NO761833L

NO761833L -

Info

Publication number: NO761833L
Application number: NO761833A
Authority: NO
Inventors: V M Rasicci; R N Swanson; P A Clotz
Original assignee: Goodrich Co B F
Priority date: 1975-05-29
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1976-11-30
Also published as: FI761522A; US4022734A; FR2312594B1; CA1082404A; DE2623957A1; SE7605984L; FR2312594A1; BE842330A; NL7605759A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av fiberark med polymere latekspartikler avsatt på fibrene, hvorved syntetiske polymerlatekser tilsettes til fiberoppslemmingen eller -dispersjonen ved våtendetilsetning før dannelsen av ark derav ved koagulering.

US-patent nr. 3.093-609 beskriver en vannholdig dispersjon av et organisk bindemiddel i partikkelform i en lateks, hvilken dispersjon inneholder et emulgeringsmiddel som utgjøres av sulfonerte anioniske midler eller ikke-ioniske midler sammen med et vannoppløselig salt av en alifatisk polykarboksylsyre inneholdende minst 36 karbonatomer. Dette system krever fravær av standardiserte emulgeringsmidler. Dette system gir vannholdige dispersjoner (ikke latekser) av partikkelformede organiske bindemidler for avsetning på papirfibre og systemet er mangelfullt hva angår regulering av avvanningsevnen.

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret fremgangsmåte hvorved det ved tilsetningsmetoden ved maling av fibre, spesielt tilsetning til maling av asbestfibre, oppnås en høy avvanningsevne (Canadian standard freeness) og en bred respons hva angår avvanningsevnen fra en enda lagringsstabil lateks,

slik at fibermasser med varierende densitet lett fremstilles fra en eneste lateks ved anvendelse av en polymerlateks som inneholder både et vannoppløselig alkalimetallsalt av en flerbasisk fettsyre av dimere og trimere derivater av oljesyre, linolensyre og konjugerte linolensyrer for fremstilling av materialer inneholdende 36-5^ karbonatomer, og et vannoppløselig alkalimetallsalt av derivater av 2-alkylimidazoliner med den generelle formel:

hvor Y er H eller et alkalimetall og X er

Ved utøvelsen av foreliggende oppfinnelse oppnås det lett en forbedring ved at man først fremstiller en fiber-vann-blanding av asbest, cellulosepolymer og lignende fibre i en maleanordning eller raffinør for nedbrytning av fiberknippene, fortynner tilsatsen til nødvendig konsentrasjon, tilsetter lateksbindemidlet og danner arket.

Fibre fremstilles ifølge vanlig maleanordning-metningsteknikk og fibrene vil opptas i vann for dannelse av en oppslemming med en konsentrasjon (konsistens) på ca. 0,5-3 %, fortrinnsvis ca. 1,5-2,5 %. For asbest innføres fibrene i en maleanordning for oppbrytning av fiberknippene til deres bestanddeler samt minsking av størrelsen og dette kan også skje i en raffinør. Fibre behandlet ifølge oppfinnelsen omfatter f.eks. asbestfibre og celluloseholdige fibre, inklusive fibre av ved, lumpfibre, polyakrylnitrilfibre, viskosefibre, nylon, bomull, sulfat- og sulfittmasse og lignende, som normalt benyttes for fremstilling av papir eller filtede produkter. Som nevnt tidligere kreves det for asbestfibre normalt ikke noe ytterligere fellings- eller koaguleringsmiddel som skal tilsettes etter at lateksbindemidlet er tilført til tilsatsen. Oppfinnelsen har spesiell anvendbarhet ved regulering av avvanningsevnen (Canadian freeness) hos behandlede asbestdispersjoner. Det kan imidlertid være nødvendig å tilsette alun (aluminiumsulfat) til andre fiberoppslemninger for koagulering.

Innkorporeringen av syntetiske polymerlatekser i fibrøse oppslemminger eller dispersjoner før dannelsen av et ark derav skjer ved våtendetilsetning eller maleanordningstilsetning. Denne teknikk anvendes for innkorporering i fiberarket av mindre enn 1 % opp til mer enn 50 % polymer, avhengig av arkets slutt-lige anvendelse. Regulert avsetning av latekspartiklene oppnås ved tilsetning av et koaguleringsmiddel, slik som alun

(aluminiumsulfat) i vannoppløsning til andre fibre enn asbest.

De nye lateksene kan benyttes ifølge flere metoder, inklusive direkte tilsetning, den inverterte metode, Armstrong-metoden, kontinuerlig tilsetning og lignende.

Ved direkte tilsetning, etter at tilsatsen er malt til ønsket avvanningsevne, innstilles massens pH-verdi på 1,5_ 9,0 med alkali.. Lateksen tilsettes til massen og dispergeres ved drift av maleanordningen. Lateksen kan fortynnes før tilsetningen. Etter at lateksen er dispergert, tilsettes en 1-10 % ±g oppløsning av et koaguleringsmiddel, f.eks. alun, for koagulering av latekspolymeren som avsettes på fibrene. Ved den inverterte metode males tilsatsen til ønsket avvanningsevne, pH-verdien minskes til 4,5 under anvendelse av alun og fortynnet lateks tilsettes. Armstrong-metoden beskrives i US-patentene 2.375.245 og 2.613-190. Ved den kontinuerlige metoden fremstilles tilsatsen, pH-verdien minskes til 4,5 med alun og lateks tilsettes etter at tilsatsen har forlatt maleanordningen. Ved kommersielle metoder for våtendetilsats av lateks skal det forstås at lateksen normalt tilsettes så fortynnet som mulig ved et punkt med maksimal omrøring i en mengde på ca. 10-60 % totalt tørrstoff. I hvert tilfelle tilsettes den anioniske polymer før latekstilsetningen.

Foreliggende oppfinnelse kan benyttes på hvilken som helst syntetisk polymerlateks av vinylidenmonomerer inneholdende minst en endegruppering CH2\, hvilken lateks anvendes ved våtendetilsetning til fibrøse oppslemninger, og forbedring vil oppnås derved såvel ved fremgangsmåten som hos det oppnådde arkformede produkt, spesielt ved mer fullstendig avsetning av klart serum. Disse monomerer og polymerer derav omfatter vinylklorid, styren, vinylacetat, vinylidenklorid, akrylsyreestere, konjugerte diener og lignende polymerlatekser, som i og for seg kjent, spesielt latekser av elastomere polymerer. Slike latekser omfatter f.eks. latekser av alkylakrylatpolymerer og -sampolymerer, polykloropren, sampolymerer av butadien og akrylnitril, butadien og metylmetakrylat, butadien og vinylidenklorid, butadien og styren, vinylkloridpolymerlatekser, inklusive sampolymerer av vinylklorid og 5-40 deler sampolymerisert alkylakrylat og lignende. Typiske anvendbare latekser er beskrevet i "Synthetic Rubber", Whitby, 1954 og "Polymer Processes", Schild-knecht, 1956.

Foreliggende oppfinnelse er spesielt hensiktsmessig ved anvendelse av latekser som inneholder polymerer av butadien eller alkylakrylat og sampolymerer derav. Alkylakrylatpolymerer er verdifulle ved tilveiebringelsen av forbedrede fibrøse gjen-stander som inneholder alkylakrylatpolymerene dispergert derpå. Ettersom noen alkylakrylater har en viss vannoppløselighet, kan polymerisering derav for dannelse av latekser gjennomføres i nærvær av minimale mengder overflateaktive midler. I noen sys-temer har man erfart større vanskeligheter ved tilstrekkelig avsetning av latekser som inneholder emulgeringsmidler, som er ikke-ioniske eller inneholder lav overflateaktivitet, på fibrøse materialer i vannholdig suspensjon, enn med latekser som inneholder større mengder ioniske overflateaktive midler. Slike polymerer omfatter homo- og sampolymerer av alkylakrylater, hvori alkylgru-ppen i alkylsyreestrene inneholder 1-8 karbonatomer. Forbedrede polymerlatekser fremstilles av sampolymerer.av alkylakrylat og butadien med vinylidenmonomerer inneholdende minst en endegruppe CE^CC inklusive spesielt slike monomerer som styren, a-metylstyren, akrylnitril, metakrylnitril, etylmetak-rylat, butylmetakrylat, metyletakrylat, akrylsyre, itakonsyre, vinylklorid, vinylidenklorid, vinylacetat og lignende. Slike polymerer kan omfatte vulkaniseringssteder som vanligvis tilføres med klorholdige monomerer, slik som vinylkloracetat, klorpropyl-akrylat, kloretylvinylefeer, vinylbenzylklorid og andre kjente sammonomerer.

Meget gode resultater oppnås med latekser av butadien eller alkylakrylat inneholdende så meget som 20 % reaktive monomerer, f.eks. akrylamid og metakrylamid, t-butylakrylamid, oktyl-akrylamid og diacetonakrylamid, N-alkylolamider, slik som N-metylolakrylamid og N-metylolmetakrylamid, N-alkoksyalkylakryl-amider, inklusive,f.eks. N-etoksymetakrylamid og N-butoksymet-akrylamid og a,3-umettede karboksylsyrer inneholdende 3-8 karbonatomer inklusive f.eks. akrylsyre og metakrylsyre, dikarboksyl-syrer slik som itakonsyre og lignende. Normalt benyttes minst ca. 0,2 % av disse sammonomerer. Anvendbare er sampolymerer av etyl-, metyl- og butylakrylat inneholdende omkring en del hver av minst to slike sammonomerer, f.eks. N-butoksymetylakrylamid og akrylamid, N-metylolakrylamid og akrylamid, N-metylolakrylamid og metakrylamid, N-metylolakrylamid og akrylsyre og lignende. Totalmengden av slike sammonomerer er normalt mindre enn ca. 10 % av sampolymeren.

En av de nødvendige bestanddeler som finnes i binde-middeldispersjonen er et vannoppløselig salt av en alifatisk polykarboksylsyre inneholdende minst 36 karbonatomer. Disse syrer illustreres best av ammonium- og alkalimetalldimeriserte og trimeriserte fettsyrer, hvilke er lett tilgjengelige. Disse syrer fremstilles ved varmepolymerisering av "tørkende olje"-syrer, som utføres i en trykkbeholder i nærvær av vann i form av damp. De oppnådde sammensetninger inneholder dimer og trimer og kan inneholde monomer. Slike produkter er kjent som dimeriserte fettsyrer og vil i alminnelighet ha et jodtall på ca. 90 og et syretall på ca. 190. Den dimeriserte syre selv er vesentlig en dikarboksylsyre med 36 karbonatomer, som er oppnådd ved dimeri-sering av linolensyre fra soya-, bomullsfrø-, mais- og linfrø-oljer. Produktet betegnes ofte som dilinolensyre. De dimeriserte syrer og de trimeriserte syrer, som resulterer fra den beskrevne trykkprosess, kan separeres eller ytterligere konsent-reres etter ønske. Som en ytterligere variasjon av de dimere og trimere syrer kan hvilken som helst resterende umettethet i karbonkjeden fjernes ved hydrogenering. De er polymeriserte fettsyrer med lang kjede inneholdende flere polykarboksylsyre-grupper og inneholdende minst 36 karbonatomer, hvilke syrer skal tilsettes- i form av deres alkalimetallsalter til bindemiddel-dispersj onen.

Disse polykarboksylsyrer har grunnstrukturen:

Dimer (tobasisk C^g)

I de kommersielt tilgjengelige dimer-trimere fettsyrer varierer forholdet tobasisk dimer syre med 36 karbonatomer, trebasisk dimer syre med 54 karbonatomer og enbasisk fettsyre med 18 karbonatomer fra ca. 10 % av den dimere syre til ca. 97 % og ca. 3 - ca. 90 % av den trimere' syren og ca. "0 - ca. 10 % av den enbasiske syren. Andelene i typiske kommersielle materialer som prosent enbasisk syre, dimer syre og trimer syre er eksempelvis 0-97-3, 10-87-3, 1-95-4, 0,87-13, 0-83-17, 0-75-25, 0-20-80, 0-10-90, 0-40-60.

Foretrukne polykarboksylsyrer er slike som inneholder den dimere og trimere syren, dvs. tobasiske materialer med 36 karbonatomer og materialer med 54 karbonatomer. Mens forbedrede resultater oppnås når den flerbasiske syren inneholder så lite som ca. 20 % av syre med 36 karbonatomer, er det foretrukket at den flerbasiske syren inneholder mer enn 50 % C-^g-C^ dimer og/ eller trimer syre, fortrinnsvis mer enn ca. 80 vekt-%. For oppnåelse av større spillerom ved reguleringen av avvanningsevnen (Canadian standard freeness) i polymerlatekser ved tilsetning til en maleanordning, oppnås meget gode resultater når de flerbasiske syrene som inneholder varierende mengder dimer og trimer syre, anvendes sammen med definerte alkalimetallsalter av det definerte 2-imidazolinderivat, hvorved minst ca. 1 vekt-% hver av disse to bestanddeler anvendes. Når forholdet trimer/ dimer øker i et spesielt system, vil vanligvis avvanningsevne-intervallet bli høyere. Bedre resultater oppnås vanligvis med større mengder ved anvendelse som eneste stabiliserende middel eller ved tilsetning .til polymerlatekser som inneholder andre emulgeringssystemer som ikke utfellés når det vannoppløselige flerbasiske salt og vannoppløselige salter av 2-imidazolin derivatet tilsettes til slike polymerlatekser. Disse materialer kan anvendes ved hvilken som helst alkalisk friradikalemulsjons-polymerisering og tilsettes til hvilken som helst polymerlateks hvis emulgeringssystem er stabilt ved tilsetning av disse materialer.

De vannoppløselige 2-alkylimidazolinderivater har den generelle formel:

hvor X er et alkalimetall eller gruppen hvor Y er et alkalimetall og hvor R er en alkylgruppe avledet fra en fettsyre inneholdende ca. 6 - ca. 20 karbonatomer. Spesifike imidazoliner er monokarboksylater eller dikarboksylater med formelen:

hvor i monokarboksylatet (I) R er en alkylkjede inneholdende 7-17 karbonatomer, slik som lauryl (C-^t^-^)»^ ^^-^ er ^ en alkylkjede slik som en olj esyre-(C-^H^ ) , stearinsyre-(C-^H^,,-) og kaprin-syregruppe (C^H^), dvs. fra 7-17 karbonatomer, og i (III) er R alkyl, slik som kapryl (CyH-^), en kokosnøttgruppe (^2^25)

(Cg-C-^g karbonatomer), en kapringruppe (C^H-^g) og lignende. R kan normalt inneholde ca. 6 - ca. 20 karbonatomer, fortrinnsvis ca. 10-18 karbonatomer. Ammonium- og alkalimetallsalter blir normalt benyttet.

Mengdene av disse syrer og salter vil variere i mengde, slik at totalmengden av begge er minst ca. 1 og mer enn 0,1 vektdel av hver pr. 100 vektdeler monomer eller polymer i en gitt lateks, hvorved mengdene normalt vil være større enn ca.

0,5 - ca. 6 vektdeler av hver.

Ifølge oppfinnelsen reguleres avvanningsevnen i for-hold til det ønskede arkets tykkelse eller densisitet lett ved anvendelse av polyakrylsyre, slik at ark med ønsket tykkelse dannes. Det vil forstås at såsnart polymeren er avsatt på fiber-partiklene, så kan et ark av den belagte fiber deretter lett dannes på en konvensjonell papirmaskin, slik som en rundvire-maskin eller planviremaskin. Som angitt er oppfinnelsen av spesiell anvendbarhet ved asbest-tilsats, der problemer tidligere har blitt iakttatt ved behandling av slike materialer med polymerlatekser på grunn av tilstedeværelsen i tilsatsen av betyde-lige mengder metallioner.

Avvanningsevnen (Canadian standard freeness) er et mål for den letthet med hvilken vann passerer gjennom fibere, mens de formes til en våt matte på en perforert plate. Prøvnings-anordningen (Canadian standard freeness-tester) består av en øvre beholder med et volum pål liter, som holder fiber-vann-oppslemmingen, en perforert plate ved bunnen, et bunnlokk, en hengselforsynt overdel og en hane for lufttilførsel. Når bunn-lokket åpnes og hanen åpnes, faller vannet som drenerer fra fibrene i den øvre beholder i en mottagningsanordning av trakt-typen med et overstrømningsutløp på siden, og strømmer gjennom en standardisert åpning i bunnen. Dersom vannet drenerer i trakten fra fibrene med større hastighet enn det som kan passere gjennom standardutløpet, strømmer overskuddet gjennom overstrømningsrøret og oppsamles i en gradert sylinder. Volumet av dette avløp, målt i ml, er kjent som avvanningsevne ifølge Canadian standard - freeness.

Eksempel 1

Flere latekser ble fremstilt ifølge de i tabellen angitte reaksjonsmengder. Alle deler er vektdeler pr. 100 vektdeler monomer.

Reaksjonen ble gjennomført ved 8°C i 2 4 timer for oppnåelse av vesentlig fullstendig omdannelse. Til en del av lateksen ble det tilsatt 1 vektdel av et monokarboksylat-2-imidazolinderivat, hvori R er avledet fra kokosnøttolje og inneholder 8-18 karbonatomer med gjennomsnittlig 12-14 karbonatomer. Avvanningsevnen ifølge Canadian standard freeness hos disse latekser ble bestemt etter tilsetning av 5 $ig natriumcitrat-oppløsning i angitte mengder til en asbestoppslemning og deretter ble lateksen tilsatt i mengder på 20 % av- asbesten.

Eksempel 2

En annen butadien-akrylonitrillateks inneholdende 67,2 % buta-1,3-dien, 32,8 % akrylnitril og polymerisert med 4,0 vekt-% kalium-flerbasisk syre inneholdende 75 % dimer syre og 25 % trimer syre, ble behandlet ved tilsetning dertil av 1,5 vektdeler av et natriumsalt av en dikarboksylimidazolin av kapryl-syre, hvori R er C^H-^. Avvanningsevnen som ble oppnådd ved tilsetning av 0, 10, 20 henholdsvis 30 ml 5 %ig natriumcitrat er følgende: Kontrollprøven ved 0 hadde 780 ml Canadian standard freeness, ved 10 ble det oppnådd 710 ml, og ved 30 ca. 375 ml. Ved imidazolintilsetningen ble det oppnådd en rett kurve i mot-setning til kontrollprøven som ikke inneholdt imidazolinderivatet og dreneringsevne-verdiene var ved tilsetning 0: 775 ml Canadian standard freeness, ved 10 ml: 650 ml, ved 20 ml: 535 ml og ved 30 ml: 410 ml Canadian standard freeness.

Eksempel 3

En annen serie polymerlatekser ble fremstilt ifølge eksempel 1, hvorved såvel saltet av flerbasisk syre som 2-imidazolinderivatet var tilstede ved polymeriseringen fra begynnelsen. Polymeriseringssammensetningen ifølge eksempel 1 ble benyttet og mengdene og typene av flerbasiske syrer og 2-imidazolinderivat er angitt i følgende tabell:

Disse latekser ble deretter prøvet med hensyn til dreneringsevne når de angitte mengder natriumcitratoppløsning ble tilsatt med de i nedenstående tabell angitte resultater.

Eksempel 4

Dette eksempel viser reguleringen av avvanningsevnen for en polymerlateks av et alkylakrylat, hvorved polymeren inneholder ca. 75 % etylakrylat, 21 % metylmetakrylat og 4 % akrylnitril. Forsøk 1 inneholdt kaliumsaltet, et flerbasisk materi-ale inneholdende 40 % dimer, 60 % trimer, tilsatt i mengder på 2,5 vektdeler. Forsøk nr. 2 inneholdt samme polykarboksylsyre-salt i samme mengde og dessuten 1 vektdel av natriumsaltet av kokos-2-imidazolinderivatet og forsøk nr. 3 inneholdt 2,5 vektdeler kalium-flerbasisk syre inneholdende 75 % dimer, 25 % trimer og 1 vektdel 2-imidazolinderivat. Dette viser såvel den forbedring som ble oppnådd når både flerbasisk syre og 2-imidazolinderivat er tilstede, og at uventet forbedret regulering av

Claims

avvanningsevnen oppnås med flerbasiske syrer inneholdende større mengder dimer syre. Verdiene som ble oppnådd ved tilsetning av angitt antall ml 5 %ig natriumcitratoppløsning og de oppnådde avvanningsevne-verdier er vist i nedenstående tabell.

For ytterligere å illustrere den avvanningsevne som oppnås ved varierende mengder av disse tilsetningsmidler, ble det laget to prøver av denne lateks, (1) inneholdende 0,5 vektdeler 2-imidazolinderivat og 1,8 vektdeler flerbasisk salt og (2) 1 vektdel av 2-imidazolinderivatet og 2,5 vektdeler av kalium-flerbasisk syre. Den flerbasiske syre inneholdt 75 % dimer og 25 % trimer. Ved 0 ml natriumcitrat var avvanningsevnen ved forsøk nr. 1 820 ml CSF og ved forsøk nr. 2, 795 ml CSF, ved 20 ml og forsøk nr. 1 var avvanningsevnen ca. 795 ml CSF, og ved forsøk nr. 2 700 ml CSF; ved 30 ml var avvanningsevnen ved. forsøk nr. 1 ved 700 ml CSF og ved forsøk nr. 2 ved 650 ml CSF, ved 40 ml var avvanningsevnen ved forsøk nr. 1 ca. 530 ml CSF og ved forsøk nr. 2, 400 ml CSF. Fiberark som fremstilles ifølge oppfinnelsen har god avvanningsevne og godt utseende og det skjer ikke noen gjen-tetning av sikt eller filt. De tørre arkene har god strekk-styrke . 1. ■ Fremgangsmåte ved fremstilling av fiberark med polymerlatekspartikler avsatt på fibrene, hvorved syntetiske polymerlatekser tilsettes til fiberoppslemningen eller -dispersjonen ved våtendetilsetning før dannelsen av ark derav ved koagulering,karakterisert vedat det til dispersjonen tilsettes en lagringsstabil polymerlateks med et bredt intervall av avvanningsevne-respons og omfattende en vannholdig dispersjon-av polymerer og stabiliserende mengder av vannoppløselige, flerbasiske fettsyrer inneholdende 36-54 karbonatomer og et vannoppløselig 2-alkylimidazolinderivat med formelen: hvor X er et alkalimetall eller

hvor Y er H eller et alkalimetall, og hvor R er en alkylgruppe avledet fra en fettsyre med ca. 6 - ca. 20 karbonatomer.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat polymeren er en polymer av minst en polymeri-serbar vinylidenmonomer inneholdende en endegruppe CE^^ Z , at polykarboksylsyrene er dimere og trimere med grunnformlene: og at R i imidazolinderivatet inneholder ca. 7 - ca. 18 karbonatomer og såvel den flerbasiske syren som imidazolinderivatet er tilstede i en mengde på ca. 0,1 vekt-%, beregnet på polymeren, og at det er totalt minst ca. 1 vekt-% av de to i lateksen i form av alkalimetallsalter.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den flerbasiske syren inneholder ca. 5-90 vekt-% trimer syre med 54 karbonatomer og ca. 10 - ca. 95 vekt-% dimer syre, og at R i imidazolinderivatet i middel inneholder ca. 7-11 karbonatomer.
4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3,karakterisert ved- at fiberoppslemmingen er en oppslemming av asbestfibre.
5- Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat polymeren er en polymer av en alkylakrylatester.
6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisert vedat polymeren er en buta-1,3-dienpolymer.
7- Fremgangsmåte ifølge krav 55karakterisert vedat lateksen inneholder en polymer av en alkylakrylatester og at det deri finnes tilstede minst 0,5 vektdeler hver av den flerbasiske syre og imidazolinderivatet.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat lateksen inneholder en polymer av buta-1,3-dien og at det deri finnes minst 0,5 vektdeler hver av den flerbasiske syren og imidazolinderivatet.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat polymeren er en etylakrylatpolymer.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat polymeren er en sampolymer av buta-1,3-dien og akrylnitril.