myös metal lik uidut .

2 64664

Kyseiset kuidut ovat olennaisesti erillisiä kuituja.

Kuituaineiden pääryhminä, joita voidaan keksinnön mukaisesti edullisesti käsitellä metallioksidiasylaateilla, voidaan mainita: 1. selluloosapohjäiset aineet: hienojakoinen puu kuten lastuvilla, puuhake, höylänlastut paperiteollisuuden selluloosakuidut, esim: mekaaninen puuhioke puolikemiallinen massa täyskemiällinen massa ja sulfaattimassakuidut, sulfiittimassakuidut, puolikemialliset massakuidut, kemiallismekaaniset massakuidut, termomekaaniset massakuidut, jotka on valmistettu esimerkiksi havupuusta tai lehtipuusta, oliivista tai kaarnasta ja jotka voivat olla valkaistuja tai valkaisemattomia, ja esimerkiksi jätekuidut, kuten jätepaperi tai jätekartonki kemialliset selluloosakuidut (raion) jälleenkäyttömateriaalit, esim. sanomalehtipaperi, pahvi ja kartonki kasvikuidut, esim. pellava, niini, kookoskuidut, sisali 2. eläinkuidut, esim. karjankarvat, kamelinkarvat, villa ja sianharjakset 3. synteettiset orgaaniset kuidut, esim. polyamidi-, polyesteri- ja polyvinyylikloridikuidut 4. synteettiset epäorgaaniset kuidut (lasivilla, kuonavilla, kivivilla, kaoliinivilla, lasimonofilamentit ja esim. rauta-, teräs-, messinki- ja alumiinikuidut).

Keksinnön mukaan kuidut kuivataan ja käsitellään metallioksidi-aslylaatilla ennen kuivakuidutusta, sen aikana tai sen jälkeen.

Vaikutuksen, joka saavutetaan kyseisiä kuituja metallioksidiasylaateilla käsiteltäessä, oletetaan ensisijaisesti olevan peräisin kuitupintojen reagoivien ryhmien ja metallioksidiasylaattien välisestä kemiallisesta reaktiosta ja toissijaisesti reaktion aikana kuitupinnoille kiinnittyneistä metalliasylaattiryhmistä.

64664

Selluloosakuiduissa saavutettu vaikutus on erityisen mielenkiintoinen. Vaikutusta voidaan kuvata selluloosakuitujen stabilointina mitä ympäristön vaikutukseen useihin kuituominaisuuksiin tulee. Tämä stabilointi käsittää joukon ominaisuuksia ja ilmenee kulloinkin valitun metallioksidiasylaatin mukaan veden imeytymisen estymisenä, aikaiinkestävyyden paranemisena, jäykkyyden, lämmönkestävyyden ja lahonkestävyyden paranemisena sekä palavuu-den vähenemisenä ja antistaattisten ominaisuuksien saavuttamisena. Sekä selluloosa- että tekokuituja metallioksidiasylaateilla käsiteltäessä paranee kuitujen veteen tai liuottimiin dispergoi-miskyky ja samoin paranee oleellisesti sitoutuvuus sekä orgaanisten että epäorgaanisten sideaineiden suhteen, mikä on ratkaisevan tärkeää, kun kuituja käytetään yhdistelmäaineissa.

Useiden yllä mainittujen, modifioitujen kuitujen tärkeimpiä käyttöalueita on yhdistelmäalue, jossa modifioidut kuidut voivat korvata tavallisesti käytetyt mineraalikuidut kuten asbestin. Me-tallioksidiasylaateilla käsiteltyjä selluloosakuituja voidaan käyttää yhdistelmäaineissa ei vain asbestin korvikkeena, vaan myös lasivillan, kivivillatyyppisten mineraalikuitujen, kuona-villan, kaoliinivillan jne. korvikkeena. Niitä voidaan myös edullisesti käyttää yhdistelmäaineissa, jotka jo sisältävät selluloo-sapohjäisiä aineita, esim. paperissa ja kartongissa, jolloin näille annetaan uusia ja entistä parempia ominaisuuksia.

Mineraalikuiduilla, joita on käsitelty metallioksidiasylaateilla, on toisaalta myös entistä paremmat ominaisuudet, kun niitä lisätään yhdistelmäaineisiin, koska on osoittautunut, että niiden kyky tulla kuidutetuiksi ja tasaisesti jaetuiksi valmiiseen yh-distelmäaineeseen paranee ratkaisevasti, kun niitä käsitellään metallioksidiasylaateilla.

Selluloosakuiduissa, joita on käsitelty sopivilla metallioksidiasylaateilla, todetaan eräänä tärkeimpänä parannuksena kuitujen reaktion estyminen veden suhteen. Seiluloosakuidut ovat itsessään hygroskooppisia, ja niiden imiessä vettä tilavuus ensiksikin suurenee paisumisen takia. Tämä on seikka, joka aiheuttaa haitallisia ainejännityksiä yhdistelmäaineessa. Kun paisumis-pyrkimys metallioksidiasylaattikäsittelyssä pienenee tai häviää, tällaisia kuituja sisältävät yhdistelmäaineet saavat vastaavasti entistä parempia ominaisuuksia.

Koska metallioksidiasylaateilla modifioidut selluloosakuidut esiintyvät erillisinä kuituina, jotka eivät pyri kasautumaan 4 64664 yhteen, voidaan käsiteltyjä kuituja myös käyttää välittömästi esim. ontelojen eristysaineina tai jauheiden, vuodevaatteiden ja sentapaisten täyteaineina.

Fl-patenttihakemuksessa n:o 781 770 mainitut metallioksidiasylaatit ovat, kuten mainittiin, yhdisteluokka, jonka keksi tri Jacobus Rinse ja jota on kuvattu esim. belgialaisessa patentissa n:o 555 969, hollantilaisessa patentissa n:o 104 261, US-patenteissa n:o 3 087 949, 3 243 447, 3 177 238, 3 158 287, 3 625 934, 3 546 262, 2 634 674 ja 3 673 229, belgialaisessa patentissa n:o 735 548 ja brittiläisissä patenteissa n:o 1 230 412 ja 1 274 718. Metallioksidiasylaatit käsittävät suuren ryhmän aineita, koska sekä metallia että asylaattiryhmää voidaan vaihdella laajalla alueella. Metallioksidiasylaattien yleisen koostumuksen oletetaan olevan kaksiarvoinen metalli (R-Me-O-Me-R) lineaariset yhdisteet kolmiarvoinen metalli (O^-Me^-R^Jy tasomaiset yhdisteet neliarvoinen metalli (Og-Me^-R^) nelitahokasmaiset yhdisteet jossa Me on metalliatomi, R on asylaattiryhmä, joka on orgaaninen vähintään 12 hiiliatomia sisältävä happotähde, ja x, y ja z =3-7 osoittaa oletettua molekyylikokoa liuoksessa. On huomattava, että voidaan myös valmistaa metallioksidiasylaatteja, joissa kukin molekyyli sisältää kaksi tai useampia erilaisia metalleja, joilla on mahdollisesti eri valenssi. Tämän tyyppisiä yhdisteitä on myös kuvattu em. patenttijulkaisuissa.

Metallioksidit pyrkivät reagoimaan OH-ryhmien ja muiden reagoivien ryhmien kanssa, joita esiintyy vapaina ryhminä kuitujen pinnoilla. Reaktionopeuden oletetaan pienenevän molekyylirakenteen kompleksisuuden lisääntyessä siten, että neliarvoisten metallien metallioksidiasylaatit vaativat korkeampia lämpötiloja tai pidempää aikaa reaktion saavuttamiseksi.

Keksinnön mukaisesti käytettävän metallioksidiasylaatin valinnassa on otettava huomioon lopputuotteen toivotut vaikutukset ja ne vaikutukset, joita käsittely metallioksidiasylaatilla aiheuttaa kuitujen prosessiteknisiin ominaisuuksiin. Tätä seikkaa voidaan havainnollistaa selluloosakuitujen käsittelyllä, jolloin ·’ ·.· .. ·, 5 64664 metallin ja metallioksidiasylaatin as^laattitähteen yhdistelmän sopivalla valinnalla voidaan saada selluloosaksituja, jotka ovat helposti dispergoituvia ja joilla on hyvä sitoutuvuus sideaineisiin, minkä lisäksi näille kuiduille voidaan antaa joukko lisäominaisuuksia. Niinpä voidaan esim. saavuttaa palonkestävä pin-taus, kun käytetään alumiini- tai rautaoksidittalaatteja tai roe-tallioksidiasylaatteja, joissa metalli on antimoni, Zn- ja Cu-oksidiasylaatit antavat tulokseksi lahonkestävyyden. Mg- ja Fe-pitoiset oksidiasylaatit parantavat tavallisesti kuitujen anti-staattisia ominaisuuksia ja titaanioksidittalaatti parantaa kuitujen jäykkyyttä. Käytettäessä styreenillä modifioituja alifaat-tisia happoja asylaattitähteessä voidaan kuitujen alkalinkestä-vyyttä parantaa.

Koska eri metallioksidiasylaatit ovat keskenään täysin yhteen sopivia, voidaan yhdistelmävaikutuksia saavuttaa metallioksidi-asylaattikäsittelyaineen oikealla koostumuksella.

Esim. selluloosakuitujen ja muiden kuitujen käsittelyssä, jossa vettä hylkivien ominaisuuksien paraneminen on tärkeää, on huomattava, että titaania sisältävillä metallioksidiasylaateilla on oleellisesti suurempi teho hydrofoboinnin suhteen kuin muilla metallioksidiasylaateilla, minkä vuoksi niitä voidaan käyttää oleellisesti pienempinä pitoisuuksina, joten ne siis mahdollistavat muiden metallioksidiasylaattien lisäyksen, niin että saavutetaan yhdistelmävaikutuksia.

Esimerkkeinä toivotuista ominaisuuksista voidaan mainita, että kun lopputuote, joka on tarkoitus valmistaa käsiteltyjä kuituja käyttämällä, on sähköeristykseen käytettävä yhdistelmäaine, pyritään veden vaikutus kuituihin minimoimaan. Kohtuullinen veden-imukyky on taas eduksi, kun kuituja on tarkoitus käyttää epäorgaanisten sideaineiden kuten esim. sementin tai kipsin yhteydessä.

Eräs mahdollinen selitys lahonkestävyyttä parantavaan vaikutukseen, jonka metallioksidiasylaatit antavat orgaanisille kuiduille, tässä yhteydessä selluloosakuiduille, voi olla, että alkuperäisten selluloosakuitujen pinnalla olevilla vapailla 6 4 6 6 4 6 alkoholiryhmillä on tärkeä merkitys sekä bakteerien että sienien hajotusmekanismin alkuunpanossa ja että tällaisten alkoholiryh-mien toiminta estetään, kun kuituja käsitellään metallioksidi-asylaatilla.

Keksinnön mukaisesti on erityisen tärkeää, että on osoittautunut, että kuitujen esikäsittely muuntyyppisellä puun kyllästyksellä tai niiden käsittely muuntyyppisellä puun kyllästyksellä yhdessä metallioksidiasylaattikäsittelyn kanssa ei näytä vaikuttavan metallioksidiasylaattikäsittelyn tehoon. On siis osoittautunut mahdolliseksi yhdistää esim. parafiinikäsittely esim. alumiini-oksidistearaattikäsittelyyn, jolloin näitä kahta käsittelyainetta käytettiin soimasta liuoksesta. On siis myös mahdollista käsitellä kuituja metallioksidiasylaatilla ja samanaikaisesti polymeerillä, esim. polyolefiinilla, jota on samassa liuoksessa. Kloorattuja prafiineja ja muita vahatyyppisiä aineita voidaan myös yhdistää metallioksidiasylaatteihin ja levittää ne kuiduille samasta liuoksesta.

Lisäksi on todettu, että esim. selluloosakuituja voidaan esikä-sitellä epäorgaanisilla yhdisteillä esim. epäorgaanisilla lahonestoaineilla, erityisesti ns. "CZC"-, "CCZC"- ja "CCA"-tyypeillä. Sen jälkeen kuidut käsitellään hyvin tuloksin metallioksidiasylaatilla. Tällöin on kuitenkin vesi välillä poistettava, mikäli sitä on käytetty epäorgaanisella lahonestoaineella tapahtuvassa kyllästyksessä. Tarkoituksenmukainen vedenpoistotapa on atseo-trooppinen tislaus esim. ksyleenillä.

On todettu, että metallioksidiasylaattimäärä, jota tavallisesti on käytettävä toivotun vaikutuksen saavuttamiseksi, on normaalisti 0,5-8 paino-% metallioksidiasylaattia laskettuna kuitujen painosta, jolloin usein saavutetaan riittävä vaikutus käytettäessä 1-4 paino-% laskettuna kuitujen painosta.

Periaatteessa kuituaineiden käsittely metallioksidiasylaateilla perustuu metallioksidiasylaatin ja kuitujen pinnalla olevien aktiivisten ryhmien väliseen reaktioon. Sen vuoksi pyritään tavallisesti käsittelemään erillisiä kuituja tai kuitukimppuja eikä yhtenäisiä kuitumateriaaleja kuten esim. arkkeja, rainoja jne.

i v 64664 7

Valmistaja toimittaa normaalisti synteettiset orgaaniset ja epäorgaaniset kuidut sekä eläinkuidut toivotulla tavalla erillisinä kuituina, mutta näin ei aina ole asianlaita selluloosakuitujen kohdalla. Selluloosakuidut voidaan esim. saada tiiviinä massoina kuten puuselluloosavalmistuksen raakakartonkina tai jälleen-käyttökartonkina tai -paperina tai puolitiiviinä massoina kuten puuselluloosavalmistuksen ns. "flash-dry"-kuituina tai lumppuina.

Lähtöaineen ollessa tällaisessa yhtenäisessä tai puoliyhtenäises-sä muodossa sille voidaan suorittaa kuidutustoimenpide. Tällainen kuidutus voidaan suorittaa tunnettujen menetelmien mukaisesti, ts. joko kuivakuidutuksena, jossa lähtöaine muutetaan irrallisiksi kuiduiksi iskumyllyssä tai vasaramyllyssä hajottamalla, tai märkäkuidutuksena, jossa saadaan kuitususpensio veteen mekaanisen vaikutuksen (sekoituksen) ja selluloosakuitujen pienentyneen koossapysyvyyden yhteisvaikutuksen avulla tavallisessa ympäristössä. Märkäkuidutuksen jälkeen saatu suspensio voidaan konsentroida suodattamalla tai linkoamalla pois veden pääosa, minkä jälkeen jäljellä oleva vesi voidaan poistaa atseotrooppi-sella tislauksella, esim. hiilihydridillä kuten tolueenilla tai ksyleenillä. Tällöin kuidut saadaan lietteeseen orgaanisessa aineessa, jossa metallioksidiasylaattikäsittely voidaan suorittaa. Kun näitä hiilihydridejä käytetään tislausprosessiin on lisäetuna, että ne ovat veteen sekoittumattomia, jolloin ne siis voidaan ottaa talteen ilman erikoistoimenpiteitä.

Kun kuidutus suoritetaan kuivakuidutuksena, se voidaan välittömästi yhdistää metallioksidiasylaattikäsittelyyn, jolloin mekaanisessa työstössä syntyvää lämpöä voidaan käyttää toisaalta kuivattamaan selluloosakuituja halutussa määrin ja toisaalta pitämään lämpötila tasolla, jossa kuitujen pinnan ja metallioksidi-asylaatin välinen reaktio tapahtuu nopeasti kohotetun lämpötilan samalla osaltaan vaikuttaessa sen liuottimen haihtumiseen, johon metallioksidiasylaatti on lisätty. Esim. selluloosa-aineiden kuivakuidutuksessa voidaan metallioksidiasylaatti myös lisätä välittömästi ennen kuivakuidutusta, jolloin välittömästi sitä seuraava mekaaninen työstä ja lämpötilan kohoaminen saavat aikaan sen, että kuidut saavuttavat tarvittavan kuivuuden ja reaktioon metallioksidiasylaatin kanssa tarvittavan lämpötilan.

t 8 64664 Lämpötilat, joihin pyritään kuitujen ja metallioksidiasylaatin välisen reaktion saavuttamiseksi, ovat riippuvaisia metallioksidiasylaatin identiteetistä. Esim. alumiinioksidistearaatti reagoi nopeasti jo 20-40°C:n lämpötiloissa, kun taas esim. titaani-oksidiasylaatteja käytettäessä on pyrittävä korkeampaan reaktio-lämpötilaan 40-80°C. Periaatteessa voidaan käyttää mitä tahansa korkeampaa lämpötilaa aina n. 200°C:seen saakka, koska metalli-oksidiasylaatit kestävät näitä lämpötiloja erinomaisesti. Sen vuoksi kuitujen lämpötilan kestävyys usein ratkaiseekin, missä lämpötilassa käsittely on suoritettava.

Käsittelyssä kuidut voidaan upottaa metallioksidiasylaattiliuok-seen tai kostuttaa sillä, minkä lisäksi metallioksidiasylaatit voidaan levittäää kuiduille sim. suihkuttamalla kuitujen ollessa ilman varassa välittömästi kuivakuidutuksen jälkeen.

Käsittelyssä liuoksen määrä ja väkevyys sovitetaan halutun reak-tioasteen mukaan, ts. sen metallioksidiasylaattimäärän mukaan, jonka halutaan imeytyvän kuitujen pinnalle. Liuotin on tarkoituksenmukaisesti hiilihydridi tai kloorattu hiilihydridi, jolla nestefaasiin saattamiseksi on tarkoituksenmukaisesti kiehumispiste, joka on korkeampi kuin reaktiolämpötila, jossa kiinnittymisen annetaan tapahtua. Tällöin vältytään liuottimen liian nopean haihtumisen aiheuttamalta metallioksidiasylaatin epätasaiselta kerrostumiselta. Toisaalta voi joihinkin tarkoituksiin olla toivottavaa lisätä metallioksidiasylaatti liuottimeen, joka haihtuu hyvin nopeasti, esim. freoniin, kuten hakemuksessa n:o 2451/77 on kuvattu. Kun kuitujen ja metallioksidiasylaatin välinen reaktio on saanut tapahtua, suoritetaan, kun on käytetty liuotinta, jonka kiehumispiste on huomattavasti korkeampi kuin reaktiolämpötila, liuottimen poissuodatus tai -linkoaminen sekä kuitujen pinnalla jäljellä olevan liuottimen haihdutus, niin että kuituihin ei enää juuri lainkaan jää jäljelle liuotinta.

Eri kuitutyyppien ja metallioksidiasylaattien väliselle onnistuneelle reaktiolle katsotaan olevan erittäin tärkeää, että kuidut ovat käsittelyssä kuivia, koska metallioksidiasylaatit ovat erittäin reaktiokykyisiä veden kanssa, jolloin muodostuu saippuoita, il 9 6 4 6 6 4 eivätkä ne näissä olosuhteissa saa aikaan haluttua kemiallista reaktiota kuitujen pintojen reaktiivisten ryhmien kanssa. On havaittu, että sopiva kuivuus saavutetaan, kun kuituaineet on kuivattu muuttumattomaan painoon kohtuullisissa lämpötiloissa esim. 40-60°C:ssa.

Metallioksidiasylaatilla ja mahdollisesti muilla käsittelyaineilla käsitellyt kuidut voidaan sen jälkeen tavanomaiseen tapaan muodostaa yhdistelmäaineiksi epäorgaanisen tai orgaanisen sideaineen kanssa. Niiden on tässä vaiheessa todettu kuiduttavan paljon helpommin kuin vastaavien kuitujen, joita ei ole käsitel-tu metallioksidiasylaatilla. Kysymykseen tulevat yhdistelmäai-neet voivat olla samantapaisia kuin tanskalaisessa patenttihakemuksessa n:o 2451/77 kuvatut aineet. Metallioksidiasylaatilla käsiteltyjen kuitujen on todettu jakautuvan tällaisiin yhdistel-mäaineisiin ihanteellisen tasaisesti myös suurina konsentraatioi-na verrattuna epätasaiseen jakaumaan, jossa usein esiintyy kuidut tamattomia ainepaakkuja ja joka on ominainen samoille aineille, kun niitä ei ole käsitelty metallioksidiasylaatilla.

Yhdistelmäaineiden valmistus käyttämällä kuituja, jotka on valmistettu esillä olevan keksinnön periaatteiden mukaisesti, tapahtuu millä tahansa tällaisten yhdistelmäaineiden valmistusmenetelmällä. Kun yhdistelmäänne esim. valmistetaan märkäkuiduttamalla metallioksidilla käsitellyt kuidut ja yhdistämällä ne epäorgaaniseen sideaineeseen, on osoittautunut tarkoituksenmukaiseksi suorittaa kuitujen flokulointi yhdessä epäorgaanisen sideaineen kanssa käyttämällä esim. kationityyppistä flokulointiainetta kuten Prodefloc Cl, joka on polyakryyliamidituote siihen liittyvine kvaternäärisine ammoniumryhmineen. On todettu, että käsiteltyjä kuituja käytettäessä saadaan esim. sementin täydellinen "saostuminen" kuitujen pinnalle ja täydellinen retentio myöhemmässä vedenpoistossa. Keksinnön mukaisesti käsiteltyjä kuituja voidaan myös käyttää korvaamaan mineraalikuituja yhdistelmäaineis-sa, joita on kuvattu tanskalaisessa patenttihakemuksessa n:o 5436/76 ja muiden maiden hakemuksissa, joille prioriteettia on pyydetty tanskalaisesta patenttihakemuksesta n:o 5436/76.

10 64664

On selvää, että kuituainetta metallioksidiasylaatilla käsiteltäessä voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa, tanskalaisessa patenttihakemuksessa n:o 2451/77 kuvattua kyllästysmenetelmää, mukaan luettuna painekyllästys ja paine/tyhjökyllästys. Esim. kui-vakuidutus voidaan erinomaisesti yhdistää paine/tyhjökyllästyk-seen käyttämällä sopivasti muotoiltua suljettua laitteistoa.

Keksintöä valaistaan lähemmin seuraavissa esimerkeissä.

Esimerkki 1

Arkkien selluloosakuitujen muodossa olevien selluloosakuitujen käsi ttely_ 200 g sulfaattiselluloosaa (kuivattuna muuttumattomaan painoon 60°C:ssa) hajotettiin pienemmiksi kappaleiksi, jotka lietettiin liuokseen, joka sisälsi 11,43 g 30-%:ista mineraalitärpättiä, joka sisälsi alumiinioksidistearaattituotetta (Moaco C-14-70), 2 litrassa mineraalitärpättiä, vastaten alumiinoksidistearaatti-määrää 4 paino-% suhteessa selluloosamäärään. Lietettä pidettiin 40°C:ssa sitä sekoittaen 1 tunnin ajan.

Nestefaasti suodatettiin pois, ja käsitelty selluloosa kuivattiin 4 tuntia 100°C:ssa.

Käsitellyn selluloosan pohjalta valmistettiin paperiarkkeja 2 (250 g/m ) dispergoimalla selluloosa veteen sekoittimessa ja muodostamalla arkkeja laboratorioarkinmuodostajassa.

Saadut arkit olivat irtonaisia - ilman koossapysyvyysvoimaa -ja vettä hylkiviä, ja ne paisuivat vain hyvin vähän 2N NaOH-liu-okseen upotettaessa. Sitä vastoin lähtöaineesta valmistetut arkit olivat normaalisti koossapysyviä ja voimakkaasti vettä absorboivia, ja ne paisuivat n. kaksinkertaiseen paksuuteen 2N NaOH-liuoksessa.

Esimerkki 2

Kuitusementtilaatan valmistus

Esimerkin 1 mukaisesti valmistettuja selluloosakuituja käytettiin kuitusementtilaattojen lujite-elementteinä.

Γ .

11 64664

Valmistettiin 8 mm paksuja laattoja, jotka sisälsivät 6 % sellu-loosakuituja ja 94 % nopeasti sitoutuvaa sementtiä, seuraavalla tavalla: 24 g esimerkissä 1 kuvatulla tavalla käsiteltyjä selluloosakui-tuja kuidutettiin 2 litrassa vettä sekoittimessa, minkä jälkeen lisättiin 376 g nopeasti sitoutuvaa sementtiä ja seos ohennettiin 10 litraan. Lisättäessä 50 ml l/4-%:ista flokulointiaineliuosta (Prodefloc Cl, joka on voimakkaasti kationinen flokulointiaine, joka pohjautuu suurmolekyyliseen polyakryyliamidiin siihen liittyvine kvaternäärisine ammoniumryhmineen) selluloosaosaset saostuivat selluloosakuitujen pinnalle, minkä jälkeen näin flokuloi-tu suspensio muodostettiin arkeiksi laboratorioarkinmuodostajässä. 8 mm paksut laatat koottiin osaksi yhdeksi kerrokseksi ja osaksi vastaavasti kahdeksi kerrokseksi, neljäksi kerrokseksi ja kahdeksaksi kerrokseksi, jolloin eri materiaalit muodostettiin yhdistämällä kerrokset ja jolloin laboratiorioarkinmuodostajas-sa joka kerran valmistettiin materiaalia, jonka paksuus oli noin kaksi kertaa toivottu lopullinen paksuus. Poistunut vesi oli täysin kirkasta, joten kysymyksessä oli siis sementin täydellinen retentio.

Laatat puristettiin 8,5 mm:n paksuuteen, jolloin ylimääräinen vesi poistettiin. Sen jälkeen laattoja kovetettiin 1 vrk:n ajan huoneen lämpötilassa, minkä jälkeen niitä kuivattiin 1 vrk:n ajan 80°C:ssa. Kovetuksen aikana laattojen paksuus ei muuttunut.

Saadut laatat olivat vettä hylkiviä ja saumattavia, ja niissä todettiin mikroskopiassa erityisen tasainen kuitujen jakautuminen.

Esimerkki 3

Kuivakuidutettujen sulfaattiselluloosakuitujen käsittely titaa- nloksidiasy laa tiliä__ 50 g sulfaattiselluloosakuituja, jotka oli kuivakuidutettu vasa-ramyllyssä ja (välissä olevan varastoinnin jälkeen) kuivattu muuttumattomaan painoon 60°C:ssa, käsiteltiin 400 ml :11a liuosta, joka sisälsi 50 % mineraalitärpättiä ja 50 % uuttobensiiniä 64664 sisältäen haluttua käsittelyä vastaavan määrän titaanioksidi-asylaattia (Moaco D-42-00, jossa asylaatti on styreenin kanssa reagoinut konjugoitu rasvahappo), ja toisaalta parafiinia, jonka sulamispiste oli 55-60°C, jolloin laskuissa on otettu huomioon, että kuidut absorboivat 8 g liuotinta/kuitugramma.

Kun kostutettuja kuituja oli pidetty huoneen lämpötilassa 2 tunnin ajan, suoritettiin reaktio titaanioksidiasylaatin ja kuitujen välillä sekä kuitujen kuivatus siten, että kuituja pidettiin 100°C:ssa 12 tunnin ajan.

Saadut kuidut olivat irrallisia ja vammaisia. Kuiduista valmistettiin paperiarkkeja laboratorioarkinmuodostajassa. Käytetyt käsittelyainemäärät ja koetulokset käyvät selville seuraavasta taulukosta:

Taulukko I

Koe 1 2 3 4 5 6 Käsittelyssä lisätty titaanioksidiasylaatti 1% 2% 1% 1% 0% 0% parafiini 0% 0% 2% 1% 2,5 % 1 %

Vaikutus paperiarkkeihin:

Kokeissa 1-4 valmistetut materiaalit olivat huopamaisia, ilman lujuutta, voimakkaasti vettä hylkiviä ja vain kohtuullisesti paisuvia, kun ne upotettiin 2N natriumhydroksidiliuokseen. Kokeissa 5-6 valmistetuilla materiaaleilla oli lähes normaali lujuus, keskinkertainen vettä hylkivyys ja keskinkertainen paisuvuus.

Esimerkki 4 Käsiteltyjen selluloosakuitujen valmistus märkäkuiduttamalla ja atseotrooppisesti tislaamalla___ 20 g sulfaattiselluloosakuituja kuidutettiin 2 litraan vettä se-koittimessa, minkä jälkeen ylimääräinen vesi suodatettiin pois. Suodatinkakku, joka painoi 170 g (vesisisältö 150 g), siirrettiin tislauskolviin ja lisättiin 500 ml ksyleeniä. Tämä tislattiin, kunnes tisle oli puhdasta ksyleeniä - kondensointipiste höyry-faasissa kohoaa yli 100°C:n. Selluloosakuitujen ja ksyleenin muodostajinaan lietteeseen lisättiin 1,4 g Moaco C-14-70 (vastaten 1 g alumiinioksidistearaattia), joka tässä lämpötilassa reagoi spontaanisti kuitujen kanssa.

64664 13

Liika ksyleeni poistettiin suodattamalla ja käsitellyt sellu-loosakuidut kuivattiin.

Käsitellyistä selluloosakuiduista esimerkissä 1 kuvatulla tavalla valmistetuilla paperiarkeilla oli löyhä ja epäyhtenäinen rakenne, ja ne hylkivät vettä ja paisuivat vain vähän 2N NaOH-liu-oksessa.

Esimerkki 5

Kuitusementtilaatan valmistus käsitellystä puuhakkeesta 500 g puuhaketta (kuusta/mäntyä, puuselluloosan valmistuksen lähtöainetta) käsiteltiin 200 ml:lla liuosta, joka sisälsi 14 g Moaco C-14-70 (alumiinioksidistearaattisisältö 10 g) mineraali-tärpätissä, vaivaustyyppisessä sekoituskoneessa 10 minuutin ajan. Puuhake absorboi tällöin täysin nestefaasin. Puuhaketta kuivattiin sen jälkeen 6 tunnin ajan 80°C:ssa lämpökaapissa, jolloin alumiinioksidistearaatti reagoi selluloosan kanssa.

490 g näin kuivattua puuhaketta sekoitettiin 210 g:aan nopeasti sitoutuvaa sementtiä sekoituskoneessa, ensin kuivana, sen jälkeen lisäämällä 300 ml vettä. Saatu puolikuiva tahna jaettiin muottiin ja puristettiin 15 mm paksuuteen. Sementtiä kovetettiin 10 päivää huoneen lämpötilassa ja 100 %:n suhteellisessa ilman kosteudessa. Saadulla laatalla oli tiivis rakenne ja sileä pinta, ja se oli vettä hylkivä sekä tiivissaumainen.

Esimerkki 6

Lasivillan ja kivivillan käsittely alumiinioksidistearaatilla sekä kuitusementtilaatan valmistus näin käsitellyistä kuiduista 200 g valkoista lasivillaa kuivattiin muuttumattomaan painoon 80°C:ssa, minkä jälkeen lasivillaa kostutettiin liuoksella, joka sisälsi 2 g alumiinioksidistearaattia (2,8 g Moaco-C-14-70) 1,6 litrassa mineraalitärpättiä. Kostutettuja kuituja pidettiin 2 vrk 30°C:ssa, minkä jälkeen ne kuivattiin 60°C:ssa.

Kyllästetyt lasikuidut olivat laadultaan täysin erilaiset kuin lähtölasikuidut, koska ne vaikuttivat "vanumaisilta" ja paljon pehmeämmiltä eikä niillä ollut kosketeltaessa sitä normaalisti tarttuvaa ominaisuutta, joka lähtökuiduilla on.

• 1 .

14 64664

Sen jälkeen valmistettiin kuitusementtilaatta, joka sisälsi 12 % näin käsiteltyjä lasikuituja sekä 88 % nopeasti sitoutuvaa sementtiä.

48 g käsiteltyjä lasikuituja kuidutettiin 2 litrassa vettä se-koittimessa. Kuidutus oli täydellinen, eikä sellaisia kuitupaak-kuja havaittu, joita esiintyy yritettäessä kuiduttaa vastaavia käsittelemättömiä lasikuituja. Sen jälkeen joukkoon sekoitettiin 325 g sementtiä, ja liete ohennettiin 10 litraan. Se flo-kuloitiin lisäämällä siihen 50 ml l/4-%:ista Prodefloc Cl-liuos-ta, minkä jälkeen muodostettiin laatta suodattamalla vesi pois laboratorioarkinmuodostajassa. Poistunut vesi oli täysin kirkasta, mikä osoitti, että retentio oli täydellinen. Suodatus suoritettiin 40 meshin viirakankaalla. Suodatinkakku puristettiin 8,5 mm paksuuteen, jolloin myös liika vesi poistettiin. Laattaa kovetettiin 7 vrk huoneen lämpötilassa ja 100 %:n suhteellisessa ilman kosteudessa.

Valmistetuilla laatoilla oli pieni huokoisuus, ja mikroskopiassa kuitujen todettiin olevan erittäin tasaisesti jakautuneina sementtimatriisiin.

Koe suoritettiin täysin samalla tavoin käyttämällä 200 g Rockwool ®-kuituja, joka on kaupallinen laatu, joka on tavanomaiseen tapaan käsitelty öljyllä ja fenolihartsilla. Rockwool-kuituja ei kuitenkaan kuivattu ennen kyllästystä alumiinioksidi-stearaatiliä.

Edellä olevissa esimerkeissä, joissa on käytetty sementtiä, on kukin koe suoritettu Blaine-luvulla n. 2800, n. 3200, n. 3600 ja vastaavasti n. 4300. Alhaisilla Blaine-luvuilla saavutetaan huomattavasti nopeampi vedenpoistoaika laboratorioarkinmuodosta jassa kuin suuremmilla Blaine-luvuilla.

Esimerkki 7

Selluloosakuitujen käsittely yhdistettynä kuidutukseen vasara- my llyssä___ Käsittelyssä käytettiin laitteistoa, joka koostui vasaramyllys-t.ä, johon oli asennettu syöttönopeudeltaan säädettävä syöttölaite, 64664 15 joka oli tarkoitettu syöttämään selluloosamassaa rainamaisena, jolloin välittömästi syöttölaitteen eteen oli sjoitettu käsittelyaineen syöttölaite. Tämä syöttölaite oli tässä litteä "Air-Less"-suihkusuutin, joka oli asennettu sellaisen välimatkan päähän massaradalta, että viuhkamainen suihku juuri ja juuri kostutti rainaa.

Säätämällä suuttimen annostusmäärää sekä massan syöttönopeutta säädettiin käsittelyaineen syöttöä.

Yllä kuvattua laitteistoa käyttämällä valmistettiin kahta tyyppiä modifioituja selluloosakuituja: 1. 2500 g:aan sulfaattiselluloosaa lisätiin 5 % alumiinioksidi-stearaattia suihkuttamalla tämän 50-%:ista liuosta liuoksessa, joka sisälsi yhtä suuret määrät mineraalitärpättiä ja kiviöljyä.

Ennen käsittelyä selluloosamassa kuivattiin muuttumattomaan painoon 50°C:ssa 18 tunnin ajan. Käsittelyn jälkeen saatuja kuituja kuivattiin 12 tunnin ajan 90°C:ssa lämpökaapissa ilmaa vaihtaen liuotinjäännösten poistamiseksi.

2. 2500 g:aan sulfaattiselluloosaa lisättiin seosta, joka sisälsi 4 % alumiinioksidistearaattia ja 4 % parafiiniöljyä. Lisäys suoritettiin suihkuttamalla seosta, joka sisälsi 1,67 paino-osaa alumiinioksidistearaattia 60-%:isessa mineraalitärpättiliuoksessa ja i paino-osan parafiiniöljyä, jolloin massaan johdettiin 10 paino-% tätä seosta.

Tässäkin tapauksessa kuidut kuivattiin edellä esitetyn mukaisesti ennen kuidutusta ja sen jälkeen.

Käsittelykemikaalien lisäys on merkittävä etu kuidutusvaiheen suorituksessa. Tämä etu käy erityisesti ilmi siten, että käsitellyt kuidut sisälsivät käsittelemättömiin verrattuina huomattavasti vähemmän selluloosapölyä. Tämä seikka todettiin välittömästi kuituja käsiteltäessä.

64664 16

Esimerkki 8

Esimerkissä 7 kuvatun selluloosakuitujen käsittelyn vaikutuksen tutkiminen______________

Selluloosakuitujen käsittelyn välittömänä vaikutuksena on selluloosakuitujen reaktion pieneneminen veden suhteen.

Tämä todettiin seuraavalla tavalla: Käyttäen yleisesti tunnettua paperiarkkien valmistusmenetelmää laboratorioarkinmuodostajassa valmistettiin paperinäytteitä, 2 joiden arkin paino oli 250 g/m , osaksi käsitellyistä kuiduista ja osaksi seoksesta, joka sisälsi 75 % käsiteltyjä kuituja ja 25 % käsittelemättömiä kuituja, koska käsittelemättömien kuitujen lisäys on tarpeen, jotta saataisiin paperiarkki, jolla on mittausten suoritukseen tarvittava koossapysyvyysvoima.

Mittauksena oli paperiarkin kutistuman eli sen pituusmuutoksen määritys siirryttäessä täysin kostutetusta tilasta kuivaan tilaan .

Tämän tutkimuksen tulokset osoittivat seuraavaa: käsittelemättömät kuidut 4,8 % kutistuma kuidut, joihin oli lisätty 5 % alumiinioksidistearaattia 1,7 % kutistuma kuidut, joihin oli lisätty 4 % alumiinioksidistearaattia + 4 % parafiiniöljyä 1,1 % kutistuma

Havaitaan, että paperin kutistuma pieneni oleellisesti käsittelyjen tuloksena; mitattu kutistuma voidaan pääasiassa laskea käsittelemättömien kuitujen läsnäolon tilille.

Esimerkki 9

Sementtimatriisin kuitulujitteena käytettyjen, käsiteltyjen selluloosakuitujen tutkiminen __________ Näissä tutkimuksissa käytettiin esimerkissä 7 kuvattuja modifioituja selluloosakuituja.

Kuitu-sementti-tutkimuksiin käytettiin seuraavaa koostumusta ja valmistusmenetelmää: 64664 17

Koostumus : selluloosakuituja 16 g 6,78 paino-% sementtijau.hetta 220 g 93,22 paino-% vettä 400 ml ts. seoksen vesi/kuiva-ainesuhde 1,69.

Käytetyt määrät vastasivat laattaa, jonka koko on 200 x 80 x 8 3 mm .

Menetelmä:

Sekoituskoneena käytettiin "Braun"-sekoitinta, jossa oli 3 nopeutta. Sementti ja vesi sekoitettiin, minkä jälkeen kuituja lisättiin 1 minuutin ajan, ja sekoitusta jatkettiin 2 minuutin ajan.

Sen jälkeen lisättiin flokulointiainetta, 10 ml 0,2-%:ista Pro-deflock Cl-liuosta, ja sekoitusta jatkettiin 0,5 minuutin ajan.

Seos siirrettiin suodatuslaatikkoon, jolla oli tavoitellun laatan pituus/leveys-mitta. Veden poissuodatuksen jälkeen suodatin-kakku siirrettiin muottiin ja puristettiin lopulliseen paksuuteen, jolloin vettä edelleen poistui. Havaittiin, että suodatettu vesi oli kirkasta eikä sisältänyt sementtirakeita.

Puristetut laatat kovetettiin huoneen lämpötilassa ja 100 %:n suhteellisessa ilman kosteudessa 2 viikon ajan, minkä jälkeen laatat ilmakuivattiin.

Valmistettujen laattojen taivutuslujuutta tutkittiin sekä ilmakuivassa että märässä tilassa, jolloin märkä tila saatiin aikaan upottamalla ilmakuivattuja laattoja veteen 2 vuorokauden ajan.

Kokeen tulokset olivat seuraavat: 2

Taivutuslujuus kp/cm

Kuitutyyppi Kuivana Märkänä käsittelemätön 220 105 lisätty 5 % alumiinioksidistearaactia 225 130 lisätty 4 % alumiinioksidistearaattia + 230 150 4 % parafiiniöljyä

Claims (8)

64664 18 Havaitaan, että selluloosakuitujen käsittelyllä on vaikutus, joka odotetusti ilmenee laattojen suurempina taivutuslujuuksina märässä tilassa.

1. Menetelmä olennaisesti erillisten metallioksidiasylaatilla käsiteltyjen kuitujen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että kuidut kuivataan ja käsitellään metallioksidiasylaatilla ennen kuivakuidutusta, sen aikana tai sen jälkeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivakuidutus suoritetaan vasaramyllyssä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kuivatut kuidut käsitellään metallioksidiasylaatilla ennen kuivakuidutusta.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kuivatut kuidut käsitellään metallioksidiasylaatilla niiden leijuessa ilmassa kuivakuidutuksen jälkeen.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivaus suoritetaan kuumentamalla vakio-painoon .

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivaus suoritetaan atseotrooppisella tislauksella hiilivedyn kanssa.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallioksidiasylaatti on aluminium-oksidiasylaatti tai titaanioksidiasylaatti.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut ovat epäorgaanisia kuituja tai selluloosakuituja. 1 Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisella menetelmällä valmistettujen metallioksidiasylaatilla käsiteltyjen kuitujen käyttö yhdistelmäaineissa. 19 64664