NO142678B - Fremgangsmaate og apparat for fremstilling av et ikke-vevet fibroest materiale - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og apparat for fremstilling av et ikke-vevet fibrøst materiale.

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for frem- . stilling av et ikke-vevet fibrøst materiale, omfattende at det dannes en blanding av luft, vann, fibre og overflateaktivt middel i en blandeinnretning, at blandingen føres til en oppskummingsinnretning og at blandingen oppskummes for dannelse av en oppskummet fiberdispersjon, at den oppskummede fiberdispersjon mates til en porøs avstøtning og avvannes med en sugekasse på avstøtningen.

Oppfinnelsen vedrører også et apparat for gjen-nomføring av fremgangsmåten.

Det er kjent å fremstille papir og andre ikke-vevede fibrøse materialer ved å avvanne en fibersuspensjon i en væske, vanligvis vann, på en perforert understøttelse, kalt viren, i en papirmaskin, hvilken understøttelse tillater at vannet trekker ut, mens mesteparten av fibrene blir tilbake i form av en bane i hvilken fibrene ligger sammen-filtret, idet i det vesentlige alle ligger i banens plan.

På grunn av vilkårligheten i utfellingsprosessen og også på grunn av den naturlige tendens for de fleste fibre 'til å danne fnokker eller knuter, vil banen vanligvis ikke være jevn, men inneholde områder som er særlig tynne eller lette, eller områder som er særlig tykke eller tunge. Jevnhetsgra-den eller mangelen på jevnhet i banen kan reguleres i noen utstrekning av betjeningen for maskinen og ved maskinens utforming. Særlig dannelsen av en akseptabel jevn bane av fibre som har en sterk tendens til å danne fnokker, såsom lange syntetiske fibre eller lange lett oppslåtte bomulls-eller trefibre eller andre lange naturlige fibre fra ani-malske, vegetabilske eller mineralske kilder, krever at fibrene fordeles i meget store væskevolumer. Den etterfølg-ende fjerning av slike store væskevolumer kan ikke gjennom-føres på vanlige papirfremstillingsmaskiner, men krever kost-bare modifiserte anlegg.

En mindre vanlig kjent metode for fremstilling av fibrøse materialer er at fibrene først dispergeres i et væskemedium med høy viskositet, såsom en vandig oppløsning av sukker eller av naturlig gummi, og at dispersjonen så .avvannes på viren i papirfremstillingsmaskinen og derved danner en fibrøs bane på viren.

Denne metode har den fordel at når dispergerings-virkningen stanser, vil fibrene meget hurtig stanse deres bevegelse i væskemediet og blir ubevegelige før de kan danne fnokker eller klumpe seg sammen i noen vesentlig utstrekning. Således vil fibrene i et slikt væskemedium for-bli godt dispergert til væskemediet ledes bort fra dispersjonen og banen dannes. Imidlertid vil på grunn av den be-standig høye viskositet for væskemediet den første dispersjon av fibrene i dette være vanskelig, og avvanningen gjennom den bane som dannes og gjennom den avstøttende vire blir langsom og vanskelig, slik at denne kjente metode ikke er velegnet tXX kontinuerlig fremstilling av fibrøst materi-iale i stor målestokk.

Det har også vært foreslått å tilsette et overflateaktivt middel til det vann som vanligvis benyttes ved vannlegging av fibrøse baner på en papirmaskin og ved agita-sjon å frembringe en skumformet fiberdispersjon med et luft-1 innhold på minst 65 volumprosent for å understøtte dannelsen av en jevn fiberbane, og mer spesielt en jevn fibrøs bane som omfatter fibre lengre enn de som vanligvis benyttes ved vannleggingsfremstillingen av fibrøse baner på en papirfrem-stillingsmaskin, dvs. fibre med en lengde på mer enn ca.

3 mm.

De kjente metoder for dannelsen av en slik oppskummet fiberdispersjon omfatter at vannet som inneholder overflateaktive midler utsettes for en voldsom skjærvirkning, f. eks. ved anvendelsen av apparater som omfatter et hus for vannet og et skovlhjul anordnet i huset for frembringelsen av rotasjon, slik at vannet utsettes for en voldsom skjær-kraft mellom skovlbladene og husets indre flate. Ved anvendelsen av et slikt apparat kan fibre tilsettes enten til vannet før skummingen eller til skum som allerede er dannet i apparatet.

Kjente apparater som danner oppskummede fiberdis-pers joner, som beskrevet ovenfor, og som kan danne disper-sjoner med ønskede egenskaper, har den ulempe at de omfat- . ter innbyrdes bevegelige deler, dvs. skovlhjul og hus, og således krever en utøvelse av kraft for å tilveiebringe den nødvendige bevegelse. Dessuten vil den relative bevegelse for delene resultere i slitasje for apparatet.

Man har nu for en vandig fiberholdig dispersjon med en gitt vektkonsistens av fibre funnet for det første at jevnheten til et fibermateriale fremstilt av dispersjo- . nen kan økes ved bruken av en oppskummet dispersjon med et luftinnhold mindre enn 65 %, og for det annet at når dispersjonen har et luftinnhold over et visst nivå at fibrene har en tendens til å agglomerere, selv om ikke i den grad som ved en uskummet dispersjon, og for det tredje at størrelses-fordelingen for boblene i den oppskummede dispersjon er av vesentlig betydning.

Man har videre funnet at en viktig parameter med hensyn til dispersjons/agglomereringsegenskapene for et oppskummet væskemedium er volumprosenten av luft i dette og at den mulige volumprosent for luftområdet (dvs. 0 - ca. 99,9 %)-kan oppdeles i tre underområder, av hvilke to, nemlig opp til ca. 55 % og over ca. 7 5 %, kan benyttes til å bevirke en agglomerering av fibrene og/eller partiklene, og det mel-lomliggende område, nemlig fra ca. 55 - ca. 7 5 %, kan benyttes til å bevirke en i det vesentlige jevn dispersjon av i det vesentlig adskilte fibre.

Volumprosenten av luft som kreves til å bevirke den mest jevne dispersjon av en hvilken som helst partiku-lær fiber og/eller partikler er avhengig av formen, størrel-sen, de fysiske egenskaper og konsentrasjonen av fibre og/eller partikler. Forholdet mellom størrelsen for fibrene og/eller partiklene og den aritmetiske middeldiameter for luftboblene er også relevant ved bestemmelsen av den mest jevne dispersjon av en hvilken som helst partikkelformet fiber og/eller partikkel.

Man har funnet at ved alle volumprosenter for luft vil fibre vanligvis opptre bare i væsken mellom luftboblene. Dette betyr at fibrene ikke trenger inn i luftboblene. De faktorer som således bestemmer om et spesielt . oppskummet væskemedium vil bevirke enten dispersjon eller agglomerering av fibrene vil, bortsett fra volumprosenten av luft, være antallet, formen og størrelsen av luftbobler i mediet.

Hvis det oppskummede væskemedium inneholder en volumprosent av luft mellom 55 % og 75 %, blir fibrene dispergert i det vesentlige jevnt i det oppskummede væskemedium.

Hvis volumprosenten for luft i et oppskummet væskemedium er mindre enn ca. 55 %, vil luften befinne seg i relativt få bobler med relativt stor diameter som deler opp mediet i væskelommer i hvilke fibrene samles, og da væskens viskositet (vanligvis vann) er relativt lav, kan fibrene bevege seg fritt og således agglomerere i væskelommene.

Hvis volumprosenten for luft i et oppskummet væskemedium er større enn va. 7 5 % og boblene har en i det vesentlige jevn størrelsesfordeling, vil bobletettheten være så stor at boblene blir deformert fra deres kuleform til polyedrisk formede bobler. I et medium som inneholder slike bobler, vil overflatespenningen resultere i krefter i plane-ne for sjiktene mellom boblene, idet disse krefter er rettet mot sjiktenes snittlinjer og mot snittpunktene mellom sjiktenes snittlinjer. Disse krefter beveger fibrene mot sjiktenes snittlinjer, og fibrene blir innrettet i bunter på disse linjer.

Som nevnt vil det, når man benytter en oppskummet dispersjon med en volumprosent av luft over 75 %, være en viss grad av fiberagglomerering, selv om hele fiberfordel-ingen i en bane som er fremstilt under anvendelsen av et slikt skum er bedre enn den som oppnås ved den samme fiber-vektkonsistens ved bare å benytte en ikke oppskummet dispersjon .

Forsøk har vist at etterhvert som volumprosenten av luft i et oppskummet væskemedium øker, vil først antallet av bobler pr. volumenhet av medium økes, for det annet vil den aritmetiske middeldiameter for boblene avta, og for det tredje vil området av boblediametrene avta. De iboende ønskelige viskositetsegenskaper for det oppskummede væskemedium som er frembragt i samsvar med foreliggende oppfinn-else skriver seg ikke bare fra antall bobler pr. volumenhet, men også fra den i det vesentlige jevne størrelse for boblene.

Virkningen på viskositeten for mediet på grunn

av boblestørrelsesfordelingen antas å skrive seg fra det faktum at volumprosenten av luft som kreves for en tett pakking av boblene er mindre hvis boblene har en i det vesentlige jevn størrelsesfordeling.

De kjemiske egenskaper til det overflateaktive middel som benyttes er ikke kritiske, forutsatt at det kan frembringe et oppskummet væskemedium med de ønskede egenskaper. Det overflateaktive middel kan være anionisk, kati-onisk eller ikke-ionisk. Overflateaktive midler som er blitt benyttet er oktylfenoksy-polyetoksy-etanol og kommersielt dodecyl-benzen-sulfonat.

Den aritmetiske middeldiameter for bobler i et oppskummet væskemedium kan bestemmes ved neddykking av et mikroskopobjektglass som er kjølt til ca. -70°C i mediet og deretter fjerne objektglasset med en prøve av mediet fast-frosset til dette og å plassere glasset i et fryserom i mikroskopet. Mikrofotografier med f. eks. 100 gangers for-størrelse kan så bli tatt, og den aritmetiske middeldiameter for synlige bobler kan bestemmes. Denne metode har den fordel at en prøve av mediet er tatt inne i mediummassen og at ikke bare et ytre lag av boblene blir undersøkt.

Det er en hovedhensikt med foreliggende oppfinn-i else å tilveiebringe en slik fremgangsmåte og et apparat for fremstilling av ikke-vevet fibrøst materiale fra en oppskummet fiberdispersjon, som tillater vann, vanligvis i oppskummet tilstand, som gjenvinnes fra sugekassene å bli resirku-lert i en blandeinnretning, i hvilken en dispersjon av luft, vann, fibre og overflateaktivt middel blir dannet som forbe-redelse til og omdannelse til en oppskummet fiberdispersjon med de krevede egenskaper, hvorved man reduserer svinn av overflateaktivt middel, reduserer drifts- og vedlikeholds-kostnader og vesentlig reduserer behovet for avløpsbehand-ling.

Denne hensikt oppnås ved en fremgangsmåte og et apparat som er kjennetegnet ved det som fremgår av kravene.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere beskri-ves ved hjelp av et utførelseseksempel som er fremstilt på tegningen, som viser: fig. 1 skjematisk et apparat for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 skjematisk i et planriss en utførelsesform for apparatet for dannelse av en oppskummet fiberdispersjon, og

fig. 3 i et skjematisk snitt en del av apparatet på fig. 2.

På tegningen viser henvisningstallet 1 en perforert avstøtning som utgjør viren i en Fourdrinier-papirmaskin, på hvilken det fra en innløpskasse 2 fremføres en oppskummet fiberdispersjon (ikke vist), av hvilken det dannes en ikke-vevet fibrøs bane ved fjerning av vann i det vesentlige i oppskummet tilstand fra dispersjonen gjennom den perforerte avstøtning 1. Avvanningen gjennomføres på kjent måte ved hjelp av vakuumfrembringende irinretninger 3 og 4, hvis undertrykksside er forbundet med undersiden av avstøtningen 1. Som det fremgår av fig. 1 er de vakuumfrembringende innretninger 3 og 4 avstandsplassert langs avstøt-ningen, og mellom innretningene 3 og 4 passerer avstøtningen 1 over det som er kjent som bordruller 5. Noe avvanning, ca. 20 %, finner sted når dispersjonen føres over rullene 5, og det oppskummede vann som trekkes ut her faller ned i en virekasse 6 fra hvilken det strømmer over et overløp 7 inn i et trau 8, i hvilket det omrøres av en agitator 9 og hvorfra det pumpes av en pumpe 10 til en beholder 11. De vakuumfrembringende innretninger er forbundet med det som vanligvis kalles våte vakuumkasser 12 og tørre vakuumkasser 13.

Overtrykkssiden i de vakuumfrembringende innretninger er forbundet over rørene 14 og 15 med et rør 16, i hvilket uttrukket oppskummet vann som inneholder overflate- . aktive midler møter og blir sammenblandet med en blanding av luft/vann/fibre/overflateaktivt middel som mates til rø-ret 16 fra en pumpe 17 med et trykk på ca. 1,7 5 - 2,1 kg pr. cm 2. Røret 16 er forbundet med en blandeinnretning 18 av en egnet type som bevirker en grov blanding av blandingen, slik at det oppnås en homogen blanding som føres fra blandeinnretningen gjennom et innløpsrør 19 til en oppskummingsinnretning 20, i hvilken det dannes en oppskummet fiberdispersjon med ønskede egenskaper, som angitt ovenfor, for videreføring gjennom et utløpsrør 21 til innløpskassen 2. Oppskummingsinnretningen er av den type som er beskrevet nedenfor under henvisning til fig. 2, da dette ikke nødven-diggjør noen mekanisk bevegelige deler, ikke er åpen mot at-mosfæren og det er mulig å tilsette tilmålte mengder av luft og overflateaktive midler til en vann/fiberdispersjon når denne nærmer seg blandeinnretningen.

Slik det er vanlig ved fremstillingen av ikke-vevede fibrøse materialer blir fibrene først malt med vann i en vanlig maleinnretning 22, såsom en Hollender, for å danne en mengde med en konsistens på ca. 4 vektprosent basert på knusktørre fibre. Denne mengde blir pumpet av en pumpe 23 til beholdere 24, hvor den holdes for dannelse av et mas-selager for apparatet, og fibrene holdes i det vesentlige jevnt i suspensjonen ved hjelp av vanlige agitatorer 25.

Fra beholderne 24 blir massen pumpet langs røret 26 av en pumpe 27 til en raffinør 28 fra hvilken massen føres til en fortykker 29. Fortykkeren tjener til å avvanne massen, slik at den forlater fortykkeren med en konsistens som vanligvis ligger mellom 20 og 30 vektprosent basert på knusk-tørre fibre, men tørrhetsgraden bør være tilstrekkelig høy til å minimalisere innføring av friskt vann i apparatet mens man oppnår den ønskede tørrhet for banen som blir fjernet fra den perforerte avstøtning 1 før tørking. Vannet som trekkes ut av massen i fortykkeren 29 blir fjernet gjennom et rør og kan enten ledes bort eller bli ført tilbake for gjentatt benyttelse i maleinnretningen 22. Den fortykkede masse blir ført til en koker 31 hvor den blir sammenblandet . med konvensjonelle agitatorer 3 2 med vann som er lagret i en tank 33, som mottar fjernet vann fra røret 14 gjennom en ventil 34 og med avvann pumpet til kokeren 31 fra avvanns-beholderen 11 ved hjelp av en pumpe 35 og passerer, hvis ønsket, gjennom en avvannsrenser 36.

Overflateaktive midler kan, hvis ønsket, bli til-satt til vannet i tanken 33, men det er foretrukket å til-føre såvel luft som overflateaktive midler til vann/fiber-dispersjonen når den strømmer gjennom et rør 37 til røret 16. Pumpen 17 er innsatt i røret 37, og luft og overflateaktivt middel er ført inn i røret 37, fortrinnsvis på ut-løpssiden av pumpen 17 gjennom måleinnretninger 38, 39. En oppdelingsinnretning 4 0 tjener til å dispergere klumper og fibre og er også anbragt i røret 37.

Oppskummingsinnretningen 20, som er nevnt ovenfor, omfatter flere skumdannende rør 41, som kan være fleksible rør, som hvert har minst ett indre område med innsnevret tverrsnitt dannet av en rørformet innsats 4 2 som kan være sirkelformet eller ha annet ønsket tverrsnitt. En innløps-manifold som dannes av et hus 4 3 og en utløpsmanifold dannet av et hus 4 4 er forbundet med hverandre av de skumdannende rør 41. Innløpsmanifolden er forbundet med innløpsrøret 19 ved en flens 45, og utløpsmanifolden er forbundet med ut-løpsrøret 21 ved en flens 46. Hvert skumdannende rør 41 utstrekker seg i sideretning fra et hus og er viklet som ved 47 mellom endene av dette og forbundet henholdsvis til inn-løps- og utløpshuset. I en foretrukket utførelse er husene 43, 4 4 sirkulære, og de skumdannende rør utstrekker seg ra-dielt herfra.

Endene til hvert av skumdannelsesrørene er forbundet med ett av husene 43, 4 4 gjennom en manuelt betjenbar ventil 48 som er forbundet med en stuss 4 9 som utstrekker seg i sideretning fra huset. De rørformede innsatser 4 2 er forbundet med ventilene 48, og skumdannelsesrørene 41 er festet over innsatsene 42, som vist på fig. 3.

En ende på innløpshuset 43 står i åpen forbind-else med innløpsrøret 19, og enden av huset på motsatt side er lukket med en plugg 51 (fig. 3) med en konisk utforming 52 som strekker seg inn i huset for å unngå dannelsen av luftlommer i huset.

Det kan være anordnet 48 skumdannelsesrør 41 i fire rekker eller grupper på hver tolv rør, og husene 43, 44 er fortrinnsvis uavhengig avstøttet, slik at liten eller ingen vibrasjon overføres mellom innløps- og utløpsmanifol-dene. Før anvendelsen av skumdannelsesapparatet til fremstillingen av en spesiell type produkt velges antall skum-dannelsesrør som skal benyttes ved innstilling av ventilene 48. Hvis ønsket kan antall skumdannelsesrør 41 i bruk for-andres under driften for apparatet ved innstilling på ventilene 48.

Når skumdannelsesapparatet er i drift, blir en blanding av luft, vann og fibre og overflateaktivt middel matet til manifolden 43 og i det vesentlige jevnt fordelt til de skumdannende rør og den rørformede innsats 42, og det oppnås turbulens i blandingen som bevirker skumdannelse og dispersjon av fibrene, slik at det dannes en oppskummet fiberdispersjon med de ønskede egenskaper, som angitt ovenfor .

Av ovenstående beskrivelse skal det forstås at det gjenvundne uttrukne vann kontinuerlig resirkuleres gjennom en sløyfe dannet av rørene 14, 15, 16, blanderen 18, rør 19 og oppskummingsinnretningen 20, slik at man reduserer den -mengde av oppfriskende overflateaktivt middel som er nødvendig, og ved anvendelsen av den beskrevne fore-trukkede form for oppskummingsinnretningen er det mulig ved tilmåling av luft og overflateaktivt middel i strømningssy-stemet å oppnå kontroll over luftinnholdet og således over skummets viskositet.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et ikke-vevet fibrøst materiale, omfattende at det dannes en blanding av luft, vann, fibre og overflateaktivt middel i en blandeinnretning, at blandingen føres til en oppskummingsinnretning og at blandingen oppskummes for dannelse av en oppskummet fiberdispersjon, at den oppskummede fiberdispersjon mates til en porøs avstøtning og avvannes med en sugekasse på av-støtningen, karakterisert ved: a) at den oppskummede dispersjon for innmating til avstøt-ningen dannes ved tilveiebringelse av turbulens i en lukket oppskummingsinnretning uten bruk av bevegede mekaniske innretninger, b) at det ved hjelp av avvanningsinnretningen i form av en sugekasse gjenvinnes en hoveddel av væsken i det vesentlige i oppskummet tilstand, c) at den således gjenvundne væske resirkuleres i det vesentlige i oppskummet tilstand direkte fra sugekassen til blanderen, d) at det i blanderen innføres sammen med den resirkulerte væske fibre, vann og tilmålte mengder av luft og opp-friskningsoverflateaktivt middel, e) at innholdet av blanderen føres til oppskummingsinnretningen, og f) at matingen, gjenvinningen, resirkuleringen, innføringen og innrettingen gjentas.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fiberklmuper dispergeres før innføringen av tilmålt mengde av luft og overflateaktivt middel og før innføringen i blanderen.

3. Apparat for gjennomføring av fremgangsmåten iføl-ge krav 1 for fremstilling av et ikke-vevet fibrøst materiale, som omfatter trinnet med å danne en blanding av luft, vann, fibre og overflateaktivt middel i en blandeinnretning (18), tilføring av blandingen til en oppskummingsinnretning

(20) og utføring av oppskumming av blandingen for dannelse av en oppskummet fiberdispersjon, mating av den oppskummede fiberdispersjon til en porøs avstøtning (1) og avvanning med en sugekasse på avstøtningen (1), karayk ter i-s e r t ved: a) et lukket oppskummingsgjenvinnings- og regenereringssy-stem som omfatter en lukket oppskummingsinnretning (20) nedstrøms for blandeinnretningen (18) for å tilveiebringe oppskumming av blandingen ved dannelse av turbulens uten bruk av bevegede mekaniske innretninger, og pumpeinnretninger (3) som kan resirkulere væske som gjenvinnes i det vesentlige i oppskummet tilstand direkte fra sugekassen (12, 13) til blanderen (18), og b) innretninger for påfylling av systemet med luft, vann, fibre og overflateaktivt middel, omfattende en koker (31) forbundet med blanderen (18) ved hjelp av massetilførselsrør (37), og tilmålingsinnretninger (38, 39) som kan innføre i masse-tilf ørselsrørene (37) oppstrøms for blanderen (18), tilmålte mengder av luft og oppfriskningsmengder av overflateaktivt middel.

4. Apparat ifølge krav 3, omfattende en oppdelingsinnretning (40) i massetilførselsrøret (37) , nedstrøms for tilmålingsinnretningen (38, 39) og oppstrøms for blanderen (18), for dispergering av fiberklumper som føres gjennom massetilførselsrørene (37).