NO168433B - Filt for anvendelse i en papirmaskin - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en filt for anvendelse i en papirmaskin.

Disse og ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravet.

I en papirmaskin avsettes en slurry av bestanddeler for papirfremstilling, omtalt som "massesammensetning", på en duk eller "vire" og væskebestanddelene trekkes eller ekstraheres gjennom denne til å gi et selvklebende ark som deretter føres til presse- og tørkepartiet i papirmaskinen.

I pressepartiet transporteres papirarket ved hjelp av en filt til et valsepar hvor filten og papirarket føres mellom pressnippen i valsene for å avvanne og tørke papirarket. Selve papirarket kan inneholde alle typer av kjemiske finisher og underkastes samtidig en høyere temperatur for å understøtte awanning og tørking. Filten for papirfremstilling og papirarket vil derfor underkastes et meget høyt trykk ved økte temperaturer i et strengt, kjemisk miljø.

Papirmaskinfilt fremstilles generelt ved å nåle fibervatt til et vevd underlag som deretter understøtter papirarket gjennom pressen. I pressnippen i pressevalsene bøyes og formendres fibervatten hyppig under høyt trykk og de mekaniske egenskaper for fibervatten er derfor svært viktige i slike prosesser.

Polyamid-6 og polyamid-6,6 (PA-6, PA-6,6) har en omfattende anvendelse for fremstilling av papirmaskinfilt. Disse polymerer danner lett fibrer og deres fiberegenskaper kan kontrolleres for fremstilling av aksepterbare filter. Innen den kjente teknikk er det foreslått anvendelse av polyamid-materialer i ark og filtmaterialer generelt. I GB patentskrift nr.1.304.7 32, vises det f.eks. til anvendelse av polyamider som nylon 6, nylon 66, nylon 6-10, nylon 7, nylon 8, nylon 9, nylon 11 og nylon 12, og dette patentskrift vedrører fremstillingen av et fiber-arkmaterial og ikke spesielt papirmaskinvevnad.

GB patentskrift nr. 1.329.132 vedrører et ikke-vevd stoff som f.eks. anvendes som innleggsstoff. Det henvises igjen til anvendelse av polyamider som nylon 6, nylon 11, nylon 12 og kopolyamider som nylon 6/66 og kopolymerer av nylon 6 og nylon 66 med nylon 11 eller nylon 12.

GB patentskrift nr. 1.585.632 vedrører fremstilling av kunstig lær og liknende materialer, og igjen anvendes nylon 6, nylon 66, nylon 10, nylon 11 og nylon 12 sammen med forskjellige kopolymerer i forskjellige variasjoner og kombinasjoner derav.

I hvert av de ovennevnte patentskrifter anvendes nylonmateri-alene først og fremst i et stoff eller i en sammenstilling pga. deres iboende styrke og de vil ikke utsettes for det strenge fysiske og kjemiske- miljø som man finner i en papirmaskin.

EP patentskrift nr. 0.070.708 vedrører en filt for papirfremstilling omfattende et vevd varmefikseringsbelte av termo-plastfilamenter i maskinretningen og i den tverrgående retning, hvor filamentene i minst en av de ovennevnte retninger er ko-ekstrudert, og monofilamenter med kjerne av en polymer valgt fra nylon 66, polyetylentereftalat og en tetrapolymer av en ter- eller isoftalsyre og et lag av en kopolymer valgt fra nylon 11, nylon 12, nylon 6, nylon 6,10, nylon 6,12, polybutylentereftalat og en rekke andre materialer.

I EP patentskrift nr. 0.070.708 anvendes hovedsakelig materialene pga. deres kjente egenskaper når det gjelder styrke og slitasj.emotstand.

Ved forbedret teknologi økes hastighet, driftstemperatur og trykk. Resultatet er en økende tendens til at de eksi-sterende filter trykkes flate. Videre vil økt nedbrytning i forbindelse med økt driftstemperatur og økende maskinhastighet resultere i kortere holdbarhet for papirmaskinfilter.

Man har nå overraskende funnet at et vattlag av fibrer av polyamid-12 som er tildannet ved ekstrudering av en smelte av polyamid-12 med en grenseviskositet som er større enn 0,6 dl/g, har uventede forbedrede egenskaper for anvendelse i en filt for papirmaskiner.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en filt for anvendelse i en papirmaskin som omfatter en vevd base og minst et lag fibrervatt som er nålet dertil hvor ovennevnte fibervatt og/eller vevde base omfatter fibrer av polyamid-12 som er dannet ved ekstrudering av en smelte av polyamid-12 med en grenseviskositet på minst 0,6 dl/g. I en foretrukket utførelsesform kan smeiten inneholde fra 0,2 til 1,0 vekt% antioksydasjonsmiddel og mere spesielt fra 0,4 til 0,6 vekt%, idet antioksydasjonsmidlet er valgt fra et eller flere av følgende substanser: a-tokoferol, kondensasjons-produkter av difenylamin og aceton og multifunksjonelt amid inneholdende fenoliske antioksydasjonsmidler.

De ovennevnte fibrer vil på vanlig måte kruses, kuttes i lengder, kardes og legges før nåling. Fiberne har foretrukket et strekkforhold som er større en 1,5 og særlig innen området fra 2 til 4. Innslags og/eller varpfilamentene i den vevde base i filten kan som nevnt også være dannet av polyamid-12 med den ovennevnte grenseviskositet. Grenseviskositeten for smeiten hvorfra fibrene er dannet er særlig større enn 0,7 dl/g.

Polyamid-12 kan ekstruderes med oppnåelse av aksepterbare strekkegenskaper som er forenlig med dets anvendelse for alle tre typer papirmaskinduk, nemlig dem som anvendes i awan-nings-, presse- og tørkepartiene i maskinen. Dersom et konti-nuerlig filament kruses til et nivå av 1 til 7 krusinger pr cm og kuttes til vanlige stapellengder, kan polyamid-12 formes til vatt og nåles til en vevd base. Slike filter er funnet til å være utmerket for anvendelse i pressepartiet eller i det midtre parti i en papirmaskin.

Monofilamenter kan også anvendes for fremstilling av vevde tekstiler. Et monofilament med en diameter fra 0,10 til 0,25 mm kan anvendes ved fremstilling av tekstilduk eller vire for papirfremstilling. Polyamid-12 med en diameter på 0,2 til 2,0 mm kan anvendes som monofilamenter som er forenelige med tørkeviretekstiler for tørkeenden i papirmaskinen og de kontinuerlige filamenter eller tråder med størrelser på omtrent 2,5 til 40 denier pr filament eller større kan anvendes både i tørkeviren og i basisvevnaden for pressfilten.

Fibrene som passende anvendes i forbindelse med papirmaskiner kan være i form av både monofilamenter og kontinuerlige filamenter eller stapelfibrer. Filamentene utviser i seg selv en overraskende høy grad av slitasjebestandighet og kjemi-kaliebestandighet, samt tekstilstabilitet og god gjenoppretting etter deformasjon. Det er overraskende funnet at polyamid-12 er særlig anvendbar innen områder som utsettes for sammenpressing og i forbindelse med tretthetsprøving hvor det utviser overlegne egenskaper sammenlignet med andre nylon-materialer. De fibrer som anvendes i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse kan f.eks. ha en relativ komprimering under 2,6 etter 530.000 sammenpressinger på en skala- fra: 0.

(ukomprimert) til 5 (fullstendig komprimert). Denne utprøving, kan gjennomføres med laboratorieutstyr' som simulerer papir-maskinbearbeiding.

De filamenter/fibrer som anvendes i filten i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelsen kan sammenblandes med forskjellige tilsetningsmidler under ekstrudering av monofila-mentene eller de kontinuerlige filamenter ved tilsetning av utvalgte antioksydasjonsmidler og, tilsetningsmidler.

Et polyamid-12 filament kan sammen med tilsetningsmidler ekstruderes ved en temperaturprofil på mellom 200 og 275°C langs ekstruderingssylinderen. Spinndysen kan holdes ved 300°C. Monofilamentet kan ekstruderes med et nedovertrekk for å tilveiebringe monofilamenter på 0,1 til 0,25 mm for fremstilling av papirmaskintekstiler.

Filamenter/fibrer for anvendelse i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse har en lav fuktighetsgrad (mindre enn 1 % vekt/vekt) og deres fysiske egenskaper endres lite i nærvær av vann.

Anvendelse av et eller flere lag fibervatt og en base av polyamid-12 i pressfilter i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse som eventuelt også inneholder passende antioksydasjonsmidler, viser utmerket holdbarhet som skyldes økt gjenoppretting etter sammenpressing og slitasjebestandighet. Der er en betydelig forbedring i kjemisk bestandighet, særlig når det gjelder bestandighet overfor hydrolyse og forringelse av fysiske egenskaper som skyldes hypokloritt eller hydrogenperoksydoksydasjon. Fibrer viser økt bestandighet overfor slitasjeødeleggelse etter pressing av papirer som inneholder fyllstoffer. Slike filter har fra 50 til 100 % lengre levetid, særlig når de anvendes under ugunstige forhold.

De etterfølgende eksempler er gitt for bedre å illustrere oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Kommersielt tilgjengelig polyamid-12 med en grenseviskositet på 0,76 dl/g i konsentrert svovelsyre ble tilveiebragt i form av pelleter fra Emser Grilon-USA, South Carolina. Disse polyamid-pelleter eller flak ble vakuumtørket.

Pelettene ble tilført til en trakt i en enskrue-ekstruder. Ekstruderen var utstyrt med en polyamidskrue med diameter 25,4 mm. Ekstruderen var utstyrt med en filterpakning med nominell porøsitet på 55 um. Nedstrøms for filteret var ekstruderen utstyrt med en tannhjulspumpe som doserte smeiten til en spinndyse. Spinndysen hadde 20 hull, hvor hvert hull hadde en diameter på 1,5 mm. I ekstruderen var det en temperatur på 200°C i traktmunningen opp til 27 5°C i pumpen, og 5 soner med egen temperaturmåling og kontroll. Spinndysen ble holdt ved 305°C. Filamenter ble ekstrudert i omtrent 30 m/min med et maksimalt nedovertrekk slik at den radielle forandring var omtrent 7 til 8 mellom spinndysen og den første sylinder for strekking av filamentene. Kontinuerlige filamenter ble tatt opp på en sylinder som var festet til en Leesona spole-maskin etter sylinderen beregnet for strekking av filamenter.

Typiske fibrer spunnet i henhold til denne prosedyre ble strukket i to etapper med en tredje relaksasjonsetappe som alle var oppvarmet, for å tilveiebringe et totalt strekkforhold på 2,0 ganger. Den første strekktemperatur var ved 110°C og den andre ved 125°C idet relaksasjonen fant sted i den tredje etappe ved 160°C. Fibrer oppnådd i en slik prosess ble fremstilt til 15,3 denier pr. filament. De således fremstilte fibrer hadde en strekkstyrke på 4,0 gpd (gram pr denier) med en initial strekkmodul på 23,1 gpd og en bruddforlengelse på 58 %. Spennings-tøyningskurven viste avbøying ved en forlen-gelse på 12 % ved 3 gpd spesifikk strekkstyrke.

Fibrene ble kruset i et kruskammer for teksturering for å tilveiebringe kontinuerlige filamenter med en variabel til-feldig krusing på omtrent 3 krusinger/cm. Fibrene ble kuttet til stapelfibrer med en lengde på omtrent 4 cm. Fibrene ble kardet, lagt og nålet til en pressfilt for å gi en fibervatt-struktur med total vekt på omtrent 1000 g/m<s>. En slik filt hadde en økt levetid på minst 50 % eller mere sammenlignet med liknende polyamid-6 filter når de ble utsatt for identiske betingelser i en simulert papirmaskin.

I tillegg ble individuelle filamenter underkastet en prøve for måling av biaksial materialtretthet ved rotasjon som beskrevet i artikkelen etter S.F. Calil, B.C. Goswami og J.W.S. Hearle, J. Phys. V:Appl Phys; 13, 725(1980) (heretter omtalt som Calil-testen). I en slik test ved 15 dpf viste individuelle filamenter som var belasted med 1,3 gdp og rotert under vann ved 60°C utmerket holdbarhet gjennom hele testen sammenlignet med polyamid-6 og polyamid-6,6 med samme denier og med samme normaliserte belastning. I denne test sviktet alle polyamid-6 og polyamid-6,6 fibrene ved 8000 omdreininger, men på dette tidspunkt sviktet bare 40 % av alle polyamid-12 fibrene som ble testet. 20 % av alle polyamid-12 fibrene var tilbake etter 10.000 omdreininger.

EKSEMPEL 2

Fibrene ble fremstilt som beskrevet i eks. 1, men med følgende modifikasjoner. Før strekking ble pelletene tromlet med pulverformet Irganox 1098 (Ciba-Geigy) slik at blandingen var 0,5 % vekt/vekt. Pelleter som var jevnt belagt med det pulverformede antipksydasjonsmiddel ble overført til trakten. UV-analyser av de således spundne fibrer indikerte en jevn konsentrasjon i en rekke undersøkte prøver ved en konsentrasjon på omtrent 0,5 % vekt/vekt. Filtens levetid økte med minst 20 % utover den for en normal kommersiell filt på en simulert papirmaskin. Levetid som eksemplifisert ved den ovennevnte Calil-test på de individuelle filamenter viste en økt levetid som var omtrent 50 % større enn for polyamid-6 og polyamid-6,6 filamenter behandlet på samme måte.

Polyamid-12 fibrer med antioksydasjonsmiddel viste økt reten-sjon av strekkstyrke etter at de var underkastet termisk aldring i resirkulerende ovner ved 160°C. Etter 25 timer hadde ubeskyttet polyamid-12 fibrer tapt 75 % av opprinnelig strekkstyrke og grenseviskositeten var falt med 0,57 dl/g. Polyamid-12 fibrer med Irganox 1098 beholdt mer enn 60 % av opprinnelig stekkfasthet etter varmebehandling og deres grenseviskositet var bare falt med 0,06 dl/g.

EKSEMPEL 3

Polymerprøver ble fremstilt for testing. Grenseviskositeten for hver polymerprøve ble målt og fibrene ble fremstilt i form av fibervattprøver. Individuelle prøver ble deretter underkastet følgende forsøk: (i) Et simulert papirfremstillings-presseforsøk hvor en prøve underkastes gjentatt sammenpressing et gitt antall ganger. Prøven undersøkes og bedømmes ved at . filtene rangeres i innbyrdes rekkefølge på en skala fra 0 til 5. (ii) En kjemisk nedbrytning hvor prøver av fibervatt underkastes natriumhypokloritt i en konsentrasjon på 250 ml pr liter ved 30°C i 6 timer og ved pH på 8. Bibeholdt grenseviskositet sammenliknes. (iii) En annen nedbrytningstest hvor en prøve av hver fiber behandles i en 35 % løsning av hydrogenperoksyd i 24 timer ved 60°C og ved pH 2. Bibeholdt grenseviskositet sammenlignes.

Fibrer fra hvert material ble deretter underkastet Calil-testen som angitt over.

Resultatene fra forsøkene er vist i den etterfølgende tabell

I.

Fibrene som ble testet var polyamid-12 som var spunnet i henhold til eksempel 1 med og uten antioksydasjonsmidlet Irganox 1098, og med relativt lave og høye molekylvekter.

Disse materialer ble sammenliknet og stilt opp mot standard polyamid-6,6 fra Messrs. DuPont med varebetegnelsen DuPont T 100 og et polyamid-6 fra Messrs. Grilon med varebetegnelsen GRILON TN 12R.

En gjennomgåelse av tabellen viser at polyamid-12 prøvene hadde utmerkede egenskaper og dataene fra forsøkene viste klart at ved å velge en grenseviskositet for polyamid-12 på minst 0,6 dl/g gir dataene fra en simulert papirmaskinpresse forbedret rangering. Ifølge tabellen angir lavere rangering bedre resultater. Videre ser man at polyamid-12 ikke vil nedbrytes under strenge kjemiske betingelser, mens både polyamid-6 og polyamid-6,6 viser betydelig svekkelse spesielt ved behandling med hydrogenperoksyd. Disse sistnevnte egenskaper er svært viktige da anvendelse av hydrogenperoksyd ved papirfremstilling er økende.

Resultatene fra pressforsøket viser at på en relativ nedbrytningstest kan filten i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse sammenlignes med de beste standard-pressfilter når det gjelder levetid. Den viser også meget forbedrede trett-hetsegenskaper og således motstand overfor fiberdannelse, mens kjemisk stabilitet overfor hydrogenperoksyd er økt betraktelig i forhold til de nåværende fremstilte filter.

Claims (1)

1. Filt for anvendelse i en papirmaskin omfattende en vevd base og minst ett lag fibervatt nålet dertil, hvori nevnte fibervatt og/eller vevde base omfatter fibrer av polyamid-12 tildannet ved ekstrudering av en smelte av polyamid-12 som eventuelt er tilsatt et antioksydasjonsmiddel, karakterisert ved at nevnte polyamid-12 har en grenseviskositet på minst 0,6 dl/g.