NO149458B - Anvendelse av aminoksyder som overflateaktive midler ved fremstilling av glassfibermatter - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører anvendelse av

spesielle aminoksyder som overflateakti-ve midler ved frem-

stilling av ensartede glassfibermatter.

Ensartede, tynne ark eller matter av glassfibre av høy styrke, finner økende anvendelse innen industrien for bygnings-materialer, f.eks. i asfalt-takshingel og som underlagsark for vinyl-gulvbelegg. Disse glassfibermatter erstatter lignende ark fremstilt tradisjonelt av asbestsfibre. Glassfibermatter fremstilles vanligvis ved en våtleggingsprosess som utføres i en modifisert papirmaskin,' som beskrevet f.eks. av O.A. Battista, Synthetic Fibers in Papermaking (Wiley) N.Y. 1964. Flere US-patenter gir en temmelig fullstendig beskrivelse av våtleggingsprosessen, inkludert 2.906.660; 3.012.929: 3.021.255; 3.050.427; 3.103.461; 3.108.891; 3.228.825; 3.634.054; 3.749.638; 3.760.458; 3.766.003; 3.838.995 og 3.905.067. DT-OS 2454354 gjelder også denne teknikk.

Den kjente våtleggingsprosessen for fremstilling av glassfibermatter omfatter generelt først dannelse av en vandig suspensjon av korte glassfibre under agitasjon i en blandetank, deretter føring av suspensjonen gjennom en bevegelig sikt på hvilken fibrene vikler seg i hverandre mens vannet separeres fra fibrene. Til forskjell fra naturfibre, slik som cellulose og asbests, dispergeres imidlertid ikke glassfibre godt i vann. Således, når glassfibre som foreligger som tråder eller bunter av parallelle fibre, anbringes i vann og omrøres, danner de ikke et godt dis-pergeret system. Ved forlenget agitasjon., agglomereres faktisk fibrene som store klumper som er meget vanskelig å redispergere.

I et forsøk på å overkomme dette problem med glassfibre, har det vært praksis i industrien å tilveiebringe suspenderings-hjelpemidler for glassfibrene, inkludert overflateaktive midler, for å holde fibrene atskilt fra hverandre i en relativt dispergert tilstand. Slike suspensjonshjelpemidler er vanligvis materialer som øker mediets viskositet slik at fibrene kan sus-pendere seg selv i mediet. Noen suspensjonshjelpemidler er faktisk overflateaktive midler som reduserer overflatetiltrekning-en mellom fibrene. Uheldigvis er imidlertid ingen av de til-gjengelige suspensjonshjelpemidler helt tilfredsstillende for fremstilling i stort volum av egnede, ensartede glassfibermatter.

Slike polymere suspensjonshjelpemidler som polyakryl-amider, hydroksyetylcellulose og lignende, gir f.eks. meget vis-køse vandige oppløsninger ved høye materialkonsentrasjoner, men disse.oppløsninger er vanskelig å håndtere, <p>g spesielt dreneres de meget langsomt gjennom den mattedannende sikt eller sil, eller porøse belte. Dessuten er graden av suspensjon dannet ved anvendelse av slike materialer bare middelmådig, og suspensjoner med en fiberkonsentrasjon på mer enn 0,005% gir matter med dårlig kvalitet. De viskøse suspensjoner oppfanger også luft ved om-røring nær tildannelsessonen slik at det dannes stabile skum som har uheldig innvirkning på mattenes ensartethet og styrke. Sluttlig er polymerene ikke effektive ved lave konsentrasjoner, og er kostbare å anvende i en lavkostnadsprosess.

En rekke overflateaktive materialer har også vært forsøkt for dispergering av glassfibre i vann, og her skal f.eks. neynes de kationiske nitrogenoverflateaktive midler som er beskrevet i DE-OS 2454354. Med disse overflateaktive midler trekkes glassfiberfilamentene fra en ekstruderingsdyse, belegges med det kationiske overflateaktive middel og fuktes før oppdeling til fibre av kort lengde. De oppkuttede fibre sammenblandes i en annen vandig oppløsning av et kationisk overflateaktivt middel.

I denne prosess blir følgelig de kationiske overf lateaktive.. midler påført i to trinn for dannelse av akseptable matter med rimelig hastighet under fremstillingen...Videre er kvaliteten,

av dispersjonene under anvendelse. av_materialene ovennevnte tyske skrift, .også dårlig......

Det. er derfpr klart at når en. glassf iberdispersjonst.eknikk skal.være effektiv, er det nødvendig at dispersjonene.tilfreds-stiller flere strenge kriterier samtidig hvorved man kan oppnå de ønskede ensartede glassfibermatter med høy kvalitet med hurtig produksjonshastighet i en økonomisk-akseptabel prosess. Slike kriterier er: 1. Det dispergerende overflateaktive middel bør gi en ensartet dispersjon av glassfibre i vann på effektiv måte' ved lave konsentrasjoner av overflateaktivt middel. 2. Dispersjonene bør være effektive ved høye glassfiber-innhold slik at mattene kan dannes uten nødvendigheten av å-bruke en unødvendig, stor mengde energi på å separere og a hånd-, tere. store mengder vann. 3. Dispersjonssammensetning.ene bør fortrinnsvis ikke.-led-sages av en vesentlig økning i mediets viskositet, hvilket ville, nødvendiggjøre, omfattende pumpeutstyr ved silen for å separere.. fibrene fra vannet,: og hvilket ville .gjøre tørking av den våte matten, vanske.lig. 4. bispersjonssammensetningene. bør kunne gi glassfibermatter som har en ensartet fordeling av fibre kjennetegnet ved at- fibrene er orientert i flere retninger. Det ferdige matteprodukt bør ha ensartede høystyrk.eegenskaper, særlig god .strekkfasthet. 5. Dispersjonene bør kunne brukes i våtleggingsprosessen i konvensjonelt utstyr ved høy mattefremstillingshastighet uten utvikling av uønsket skum og uten at man får korrosjon i den benyttede apparatur. 6. De overflateaktive stoffer bør fortrinnsvis være lett til-gjengelige til lav pris, og kunne brukes enten ved direkte til-setning til fibrene i vann, eller ved forbelegging av fibrene med det overflateaktive middel før sammenblanding med vann for dannelse av den vandige dispersjon.

Disse og andre formål og trekk ved oppfinnelsen vil fremgå fra det følgende.

Ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes dimetylhydrogenert talgaminoksyd, dimetylstearylaminoksyd, dimetylheksadecylaminoksyd eller bis-(2-hydroksyetyl)-talgaminoksyd som overflateaktivt middel ved fremstilling av ensartede glassfibermatter fra en vandig dispersjon av glassfibre ved våtlegningsmetoden, hvor konsentrasjonen av aminoksydet er 5-500 ppm av nevnte vandige dispersjon.

De godt dispergerte glassfibersammensetningene som benyttes fremstilles vanligvis ved blanding av oppkuttede glassfibre i vann med en liten mengde av det angitte . aminoksyd-overflateaktive middel. Dispersjonene kan dannes ved relativt høye glassfiberkohsentrasjoner. De resulterende dispersjoner anvendes deretter til fremstilling av glassfibermatter av meget høy kvalitet og ved høy produksjonshastighet.

I en typisk våtleggingsprosess for fremstilling av glassfibermatter blir en suspensjon av det fibrøse materiale med bestemt fiberkonsentrasjon fremstilt i en blandetank. Suspen-' sjonen pumpes deretter inn i en innløpskasse på en papirmaskin hvor den ytterligere fortynnes med vann til en lavere konsistens. Den fortynnede suspensjon fordeles deretter over et beveget porøst belte under sug for dannelse av en ikké-vevet fiber-struktur eller våtmatte på beltet. Denne våte matten kan tørkes, om nødvendig, deretter behandles med et bindemiddel og sluttlig grundig tørkes for oppnåelse av et ferdig ikke-vevet matteprodukt;

Glassfibermatter i foreliggende oppfinnelse fremstilles-ved at glassfiberfilamentene oppdeles, vanligvis i fiberbunter med en lengde på omkring 6-75 mm, spesielt 12-50 mm og fortrinnsvis ca. 25 mm, og vanligvis med en diameter på 3-20 ym, fortrinnsvis' ca. 15 ym. I en utførelse tilsettes • fibrene til vann inneholdende det aminoksydoverflateaktive middel for dannélse av en godt dispergert sammensetning. Aminoksydet er som nevnt tilstede i en konsentrasjon på 5-500 ppm'av oppløs-hingéh og fortrinnsvis 10-25 ppm. De oppdelte'glassfibre kan alternativt belegges til å begynne med ved sprøyting eller' ellers påføring av aminoksyd-overflateaktivt middel, og deretter dispergering av de belagte fibre i det vandige medium. 'De belagte fibre inneholder hensiktsmessig 0,01-1 vekt-% av aminoksydet, og fortrinnsvis'mellom 0,025 og'0,25 vekt-%.

■Glassfibrene kån dispergeres'i aminoksydet ved relativt høye f iberkohsentras joner ■ ; mens' man bibeholder de effektive dispergeringsegenskapér hos sammensetningen.'■ En fiberkonsentrasjon p'å-fra 0,001% til 3,0% kan f.eks. anvendes og fortrinnsvis benyttes frå 0,05% til 1%,' basert: på vekten' av fibrene i vannet. Slike sammensetninger'gir' utmerkede dispersjoner ved agitasjon'i; konvensjonelt blåhdeutstyr. ' De sterkt- konsentrerte f iberdispérsjbrissammensetninger' kan',! om" ønsket, fortynnes i innløpskassen, vanligvis til en konsistens

på fra 0,1 til 0,3%, og fortrinnsvis 0,2%, hvilket imidlertid fremdeles er en meget konsentrert fiberdispersjon ifølge konvensjonell teknikk.

Dispersjonssammensetningene som anvendes dannes uten

noen vesentlig forandring i viskositeten av mediet, eller uten noen utvikling av uønsket skum under prosessen. Dispersjonene fremstilles videre fortrinnsvis ved eller nær nøytrale pH-betingelser, eller muligens under svakt alkaliske betingelser,

og her igjen uten at man påvirker dispersjonenes gode kvalitet, eller uten å påvirke de fra dispersjoner fremstilte glassfibermatter.

Dispersjonssammensetningene som anvendes gir glassfibermatter som har en høy fibertetthet, og hvori fibrene er ensartet fordelt gjennom hele matten idet de er orientert i flere retninger. De ferdige mattene viser utmerket strekkfasthet. Fremstillingshastigheten av mattene er meget hurtig ved utførelse av foreliggende oppfinnelse. En matteproduksjon på over 152,5 lineær m/min. under anvendelse av konvensjonelle papirmaskiner kan således oppnås ved foreliggende oppfinnelse.

De nedenstående eksempler illustrerer oppfinnelsen ytterligere.

I eksempel 1 som omfatter tabeller I og II, presen-teres eksperimentelle data for sammenligning av dispergeringsevner for aminoksyd-overflateaktive midler som anvendes i foreliggende oppfinnelse^med andre velkjente overflateaktive materialer brukt i den tidligere teknikk. I tabell I illustrerer forbind-elsene 1-4, gruppe A, noen av disse aminoksyder. De resterende forbindelser 5-25, grupper B-H, er representative for andre overflateaktive materialer.

Por disse forsøk, blir de overflateaktive forbindelser oppløst i vann ved forskjellige konsentrasjoner varierende fra 100 ppm (0,01%) til 5 ppm (0,0005%) beregnet på vekt-en av det overflateaktive middel i vann. Til 100 ml av oppløsningen med det overflateaktive middel ble det tilsatt 1 g oppkuttede M-glassfibertråder (en 1% fiberkonsentrasjon), som hadde en lengde på 37 mm og en diameter på 15 ym. Blandingen ble deretter om-rørt i 5 minutter.

Kvaliteten for en gitt dispersjon ble bedømt ved anvendelse av en skala fra 1 til 5; en bedømmelse på 1 ble gitt til den dårligste suspensjon hvor fibertrådene agglomererte og/eller ikke åpnet seg i form av enkeltfibre. Kontrollprøven var et system uten overflateaktivt middel som ble bedømt med verdien 1. Dispersjonene av høyest kvalitet ble bedømt med verdien 5 hvorved vesentlig alle fibrene var atskilt fra hverandre. Mellom-liggende bedømmelser på 4,3 eller 2 indikerte en gradvis til-bøyelighet mot sammenballing av fibre.

Fra de i tabellene I og II angitte data, fremgår det

klart at de ifølge oppfinnelsen benyttede aminoksyd-overflateaktive midler (gruppe A) er helt overlegne i forhold til de andre overflateaktive midler med hensyn til deres evne til å

danne ensartede dispersjonssammensetninger av glassfiber i vann.

De kationiske overflateaktive midler (gruppe B) er f.eks. dårlige dispergeringsmidler for glassfibre, spesielt ved lave konsentrasjoner. Videiedanner også de andre overflateaktive midler (gruppene C-H) meget dårlige fiberdispersjoner uavhengig av.

deres konsentrasjon. Således utviser bare de overflateaktive midler i gruppe A meget høye bedømmelser med hensyn til dispersjonskvalitet og som det senere vil fremgå, bevirker de til dannelse av glassfibermatter av meget høy kvalitet i våtleggingsprosessen som er egnet for' bruk i bygningsmaterialindustrien.

Eksempel 2

Belegging av glassfibre med overflateaktivt middel før dannelse

av dispersjoner og kvalitetsbedømmelser derav.

I disse forsøk ble kuttet M-glass (lengde 37 mm, diameter

15 mikron) belagt med overflateaktivt middel ved omrøring av

fibrene i oppløsninger av representative overflateaktive forbindelser i tabell I ved konsentrasjoner på 1, 0,2 og 0,1 vekt-% av det overflateaktive middel. Oppløsningene ble deretter filtrert og veiet på nytt. Økningen i vekt av fibrene ble til-lagt deres belegg av overflateaktivt middel. Fibrene behandlet med 1%, 0,2% og 0,1% overflateaktive oppløsninger, respektivt, inneholdt således 0,35%, 0,07% og 0,035% overflateaktivt materiale basert på vekten av fibrene til å begynne med. De således belagte oppkuttede glassfibre ble deretter tilsatt til vann, (1 g/100 ml) med omrøring og man oppnådde kvalitetsbedømmelser for dispersjonen og foretok sammenligninger som før.

Dataene i tabell III. viser at aminoksyd-overflateaktiv forbindelse 1 ifølge oppfinnelsen gir meget gode dispersjonssammensetninger også ved påføring som et forbelegg på fibrene, og at dette resultat oppnås selv med meget små mengder av det overflateaktive middel på fiberoverflaten. De andre overflateaktive materialer gir imidlertid dårligere resultater selv ved høye konsentrasjoner.

Eksempel 3

V irkning av pH- verdi og vahnhårdhet på dispersjonskvalitet

I dette eksempel ble forbindelse 1 oppløst i vann ved forskjellige pH-verdier og vannhårdhetverdier. Konsentrasjonen av overflateaktivt middel var 25 ppm og fiberkonsentrasjonen var 1 g/100 ml vann.

Dette eksempel viser at det overflateaktive middel

ifølge oppfinnelsen virker godt ved eller nær nøytrale betingelser, eller i basisk oppløsning, og dets dispersjonskvalitet er ikke avhengig av graden av hårdhet til det vandige medium.

Eksempel 4

Dannelse av glassfibermatter ved våtleggingsprosessen med dispersjoner under anvendelse av foreliggende overflateaktive forbindelser

Til 7 liter av en 20 ppm oppløsning av aminoksyd-overflateaktiv forbindelse 1, ble det tilsatt 7 g oppkuttet M-glass (lengde 37 mm, diameter 15 mikron) under omrøring for dannelse av den vanlige gode dispersjon. Dispersjonen ble deretter ført gjennom,

et Williams laboratorie-papirfremstillingsapparat for dannelse av et matteprodukt med dimensjonen 25 cm x 2,5 cm. Glassfibrene ' i denne matten var jevnt fordelt gjennom det hele. Etter dannelsen av matten ble den forsiktig behandlet med urea-formaldehydharpiks og herdet på vanlig måte. Det ferdige matteprodukt hadde et fiberinnhold på 85% og inneholdt 15% harpiks. Fibertettheten var

2

ca. 9,8 kg/100 m matteoverflate.

Eksempel 5

Metoden i eksempel 4 ble gjentatt med forbindelse 1 under anvendelse av 3,5 g glassfibre. Den resulterende matte hadde en tetthet på 4,8 kg/100 m 2 matteareal, og utviste en ensartet fordeling av fibre og en fiberorientering i flere retninger.

Eksempel 6

Eksempel 4 ble gjentatt under anvendelse av 14 g glassfiber i steden for 7 g fiber. Den dannede matte hadde en tetthet

2

pa ca. 19,5 kg/100 m og hadde utmerket kvalitet.

Eksempel 7

I følgende eksempel benyttet man en konvensjonell pilot-produksjonsenhet. En 0,5% glassfiberdispersjon ble fremstilt i en blandetank under anvendelse av 20 ppm oppløsning av overflateaktiv forbindelse 1. Denne dispersjon ble pumpet inn i pilot-maskinens innløpskasse og samtidig fortynnet med frisk 20 ppm oppløsning av overflateaktivt middel 1 i vann for dannelse av en sluttlig glasskonsistens i innløpskassen på 0,14%. Denne fortynnede dispersjon ble deretter fordelt på et beveget porøst belte i. en..hastighet slik at man- fikk en matte med en tetthet på 9,8 kg fiber/100 m . Den dannede matte hadde utmerket kvalitet med hensyn til ensartethet og fiberfordeling og fiberorientering. Intet skum ble dannet i maskinen ved den konsentrasjon, som ble benyttet av det overflateaktive middel i prosessen.

Eksempel 8

Dette forsøk ble foretatt ved bruk av vann med en hardhet på 300 ppm, 10 ppm overflateaktiv forbindelse 1 og tilstrekkelig M-glassfiber (lengde 6-31 mm) for oppnåelse av en matte med tetthet på omtrent 9,8 kg/100 m 2. Produksjonshastigheten var 163,2 lineær m/min. Matten ble deretter behandlet med et urea-formaldehydbindemiddel (15% basert på vekten av matten) og herdet til et ferdig matteprodukt med utmerkede fysikalske egenskaper og fiberfordeling.

Eksempel 9

Beholdere laget av valset karbonstål (-omtrent 15 g hver) ble veiet og neddykket i 225 ml vannledningsvann (hårdhet 50 ppm som CaCO^) alene, og i vannledningsvann inneholdende 200 ppm overflateaktiv forbindelse 1. Etter 120 timer ved romtemperatur, ble beholderne fjernet, vasket og veiet på nytt. Oppløsningene ble også analysert med henblikk på jerninnhold. Resultatene fra forsøkene er vist i tabell V.

Resultatene viser at de ifølge oppfinnelsen benyttede overflateaktive midler ikke korroderer stålapparatur som anvendes ved mattefremstilling.

B. Sammenligningseksempler med andre overflateaktive midler Eksempel 10

Eksempel 4 ble gjentatt under anvendelse av overflateaktiv forbindelse 5 -isteden for forbindelse 1. Matten hadde uakseptabel kvalitet med betydelig klumpdannelse av fibre i forskjellige områder.

Eksempel 11

Eksempel 9 ble gjentatt under anvendelse av overflateaktiv forbindelse 5 ved en konsentrasjon på 100 ppm. Mattens kvalitet var fremdeles uakseptabel med områder av betydelig fiberklumping og relativt dårlig fiberkonsentrasjon.

Eksempel 12

Eksempel 10 ble gjentatt under anvendelse av det overflateaktive middel som i eksempel 11 isteden for det overflateaktive middel i eksempel 5. Matten hadde også her uakseptabel kvalitet.

Claims (2)

1. Anvendelse av dimetylhydrogenert talgaminoksyd, dimetylstearylaminoksyd, dimetylheksadecylaminoksyd eller bis-(2-hydroksyetyl)-talgaminoksyd som overflateaktivt middel ved fremstilling av ensartede glassfibermatter fra en vandig dispersjon av glassfibre ved våtlegningsmetoden, hvor konsentrasjonen av aminoksydet er 5-500 ppm av nevnte vandige dis--persjon.

2. Anvendelse ifølge krav 1, hvor konsentrasjonen av aminoksydet er 10-25 ppm.