NO761529L - Fremgangsm}te til fremstilling av' fiberark inneholdende polymer latexpartikler. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til regulering av avvanningsevnen (Canadian Standard Freeness) i en fiberoppslemming ved tilsetning i maleanordningen.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til regulering av avvanningsevnen (Canadian Standard Freeness)

i en fiberoppslemming ved tilsetning i maleanordningen.

Man har i flere år benyttet polymerlatexer ved frem-' stilling av forbedrede arkformede fibermaterialer, og i den senere tid har dette mer effektivt blitt gjort ved inkorporering av polymerer i fibrene ved såkalt våtende- eller maleanordningstilsats, som omfatter metoder for inkorporering av polymerlatexer i malt masse eller fibre i vann og avsetning av polymerer derpå før arkdannelse. Ved mange fremgangsmåter tilsettes polymerlatexen til fiberoppslemmingen og avsettes eller bringes deretter til å koagulere. Med mange fibre, inklusive fibre for papirfremstilling og andre fibre for florstoffrem-stilling (fremstilling av ikke-vevet fibermateriale), inklusive syntetiske polymerfibre, kreves et koaguleringsmiddel.

Ved asbestfibre kreves imidlertid normalt ikke noe koaguleringsmiddel. En velkjent metode som anvendes ved maleanordningstilsatsjbeskrives i U.S. patent nr. 2.759.813, og den er basert på anvendelsen av natriumcitrat- og natriumlignosulfo-natoppløsninger. I U.S. patent nr. 3.7^8.223 beskrives en for-bedret metode for inkorporering av latexpolymer i.fibre i vanndispersjoner ved anvendelse i polymerlatexen av en .anionisk vannoppløselig polymer, slik som polyakrylsyre. Formålet med denne metode var å forbedre avsetningen av polymerer i fibrene. Ved alle disse fremgangsmåter er regulering av avvanningsevnen betydningsfull og forbedringer hva angår denne variable er ønskelig.

Ifølge foreliggende oppfinnelse reguleres avvanningsevnen (Canadian Standard Freeness) lett, spesielt ved as-bestfiberoppslemming, ved tilsats til fiberoppslemmingen før tilsetning av polymerlatexen av en liten mengde av en anionisk vannoppløselig polymer, hvoretter polymerlatexen tilsettes. Ved hjelp av denne forbedring kan avvanningsevnen reguleres lineært innen et intervall på ca. 800 ned til ca. 200 eller under dette, målt i Canadian Standard Freeness, med ønskede avvanningshastigheter. Fremgangsmåten kan anvendes på hvilken som helst latex som benyttes ved maleanordningstilsats til fibre.

Ved utførelsen av foreliggende oppfinnelse oppnås forbedringen lett ved at fiber-vannblanding først prepareres i en maleanordning eller raffinør for nedbrytning av fiberknippe-ne og ved at fiberoppslemmingen fortynnes til den nødvendige konsistens, den anioniske vannoppløselige polymer tilsettes, latexbindemiddel tilsettes og arket dannes.

Fibrene prepareres ifølge vanlig maleanordnings-metningsteknikk, og fibrene vil opptas i vann for dannelse av en oppslemming med konsentrasjonen (konsistensen) på ca. 0,5 - 3 % » hensiktsmessig ca..1,5 - 2,5 %• Når det gjelder asbest innføres fibrene i en maleanordning for oppbryting av fiber-knippene samt for minsking .av størrelsen, og dette kan også utføres i en raffinør. Fibre behandlet ifølge oppfinnelsen omfatter f. eks. asbestfibre og celluloseholdige fibre, såsom fibre av ved, lumpfibre, polyakrylnitrmlfibre, polyesterfibre, viskosefibre, nylon, bomull, sulfat- og sulfittfibre og lignende, som normalt benyttes for fremstilling av papp eller filtede produkter. Som angitt kreves ved asbestfibre normalt ikke noe ytterligere fellings- eller koaguleringsmiddel som tilsats, fordi latexbindemidler er tilsatt til fiberoppslemmingen. Det kan imidlertid være nødvendig å tilsette alun (alu-miniumsulfat) til andre fiberoppslemminger etter tilsetning av anionisk vannoppløselig polymer og latexbindemiddel. Foreliggende oppfinnelse er spesielt anvendelig ved regulering av avvanningsevnen hos behandlede asbestdispersjoner.

Inkorporeringen av syntetiske polymerlatexer i fib- • røse oppslemminger eller dispersjoner før dannelsen av et ark derav skjer ved våtende- eller maleanordningstilsats. Denne teknikk benyttes for inkorporering i fiberarket av mindre enn 1 til mer enn 50 % polymerinnhold, avhengig av arkets slutt-lige anvendelse. Regulert avsetning av latexpartiklene oppnås ved tilsetning av et koaguleringsmiddel, slik som alun i vann- oppløsning, til de fleste andre fibre enn asbest. Denne forbedring, nemlig anvendelse av anioniske, vannoppløselige, hydrofile polymerer, såsom polyakrylsyre, kan benyttes i forbindelse med flere forskjellige teknikker, inklusive direktetilsats,

den inverterte metode, Armstrong-metoden, kontinuerlig tilsats og lignende.

Ved direktetilsats' kan f. eks. oppslemmingens pH-■ verdi, etter at oppslemmingen er malt til ønsket avvanningsevne, innstilles til mellom 8,5 og 9, 0 med alkali, dersom en alkalisk latex skal tilsettes. Latexen tilsettes til masseopp-slemmingen og dispergeres ved drift av maleanordningen. Latexen kan fortynnes før tilsetningen. Etter at latexen er for-delt, tilsettes en 1 - 10-prosentig oppløsning av et koaguleringsmiddel, f. eks. alun, for koagulering av latexpolymeren, som er avsatt på fibrene. Med asbestmasse kreves imidlertid ikke alun. Ved den inverterte metode males oppslemmingen til ønsket avvanningsevne, pH-verdien minskes til 4,5 under anvendelse av alun, og fortynnet latex tilsettes . Armstrong-metoden er beskrevet i U.S. patentene nr. 2.375.245 og 2.613-190. Ved den kontinuerlige metode prepareres oppslemmingen, pH-verdien minskes til 4,5 med alun og latex tilsettes etter at oppslemmingen har forlatt maleanordningen. Det skal forstås at ved kom-mersielle metoder for latex våtendetilsats tilsettes latexen normalt så fortynnet som mulig i et punkt med maksimal omrør-ing med et totalt tørrstoffinnhold på ca. 10 - 60 %. I hvert tilfelle tilsettes den anioniske polymer før latextilsatsen.

Foreliggende oppfinnelse kan anvendes på hvilken som helst syntetisk polymerlatex som benyttes ved våtendetilsats til fibrøse oppslemminger, og forbedring vil derved oppnås såvel i fremgangsmåten som i det oppnådde arkformede produkt, spesielt i mer fullstendig avsetning og klart serum. Latexene omfatter slike av vinylidenmonomerer inneholdende minst en gruppe slik som vinykklorid, styren, vinylacetat, vinylidenklorid, akrylsyreestere, konjugert dien og lignende polymer- og sampolymerlatexer, som i og for seg kjent, spesielt latexer av elastomere polymerer. Slike latexer omfatter f. eks. latexer av alkylakrylatpolymerer og -sampolymerer, poly-kloropren, sampolymerer av butadien og akrylnitril, butadien og metylmetakrylat, butadien og vinylidenklorid, butadien og styren, vinylkloridpolymerlatexer, inklusive sampolymerer av vinylklorid og 5 - 40 deler sampolymerisert alkylakrylat og lignende. Typiske anvendbare latexer er beskrevet i "Synthetic Rubber", Whitby, 1954 og "Polymer Processes", Schildknecht, 1956.

Foreliggende oppfinnelse er spesielt hensiktsmessig for anvendelse i forbindelse med latexer som inneholder polymerer av butadien og alkylakrylat og sampolymerer derav. Alkylakrylatpolymerer er verdifulle ved tilveiebringelse av forbedrede fibrøse artikler som inneholder dispergerte alkylakrylatpolymerer. Ettersom visse akrylakrylater har en viss vann-oppløselighet, kan polymeriseringen derav for dannelse av latexer gjennomføres i nærvær av minimale mengder overflateaktive midler. På fibrøse materialer i vannholdig suspensjon har det vist seg vanskeligere å avsette latexer som har et lavt innhold av overflateaktivt middel eller som inneholder ikke-ionisk emulgeringsmiddel, enn latexer som inneholder større mengder ioniske overflateaktive midler. Slike polymerer omfatter homo-polymerer og sampolymerer av alkylakrylat, hvori alkylgruppene i akrylsyreestrene inneholder 1-8 karbonatomer. Forbedrede polymerlatexer fremstilles av sampolymerer av alkylakrylat og butadien sammen med vinylidenmonomerer, som inneholder ende-grupper CE^-^ spesielt inkluderes slike monomerer som styren, a-metylstyren, akrylnitril, metakrylnitril, etylmetakrylat, butylmetakrylat, metyletakrylat, akrylsyre, itakonsyre, vinylklorid, vinylidenklorid, vinylacetat og lignende. Slike polymerer kan også inneholde herdingssteder, som spesielt tilføres gjennom klorholdige monomerer, slik som vinylkloracetat, klor-propylakrylat, kloretylvinyleter, vinylbensylklorid og andre kjente sammonomerer.

Spesielt gode resultater oppnås med latexer av butadien-alkylakrylat inneholdende reaktive monomerer, f. eks. akrylamid og metakrylamid, t-butylakrylamid, oktylakrylamid og diacetonakrylamid, ,N-alkylolamider, slik som N-metylolakrylamid og N-metylolmetakrylamid, N-alkoxialkylakrylamider, inklusive N-etoximetakrylamid og N-butoximetakrylamid, a, 3-umettede karboksylsyrer inneholdende 3 - 8 karbonatomer, f. eks. akrylsyre og metakrylsyre, dikarboksylsyrer, slik som itakonsyre, og lignende. Normalt anvendes minst ca. 0,2 % av disse sammonomerer. Anvendbare er sampolymerer av etyl-, métyl-og butylakrylat inneholdende ca. en del hver av minst to slike sammonomerer, f. eks. N-butoximetylakrylamid og akrylamid, N-metylolakrylamid og akrylamid, N-metylolakrylamid og metakrylamid, ;'!N-metylolakrylamid og akrylsyre og lignende. Totalmeng-den av slike monomerer er normalt mindre enn ca. 10 % av sampolymeren.

De anioniske polymerer omfatter polyakrylsyrer med større molekylvekter enn ca. 1000, f. eks. 2000, og så meget som ca. 3-000.000. Polymerer med antallsmiddelverdi-molekylvekter på ca. 5000 - 300.000 vil normalt bli benyttet. Polyakrylsyren anvendes i mengder på 0,035 - 1>0 deler pr. 100 deler fibre. Vanligvis kreves ikke mer enn ca. 1 vektdel pr. 100 vektdeler fiber, men større me.ngder, f. eks. 3 - 5 deler, kan benyttes. Spesielt gode resultater er oppnådd når konsentrasjonen er ca. 0,1 - 0,5 deler. Mens så lave mengder som. 0,001 - 0,01 viser forbedrede resultater, gir større mengder,

f. eks. 0,03 og derover, vanligvis bedre resultater såvel hva angår fremgangsmåten som det oppnådde produkt. Andre polymere a,g-syrer kan benyttes så lenge som de er vannoppløselige, f. eks. polymetakrylsyre, polyitakonsyre og lignende. Sampolymerer av slike syrer kan også benyttes så lenge som sampolymeren er vannoppløselig. Disse polymerer kan inneholde andre vinylidenmonomerer med minst en endegruppe CH^C°6sampolymeriserte med denne så lenge som sampolymeren eller saltet derav er vann-oppløselig. Slike materialer inneholder mer enn 60 vektprosent syre og mindre enn 40 vektprosent andre sampolymeriserbare monomerer, slik som monovinylidenmaterialer, f. eks. alkylakrylat og lignende. Vannoppløselige alkalimetallsalter, slik som natriumpolyakrylat, kan benyttes og også ammoniumpolyakrylat.

Koaguleringsmidler, dersom slike anvendes, omfatter foruten foretrukket alun, vannoppløslige flerverdige metall-salter som benyttes innen teknikken, slik som kaliumsulfat, magnesiumsulfat og lignende.

Avvanningsevnen (Canadian Standard Freeness) er et mål på den letthet med hvilken vann passerer gjennom fibre, mens de formes ti.l et våtark på en perforert plate. Målean-ordningen (Canadian Standard Freeness Tester) består av en øvre beholder med et volum på 1 liter som holder fiber-vann- oppslemmingen, en perforert plate ved bunndelen, et bunnlokk, en hengselopphengt overdel og en kompresjonskran for lufttilførsel. Når bunnlokket åpnes og kranen er åpen, faller vannet som drenerer fra fibrene i den øvre beholder ned i en beholder av trakt-typen med en overstrømningsåpning på siden og strømmer gjennom standardåpningen i bunnen. Dersom vannet drenerer ned i trakten fra fibrene med større hastighet enn standardutløpet kan hånd-tere, strømmer overskuddet gjennom overstrømningsrøret og opp-samles i en gradert sylinder. Volumet av denne overstrømming, målt i ml, er kjent som avvanningsevnen målt i "Canadian Standard Freeness".

Eksempel 1

For å demonstrere utførelsen av oppfinnelsen ble asbestfibre og vann blandet i en maleanordning og fortynnet til en oppslemmingskonsentrasjon på 2 % . Varierende mengder av en 0,5_prosentig vannoppløsning av natriumpolyakrylat med en molekylvekt på ca. 180.000 - 220.000 ble tilsatt til oppslemmingen. En polymerlatex fortynnet til en konsentrasjon på 20<;->$, av en sampolymer på ca. 33 % akrylnitril og 6'7 % butadien ble'deretter tilsatt til oppslemmingen. Polymerkonsen-trasjonen i latexen, beregnet på tørrvektbasis, vil normalt variere i området 10 - 30 %, fortrinnsvis 15 - 25 %. Mengden av natriumpolyakrylat, utfellingstiden, avvanningsevnen, dre-nering og arktykkelse, densitet, strekkstyrke i tørr tilstand og mengden av natriumpolyakrylat er vist i tabell I.

Det er tydelig at god avvanningsevneregulering oppnås ved foreliggende forbedrede fremgangsmåte uten at det går på be-kostning av dreneringstid ved samme avvanningsevne til minskede omkostninger sammenlignet med andre systemer. Av betydning sett fra et miljøvernssynspunkt er at natriumpolyakrylat fjernes fra vannet sammen med fibrene, mens saltene, slik som natriumcitrat og diammoniumetylendiamintetraeddiksyre, er tilbake i vannet og utgjør et avfallsproblem. En ulempe med at saltene blir tilbake i vannet er om, slik som i mange papirblandinger, vannet må tilbakeføres, idet slike salter som natriumcitrat da vil bevirke en forskyvning ved tilveiebringelsen av avvanningsevneregulering. Når dette eksempel ble gjentatt med en latex av en sampolymer av en hoveddel n-butylakrylat og omtrent like deler akrylnitril, akrylamid og N-metylolakrylamid med en be-gynnelsesavvanningsevne på 750 CSF sammen med natriumpolyakrylat ifølge eksempel 1, ble det oppnådd et avvanningsevneinter-vall på- 750 - 160 CSF.

Eksempel 2

For å illustrere fordelene med tilsetning av natriumpolyakrylat til oppslemmingen og deretter tilsats av polymerlatexen i stedet for tilsats av natriumpolyakrylat til latexen, ble det utført to forsøk. Ved det første forsøk ble natriumpolyakrylat tilsatt i en mengde på 0,5 % til oppslemmingen og deretter latexen ifølge eksempel 1, og avvanningsevnen i CSF ble bestemt mot ml 0,5-prosentig natriumpolyakrylat. Som sam-menligning ble det tilsatt en ekvivalent mengde natriumpolyakrylat til samme latex som i eksempel 1, og avvanningsevnen i CSF ble bestemt. Verdiene ble følgende:

Eksempel 3

En annen serie forsøk med asbestfiberdispersjoner ble utført ifølge eksempel 1 under anvendelse av en polymerlatex inneholdende en sampolymer av 67 % butadien og 33 % akrylnitril, hvorved denne latex hadde en avvanningsevne på 78O CSF ved for-søk uten polyakrylsyre. Som i eksempel 1 ble det benyttet en tilsetning på 20 % polymert bindemiddel. I følgende tabell vises egenskapene hos polyakrylsyren, som fri syre eller salt, og molekylvekten. I tabellen vises også volumene av 0,5-prosentig oppløsning av den i vann benyttede polyakrylsyre, utfellingstiden i minutter, avvanningsevnen i CSF og dreneringstiden iSekUn-der. TH-f-l 1 _ />„,,_„•„„.„_

Ytterligere forsøk ble foretatt med. 0 ,25-vektprosen-tig polyakrylsyre og kaliumsaltet derav. Resultatene vises i det følgende:

Andre fordeler som oppnås ved hjelp av foreliggende nye fremgangsmåte sammenlignet med den kjente anvendelse av polyakrylsyre i latex er at med visse latexer, spesielt slike som benytter fettsyre- eller harpikssyrebaserte emulgerings-midler, kan det oppstå stabilitetsproblemer når polyakrylsyre eller natriumpolyakrylat tilsettes dertil, og det kan i denne forbindelse være nødvendig med spesielle forsiktighetsforan-staltninger for å forhindre tap av polymer ved dannelse av koagulat. Dette problem elimineres ved tilsetning av polyakrylsyren eller saltet derav til oppslemmingen før tilsatsen av latex.

En ytterligere fordel med oppfinnelsen er den til-pasningsevne som oppnås sammenlignet med tilsats av anionisk reguleringsmiddel til latexen. Derved tapes tilpasningsevnen. Bare en tykkelses- eller densitetstype av ark ville kunne fremstilles av en latex som inneholder en gitt mengde anionisk tilsatsmiddel. Por oppnåelse av forskjellige arktykkelser må hver latex således sammensettes separat. Ifølge oppfinnelsen oppnås lett den avvanningsevne som henfører seg til tykkelsen eller densiteten hos det ønskede ark ved variasjon av tilsatsen av polyakrylsyre eller dens salt til oppslemmingen, slik at samme latex kan anvendes uavhengig av den ønskede arktykkelse. Det vil i ethvert tilfelle forstås at når først polymeren er avsatt på fiberpartiklene, så lar et ark av belagte fibre seg deretter lett dannes på konvensjonell papirfremstillingsapparatur, slik

som en rundviremaskin eller planviremaskin.

Som angitt ovenfor er oppfinnelsen spesielt anvendelig med asbestoppslemminger hvorved man tidligere har hatt prob-lemer ved behandlingen av slike materialer med polymerlatexer på grunn av tilstedeværelsen i oppslemmingen av betydelige mengder metallioner. Man har forsøkt mange metoder for å løse dette problem ettersom det angår reguleringen av avvanningsevnen. Sammenlignet med disse kjente metoder gir foreliggende oppfinnelse overlegen avvanningsevneregulering, slik det fremgår av ek-semplene, og en større fleksibilitet hva angår valget av bindemiddel. En spesiell fordel er at polyakrylsyren eller alkali-metallsaltet derav er alt som kreves og at noen ytterligere bestanddeler ikke er nødvendige. Det var overraskende å finne at en kombinasjon av natriumpolyakrylat og etylendiamintetra-eddiksyre var helt utilfredsstillende. En 5-prosentig oppløs-ning bragte f. eks. ikke avvanningsevnen til å falle under 500 ml CSF.

Fiberark som er dannet ifølge oppfinnelsen med angitt latexsammensetning har et godt utseende og god avvannings-hastighet, hvorved det ikke skjer noen klebing til vire eller filt. De tørre ark har god strekkstyrke. Det uvanlig brede avvanningsevneinterval på ca. 800 - 200 CSF i en eneste latex med ønskede avvanningshastigheter oppnås lett når den benyttede latex viser en høyere avvanningsevneverdi enn ca. 600 ml CSF

i fravær av anionisk tilsatsmiddel.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av fiberark med poly-merlatexpartikler avsatt på fibrene, hvorved is <y> nt etiske_ polymer- .. latexer tilsettes xtil fiberoppslemminger eller -dispersjoner ved våtendetilsats før dannelsen av et ark derav ved koagulering, karakterisert ved at det til dispersjonen før tilsatsen av polymerlatexen pr. 100 vektdeler fiber tilsettes mer enn 0,01 og mindre enn 5 deler av en anionisk, vannopp-løselig, hydrofil polymer med større molekylvekt enn ca. 1000.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den anioniske, vannoppløselige, hydrofile polymer tilsettes i mengder på ca. 0,05 - 1 vektdel og at den anioniske polymer utgjøres av en vannoppløselig polymer av akrylsyre, metakrylsyre, itakonsyre eller vannoppløselige salter derav.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den anioniske polymer er polyakrylsyre eller et ammonium- eller alkalimetallsalt derav med en molekylvekt på ca. 2.000 - 300.000 i en mengde på ca. 0,035 - 1 vektdel pr.

100 vektdeler fiber.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene l-3>karakterisert ved at fiberoppslemmingen er en oppslemming av asbestfiber.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at latexen inneholder en butadienpolymer.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at polymeren er en sampolymer av butadien og akrylnitril.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5j karakterisert ved at polymeren er en sampolymer av butadien og styren.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at latexen inneholder en polymer av et alkylakrylat.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at den anioniske polymer er natriumpolyakrylat.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at alkylakrylatet er etylakrylat.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at latexen inneholder en polymer av vinylklorid.