FI84182B - Foerfarande foer framstaellning av fiberfoerstaerkta skum- eller cellstycken kroppar. - Google Patents

Description

1 84182

Menetelmä kuitulujitettujen vaahto- tai solukappaleiden valmistamiseksi - Förfarande för framstälIning av fiberför-stärkta skum- eller cellstycken kroppar

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä vaahto- tai solu-kappaleiden valmistamiseksi, joihin kappaleisiin kuuluu ainakin 15 paino-% kuituja sen seurauksena, että kuidut on dispergoitu nesteeseen yhdessä pintajännitystä alentavien aineiden, kaasujen tai kaasua päästävien aineiden ja sideaineiden kanssa ja seos on vaahdotettu.

Se, että solukappaleet kyetään vahvistamaan kuiduilla, tuottaa huomattavia etuja. Kappaleen lujuusominaisuudet paranevat huomattavasti samalla tavoin kuin kuitulujitettaessa muovista, sementistä jne. valmistettuja kiinteitä kappaleita. Lisäksi jätehuollon yhteydessä saadun jätepaperin kaltaisia huonolaatuisia materiaaleja voidaan käyttää moniin tarkoituksiin hyvälaatuisten tuotteiden valmistamiseksi.

Pääasiallinen ongelma valmistettaessa kuitulujitettuja vaahto-kappaleita on vaikeus valmistaa taloudellisesti kannattavilla menetelmillä sellainen kappale, jonka tiheys olisi riittävän alhainen. Aikaisemmin valmistettiin esimerkiksi puukuiduista eristysmateriaalia, joka tunnettiin runsashuokoisena levynä.

Tämä valmistettiin käyttämällä pohjassa olevalla seulalla varustettu laatikko mekaanisen puuhiokkeen tai murskausmassan vesi-suspensiolla ja antamalla sen valua itsestään, kunnes muodostui kaakku, joka sitten kuivattiin. Tämä menetelmä on liian hidas ja vaatii liian paljon lämpöä nykyaikaisen, suhteellisen taloudellisen tuotannon kannalta. Lisäksi tiheys nousee liian suureksi verrattuna muihin eristysmateriaaleihin, kuten mineraalikuituihin ja polystyreenivaahtoon. Tämä tuote ei tästä syystä ole kilpailukykyinen verrattuna jälkimmäisiin.

Yritykset "paisuttaa” kuitususpensioita nesteissä, kuten ve- 2 84182 dessä kaasua päästävien lisäaineiden eli paisutusaineiden avulla epäonnistuvat heti, kun saavutetaan sellaiset kuitupitoisuudet, jotka varmistavat sen, että muodostuva vaahtokappale säilyttää tilavuutensa kuivauksen aikana ja mikäli mahdollista myös muotonsa. Lisäksi tarvitaan samat tai suuremmat kuitupitoisuudet, jotta menetelmä ei aiheuta hyväksyttävät määrät ylittävää läm-mönkulutusta ja tästä syystä liiallisia kustannuksia.

Mikäli vaahtokappaleen paisuessa muodostuvat kaasukuplat eivät näissä kuitupitoisuuksissa kykene painamaan tai vääntämään kuituja erilleen onteloti1 ojen muodostamiseksi, saattaa käydä niin, että kuplat hajoavat. Kaasu sen sijaan pakenee kuitujen väliin.

Keksinnön mukaisesti tämä ongelma on ratkaistu siten, että lisätään yhtä tai usempaa nesteeseen liukenevaa polymeeriä siten, että nesteen, ts. 2- tai 3-faasisen nestefaasin joka on muodostunut kuitujen suspensiosta nesteeseen tai kuitujen ja kaasu-kuplien suspensiota nesteeseen vastaavasti, viskositeetti on ainakin silloin, kun vaahdotus on käynnissä suurempi kuin 40 cP ja että neste haihtuu vaahdotuksen jälkeen.

Tulokset ovat kuitenkin paremmat, mikäli viskositeetti on yli 100 cP ja vieläpä korotettaessa viskositeetti lukemaan 1000 cP saadaan vaahdotusprosessia parannetuksi korottamalla viskositeettia edelleen.

Mikäli viskositeettia lisäävää polymeeriä ei lisätä riittävää määrää kuitujen tehokkaan sitoutumisen varmistamiseksi sen jälkeen, kun vaahto on kuivunut, lisätään myös sopivaa liistaus-ainetta.

Paisutusaineina voidaan käyttää hyväksi sellaisia, jotka muodostuvat kahdesta ainesosasta, esim. Al-jauhe + alkali tai vetyperoksidi + katalyytti. Paisutusaine voi kuitenkin 3 84182 muodostua myös yhdestä ainesosasta, esim. hiilidioksidista, joka liuotetaan dispersionesteeseen (kuten tavalliseen veteen) tai freoniin tai alhaalla kiehuvaan liuot-timeen, joka emulgoidaan kuitususpensioksi tai ilma tai joku muu kaasu, joka mekaanisella käsittelyllä dispergoi-daan kuitususpensioon. Nämä yksiainesosaiset paisutus-aineet lisätään edullisesti paineenalaisina ja vapautetaan alentamalla painetta mahdollisesti yhdistettynä edeltävään lämpötilan lisäykseen. Tähän kategoriaan voidaan myös lukea dispersioneste, eli jos paisutus suoritetaan siten, että paineenalainen suspensio kuumennetaan yli nesteen kiehumispisteen ja tällöin paine alennetaan nopeasti siten, että neste muuttuu kokonaan tai osittain kaasumaiseksi .

Lisäksi voidaan käyttää hyväksi sellaisia yksiainesosaisia aineita, jotka hajoavat kaasuiksi joutuessaan alttiiksi korotetuille lämpötiloille, jolloin kysymykseen tulevat esimerkiksi bikarbonaatti, atso- ja diatsoyhdisteet jne.

Näillä menetelmillä voidaan valmistaa kuituvahvistettuja vaahtokappaleita, joiden tiheydet ovat jopa niin alhaiset kuin noin 0,04 g/cm33 tai 40 kg/m3 ja kuitupitoisuus 60 - 80 paino-%, mutta joissa on suhteellisen suuret ja epäsäännölliset huokoset tai solut.

Tiettyihin käyttötarkoituksiin on kuitenkin erittäin tärkeätä saada aikaan alhaisemmat tiheydet ja hienompi, säännöllisempi huokoisuusrakenne ja tällöin kysymykseen tulevat esimerkiksi eristysmateriaalit, herkkien kojeiden ja laitteiden pakkauskappaleet samoinkuin tiettyjen koriste-ja kalustemateriaalien pakkauselementit.

Tämä voidaan aikaansaada täydentämällä tai korvaamalla kuitenkin korkea viskositeetti säilyttäen yllä mainittu » * 84182 viskositeetin lisäysaine polymeerillä, jolla on seuraavat ominaisuudet: Sen pitää olla liukeneva tai kyetä voimakkaasti paisumaan dispersionesteessä ja siihen pitää kuulua sekä erittäin hydrofii1iset että erittäin hydrofobiset ryhmät. Tämän tyyppisistä polymeereistä käytetään jäljempänä nimitystä akronyymiti1 ofobi.

Esimerkki tällaisesta filofobista on etyylihydroksietyyli-selluloosa, jossa hydroksietyy1iryhmät ovat hydrofii1 isiä ja etyyliryhmät ovat hydrofobisia. Tuotenimellä Bermocoll E 481 tunnettua tällaista materiaalia on käytetty hyvin tuloksin valmistettaessa keksinnön mukaisia vaahtokappa-leita. Sen käyttökelpoisuutta rajoittaa kuitenkin se seikka, että yli 60 - 70oC olevissa lämpötiloissa se saostuu vesiliuoksesta.

Laajemman käyttöalueen omaavia filofobeja voidaan valmistaa yksinkertaisesti yhdistämällä polymeerisiä karboksyy-lihappoja, esim. karboksimetyyliselluloosa, polyakryyli-happo jne. korkeampiin alkyyli- tai aralkyyliamiineihin. Tämä tehdään sellaisina suhteellisina määrinä, että varmistutaan siitä, että osan, esim. puolet polymeerissä olevista karboksyyliryhmistä joutuu amiinien mukaan, kun taas toinen puoli neutraloidaan emäksellä, esim. kausti-sella soodaliuoksella, ammoniakilla, trietanoliamiini11 a jne., joka yhdistelmänä polykarboksyylihappojen kanssa muodostaa vesiliukoisia suoloja. Nyt saattaisi ajatella, että tällainen yhdistelmä aiheuttaisi sen, että osa polykarboksyyl ihapoista tyydyttyisi ylemmillä amiineilla ja saostumisen loppuosan säilyessä liuoksena. Asianlaita ei kuitenkaan ole näin, mikäli seos valmistetaan huolellisesti aiheuttamatta homogeenista liuosta.

Samalla tavoin voidaan yhdistää polymeerisiä emäksiä, esim. polyetyleeni-imiini rasvahappoihin, esim. stea-riinihappoon tai oieiinihappoon ja väkevään happoon, 5 84182 kuten kloorivetyhappoon tehokkaiden filofobien valmistamiseksi.

On ymmärrettävää, että filofobeja voidaan valmistaa jo polymerointivaiheessa polymeroimalla yhteen voimakkaasti hydrofiilisiä monomeerejä, kuten akryylihappo tai akryyliamidi voimakkaasti hydrofobisten monomeerien kanssa, jollaisia ovat esimerkiksi vinyylistearaatti tai dodekyylivinyylieetteri tai oktyylimetakrylaatti jne.

Seuraavat esimerkit valaisevat keksinnön joitakin suoritusmuotoja rajoittamatta kuitenkaan keksintöä näihin suoritusmuotoihin:

Esimerkki 1. Sanomalehtipaperijätettä dispergoitiin veteen ja kuivattiin 20 % suspension muodostamiseksi.

Tämä sekoitettiin sekoituskoneessa 4 %:iin Bermocoll E 481 (etyylihdyroksietyyliselluloosa, jonka polymerointi-aste noin 2000 ja substituutioaste 2,0 hdyroksietyyliä ja noin 0,9 etyyli), 0,3 % Berol 09 (tensidit, nonyylife-nyylipolyglykolieetteri), 0,4 %:iin Fe Cl3.6 H20 sekä 1,6 %:iin 25%:n ammoniakkia, jolloin kaikki lukemat viittaavat kuitususpension painoon. Perusteellisen sekoituksen jälkeen lisättiin 10 % 35 %:n vetyperoksidia, sekoitettiin nopeasti sekoituskoneessa ja siirrettiin sen jälkeen massasta muotteihin TV-vastaanottimen vaahto-pakkauksen muodostamiseksi, jolloin massan annettiin

A

paisua ja täyttää muotit. Tämän jälkeen vaahto kuivattiin muoteissa lämpötilassa 60°C, jolloin muodostuneet vaahtokappaleet poistettiin muoteista. Ne olivat lujia 3 ja joustavia ja niiden tiheys oli noin 28 kg/m .

Esimerkki 2. 20 %:n suspensio sanomalehtipaperijätettä vedessä sekoitettiin sekoituskoneessa 5 %:iin vehnäjau- hoja, 1 %:iin 25 %:n ammoniakkia ja 1 %:iin vesilasia, 84182 jolloin kaikki luvut viittaavat kuitususpension painoon.

Vesilasi sisälsi 42 % natriumsilikaattia, jonka moolisuhde SiC^tNajO oli 3.4. Suspensio siirrettiin ruuvikuljetti-mella toiseen sekoittimeen ja kuumennettiin samanaikaisesti 100°C:een siten, että vehnäjauhossa oleva tärkkelys ja gluteeni liukenivat. Tämän jälkeen saadut kaksi liuosta sekoitettiin ja niiden koostumus on esitetty prosentteina alkuperäisestä kuitususpensiosta: 1. 1 % Cekol HDEG (hyvin viskoosi Na-karboksimetyyli-selluloosa) liuotetaan 10 %:iin vettä ja sekoitetaan huolellisesti tahnaan, joka on valmistettu sulattamalla yhteen 0,35 % Amin B 11 (keskimääräisen molekyylipainon 320 omaavien primääristen alkyyliamiinien seos), 0,17 %

Berol 292 (tensidi, nonyylifenyylipolyglykolieetteri) ja 1,18 % vettä. Amin B 11:n määrä vastaa puolta Cekol'ssa olevista karboksimetyyliryhmistä. Tämän jälkeen sekoitetaan mukaan 0,1 % 37 %:n kloorivetyhappoa, joka vastaa Amin B ll:n määrää.

2. 0,2 % Separan PG 211 (polyakryyliamidi, jonka polymeroin- tiaste 70.000 - 100.000 ja sisältää pieniä määriä vapaita , karboksyyliryhmiä) liuotetaan 10 %:iin vettä ja sekoitetaan tahnaan, joka on valmistettu sulattamalla yhteen 0,01 % Amin B 11, 0,005 % Berol 292 ja 0,035 % vettä.

Näiden kahden liuoksen jälkeen sekoitetaan mukaan myös 1 % Tensid 7151 (kookossteariinihappodietanoliamidi).

Suspensio, jonka Teologiset ominaisuudet ovat nyt lähempänä pehmeän plastisen massan tai taikinan ominaisuuksia kuin 15 % paperikuitususpension ominaisuuksia, siirretään kolmanteen sekoittimeen, jossa 10 barin (1 MPa) paineenalaista ilmaa johdetaan sisään ja dispergoi-daan massaan. Samanaikaisesti massan lämpötila nostetaan lukemaan 110°C.

7 84182 Tästä viimeksi mainitusta sekoittimesta massa siirretään ruuvikuljettimellä suuttimeen, joka on muodoltaan leveä rako. Tämän suuttimen läpi massa työntyy ulos viirakankai-selle kuljetinhihnalle, jossa se paisuu lopulliseen tilavuutensa ja työntyy lämpötilassa 120°C olevaan uuniin kuivattavaksi.

3

Valmiin vaahtokappaleen tiheys on 25 kg/m ja se sopii eristysmateriaaliksi, esimerkiksi eristysmattojen muodossa.

Sen sijaan, että massan annettaisiin paisua vapaasti, 1 voidaan käyttää seuraavaa menetelmää:

Rakosuuttimesta massa ohjataan liikkuvalla viiraradalla olevan paperirainan (voimakehruutyyppinen paperi) päälle.

Heti, kun massa on paisunut vaahdoksi tai kun se on juuri paisumassa, se ohennetaan kaavinterällä kerrokseksi, jonka paksuus on 10 mm. Sitten sen päälle sijoitetaan paperiraina (voimakehruupaperi), joka tukee paperin yläpuolella liikkuvaa viirarataa ja mainitun radan yläpuolella olevat viivaimet puristavat vaahdon 5 mm paksuiseksi kerrokseksi, joka kuivataan lämpötilassa 120°C laminaatiksi, joka sopii valinnaisesti käytettäväksi aaltopahvina pakkauksissa, vahvistelevyissä jne.

Sen sijaan, että liikkuvat viiraradat vuorattaisiin voimakehruupaperilla, niihin voidaan sirottaa tai suihkuttaa koostumukseltaan sopivia kuivia paperikuituja mahdollisesti yhdistelmänä sopivan liiman kanssa ja sillä tavoin, että paperi muodostuu radalle ennen sen tuloa kosketukeen paisuvan kuitususpension kanssa. Radalle suihkutetut kuidut saadaan pidetyksi paikallaan viiraradan vastakkaisella puolella olevien imulaatikoiden avulla ennen niiden tuloa kosketukseen paisuvan kuitususpensiokerroksen kanssa.

8 84182

Esimerkki 3. 20 % paperikuitususpensioon vedessä sekoitetaan 2 % polymetakryylihappoa, jonka polymerointiaste on noin 40.000 ja sen jälkeen liuotetaan lisäämällä 2,1 % trietanoliamiinia, joka vastaa 60 % polymetakryyli-hapossa olevista karboksyyliryhmistä. Sen jälkeen polymeeri siirretään filofobiin sekoittamalla mukaan 2,25 % Amin B 11, joka vastaa 30 % polymeerissä olevista karboksyyliryhmistä.

Sen jälkeen, kun on sekoitettu mukaan 1 % tTensid 7151 ja 20 % Polysar latex 3705 (karboksyloitu polystyreeni-butadienilateksi, jossa 41 % kuiva-ainetta, joka muodostaa hyvän kuidunsitomiskyvyn omaavan pehmeän, joustavan kalvon), mukaan lisätään ilmaa ja sitä dispergoidaan massaan samanaikaisesti, kun lämpötila nostetaan 110°C:een ennen massan ohjaamista ulos kuljetinhihnalle, jossa sen annetaan paisua ja tämän jälkeen kuivataan uunissa.

Saadun vaahtokappaleen tiheys on noin 40 kg/m3 ja se on pehmeä ja joustava ja sitä voidaan käyttää pehmuste-materiaalina huonekaluissa jne.

Selluloosan ja puukuitujen asemesta voidaan luonnollisesti käyttää myös muita kuituja, kuten synteettisiä tekstiilikuituja, lasikuituja, metallikuituja jne. Samalla tavoin vesi voidaan korvata muilla nesteillä ja orgaaniset liistausaineet voidaan kokonaan tai osittain korvata epäorgaanisilla sideaineilla, kuten vesilasi, sementti, kipsi jne.

Esimerkki 4. 9 %:n paperikuitususpensioon sekoitetaan 0,2 % Separan PG 211, 2 % guar-kumityyppistä Papsize 7 (hyvin voimakkaasti polymeerinen polysakkaridi, jonka muodostavat mannos ja galaktos), 1 % Tensid 7151, 1 %

Berol 292, 5 % vehnäjauhoja, 1 % 25 %:n ammoniakkia, 1 % ammoniumpolymetafosfaattia ja 18 % kipsijauhetta 9 84182 (CaSO^-2/2 H20), jolloin kaikki ainemäärät viittaavat kuitususpension painoon. Massa siirretään vatkaimeen ja vatkataan, kunnes muodostuu vaahto, jonka vaahtoarvo on 2,8 cm^/g.

Vaahto levitetään kaavinterällä liikkuvalle liimapääl-lysteiselle levyrainalle, joka on impregnoitu tulensuoja-aineella 12 mm paksuksi kerrokseksi, joka kuivataan uunissa. Tämän jälkeen samanlainen levy liimataan vaahdon päällystämättömältä puolelta ja kuivataan.

Tällä tavoin valmistettua laminaattia voidaan käyttää samalla tavoin kuin normaaleja rakennuslevyjä. Jälkimmäisiin verrattuna sen etuna on keveys ja lujuus, eli se ei särölle ja murru yhtä helposti kuin tavanomaiset rakennuslevyt.

.·

Claims (2)

10 841 82

1. Menetelmä vaahto- tai soiukappaleiden valmistamiseksi, joihin kappaleisiin kuuluu ainakin 15 paino-% kuituja sen seurauksena, että kuidut on dispergoitu nesteeseen yhdessä pintajännitystä alentavien aineiden, kaasujen tai kaasua päästävien aineiden ja sideaineiden kanssa ja seos on vaahdotettu, tunnettu siitä, että lisätään yhtä tai usempaa nesteeseen liukenevaa polymeeriä siten, että nesteen, ts. 2- tai 3-faasisen nestefaasin joka on muodostunut kuitujen suspensiosta tai kuitujen ja kaasukuplien vastaavasti suspensiosta nesteeseen, viskositeetti on ainakin silloin, kun vaahdotus on käynnissä suurempi kuin 40 cP ja että neste haihtuu vaah-dotuksen jälkeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että ainakin yksi lisätty polymeeri on nesteeseen liukeneva tai kykenee voimakkaasti paisumaan siinä ja sisältää sekä erittäin hydrofiiliset että erittäin hydrofobiset ryhmät. li 84182