NO744150L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til forming av ikke-vevede materialer.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for fremstilling av ikke-vevede, fibrøse materialer, f. eks. papir.

Papir og andre ikke-vevede, fibrøse materialer fremstilles vanligvis ved at en suspensjon av fibre i en væske, vanligvis vann, legges på et perforert underlag, f.eks. viren for en Fourdrinier-papirmaskin, slik at væsken kan dreneres gjennom viren, mens det meste av

fibermaterialet holdes igjen på viren i form av en bane.

Et problem i forbindelse med slike metoder er at fibrene i suspensjonen har en iboende tendens til å danne fnugg eller flokker som det er vanskelig å oppløse og som kan forbli i den dannede bane og derved gi denne et ujevnt utseende og gjøre den mindre egnet til forskjellige formål. Dette problem er særlig alvorlig, når man har med suspensjoner av forholdsvis lange fibre eller syntetiske fibre å gjøre eller når det benytte forholdsvis høye fiber-konsentrasjoner i suspensjonen, f.eks. når det skal fremstilles en tung bane, eller hvis banen består av langsomt tørkende fibre eller når papirmaskinens hastighet er stor eller hvis def er av betydning å få redu-sert omkostningene for rensing av den drenerte væsken.

Problemet ued flokkdannelse av fibre kan dempes ved bruk av lave konsentrasjoner av fibre i vann, dvs. konsentrasjoner i en størrelsesorden på 10 mg/l til 100 mg/l i stedet for den vanligere lg/l til 10 g/l, men dette innebærer bruk av meget store vannmengder og er en fremgangsmåte som vanligvis ikke er økonomisk.

Det er også blitt foreslått å løse flokkdannelsespro-blemet ved fremstilling av jevne dispersjoner av fibre i sterkt viskøse oppløsninger av polymert materiale, men bruken av slike fibersuspén-sjoner i en papirmaskin vil virke sterkt begrensende på produktiviteten på grunn av den ledsagende lave dreneringshastighet av slike vis-køse væskeformede susepensjonsmedier.

Det er også blitt foreslått å løse flokkdannelses-problemet v.ed fremstilling av jevne dispersjoner av fibre i skum, fremstilt ved hjelp av luft som dispergeres i vann i nærvær av et skummemiddel (se f.eks. britisk patentskrift nr. 1 209 409). Slikt skum dreneres forholdsvis lett og innebærer ingen sterk begrensning av produktiviteten av en papirmaskin. Man antar at den fordelaktige reologi av slikt skum skyldes nærværet av tett pakkede stive bobler,

som oppfører seg som et psevdo-plasitisk legemer=som hemmer fibrenes bevegelse og dermed hindrer flokkdannelse, men gir etter for påkjen-ningene ved fiberdispergering og drenering. Forholdsvis høye konsentrasjoner av skummemidler er foreløpig funnet nødvendige for å gi skummet tilstrekkelig stabilitet til at det skal kunne bære de dispergerte fibrene fra dispergeringsapparatet til det perforerte under-laget. Slike skummemidler antas å gripe forstyrrende inn i de krefter som binder konvensjonelle fibre for papirfremstilling. Nærværet av slike midler, antas derfor å redusere tettheten og styrken av det oppnådde papirprodukt. Dette problem kan iallfall til en viss grad løses ved hjelp av en sterkere malingsgrad av fibrene eller ved tilsetning av forsterkningsmidler, men det ville være fordelaktig hvis den an-vendte mengden av overflateaktivt stoff kunne reduseres.

En annen kjent metode for å løse problemene i forbindelse med flokkdannelse går ut på at. man bruker en papirmaskins-innløps-kasse hvor det foreligger en meget grunn (f.eks. 0,5 til 3 mm) passasje med en rekke skarpe bend. Når en fiberdispersjon føres gjennom denne passasje, vil bendene fremkalle en liten, men meget intens turbulens, som tenderer til å bryte opp fiberflokker som måtte finnes i dispersjonen. Dispersjonen føres deretter gjennom en annen, meget grunn passasje og avgis direkte på et perforert underlag, som viren i en papirmaskin. Turbulensen i dispersjonsstrømmen sies å avta i annen passasje og den godt dispergerte fibermasses motstand mot skjærkrefter ved dispersjonens høye konsentrasjon tenderer til å hindre flokkdannelse eller ny flokkdannelse. Dispersjoner med fiberkonsentrasjo-ner på 30-40 g/l sies å være brukbare ved den nettopp omtalte anordning. Men anordning har den ulempe at den egentlig bare egner seg for fremstilling av høy tetthet, fordi den konsentrerte dispersjon avgir for store fibermengder til viren selv om den annen passasje er så grunn som 2-3 mm. Det har videre vist seg at turbulens-innretningen ikkerer fullstendig effektiv når det gjelder å dispergere flokker av fibre som kan stoppe til den grunne passasjen. Uvedkommende materiale kan også gjøre dette. Et annet problem er at det foreligger alvorlige konstruksjonsproblemer når det gjelder å bygge opp en innløpskasse med så grunne passasjer.

Det har nå vist seg at bedrede resultater kan oppnås

ved oppskumming og turbulensdannelse i en oppskummet dispersjon av fibre mens dispersjonen befinner seg i innløpskassen.

Følgelig tilveiebringes ifølge foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av ikke-vevede fibrøse materialer, som papir, hvilken omfatter følgende trinn: en strøm av råmateriale begrenses og ledes på et perforert underlag, råmaterialet oppskummes ved innføring av trykkgass i den begrensede materialstrøm, slik at fiberflokker brytes opp og dispergeres og gassen dispergeres i råmaterialet i form av meget små bobler ved at denbbegrensede strømning gis turbulens, hvorpå materialet tørkes på det perforerte underlag.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes også en innløpskasse for en papirmaskin, som omfatter et legeme med en spalte som begrenser og leder en materialstrøm fra kassens kammer til maskinens vire og en passasje for trykkgass som kommuniserer med spalten for oppskumming av råmaterialet i denne, idet spalten er utformet slik at materiale som strømmmer gjennom spalten gis turbulens.

Gassen, som vanligvis er luft, kan innføres mellom to turbulenssoner som er oppnådd i råmaterialet eller før turbulens opprettes. To turbulenssoner kan anordnés ved to motsatt rettede i det vesentlige rettvinklede partier i spalten. Alternativt kan det opprettes en enkelt turbulenssone ved utløpsenden av en del av spalten som har forstørret tverrsnitt, etter spaltens innløp, hvorved gassen fortrinnsvis innføres ved spaltens innløpsende. Et slikt parti har med fordel en konkav flate overfor materialinnløpet og en konveks flate overfor gassinnløpet. Ved en alternativ utførelse av innløpskassen hvor gassen innføres før turbulens opprettes, er det med fordel anordnet minst en porøs plate som begrenser materialstrømmens passasje innen-for spalten og gasstilførselspassasjen kommuniserer her med nevnte materialstrømpassasje gjennom nevnte porøse plate(r).

Spaltens dybde kan med fordel økes mot utløpet, slik

at det blir plass'til det økede materialvolum ved skumdannelse.

For at spalten i innløpskassen skal kunne oppta det dannede skummet, har den større dimensjoner, f.eks. flere mm, enn de meget grunne passasjer som er nevnt tidligere i forbindelse med en . tidligere foreslått innløpskasse. Følgelig vil konstruksjonsproblemene i forbindelse med fremstilling av en slik kasse ikke bli for store. Fordi spalten er dypere ved foreliggende apparat, vil den heller ikke

så lett bli tilstoppet.

Et organ, f.eks. en klaff, er med fordel montert ved utløpsenden av kassen for å dekke papirmaskinens vire. Organet er fortrinnsvis dreibart montert på innløpskassen og det er sørget for organer for regulering av dette organ, slik at avstanden mellom organet og viren kan varieres. Et slikt organ presser materialet gjennom viren i stedet for at man utelukkende stoler på tyngdekraften ved drenering, og det fremmer en kontrollert tømming av materiale.

Spalten har hensiktsmessig iddet vesentlige rektangulært tverrsnitt og en bredde som i det vesentlige er den samme som viren, for hvilken innløpskassen,brukes. Det antas at turbulensen som opprettes i materialet virker slik at den oppløser mulige fiberflokker og sprer gassboblene i skummet. Gassboblene antas å hindre eller i det minste hemme ny flokkdannelse i de dispergerte fibrene.

Forutsatt åt luftinnholdet i skummet velges hensiktsmessig, dvs. 50-70$, vil turbulensen medføre dispergering av gassen i utallige små bobler, som oppfører seg som en tett masse av tilsyne-latende stive kuler og som er i stand til å motstå skjærkreftene i turbulensen. Fordi man unngår ny flokkdannelse, kan fremgangsmåten og anordninge ifølge oppfinnelsen benyttes til fremstilling av lette papir- og ikke-vevede materialer, likesom til fremstilling av sterkt og tett papir.

Ettersom råmaterialet skummes opp bare kort tid før

det når frem til viren, er det ikke nødvendig at skummet er særlig stabilt. Det har vist seg mulig å unnvære skumstabilisatorer i råmaterialet, eller i det minste å unnvære skumstabilisatorer i de forholdsvis høye konsentrasjoner som kreves når råmaterialet skummes opp før det når frem til innløpskassen. Derved elimineres eller reduseres ovennevnte problem i forbindelse med styrketap som følge av bruken av skumstabilisatorer, samtidig som avvannkontrollen lettes. Alternativt kan skummet stabiliseres med materialer som stivelse

eller karboksymetylcellulose, som ikke har ulempene ved de konvensjonelle skumstabilisatorene.

Ytterligere to fordeler som følger fraværet eller de meget ringe mengder av skumstabilisatorer er at tilbakeholdelsen av fyllstoffer og pigment forbedres og at behandlingen av drenerings-væsken f ra. viren er enklere. Fyllstoffer og pigment blir lett spredt av skumstabilisatorer, dvs. at agglomerater brytes opp. I finfordelt form vil slike substanser lettere passere gjennom banen. Nå drenerings-væsken fra viren pumpes eller får renne borg, kan den derav følgende sterke bevegelse lett føre til skumdannelse. Hvis det så ikke foreligger skumstabilisatorer, vil dannet skum raskt falle sammen, mens det vil opprettholdes og skape problemer når det foreligger skumstabilisatorer.

For at oppfinnelsen skal bli mer forståelig, vises nedenfor til tegningene, som skjematisk gjengir tre utførelseseks-empler av oppfinnelsen i form av vertikalsnitt gjennom en papirmas-kins innløpskasse og av våtsiden av en papirmaskin. Innløpskassen er bare vist i fig. 1.

Som vist i fig. 1, omfatter en innløpskasse 10 et kammer 14 for råmateriale og en kasse 1. Kassen 1 omfatter et legeme 15, som begrenser en spalte som begrenser og fører råmaterialstrøm-men fra kammeret 14 til en papirmaskinvire 5- Spalten omfatter et innløp 2 og et utløp 3*forbundet ved et midtparti 4. Både innløpet og utløpet forløper avsmalnende mot partiet 4, som har rektangulært tverrsnitt i rett vinkel mot materialstrømmens retning. Partiet 4 omfatter to motsatt rettede rettvinklede partier 6 og 7- Et rør 9 strekker seg gjennom legemet 15 og kommuniserer med midtpartiet 4 av passasjen mellom de rettvinklede partier 6 og 7- Røret 9 har en inn-blåsningsdyse 8, på det sted hvor røret kommuniserer med partiet 4. ;Råmaterialkammeret inneholder hullete valser 11 for ut-jevning av materialstrømmen og er via et rør 16 forbundet med en strøm-ningsfordeler 12. ;Kassens 1 utløpe 3 er anordnet ovenfor papirmaskinens brystvalse 17- Sugebokser 18 er anordnet under viren 5 og er via et rør 19 forbundet med en luftseparator 13*fra hvilken røret 20, som bare er delvis vist, leder tilbake til innløpskassen 10. Strømretningen i rørene 19 og 20 er antydet ved piler.

Når apparatet er i br.uk, pumpes dispergert fibermate-riale fra strømningsfordeleren 12 til innløpskassens kammer 14, hvorved de hullete valsene jevner ut strømningen. Fra kammeret passerer materialet gjennom innløpet 2 til passasjen 4 og gjennom det rettvinklede parti 6. Innsnevringen av innløpet 2 og retningsforandringene i de rettvinklede partiene 6 og 7 oppretter en meget liten men intens turbulens i strømmen. En gass, vanligvis luft, passerer gjennom røret 9 og blåses inn i materialet gjennom dysen 8, for derved å forårsake ytterligere turbulens og oppskumming av materialet. Det oppskummede materiale passerer deretter gjennom det rettvinklede parti 7»som ytterligere fremkaller turbulens og ut gjennom utløpet 3 og på viren 5. Utvidelsen av utløpet gir rom for det økede materialvolum som følge av oppskummingen og modifiserer også materialets strømningshastighet ut på viren. Væsken i skummet dreneres gjennom viren ved tøjelp av sugeboksene 18, slik at det gjenstår en vår papirbane på viren. Luft som følger væsken fra skummet, fjernes i separatoren 1J. Den opp-rettede turbulens i materialet i parti 6 tjener til å bryte opp og spre fiberflokker som måtte foreligge, og den turbulens som opprettes i parti 7 tjener til å spre luften i materialet i form av meget-små bobler.,

Den tilsatte luftmengde kan reguleres ved hjelp av dysen 8 og denne regulering, likesom valg avinmaterialets konsistens og strømningshastighet gjennom passasjen 4 gjør det mulig å regulere egenskapene av det oppnådde skum.

I fig. 2 er det vist en innløpskasse 101 anordnet ovenfor og til høyre for en brystvalse 117 for en papirmaskin med en vire 105. De øvrige deler av innløpskassen og delene under viren er her utelatt for enkelthetens skyld. De kan være i det vesentlige som vist i fig. 1.

Innløpskassen 101 omfatter et legeme 115 som begrenser en spalte for materialstrømning fra materialkammeret til viren 105. Spalten, som har i det vesentlige samme bredde som viren 105, omfatter et innløp 102, et utløp 103, et par rettvinklede partier 106 og 107 med funksjoner som partienes 6 og 7 i fig. 1, og et midtparti eller kammer 104 mellom vinkelpartiet 106 og innløpet 102. Kammeret 104 har rektangulært tverrsnitt og har større dybde enn resten av spalten. Et par porøse metall- eller keramiske plater 108, f.eks. av sintret metall eller keramiske plater, er anordnet i kammeret 104 i innbyrdes avstand for å begrense en materialstrømningspassasje .104a, som strekker seg over en fastsatt lengde av materialstrømmen. Et par rør 109 rager gjennom legemet 115 og kommuniserer med kammeret 104. Dybden av spalten velges i overensstemmelse med den ønskede kvantitet og utvanning av materialet.

Ved bruk av apparatet, strømmer materialet gjennom inn-løpet 102 inn i passasjen 104a, og luft (eller en annen gass) pumpes gjennom rørene 109 inn i kammeret 104, fra hvilket den passerer og spres gjennom de porøse platene 108 for oppskumming av materialet. Det oppskummede materiale passerer gjennom de turbulensdannende vinkel-partier 106 og 107 til utløpet 103 og derfra ut på viren.

I fig. 3 er det vist en innløpskasse 201 anordnet ovenfor og til høyre for en brystvalse 217 for en papirmaskin med en vire 205. Som i fig. 2, er de øvrige deler av innløpskassen og deiene under viren utelatt. De kan være i det vesentlige,som angitt i fig. 1.

Innløpskassen 201 omfatter et legeme 225 som begrenser--en spalte for en materialstrøm fra kammeret til viren 205. Spalten som i det vesentlige har samme bredde som viren 205, omfatter et materi-alinnløp 202, et utløp 203 og et midtparti 204 med en konkav overflate 207 og en konveks underflate 206. Partiet 204 har større dybde enn spalten for øvrig. Et luftinnløp 208 kommuniserer med partiet 204. Utløpet 203 har en klaff 215, som dekker deler av viren 205. Klaffen er dreibart montert på legemet ved 216. Utløpets dimensjoner kan varieres ved regulering av klaffens 215 stilling ved hjelp av løftere 214.

Når apparatet er i bruk, passerer materialet gjennom innløpet 202 inn i spaltepartiet 204 og luft (eller en annen gass) blåses inn gjennom innløpet 208 for oppskumming av materialet. Dimensjo-nene og formen av partiet 204 er slik at det ved enden 209 opprettes en liten, men meget intens turbulens med de følger som er omtalt tidligere i forbindelse med fig. 1. Det oppskummede materiale passerer "deretter gjennom utløpet 203 og ut på viren.

Bruken av en regulerbar klaff 215 for å utvide inn-løpskassen over en del av viren kan også med fordel benyttes i forbindelse med den utførelsesform som er vist i fig. 2.

Oppfinnelsen skal illustreres ytterligere ved følgende eksempler, som ble utført med en prøvemaskin.

EKSEMPEL I.

Ved dette eksempel ble det brukt en innløpskasse som omtalt i forbindelse méd fig. 2, bortsett fra at innløpskassen ved hjelp av en klaff 215 var utvidet, slik at den lå over viren, som beskrevet i fig. 3. Innløpskassen hadde en spalte som var 78 mm bred og 5 mm dyp fra innløpet 102 frem til og inklusive de rettvinklede partier 106 og 107. Deretter øket dybden gradvis til 10 mm ved utløpet 103. Høyden av klaffens 215 ende ovenfor viren var 4 mm.

Grovmalt softwood sulfatmasse med en konsistens på

12 g/l ble ført gjennom innløpskassen med en strømningshastighet på 501/min. på viren 5, som gikk med en hastighet på 136 m/min. Trykkluft ble tilført gjennom de porøse platene 8 med en volumhastighet på 52 1/ min. ved standard temperatur og trykk. Massen ble drenert på viren ved hjelp av konvensjonelle sugebokser og papirbanen som ble dannet på

viren, ble fjernet og presset og tørket i et annaet apparat. I tørr tilstand hadde banen en basisvekt (etter krymping) på 64 g/m .

EKSEMPEL II.

Samme apparat ble brukt' som i eksempel 1, bortsett

fra at spaltens dybde øket gradvis fra 5 mm ved vinkelpartiet 107

til 8 mm ved utløpet 103-

En blanding av 90 vekt-$ grovmalt sulfatmasse og 10% meget finmalt sulfatmasse med samlet konsistens på 15 g/l ble ført gjennom apparatet med en hastighet på 92 l/min. Materialet inneholdt 200 vektdeler/million av en blanding av like vektproporsjoner av (l) et oppløselig papirproduksjonslim, handelsført under varemerket "Pexol", (2) oppløselig gelatin, (3) melkekasein og (4) karboksyl-metylcellulose. Trykkluft ble blåst inn gjennom de porøse platene 108 med en volumhastighet på 92 l/min. ved standard temperatur og trykk.

Ved en virehastighet på 256 m/min. ble en papirbane tatt av og tørket til basisvekt (etter krympings) på 77 g/m .

EKSEMPEL III.

Ved dette eksempel ble det brukt en innløpskasse som omtalt i forbindelse med fig. 3. Spaltebredden var 100 mm og spalte-dybden var 10 mm mellom sonen 209 og utløpet 103. Klaffen 215 ble senket slik at avstanden mellom klaffenden og viren 205 var 2 mm.

Sa.mme masse som ved eksempel 1, men med en konsistens på 8,3 g/l ble brukt. Massen ble ført med en strømningshastighet på 92 l/min. Trykkluft ble blåst inn gjennom luftinnløpet 208 med en strømningshastighet på 184 l/min. ved standard temperatur og trykk. Ved en virehastighet på 117 m/min. ble det tatt av en papirbane, som ble presset og tørket i et annet apparat. Basisvekten (etter krymping) var 64 g/m<2>.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte til forming av ikke-vevede fibrøse materialer, som papir, hvorved en massestrøm ledes på en perforert under^ tø støttelse og dreneres på denne, karakterisert ved at massestrømmen begrenses, at massen skummes opp ved innføring av trykkgass i den begrensede massestrøm og at fiberflokker brytes opp og spres og gass i massen spres i form av meget små bobler ved opprett-else av turbulens i den begrensede massestrømmen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at gassen innføres i massestrømmen mellom to soner hvor turbulens opprettes i den begrensede massestrømmen.

3. Fremgangsmåte som angitt 1 krav 1, karakterisert ved at gassen innføres i den begrensede strømmen før det er opprettet vesentlig turbulens i den begrensede strømmen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3> kara ktt e r i - sert ved at gassen som innføres i den begrensede massestrømmen spres over en fastsatt lengde av strømmen.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakteri-sse r t ved at.gassen innføres i en ende av et forstørret strøm-begrensende parti og at turbulens opprettes i massen wed utløpsenden av nevnte parti og fjernt fra gassens innføringssted.

6. Innløpskasse for en papirmaskin, karakterisert ved et legeme (1,101,201) som omfatter en spalte for begrensning og føring av en massestrøm fra et innløpskassekammer (l4) til viren (5,105,205) for papirmaskinen, og en trykkgass-tilførsels-passasje (8), som kommuniserer med spalten for oppskumming av massen i denne, idet spalten er utformet slik at turbulens opprettes i massen som strømmer gjennom spalten.

7. Innløpskasse som angitt i krav 6, karakterisert ved at spalten omfatter et par (6,7) motsatt rettede, i det vesentlige rettvinklede partier som oppretter turbulens i massen som strømmer gjennom spalten.

8. Innløpskasse som angitt i krav 6, karakterisert ved at spalten omfatter et parti (204) med forstørret tverrsnitt mellom innløpsenden (2) og utløpsenden ( 3), hvilket parti (204) oppretter turbulens i massen som strømmer gjennom spalten ved den ende (209) av partiet (204) som ligger fjernt fra innløpet (2) til spalten.

9. Innløpskasse som angitt i krav 7, karakterisert ved at gasstiljførselskanalen kommuniserer med spalten mellom de rettvinklede partier (6,7).

10. Innløpskasse som angitt i krav 7, karakterisert ved at gasstilførselspassasjen (8) kommuniserer med spalten mellom de rettvinklede partier (6,7) og spaltens innløp.

11. Innløpskasse som angitt i krav 9, karakterisert ved at i det minste en porøs plate (104a) begrenser en massestrømningspassasje i spalten og at gass-tilførselspassasjen (8) kommuniserer med massestrømningspassasjen gjennom den/de porøse plate(r) (lO^a).

12. Innløpskasse som angitt i krav 8 eller krav 9, karakterisert v edd at gass-tilførselspassasjen (208) kommuniserer med spalten ved nevnte parti (204) med større tverrsnitt og ved den ende av nevnte parti (204) som ligger fjern fra spaltens utløpsende (3).

13. Innløpskasse som angitt i krav 8, karakterisert ved at partiet (204) med større tverrsnitt har en konkav flate (207) overfor masseinnløpet (208) og en konveks overflater (206) overfor gassinnløpet (202).

14. Innlø pskasse som angitt i et av kravene 6 - 13, karakterisert ved at spalten har økende (Jebde mot utløps-enden . (3) •

15. Innløpskasse som angitt i et av kravene 6 - 13*karakterisert ved at en klaff (215) strekker seg fra kassens utløpsende (3) og er anordnet slik at den dekker viren (205).

16. Innløpskasse som angitt i krav 15, karakterisert ved at klaffen (215) er dreibart montert (216) på inn-løpskassen og at det er anordnet organer (214) for regulering av klaffens (215) stilling, hvorved avstanden mellomkklaffen (215) og viren (205) kan varieres.