NO743884L - - Google Patents

Description

Anordning ved fibrer.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for innleiring av fyllstoff i fiberformete basis-materialer som omfatter et uløselig alginat.

Det er tidligere foreslått å fremstille uløselige alginater med utpreget fiberstruktur av alginsyre eller et alkalimetall-algi nat, som samtidig med at de utsettes for mekanisk behandling i en mølle behandles med en konsentrert løsning, dvs. en løsning med

en minimums kationkonsentrasjon på ca. 7%, av en kation som danner et uløselig alginat, idet behandlingen utføres i møllen i nærvær av pigmenter som er alkali bestandige. Formålet er å frembringe farget alginat fibrer for bruk bare som ekstra- eller fyllstoffmateriale i papirindustrien for å oppnå fargeeffekter som ikke er oppnåelig ved farging av vanlig cellulose. Prosentandeler er ikke angitt, men for pigmenterings formål vil bare lave prosentandeler på noen få prosent, og i et hvert tilfelle mindre enn- 10% være nødvendig.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse frembringes det en fremgangsmåte for innleiring av fyllstoff i et .basis-materiale som omfatter et uløselig alginat som kan fremstilles i fiberform ved blanding av to løsninger, idet fremgangsmåten kjennetegnes ved at fy 11-■ stoffet suspenderes i minst den ene av løsningene i en slik mengde, og at løsningene blandes, slik at fyllstoffet innleires som en uløs-elig del av fibrene idet det dannes slik at det utgjør mer enn 10 vektsprosent av fibrene. ■Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen frembringes det en fremgangsmåte til fremstilling av et røkbart materiale som omfatter et basis-materiale som består av kalsiumalginat i fiberform som fyllstoffet innleires i, hvor kalsiumalginat-fibrene dannes ved blanding av to løsninger, idet fremgangsmåten kjennetegnes ved at fyllstoffet suspenderes i minst en av løsningene i en viss mengde, og at løsningene blandes, slik at fyllstoffet innleires uløselig i fibrene idet det dannes slik at det utgjør mer enn 10 vektsprosent ■ av fibrene. •

Fortrinnsvis er fylistoffmengden i fibrene mer enn 50 vektsprosent av fibrene.

Passende kan stort sett alt fyllstoffet inklusiv eventuell tobakk som tilsettes kalsiumalginatet om nødvendig for å danne fibrene hvorav et fullstendig røkbart materiale kan fremstilles, innleires i fibrene som angitt ovenfor, og passende kan fibrene hvori fyllstoffet er innleiret deretter dannes til et ark ifølge en papirfremstillings prosess, -og deretter kan papiret finskjæres til dannelse av det røkbare materiale.

Av mange årsaker, se nedenfor, er det ønskelig å tilsette

et fyllstoff. Dersom det i et vanlig, stort sett organisk røkemat-eriale for eksempel vil det være nødvendig å tilsette 6l% uorganisk fyllstoff, ville det som følge av<a>£alsiumalginat allerede inneholder ca. 10% uorganisk materiale bare være nødvendig å tilsette 51% fyllstoff for å frembringe en tilsvarende røkemateriale-sammensetning (forhold uorganisk/organisk).

Det er atskillige hovedkategorier av årsaker for å tilsette fyllstoff: "Fortynning" av organisk materiale. Ved bare å fortynne det organiske innhold i røkematerialet med uorganisk materiale kan man oppnå en minskning i mengden av hel røk, nemlig tjære- og gassfaser. Dersom alle de andre parametre i arket er de samme og fyllstoffet er' inert, skulle man oppnå en rettlinjet prosentvis minskning i avgiv-elsen av hel røk. Dersom imidlertid fyllstoffet er aktivt på en eller annen måte vil minskningen i hel røk være avhengig av fyllstoffets spesifikke aktivitet.

Generelt er fyllstoffer billige, lett tilgjengelige materialer, og dersom de kan kombineres i kalsiumalginat-røkematerialer ved en relativ billig fremgangsmåte kan man derfor fremstille et relativt billig, løst røkemateriale.

Ved innføring av egnete fyllstoffer kan man modifisere arkets fysikalske parametre, for eksempel følgende parametre: fleksibilitet, opasitet, porøsitet, hardhet eller overflateglatthet i arket. Man kan også påvirke nyttige modifikasjoner i arkets bearbeidbarhet i maskinen og Utenfor maskinen, for eksempel minskning av krympingen under papirfremstillingen og lettere operasjoner utenfor maskinen, såsom etter-følgende oppskjæring, blanding og håndtering.

Tilsetning av regnete fyllstoffer i arket kan gjøre arket kjemisk mer mottakelig for modifiseringsmidler, såsom eventuelle spesielle fargestoffer, nikotin eller nikotinsalter, aromastoffer, både syntetiske og naturlige, og særlig tobakksekstrakter, slike som er kjent og brukes på området. Dette spesielle aspekt kunne være meget viktig dersom man skulle fremstille et 100% syntetisk røkemateriale-ark og ønsket å innleire modifiseringsmidler slik som de ovennevnte under en etterfølgende skjære- og/eller blandeoperasjon med tobakk for å bedre overføringen av aromastoffer etc. fra tobakken til det syntetiske materiale.

Det er på området kjent og beskrevet mange fyllstoffer som har en gunstig effekt på røkeproduktets forbrenning. De kan gjøre dette for eksempel ved å forandre temperaturen hvor røkematerialet brenner eller gløder. De kan derfor innvirke på forbrenningsproduktene, dvs. tjære- og gassfaseavgivelsene og også asken som dannes ved forbren-ningen. Det siste er særlig nyttig idet mange syntetiske røkemateri-aler ikke produserer en akseptabel aske med mindre deres sammensetning modifiseres, for eksempel ved anvendelse av egnete fyllstoffer.

Det er klart at man vil kunne fremstille eller bruks et fyllstoff som kan innvirke på en eller flere av de ovennevnte egenskaper, og tilsvarende kan man anvende en kombinasjon av fyllstoffer for å oppnå en nyttig virkning på en kombinasjon av de ovennevnte egenskaper.

Det finnes mange materialer s.om er kjent og brukt på området. De mange typer fyllstoffer som er tilgjengelige har vært betraktet, og disse fyllstoffer ansees for å være av følgende kategorier: 1) Bergleiremineraler eller jordarter, enten naturlig fore-kommende eller i vilkårlig bearbeidet eller fremstilt form. 2) Uløselig avfall fra industrielle prosesser (for eksempel

PFA).

3) Forskjellige uorganiske forbindelser som er kjent innen papir- røkemateriale- eller tobakksteknikken, for eksempel kalsiumkarbonat, titandioksyd, kalsiumhydroksyd, aluminiumhydroksyd og aluminiumkarbonat..

4) Karbon, enten aktivert eller som "sort".

5) Malt trevirke, sagflis eller tobakk, eller annet findelt, organisk materiale.

På grunn av den foreliggende oppfinnelses karakter er det nød-vendig at det anvendte fyllstoff er stort sett uløselig i vann.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et blokkdiagram som viser forbindelsen mellom fig. 2, 2A, 353A, 4 og 4A, som sammen danner en plansje for atskillige serier av forsøk. Fig. 5 viser et skjematisk fly+diagram ■ som. viser i omriss en fordelaktig utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 6 viser en tabell av papirmaskinbetingelser for eksempler A, B og C som vil bli beskrevet i det etterfølgende.

Fig. 7 viser et blokkdiagram som viser'forbindelse mellom

fig. 8, 8A, 9, 9A som sammen danner en plansje av ytterligere serier av forsøk. Fig. 10 viser et skjematisk diagram, (ikke i målestokk) av laboratorieapparatur som ble anvendt i forsøkene S14-S34 og C1-C8.

Fig. 11 viser et skjematisk diagram (ikke i målestokk) av

en forsøksapparatur som ble anvendt i forsøk Pl og P2.

Fig. 12 viser et skjematisk diagram ,(ikke i målestokk) av en enkel apparatur som ble anvendt for å danne manuelt fremstilte ark ifølge forsøk Sli|-S<3>4, C1-C8 samt Pl og P2. Fig. 13 viser en tabell av resultater av røkanalyser fra sigaretter som inneholder 100% finskårete, manuelt fremstilte ark fra forsøkene C1-C8. .Det henvises til fig. 5 hvor kalsiumalginatfibre fremstilles .ved en sprøyte en rå-alginatløsning via en dyse inn i en kalsium-kloridløsning for å felle ut kalsiumalginat i fiberform, direkte egnet for fremstilling av arkmaterialet (papir) i en papirmaskin. Dersom det er ønskelig kan kalsiumalginat resirkuleres.

Råalginatløsningen, for eksempel natriumalginat, kan fremstilles for eksempel av tang ifølge den kommersielle, kjente fremgangsmåte som er vist på de første trinn av venstre side i flyt-diagrammet. Alginsyre kan imidlertid fremstilles syntetisk slik at nødvendigheten av å stole på tang som utgangsmateriale elimin-eres, og omdannes til natriumalginatløsning som deretter tilføres kalsiumkloridløsningen via dysen.

Noe av natriumalginatløsningen omfatter et fyllstoff, såsom kaolin, som er tilsatt og suspendert i den ved omrøring. Natriumalginat med fyllstoff i suspensjon tilføres kalsiumkloridløsningen, og blandingen omrøres for å skilles i fibre som kan benevnes "fylte fibre". Disse og kalsiumalginatfibrene som sådanne oppsluttes og tilføres massebeholderen.

Eksempel A

Dannelse av såkalte"fylte fibrer" og papir i en apparatur for manuelt fremstilt papir.

140 g tørt kaolin-fyllstoff ble suspendert under omrøring i

en første løsning av 56 g kalsiumalginat (tørrvekts basis) som har løst ved tilsetning av 21 g natriumkarbonat idet det totale løs-nings volum var 3 liter. Denne løsning ble ved hjelp av tyngdekraften ført gjennom en glassdyse inn i en andre løsning av 44 g kalsiumklorid i 3 liter vann, som ble omrørt langsomt gjennom tilsetnings- .' perioden. De utfelte "fylte fibre" av kalsiumalginat ble omrørt ved hjelp av en omrører ved 500 omd./min. for å bryte den ned i egnet

fiberform. De "fylte fibre" ble filtrert fra overskytende væske og ble ført til neste trinn i fremstillingen av et papirark fra en blanding i masseform av de "fylte fibre" med 100% kalsiumalginatfibre (kvalitet CA-33 fra Alginate Industries Limited, et britisk firma).

Fem minutter før slutten av oppsluttingen ble en tilstrekkelig mengde "fylte fibre" av kalsiumalginat tilsatt massen og dispergert i denne.

Prøver av massen ble deretter tatt og tynnet ifølge standard papirfremstillings praksis og formet til ark i et apparat for manuell papirfremstilling.

De "fylte fibre" som ble fremstilt ifølge dette forsøk inneholdt 73,4% kaolin. Ark ble også fremstilt med følgende sammensetning:

Eksempler B og C.

Fremstilling av kalsiumalginatpapirark inneholdende 33,7%

kalsiumkarbonat fyllstoff.

Begge, eksempler ble utført av en sats i en Fourdrinier multi-sylinder maskin, av forsøksstørrelse i maskinens beholder. Materialet ble fremstilt i' to separate trinn som ble blandet i maskinbeholderen. Første materialefremstilling: 100% kalsiumalginatmateriale. 35,0 kg kalsiumalginat (kvalitet CA-33 fra Alginate Industries Limited) ble tilsatt til 250 liter ledningsvann i en Hydrapulper

med dampkappe for å frembringe en konsistens på ca. 6,0%. Ved et fuktighetsinnhold på 60% representerte denne charge av CA-33 14,0

kg tørre fibrer. Chargen ble malt i 30 min. med dampoppvarming til 33°C til en malegrad på 21° Schopper-Reigler. Det ble tilsatt 0,5

kg alun til chargen som pH-reguleringsmiddel, og materialet ble malt ytterligere inntil en malegrad på 21° Schopper-Reigler- var oppnådd igjen. Ved denne verdi ble malingen avsluttet, og materialet ble overført til maskinbeholderen hvor det ble' tynnet til et totalvolum på 700 liter (dvs. 2% konsistens). Dette materiale',

ble holdt under omrøring mens del II ble opparbeidet.

-Andre materialefremstilling: Materiale med fylte fibre: 44,44% fyllstoff: 55, 5% kalsiumalginat.

Hydrapulperen ble vasket og tørket. 24 kg - v kalsiumalginat

av kvalitet CA-33 (som ovenfor = 936 kg tørre fibrer ved 60% fuktighetsinnhold i CA-33) ble tilsatt til Hydrapulperen sammen med 160 liter ledningsvann til dannelse av 6% konsistens. Dette ble med dampoppvarming til 37°C malt til en malegrad på 15° Schopper-Reigler. 930 kg krystallsoda (hydratisert natriumkarbonat fra ICI) ble tilsatt gradvis under omrøring til dannelse av en bevegelig, geleaktig løsning av natriumalginat. 12,0 kg kjemisk fremstilt, pulverisert kalsiumkarbonat (120 mesh ifølge B.S.) ble tilsatt under omrøring til dannelse av en homogen dispersjon. En .løsning av 736 kg tørt, handelsvanlig kalsiumklorid i 27 liter ledningsvann ble fremstilt og tilsatt ved å helle den langsomt fra en bøtte til chargen i Hydrapulperen under omrøring. Det ble en øyeblikkelig omforming

til en bevegelig dispersjon av fylte, spindelvevsaktige fibrer. Dispersjonen ble omrørt i 15 min. og pumpet tvers over maskinbeholderen hvor den ble blandet med den første del av fibermaterialet. Hele maskinbeholder-chargen ble tynnet med ledningsvannet under omrøring til totalt l800 liter ( 2% konsistens).

Denne totale maskinbeholder-charge ble delt i to og kjørt

på en Fourdrinier multi-sylinder papirmaskin 'i forsøksmålestokk på følgende måte.

Første maskinkjøring, hvor det ikke ble anvendt raffinør. Halvparten av maskinbeholder-chargen ble behandlet i en papirmaskin idet raffinøren ikke ble anvendt, men charge ble tilført via

■utspedningshuset på vanlig måte. Maskinbetingelsene var som angitt

i tabellen i fig. 6.

Produktet fra denne kjøring var et gulbrunt ark av god kvalitet ved en tørrvekt på 150 g. Det var av utseende "tosidig", dvs. det fremgikk ved inspeksjon at arkets ene side innehold mer av de "fylte" fibrer enn den annen. Dette skyltes flotasjon av de "fylte" fibre i oppslemmingen før anbringelse på Fourdrinier ylvevennoe som skyltes at raffinøren ikke ble anvendt ved denne kjøring. Krymping gjennom maskinen var ca. 20%, og produktet ble spolt opp fra maskinen med et fuktighetsinnhold på 27%.

Andre maskinkjøring, hvor raffinør ble anvendt.

Rasten av maskinbeholder-chargen ble tilført til papirmaskinen via raffinøren, som var belastet til 6A, og utspedningshuset på vanlig måte. Maskinbetingelsene var som angitt i tabellen i fig. 6.

Produktet fra denne kjøring var et mer homogent, gulbrunt ark med tørrvekt på 150 g med bare liten "tosidig" effekt. Dette skyltes en bedre dispergering før viren som følge av bruken av raffinøren, noe som minsket flot asjonen. Der var en krymping på ca. 20% gjennom maskinen. Fuktighetsinnholdet i det ferdige ark var ca. 27%-

I eksemplene B og C var papirmaskinbetingelsene som angitt

i fig. 6.

Det henvises nå til fig. 2, 2A, 3, 3A, 4 samt 4A hvor eksempler er angitt i tabellform.

Disse eksempler vedrører følgende aspekter ved oppfinnelsen: (a) De kalsiumalginatbaserte fibres evne til å inneholde en stor andel fyllstoff mens de fremdeles er i stand til å danne et papirark ifølge standard papirfremstillings teknikk, (b) disse fibrers evne til å oppta forskjellige typer fyllstoffer i overraskende høye konsentrasjoner, (c) de forskjellige fremgangsmåter som er tilgjengelige for fremstilling av fylte kalsiumalginatfibrer som er egnet for papirfremstilling, samt (d) virkningen på røkeegenskapene ved innleiring av visse

fyllstoffer i kalsiumalginat.

Fig. 2, 2A, 3, 3A, 4 samt 4A viser mengdene av reaksjonsdeltakere og andre bestanddeler som ifølge forskjellige fremgangsmåter ble anvendt for å fremstille forskjellige papirark ved å innleire forskjellige fyllstoffer ved varierende nivåer.

For enkelhetsskyld og for å unngå unødvendig gjentakelse, vil det i det etterfølgende bli beskrevet den generelle fremgangsmåte som i disse eksempler ble benyttet for å fremstille alle disse fibrer som ble anvendt for etterfølgende papirfremstilling.

Alle forsøk ble utført med laboratorieutstyr. Den-ønskete vekt av kalsiumalginat (kvalitet CA-33, fiberform, fra Alginate Industries Limited) beregnet av den ønskete reaksjonsdeltakervekt med bestemt fuktighetsinnhold i materialet, ble tilsatt til et hurtiggående opp-' . løsningsapparat. Et kvantum kalt ledningsvann, som var beregnet til

å være tilstrekkelig til å bevirke en endelig løsningsviskositet til at denne kunne håndteres i laboratorieutstyret ble tilsatt, og chargen ble omrørt ved høy hastighet i et tidsrom som var tilstrekkelig til å dispergere det fiberformete kalsiumalginat i vannet. Eventuelle klumper av fiberformet alginat ble derved brutt opp.

Et kvantum tørt, pulverisert natriumkarbonat som var tilstrekkelig .til i det minste å omdanne og løse alt det anvendte kal^siumalginat fullstendig ble veiet opp og tilsatt gradvis til den om-rørte kalsiumalginat-dispersjon. Derved ble dispersjonen langsomt omdannet til en jevn, viskøs, vandig løsning av natriumalginat. Omrøring ble fortsatt lenge nok til å sikre at alt fast materiale, enten kalsiumalginat eller natriumkarbonat, var oppløst ved en reaksjon. Denne natriumalginatløsning benevnes i det etterfølgende "løsning I".

En andre løsning, "løsning II", ble fremstilt ved å løse en vektmengde kalsiumklorid, beregnet til i det minste fullstendig å nøytralisere natriumalginatet i den del av "løsning I" som ble valgt til å bli behandlet senere for fremstilling av fibrene, i en mengde kalt ledningsvann som i det minste var tilstrekkelig til å fullstendig løse alt'det tilstedeværende kalsiumklorid. Kalsium-kloridet ble omrørt i vannet for å fremstille en klar løsning.

Fyllstoffene som ble anvendt for innleiring i fibrene ble forbehandlet når det var nødvendig ved riving for å minske deres partikkelstørrelse. Fyllstoffmengden, beregnet til å gi den nød-vendige sluttkonsentrasjon i fibrene eller papirarket, ble veiet opp og tilsatt til den ønskete løsning se fig. 2-4A, hvori den ble jevnt fordelt ved enkel omrøring.

.Fiberdannelsen ble bevirket ved å bringe de to løsninger

"I" og "II", hvor den ene inneholdt fyllstoffet, sammen på en slik måte og under omrøring, noe som er beskrevet separat, se fig. 2-4A, for hvert forsøk.

Deretter ble papirfremstillingen utført ved å følge standard praksis ved fortynning av prøven av fibermateriale, som var fremstilt som angitt ovenfor, med kalt vann til ca. 0, 5% konsistens, og forsiktig omrøring for å sikre god fiberatskillelse og -fordeling. På dette trinn ble det fortynnete materialets pH regulert til under 7,0 ved tilsetning av alun. Papirark ble deretter formet ved å filtrere vannet fra materialet på en standard papirmaskinvire og deretter fjerning av den våte filt fra viren' og tørking av denne ved hjelp av varme. Kvaliteten av- det dannete papir ble fastslått ved subjektive målinger, visuelt og ved berøring.

Prinsippet for fremgangsmåten for fiberdannelse som ble benyttet i disse forsøk omfatter separat fremstilling av to vandige løsninger, den første med natriumalginat, den andre med kalsiumklorid og deretter kombinering av disse to løsninger ifølge forskjellige fremgangsmåter for tilsetning og blanding. Det vil sees at det ikke er nevnt noe om de vannmengder som ble anvendt i fig.

2, 2A, 3, ,3A, 4, 4A. Dette skyldes ganske enkelt at vann bare anvendes som' væske for både f iberdannelse og etterfølgende papirfremstilling og i preliminære forsøk er det påvist at vannmengden

i hver fiber førstadiumsløsning, og også under fiberdannelsen, ikke innvirket på produktenes utbytte eller kvalitet. Vann anvendes derfor på hvert trinn i en mengde som er egnet for håndteringen av løs-ningen eller fiberen på det trinn, og det er klart at mengden vil påvirkes av reaksjonsdeltakernes løslighet, utstyret som anvendes for å håndtere løsningene og endelig i en produksjonsprosess, av de totale økonomiske betraktninger.

Likeledes for enkelhetsskyld ble disse forsøk kalsiumalginat anvendt som utgangsmateriale for fremstilling av den første løsning av natriumalginat. Det er ingen grunn til at natriumalginat ikke ville kunne anvendes direkte istedenfor, og i en produksjonssitua-sjon kan dette godt.være foretrukket økonomisk. I disse forsøk ble kalsiumalginat direkte omdannet til natriumalginat i et vandig med-ium ved tilsetning av natriumkarbonat. Det er uvesentlig om dette natriumkarbonat tilsettes i tørr form eller i vandig løsning. Det

ble funnet at tørt materiale er ganske egnet, forutsatt selvfølgelig at tilstrekkelig vann finnes for å løse natriumalginatet når dette dannes og til å frembringe en endelig løsning med passende viskositets-egenskaper for videre håndtering. Dessuten er det ingen praktisk grunn til hvorfor.andre alkalialginater ikke kan anvendes som kalsiumalginat-fiberforstadiene, for eksempel kalium. Økonomiske årsaker og bekvemmelighets årsaker førte til bruk av natriumalginat.

Det skal bemerkes at dersom alkalialginatløsningen inneholder

et overskudd av alkaliet, for eksempel natriumkarbonat, som ble .brukt for å fremstille alkalialginatet av kalsiumalginat vil det ved reaksjon- med overskudd av kalsiumklorid dannes et vannuløselig kalsiumsalt ved en dobbel spaltnings reaksjon, og dette vil ha ten-

dens til å innleires i fiberproduktet. Så dersom ikke støkiometrien for de innvolverte reaksjoner er nøyaktig, noe som i praksis er usannsynlig, vil fiberproduktet inneholde en liten prosentandel av uløselig kalsiumsalt, for eksempel kalsiumkarbonat. For de aktuelle formål gjør ikke dette noe for eksempel kan det være ønskelig å innleire kalsiumkarbonat som fyllstoff bevisst, og denne "ekstra" innleiring som bevirkes av denne effekt er uten betydning.

I alle forsøk med unntakelse av nr. 57 ble det anvendt et overskudd av reaksjonsdeltaker på hvert trinn, dvs. natriumkarbonat og kalsiumklorid. Dette er ganske enkelt av den årsak at nøyaktige støkiometriske forhold mellom reaksjonsdeltakerne (så nærmt som

.disse praktisk kan anvendes med hensyn til unøyaktigheten av mole-kylvekten til alginatradikalet), slik som ifølge eksempel 57 av en

eller annen ukjent årsak ikke gir fullstendig omforming til de ønskete produkter. Særlig finnes det en rest av alkalialginat i fibermaterialet, noe som bortsett fra å være økonomisk ineffektivt ikke muliggjør god siling av vann under papirdukdannelsen. Det er av samme årsak at materialet bringes på en pl-l på under 7 ved hjelp av for eksempel alun. Det har vist at papir med tilfredsstillende kvalitet kan fremstilles av disse fibrer uten innleiring eller dannelse av et klebemiddel for å holde fibrene sammen.

Bruken av arkene må det tas hensyn til når dens kvalitet fast-settes. Selv om kvaliteten av visse av de fremstilte papirer (se fig. 2-4A) ble vurdert som akseptabel eller god, er det sannsynlig at kvaliteten til disse ark kunne bedres ved ytterligere eksperi-mentering eller ganske enkelt ved utførelse av prosessen i større målestokk. Hovedsaken er å frembringe papir som har tilstrekkelig kvalitet for fremstilling av tobakkserstatningen, og på dette grunn-lag har en stor del av arkene som ble fremstilt ifølge de relativt grove forsøk ifølge fig. 2-4A tilstrekkelig kvalitet for dette formål .

Forsøk 1-8 var de første laboratorieforsøk som ble utført,

og på den tid ble det tatt lite hensyn til fremgangsmåtene for væske-tilsetning ved fremstillingen av de fylte fibrer. På dette trinn var det overraskende å finne at relativt høye fyllstoffkonsentrasjoner, opptil 55% med unntakelse av forsøk 5, tilfredsstillende kunne innleires i fibrene som deretter kunne fremstilles til et akseptabelt papirark uten tilsatt klebende bindemiddel.

Etter disse forsøk ble mulighetene ved denne fremgangsmåte for innleiring forstått. Ifølge en relativt billig prosess kunne store mengder fyllstoff bedre røkekvaliteten til det ferdige papir og også gjøre produktet billigere. De neste serier av forsøk (9-14) ble ut-ført' for å utforske nøyere denne fremgangsmåtes mulighet for innleiring av meget høye konsentrasjoner av fyllstoff i fibrene. Som resultat ble det overraskende funnet at opptil 85% av revet, aktivt karbon, som ble valgt på grunn av dets evne til å bedre det ferdige papirs røkkjemi, kunne innleires i fibrene uten problem. Over dette nivå, med unntakelse av forsøk 14, var fiberdannelsen vanskelig. Det var også overraskende at disse nivåer med fyllstoff på opptil 8.5% ikke innvirker urimelig på fibrenes kvalitet for etterfølgende papirfremstilling.

0

Forsøk 15-19 ble utført for å vise at tilsvarende høye nivåer av karbon black som igjen ble brukt for å bedre røkkjemien, kunne innleires i fibrene ifølge samme fremgangsmåte. Igjen var fiber— og papirdannelsen tilfredsstillende, uten urimelig tap av fyllstoff. Mikroskopiske undersøkelser av .fibrene viste at (i .forsøk 17 ved 51% fyllstoffinnhold) noen av fibrene hadde spindelvevsaktig utseende, nokså forskjellig fra normale papirfibrer.^Papirfremstilling av disse fibrer ga også papir av tilfredsstillende kvalitet.

Forsøk 20-27 ble utført for å vise at- det forbedret papir ved relativt høyt fyllstoffinnhold (10-60%) kunne fremstilles av sterkt fylte fibre (71% fyllstoff) ved å anvende en beregnet fortynning av fibrene av "CA-33" uten fyllstoff. Disse sistnevnte fibre bevirket støtte av arket og bedret den endelige papirkvalitet. Fyllstoff-fordelingen i arket var selvfølgelig mindre jevn enn det ville ha vært dersom det ikke var blitt blandet ufylte "CA-33-fibrer" i materialet, men dette kan ikke være ufordelaktig med hensyn til den endelige røkekvalitet.

Forsøk 28-38 ble utført for å vise at passende oppdelt tobakk, både bladplate og stengel, kan innleires i fibrene og det endelige ark. Det er klart eventuelt fordelaktig å kunne anvende tobakk som "fyllstoff" i dette produkt idet det vil gi nyttige egenskaper når det gjelder farge, brenning og andre tobakks- eller tilknyttete egenskaper, særlig ved forbrenning. Økonomisk vil denne fremgangsmåte kunne være meget brukbar og attraktiv. Når man for eksempel har til hensikt å blande enten ufylt eller ikke-tobakksfylt kalsiumalginatark med tobakk for sigarettfremstilling, vil innleiringen av tobakk i fylte kalsiumalginatark kunne hindre eller minske be-hovet for etterfølgende blanding med tobakk, noe som vil kunne by på problemer ved blanding og blandingsatskillelse, som følge av forskjellig spesifikk vekt, under håndtering og sigarettfremstilling. Denne teknikk vil også kunne frembringe en fremgangsmåte for anvendelse av skrap tobakk, noe som kunne være økonomisk viktig.

Disse ti forsøk viser at tobakk etter maling for å oppnå den ønskete partikkelstørrelse kan fordelaktig innleires i fiberstrukturen ved nivåer på opptil ca. 50%, og til og med opptil ca. 70% dersom små fyllstofftap kan tolereres i bakvannet fra ette.rfølgende papirfremstilling.

Forsøk 39-46 ble utført- for å vise muligheten ifølge fremgangsmåten til å innleire et fyllstoff med forskjellig partikkelstørrelse, idet kalsiumkarbonat ble valgt som fyllstoff, ved siktstørrelses-områder på 150-200 mesh og over 200 mesh ifølge B.S. Resultatene fra forsøkene viste at opptil 60% av fyllstoffet av- hver størrelse kunne innleires tilfredsstillende i fibrene ved fremstillingen av dem, og at papirarkene som deretter ble fremstilt, uten andre til-satte fibrer, hadde god kvalitet, dvs. sammenhengende, godt utseende og med fyllestgjørende strekkfasthet. Konklusjonen var at innenfor det størrelsesområde for fyllstoffene som ble benyttet i dette for-søk var størrelsen på fyllstoffpartiklene ikke kritisk.

Forsøk 47-56 ble utført for å bestemme om det var en foretrukket fremgangsmåte for fremstilling av de fylte fibre med hensyn til fiber- og arkkvalitet. Disse forsøk ble utført uten hensyn til forhold som letthet ved fremgangsmåten, økonomi og enkelhet som kunne være viktig i produksjons målestokk. For å eliminere noen av de mer opplagte variable ble det bestemt visse betingelser, for eksempel ble bruken av 51,4% kalsiumkarbonat i fibrene valgt som et fornuftig middelnivå av et brukbart fyllstoff i forsøkene..

Det disse forsøk var utformet for å vurdere var følgende:

a) den foretrukne løsning hvori fyllstoffet var dispergert

før fiberdannelsen.

b) løsningstilsetnings rekkefølgen, dvs. om alginatløsningen skulle tilsettes til kalsiumkloridutfellings løsningen eller omvendt. c) fremgangsmåten ved tilsetning av de to løsninger til hverandre for fiberdannelse med særlig hensyn til den mekaniske bearbeidelse av mottakerløsningen under utfelling og dets virkning på fiber-kvaliteten.

En kombinasjon av disse variable vil innlysende resultere i den endelige, foretrukne fremgangsmåte, og disse 10 forsøk diskuteres best separat under henvisning til fig. 2-4A for de benyttete forsøks-betingelser.

Forsøk' 47 var "basis-linje"-eksperimentet som ble utført bare for å frembringe et referanseprodukt for de etterfølgende forsøk. Under anvendelse av den tidligere aksepterte fremgangsmåte for væske-tilsetning og tilsetning av fyllstoffet til alkalialginatvæsken med bare minimal omrøring av mottaker-alginatløsningen, ble det fremstilt gode fibrer som ble anvendt uten ytterligere mekanisk bearbeidelse for fremstilling av papirark med god kvalitet.

Forsøk 48 viste at man kan fremstille fibrer og papirark med like god kvalitet når væsketilsetnings rekkefølgen byttes om, dvs.

at alginatet tilsettes til kalsiumkloridløsningen for å bevirke fiberutfelling.

Forsøk 49 og 50 var i det vesentlige gjentakelser av 49 og '47 med unntakelse av at fyllstoffet ble tilsatt til kalsiumkloridut- fellingsvæsken. Som følge av dens lave løsningsviskositet, sammen-liknet med alginatløsningen, var det åpenbart mer vanskelig å holde fyllstoffet suspendert i ut fellingsvæsken. Det ble iakttatt at fibrene og papiret som ble fremstilt ifølge denne fremgangsmåte var

av relativt dårlig kvalitet, og følgelig ville derfor fremgangsmåten ifølge forsøkene 47 og 48 foretrekkes. Fremgangsmåten ifølge eksemplene 49 og 50 forårsaket et tap av fyllstoff, dvs. ufullstendig innleiring av fyllstoff i fibrene, noe som igjen antydet en mulig svakhet ved denne fremgangsmåte.

Eksempel 51 var i det vesentlige gjentakelse av eksempel 48, med unntakelse av at alginatløsningen med fyllstoffet ble sprøytet via en fin dyse under trykk inn i ut fellingsvæsken. Kvaliteten til de fremstilte fibre var akseptabel, og selv om det i begynnelsen ble dannet noen relativt store, lange filamenter ("ormer"), ble disse spaltet ved lett omrøring i fibrer med en kvalitet som er egnet for papirfremstilling. Etterfølgende papirkvalitet er moderat.

Eksempel 52 ble utført for å undersøke effekten av å sprøyte den fylte alginatløsning .via en enkel luftdrevet malingssprøyte pis-tol på overflaten av utfellingsvæsken. Det var overraskende å be-merke at fibrene ble dannet (man kunne vente dråper som et resultat av denne fremgangsmåte, idet R.H. McDowell i Properties of the Alginates, tredje utgave, annet opplag (1970) side 27 første av-snitt angir dannelsen av bare ikke fiberformete utfellinger), og disse hadde gode egenskaper for papirfremstilling. Et skinn dannet seg på grenseflaten mellom luften og det væskeformete utfellingsbad, men også denne kunne spaltes i gode fibrer ved lett omrøring av væsken. Det omvendte forsøk (53) hvor kalsiumkloridvæsken ble sprøy-tet inn i alginatløsningen ga ikke noen fibrer. Det neste forsøk (54) ble utført for å se om total overføring av fyllstoff til kal-siumkloridløsningen (den sprøytete væske) ga bedre virkning, men igjen ble det dannet få fibrer, og alt fyllstoffet ble ikke innleiret i det fiberformete eller i annen form utfelte materiale.

Eksempel 55 som i det vesentlige var likt eksempel 51»ble ut-ført for å se om tilsetning av fyllstoffet til den annen løsning, kalsiumklorid, ga bedre virkning når denne væske ble sprøytet inn i alginatet. Meget lite fiberformet materiale ble dannet, noe fyllstoff gikk tapt, og denne fremgangsmåte var mindre å foretrekke enn fremgangsmåten ifølge eksempel 51.

Eksempel 56, det motsatte forsøk av eksempel 55, ble utført for å undersøke eventuelle fordeler ved å bytte om væsketilset nings rekkefølgen. Resultatene var generelt tilsvarende til forsøk 55-

I alle de innledende forsøk ble de anvendte reaksjonsdeltakere på hvert trinn alltid anvendt i overskudd, over det nøyaktige stø--kiometriske forhold, for å sikre total omdannelse til produkt. Følge-lig ble det anvendt et overskudd av natriumkarbonat for å fremstille den vandige'løsning av natriumalginat, og et overskudd av kalsiumklorid ble anvendt for å felle ut alt kalsiumalginatet på det etter-følgende trinn. Man forstod at det kunne gi ingen effekt i hele tatt å bruke et overskudd av reaksjonsdeltakere på hvert trinn, og forsøk 57 ble utført for.å undersøke dette. I dette eksempel ble det vilkårlig valgt et fyllstoffnivå på 35%, idet fyllstoffet var usiktet kalsiumkarbonat, og utfellingsfremgangsmåten var den som var funnet mest fordelaktig, og også den mest brukte, ifølge de innledende forsøk. Med tanke på at ekvivalentvekten av alginatradikalet aldri kan bestemmes praktisk for de teoretiske verdier (se R.H. McDowell, Properties of the Alginates, tredje utgave, annet opplag (1970), side 5 for en nøyaktig forklaring av denne effekt) kan det riktige støkio-metriske forhold mellom reaksjonsdeltakerne ikke benyttes. I dette forsøk ble det antatt en ekvivalentvekt på 193 for alginatradikalet (se igjen McDowells bok), og for praktiske formål synes dette å være tilstrekkelig nøyaktig, og reaksjonsdeltakervektene ble beregnet på basis av dette. Det fremgår av tabellen at dette forsøk ikke ga fibrer i godt utbytte, og derfor er denne fremgangsmåte ikke tilstrekkelig effektiv for de forlangte formål.

Eksempel 58 ble utført for å undersøkelse mulighetene for å fremstille fylte fibre ved ultralyd omrøring av mottakerløsningen under utfellingen. Dette ble oppnådd ved å neddykke begeret med mot-takerløsningen i et ultralyd bad under tilsetningen av strømmen av fylt alginat via en fin pipette dyse. Ifølge denne fremgangsmåte ble det fremstilt meget fine, dunaktige fibrer som ga papir av god kvalitet. Et gjentakelses forsøk, 59, for å bestemme den absolutte

-virkning av ultralyd omrøringen ble utført, idet det ikke ble om-rørt, og overraskende ble det igjen fremstilt meget fine fibrer som ga papir av god kvalitet. Det kunne av dette resultat antas at ultralyd omrøringen bare hadde minimal virkning, og det antas at dette muligens skyldes den fine dyse som ble anvendt for tilførsel av alginatløsningen i utfellingsløsningen i begge disse forsøk (58 og 59). Dette forsterkes av resultatene av forsøk 51, som i det vesentlige var et dobbel-forsøk, idet de eneste store forskjeller var

fyllstoffnivået og dysen for alginat tilførsel. Forsøk 51 resulterte i dannelse av fibrer og noen lange filamenter, "ormer", som ble dannet da alginatvæsken til sine tider passerte langsomt gjennom en tilfør-selsdyse som var større enn den som ble anvendt i forsøkene 58 og 59• Det synes å være viktig å regulere både dysestørrelse og alginat-væsketilførselshastighet for å fremstille fibrer med god størrelse, form og kvalitet.

Samlet viser disse, forsøk ganske klart at ved tilsetning av fast fyllstoffmateriale i findelt form til en vandig, alkalialginat-løsning eller dennes reaksjonsdeltakers-utfellingsvæske i .form av en vandig kalsiumkloridløsning, fortrinnsvis den førstnevnte, eller begge og ved å bringe de to løsninger i berøring med hverandre kan man danne fiberformet kalsiumalginat som inneholder stort sett alt fyllstoffmaterialet og dette fiberformete materiale er egnet for bruk direkte og uten nødvendig tilsetning hverken av annet fiberformet materiale eller et bindemiddel for fremstilling av papirark-materiale med tilstrekkelig egenskaper for fremstilling (for eksempel ved finskjæring) av et røkemateriale som kan anvendes i sig-arer, sigaretter, piper eller liknende.

Enkle røkeforsøk er blitt utført med noen av produktene ifølge oppfinnelsen ved å finskjære de fylte papirark og fremstille sig-arettprøver. De foreløpige konklusjoner fra dette forsøksarbeid er. følgende: a) innleiringen av enten kalsiumkarbonat, aktivt karbon eller karbon black eller findelt tobakk øker papirets brennbarhet sammen-liknet med et ufylt kalsiumalginatpapirark som er tilsvarende fin-skaret og pakket. b) kalsiumkarbonat og særlig karbon, enten aktivert eller som karbon black bevirker effektiv minskning av røkens gassfase-bestanddeler og har også innvirkning på minskning av tjæreavgivelsen.

Ytterligere forsøk ble utført som angitt i fig. 8, 8A, 9, 9A, og alle spaltenummer-henvisninger er utledet av disse figurer.

Forsøk S14-S34 ble utført i laboratoriemålestokk i apparatet som er vist i fig. 10.Vekten (i spalte 4) av natriumalginatet (i spalte 2) ble oppløst i vannvolumet (i spalte 6) ved hurtig omrør-ing til dannelse av en løsning av natriumalginat med konsentrasjonen i spalte 7.

Volumet (i spalte 13) av kalsiumkloridløsningen med den kon-sentrasjon som er angitt i spalte 12 ble fremstilt enten ved å løse det faste kalsiumklorid (vekt gitt i spalte 10) eller ved passende

tynning av kalsiumkloridvæsken (i spalte 11).

Vekten av kalsiumkarbonat ifølge spalte 16 ble tilsatt til løs-ningen som er angitt i spalte 17 og grundig dispergert.

Vekten av karbon ifølge spalte 20 av den type som er angitt

i spalter 18 og 19, ble tilsatt til løsningen som er angitt i spalte 21 og grundig dispergert.

Natriumalginatløsningens temperatur og pH og kalsiumkloridløs-ningens temperatur ble målt og angitt i henholdsvis spaltene 8, 9

og 14. Kalsiumkloridløsningens pH ble regulert til den verdi som er angitt i spalte 15 under anvendelse av 3N saltsyre.

Kalsiumkloridløsningen ble anbrakt i en beholder for fiber-' fremstilling (fig. 10) og omrørt ifølge den fremgangsmåte' som er vist i spalte 25. Natriumalginatløsningen ble pumpet inn i kalsium-kloridløsningen ved den hastighet som er angitt i spalte 23 ca. i løpet av det tidsrom som er angitt i spalte 24.

Det ble derved fremstilt en suspensjon av fibrer med teoretisk sammensetning som er angitt i spalter 26, 27 samt 28.

Forsøk Cl. En tilsvarende fremgangsmåte som i forsøkene S14-S34 ovenfor ble fulgt. Men i dette forsøk ble de nylig utfelte, fylte'fibrer fjernet kontinuerlig via en demning i veggen i beholderen for fiberdannelse, ca. 12,7 cm over beholderbunnen idet forsøket ble kjørt halv-kontinuerlig. Det ble funnet at konstant manuell assistanse var nødvendig for å sikre at fiberoppslemmingen over-flømmet demningen tilfredsstillende.

Forsøk C2-C8. Fremgangsmåten som allerede beskrevet ovenfor

i forbindelse med forsøk S14-S34 ble fulgt. Disse forsøk ble in-dividuelt utført som atskilte satser, dvs. ikke kontinuerlig. An-tall satser pr. forsøk er angitt i spalte 29. Disse satser ble samlet og blandet før arkfremstillingen.

Forsøk Pl og P2. Fibre ble fremstilt under anvendelse av for-søksmålestokker apparaturen som er vist i fig. 12, og parametrene for de enkelte tilførte løsninger og betingelsene for hvert forsøk er gitt i de forskjellige spalter i fig. 8, 8A, 9, 9A.

Fibrene som ble dannet ifølge forsøk S14-S34, C1-C8, Pl og P2 ble i hvert tilfelle dannet til papir under anvendelse av den enkle apparatur som er vist i fig. 12. Derved ble det fremstilt sirkulære manuelt fremstilte ark av papir.

Mere i detalj ble fremstilt ifølge de nettopp anførte forsøk rystet eller omrørt for å oppnå jevn fordeling av fibrene. 30-100 ml, vanligvis 75 mi; av fibermaterialet ble fjernet og tynnet til

ca. 800 ml med vann.

Det tynnete materiale ble omrørt og helt med en dreiende bevegelse i den øvre halvdel av en delt Buchner trakt (fig. 12). Den dreiende bevegelse ble stoppet, og fibrene ble deretter fordelt jevnt ved forsiktig røring med en glasstang fra side til side. Etter 30 sek. ble PVC-røret med propp fjernet, og vannet fikk siles av. Den øvre halvdel av den delte trakt ble fjernet, og Fourdrinier viren ble fjernet, vendt om og trykket for hånd på en dott av 6 "Whatman" nr. 1 filterpapirer. Viren ble fjernet og vasket i rennende vann slik at den var 'klar for neste manuelt fremstilte ark. Det våte manuelt fremstilte ark ble løftet opp sammen med det øverste filterpapir, og dotten av 4 filterpapirer ble plassert oppå. Dotten ble rullet for hånd med en aluminiumsrulle. Arket var deretter sammenhengende nok til å løftes av seg selv. Ytterligere tørking ble oppnådd ved å presse det mellom dotter på 3~5filterpapirer.

I forsøkene C1-C8 ble det fremstilt ca. 60sirkulære ark av de samlete fibrer fra hvert forsøk. Basisvekter var ca. 80-100 g tørre bestanddeler.

De manuelt fremstilte ark hvorimellom det var anbrakt tørre filterpapir, ble holdt flate ved hjelp av vekter i varierende tidsrom slik at fuktighetsinnholdene var fra 20-55%.

Den større del av de manuelt fremstilte ark fra hvert forsøk ble deretter tatt i set på 8, rullet til en total tykkelse på 32 og skåret på en liten "Hauni"-flakhugger. Alle prøver ble godt opp-skåret til lange, sammenhengende tråder. Hurtig tørking i en varm luftstrøm bevirket en høy grad av krøll i trådene. Andre fremgangsmåter for hurtig tørking bevirket.også en høy grad av krøll. De tørkete, oppskårete tråder holdt meget godt sammen selv når matten av tilfeldig gjensidig tvunnete fibrer ble skåret i bredder på ca. 1,25 cm.

Av de tørkete, oppskårete tråder ble det for hånd fremstilt sigaretter under anvendelse av pre-formete papirrør hvortil det var festet filter. Hver sats ble brakt i likevekt med luft ved 22°C og 65% relativ fuktighet og røkt under anvendelse av vanlige parametre i en analyserøkemaskin. Resultatene er angitt i fig. 13.

Det anses for å være overraskende at kalsiumalginatet er i stand til å oppta meget høye konsentrasjoner av fyllstoff, opptil 90%, som fordeles relativt jevn gjennom fiberstrukturen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og at de således fremstilte, fylte fibrer er i stand til å anvendes direkte for papirfremstilling uten

Claims (6)

1. hverken tilsetning av annet fiberformet materiale eller bindemiddel bevisst tilsatt eller dannet, in situ. Dessuten har papirarkene som fremstilles således godt utseende, elastisitet og strekkfasthet.

   Enda mer overraskende er det at de fylte fibrer av kalsiumalginat, som er egnet for direkte papirfremstilling uten tilsetning av bindemiddel eller annet fiberformet materiale, kan fremstilles ifølge en fremgangsmåte som normalt ville ventes å. frembringe en flokkulert eller gelatinert utfelling (se McDowells bok side 27).

   Det vil derfor synes at kalsiumalginat har en naturlig tendens til å danne fibrer når det felles ut slik som ifølge den foreliggende oppfinnelse, selv dersom den ene reaksjonsdeltaker-løsning bare helles inn i den andre med bare relativt lett omrøring.

   Man er ikke i stand til å gi noen tilfredsstillende forklaring- på denne effekt.

   Begrepet "fylte fibrer" er ikke nødvendigvis beskrivende for produktet, idet det dannete materiale noen ganger har tendens til å ha utseende som en mikro-edderkopp mer' enn en riktig fiber.

   Det er ikke nødvendig å anvende dyser for å danne de fylte fibrer på utfell.ingstrinnet. Under forutsetning av at kalsiumklorid-løsningen omrøres slik som beskrevet kan alginatløsningen innføres i en kontinuerlig strøm.

   Overraskende er det ifølge denne sistnevnte fremgangsmåte funnet at selv dersom det fylte kalsiumalginat fremstilles i klump-eller filmform, vil omrøring bryte disse lett opp til "fibrer" som er egnet for direkte fremstilling av papir. En alternativ fremgangsmåte for utfelling av de spindelvevsaktige fibrer er å suspendere fyllstoffet i alginatløsningen og sprøyte kalsiumkloridløsningen inn i alginatløsningen, idet de dannete fibrer brytes opp ved om-røring.

   1. Fremgangsmåte for innleiring av et fyllstoff i et basis-materiale som omfatter et uløselig alginat som kan fremstilles i fiberform ved blanding av to løsninger, karakterisert ved at fyllstoffet suspenderes i minst den ene av løsningene i en slik mengde, og at løsningene blandes, slik at fyllstoffet innleires som en uløselig del av fibrene idet det dannes■slik at det utgjør mer enn 10 vektsprosent av fibrene.
2. 2. Fremgangsmåte for fremstilling av et røkbart materiale som omfatter et basis-materiale som består av kalsiumalginat i fiberform som fyllstoff innleires i, hvor kalsiumalginatfibrene dannes ved blanding av to løsninger, karakterisert ved at fyllstoffet suspenderes i minst den ene av løsningene i en slik mengde, og at løsningene blandes, slik at fyllstoffet innleires uløselig i fibrene idet det dannes -slik at det utgjør mer enn 10 vektsprosent av fibrene.
3. 3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at fyllstoffmengden i fibrene er mer enn 50 vektsprosent av fibrene.
4. 4. Fremgangsmåte, karakterisert ved at stort sett alt fyllstoffet, inklusive eventuell tobakk som tilsettes til kalsiumalginatet som er nødvendig for å danne fibrene hvorav et fullstendig, røkbart materiale kan fremstilles, innleires i fibrene ifølge krav 3.
5. 5- Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved at fibrene hvori fyllstoffet er innleiret deretter dannes til et ark ifølge en papirfremstillingsprosess, hvoretter papiret finskjæres til dannelse av det røkbare materiale.
6. 6. Produkt, karakterisert ved at det er fremstilt ifølge fremgangsmåten som er angitt i et av de foregående krav.