NO832277L - Papir for gipsplater og fremgangsmaate til dets fremstilling - Google Patents

Description

Papir for gipsplater og fremgangsmåte til dets fremstilling

Oppfinnelsen angår et papirdekkark som er egnet for bruk

på gipsplater, en fremgangsmåte til fremstilling av papiret og anvendelse av dette.

Plater som består av en støpt gipskjerne og papirdekkark, finner utstrakt anvendelse i byggefaget. Produktet kan ha form av en veggplate, en lekte eller lignende. Ved fremstilling av slike gipsplater blir forsidepapiret vanligvis trukket over et formebord, en oppslemning av vann og gips fordelt over papirarket og baksidedekkarket påført før oppslemningen er stivnet. Platen blir deretter skåret til ønsket størrelse og tørket i en ovn. Ved bruk blir platen tilskåret ved rilling og knekking eller ved saging, hvoretter den settes fast på veggen ved hjelp av klips, stifter, skruer eller lim.

Styrken og andre egenskaper av den ferdige gipsplate avhenger i en vesentlig grad av de anvendte papirdekkark. Arkene må tillate fremstilling av platen innenfor snevre toleranser, ha høy styrke og en egnet overflatebeskaffenhet, lett kunne tørkes og gi god binding med gipskjernen.

Innlemmelsen av en mindre andel mineralfibre i det cellu-losematerialet som benyttes for fremstilling av dekkarkene, kan forbedre disse, slik det er beskrevet i US-A 3 562 097 og 4 020

237, som beskriver at arkene fremstilles ved at cellulose- og mineralfibre dispergeres hver for seg i vann, at de to dispersjoner kombineres i ønsket forhold, og at de kombinerte dispersjoner endelig formes til en papirbane på en rundviremaskin. Fordelene ved å innlemme minerallullfibre er at der oppnås en forbedret avvanning av massen, bedre porøsitetsverdier av arkene og raskere tørking av papiret og platene.

Papir som inneholder mineralfibre, har imidlertid vist seg

å være utilfredsstillende som dekkark på gipsplater p,g.attre hovedproblemer. Først og fremst har bruken av mineralfibre medført en altfor stor mengde av ikke tilbakeholdt granulat (partikler av smeltet og deretter .stivnet slagg) som forurenser papirmaskinsystemet. Granulatet blir utfelt i tanker og beholdere og avleiret på virene. Videre har der funnet sted en reduksjon i den fysiske styrke tilnærmet proporsjonalt med den tilsatte mengde mineralfibre. Endelig har spredningen av mineralfibre vært dårlig,

noe som har ført til for sterk oppbrytning og forkortelse av mineralfibrene ved blanding.

I henhold til oppfinnelsen er der skaffet en vandig oppslemning som inneholder en hovedandel cellulosefibermasse og en mindre andel mineralullfibre, og som innbefatter lateksbindemiddel, flokkuleringsmiddel og cellulosegel såsom kraftpapir/avispapir-gel. Mineralullfibrene kan lett dispergeres i oppslemningen uten ødeleggelse av fibrene og uten frigjøring av granulat. Papir fremstilt fra en slik oppslemning har gode egenskaper for bruk som papirdekkark ved fremstilling av gipsplater.

I henhold til en annen side ved oppfinnelsen blir der anvendt en hydratisert gel dannet fra kraftpapir eller lignende papir, (f.eks. en mengde på 1—10%) som et middel til å disper-gere mineralullen i oppslemningen. Gelen beskytter mineralfibrene mot den skarpe dispersjonsvirkning og bidrar således til å bevare fibrenes opprinnelige lengde. Et ark som inneholder mineralfibre med god fiberlengde, har forbedret arkvolum, noe som hindrer dannelsen av små huller som er meget fremherskende i granulat-fylt mineralfiberpapir fremstilt ved tidligere kjente fremgangsmåter. Der fås også en forbedret arkdannelse. Oppfinnelsen innbefatter fortrinnsvis å flokkulere det suspenderte granulat i papirmassesystemet under bruk av latekser og flokkuleringsmidler. Sammen med det forhold at mineralfibrene har større fiberlengde medfører dette gode resultater med hensyn til suspensjon av granulatet i oppslemningen, jevn fordeling av granulatet i arket og unngåelse eller reduksjon av granulatforurensing i papirfrem-stillingssystemet.

De etterfølgende eksempler er ment å belyse oppfinnelsen, men er ikke ment å skulle være begrensende for oppfinnelsens rekkevidde.

Eksempler 1— 5

Håndark ble fremstilt i henhold til TAPPI-metode T-205.

I henhold til denne metode ble 2000 ml vann blandet med 24 g (ovnstørket) cellulosepapirfibre. Denne blanding ble oppløst i en TAPPI-masseoppløser i 25 min. Etter oppløsing av papirfibrene ble en malt avfallsavispapir-gel av 6% konsistens tilsatt papir-fibreoppslemningen, som var fortynnet til en konsistens på 0,3%. Denne blanding ble blandet sammen i 5 min under anvendelse av en "Lightnin" laboratorieblander ved 1000 o/min. Mineralfibrene i tørr form ble deretter tilsatt blandingen av papirfibre og gel og blandet i 5 min på "Lightnin"-blanderen ved 1000 o/min. Etter dispergering av mineralfibrene i oppslemningen ble lateksen så tilsatt blandingen av papirfibre, gel og mineralfibre, hvoretter der ble omrørt ytterligere i 2 min. Endelig ble flokkuleringsmiddelet tilsatt blandingen, som igjen ble omrørt i 2 min. Fra denne oppslemningsblanding ble der fremstilt håndark på en TAPPI-arkform, avvanningsprøvet ved TAPPI T-221 prosedyrer, hvoretter papiret ble tørket i henhold til TAPPI T-205-prosedyrer.

Tabell 1 gjengir de sammensetninger som ble anvendt i eksemplene 1 - 5, og bestemte egenskaper av prøvearkene. De anvendte papirfibre omfattet en avfallsblanding av 70% avfalls-bølgepapp og 30% avfallsavispapir malt til en malegrad på 350 ml CSF. De anvendte mineralullfibre var fremstilt fra masovnsslagg ved Walworth-fabrikkene til United States Gypsum Company og betegnes som "hvit ull" med 28% granulat. Et typisk eksempel på en mineralullblanding består av 36 vektprosent silisiumdioksid, 36% kalsiumoksid, 15% aluminiumoksid og 13% magnesiumoksid. Gel-dispergeringsmiddelet var fremstilt fra en cellulosefibermasse av 70% ubleket kraftmasse og 30% avfallsavispapir. Blandingen ble gelatinisert ved å føres gjennom en serie møller for oppnåelse av den ønskede avvanningstid på minst 5 min i henhold til TAPPI T-221 og en nødvendig krympning på minst 25% fastlagt i henhold til TAPPI UM238. Denne fiberhydratisering går meget lengre enn den som vanligvis anvendes i papirindustrien, og fremstillingen er nærmere beskrevet i US-A 3 379 608.

De resultater som ble oppnådd, og som er vist i tabell I, viser at en tilsetning på ca. 5% kraftpapirgel er optimal med hensyn til å fremme en betydelig strekkstyrke samtidig som der bibeholdes tilstrekkelig med fordeler med hensyn til avvanning og arkporøsitet. Skjønt det vil sees at noe av avvanningsevnen og porøsitetsegenskapene går tapt ved tilsetning av 5% gel i forhold til ved bruk av mindre mengder, kompenserer den vesentlige forbedring av strekkstyrken klart disse tap. Bruk av en mengde på over 5% reduserer imidlertid i for sterk grad de oppnådde fordeler med hensyn til avvanning og porøsitet, samtidig som det bidrar til å forringe ønskede egenskaper.

Eksempler 6- 11

I eksemplene 6-11 ble der fremstilt ytterligere ark ved bruk av en sammensetning som besto hovedsakelig av 70% papirfibre, 25% mineralfibre og 5% gel under anvendelse av forskjellige mengder lateks- og flokkuleringsmiddel-tilsetninger. Den anvendte lateks var et produkt fra Dow med betegnelsen "Latex Dow XD-30374/en kopolymer av styren og butaden. Det anvendte flokkuleringsmiddel var et produkt fra Dow betegnet som "Polymeric PC-XD 30440". Begge produkter er nærmere beskrevet i US-A 4 225 383. Hensikten med å benytte lateksen og flokkuleringsmiddelet var å oppnå et agglomerat av papir, gel og mineralfibre hvor granulatpartiklene i mineralfibrene blir effektivt suspendert i papirmasse-oppslemningen. Fordelene ved en betydelig granulatsuspensjon er at granulatet holdes ute av papirmaskinsystemet og i størst mulig grad holdes tilbake i banen av mineralfibre og papirfibre som fremstilles.

Data for de forskjellige sammensetninger av håndark fremstilt i eksemplene 6 - 11 er angitt i tabell II sammen med egen-skapene av de målte produkter.

De oppnådde resultater som er angitt i tabell II, viser

at de resulterende ark var forbedret med hensyn til strekkstyrke, avvanning og porøsitet, egenskaper som var oppnådd ved tilsetning av lateks. De håndark som ble oppnådd i eksempel 9 med en tilsetning av lateks på 5%, hadde en strekkstyrke som kunne sammenlignes med håndark fremstilt av 100% papirfibre. Sammensetningen med 2,5% lateks og 0,1% flokkuleringsmiddel synes imidlertid å være tilstrekkelig til å suspendere granulatene i den oppslemning som skal anvendes i produkter for salg. Denne konklusjon var basert på visuelle observasjoner av glassbegre inneholdende de forskjellige oppslemningsagglomerater. Materialene i eksemplene 6 og 7 i oppslemningsform ved en konsistens på 0,15% oppviste tegn på utfelling av granulat i bunnen av glassbegrene. I skarp kontrast' til dette oppviste oppslemningene ifølge eksemplene 8,9 og 10 ved en sammenlignbar oppslemningskonsistens på 0,15% en fremragende granulatfordeling gjennom hele oppslemningsblandingen uten tegn til avleiring av granulater på bunnen av glassbegrene.

Som angitt ovenfor er et av de problemer man har støtt på ved tidligere forsøk på å fremstille et mineralfiberholdig papir, nærværet av granulat. Den foreliggende oppfinnelse forsøker å overvinne dette problem ved anvendelse av en kombinasjon av en lateks og ett eller flere flokkuleringsmidler for å holde tilbake granulatet slik at dette ikke vil forurense maskiner og utstyr til fremstilling av papiret. Blant de anvendte latekser som gir fremragende resultater, er en kopolymer av styren og butaden. Dette og andre materialer er beskrevet i US-A 4 225 383. Andre polymerer som er vanlig kjent i faget som bindemidler, kan også anvendes, f.eks. polyvinylalkohol. Flokkuleringsmiddelet kan velges blant stivelser, polymerer såsom "Polymeric PC-XD" (et foretrukket materiale) fra Dow, alun og andre materialer såsom polyakrylamider. Hensikten med kombinasjonen av lateksen og flokkuleringsmiddelet er å gi et papir/mineralfiber-agglomerat i en vandig oppløsning for tilbakeholdelse av mineralfibergranulat i arket på en jevn og diskret måte. Ved bruk av et masseopp-slemningssystem for tilbakeholdelse av granulatet i papiret unngås der forurensning av massekasser, hollenderkar og maskinvirer i papirfabrikken. Det blir også overflødig å benytte teknikker til fjerning av granulat. Lateksen gir også papir/mineralfiber-produktet ytterligere styrke.

Det annet problem som den foreliggende oppfinnelse søker

å overvinne, er tap av arkstyrke som kan skyldes tilstedeværelsen av mineralfibre. Dette problem blir redusert ved bruk av begren-sede mengder av mineralullfibre sammen med utvalgte mengder kraftpapir/avispapir-gel og lateks. Disse materialer fører til fremstilling av papirark med god styrke samtidig som de opprettholder fordelene med rask avvanning, porøsitet og rask .tørking.

Bruken av kraftpapir/avispapir-gel fører også til en bedre dispergerbarhet av mineralfibrene og en beskyttelse av de skjøre mineralfibre mot den turbulente blandevirkning. Ved anvendelse av gelen unngås dennes uheldige virkning på langsom avvanning og oppnåelse av et mindre porøst ark ved et omhyggelig valg av forholdet mellom mineralull og gel for vedlikehold av materialenes optimale egenskaper. En optimal sammensetning av materialets bestanddeler er som følger uttrykt i prosent av den samlede tørrvektsammensetning. De prosentuelle andeler av kraftpapir/avispapir-gelen, lateksen og flokkuleringsmiddelet er korrigert for opprinnelig vanninnhold :

Skjønt de ovenfor angitte forholdsvise mengder er funnet å være optimale, kan egnede papirer for bruk ved fremstilling av gipsplater oppnås innenfor følgende grenser for de relative andeler :

De følgende eksempler ble utført for å studere virkningen av bruken av mineralfibre på hastigheten av arktørkingen.

Eksempel 12

En vandig oppslemning med en fiberkonsistens på 1,2% ble fremstilt ved bruk av 25% mineralullfibre, 64,8% papirfibre (70% avfallsbølgepapp og 30% avfallsavispapir) og 5% kraftpapir/avispapir-gel. Etter oppnåelse av tilstrekkelig fiberdispersjon ved blanding ble 5% lateks (XD-30374 fra Dow) tilsatt og oppslemningen blandet i ytterligere 5 min. Til slutt ble et fibrøst agglomerat blandet ved flokkulering av lateksen med "Polymeric PC-XD 30440" fra Dow (0,2%). Håndark ble deretter fremstilt i TAPPI-håndark-formen ved bruk av en masse med konsistens 0,15%. Etter normal gusking ble arkene veid for fuktighetsbestemmelse. Etter disse veiinger ble arkene ført en rekke ganger gjennom en arktørke av typen Noble and Wood med en trommeltørke-temperatur på 116°C, idet arkfuktigheten etter hver passasje gjennom tørken ble bestemt.

Eksempel 13

Til sammenligning ble ark inneholdende 100% papirfibre

(70% bølgepapp og 30% avispapir) oppslemmet, formet, gusket, veid, tørket og veid på ny på samme måte som beskrevet ovenfor i eksemplene 1-5.

Resultatene av prøvene av arkene fremstilt i eksemplene

12 og 13 er vist i tabell III. Resultatene er basert på gjennom-snittlig 5 prøveark, hvert på o ca. 1,5 g (eller 70 g/m 2).

De i tabell III angitte resultater fra prøvingen av materialene 12 og 13 viser den forbedrede avvanningshastighet ved guskpressing og de forbedrede tørkehastigheter som kan oppnås ved anvendelse av ark med en sammensetning ifølge oppfinnelsen i henhold til eksempel 12. Hva resultatene viser, er at der fås en 22%'s forbedring av avvanningen ved pressing og en 36%'s forbedring ved en første passasje gjennom tørken. Det er klart at dette medfører betydelige energibesparelser.

t

Eksempler 14 og 15

I disse eksempler ble der utført forsøk for sammenligning mellom lengdene av de resulterende mineralfibre i papir fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse under anvendelse- av cellulosegel sammenlignet med lengden av mineralfibre i papir fremstilt ved fremgangsmåten i henhold til US-A 3 562 097.

Håndarkene ifølge eksempel 15 i henhold til oppfinnelsen ble fremstilt ved den metode som er angitt i eksemplene 1-5 ovenfor, og inneholdt 25% mineralfibre, 65% papirfibre, 5% cellulosegel og 5% lateks/flokkuleringsmiddel. I eksempel 14 var sammensetningen 25% mineralfibre og 65% papirfibre, men den fremgangsmåte som ble anvendt ved fremstilling av håndarkene, var den som er angitt i US-A 3 562 097. Etter at håndarkene var formet og tørket, ble de mineralfibre som ble anvendet til fastleggelse av fiberlengden, oppnådd ved fukting og forsiktig separering av fibre fra et ulimt, formet håndark. De mineralfibre som ble oppnådd fra håndarket fremstilt i henhold til oppfinnelsen som beskrevet i eksempel 15, hadde en lengde på mellom 6 og 13 mm. Til sammenligning var fibrene fra håndarket fremstilt i henhold til US-A 3 562 097 bare 0,8 - 1,6 mm lange. Den økte fiberlengde av mineralfibrene er viktig for oppnåelse av både maksimal tilbakeholdelse av mineralfibre og granulat og forbedret arkdannelse.

Gipsplatefremstilling

Eksempel 16

Flerlags håndark under anvendelse av en arksammensetning

som angitt i eksempel 4 og med en vekt på 4,8 g ble fremstilt i henhold til TAPPI- metode T-205 som benyttet i eksemplene 1-5. Flerlagsarkene besto av fire enkle skikt som hvert målte 200 cm 2. Flerlagsarkene på 4,8 g tilsvarte en standard kommersielt fremstilt arkvekt på 254 g pr. m 2. En vandig oppslemning ble fremstilt av kommersielt kalsiumsulfat-hemihydrat. Sammensetningen pr. m<2>plate innbefattet 7 kg gips, 30 g kjernestivelse, 20 g kalsium-sulf atdihydrat-akslerator og 10 g K2S04. De målte vicats-verdier

var ca. 8 min. De plater som ble fremstilt ved avsetning av en oppslemning mellom to håndark, ble tørket til 70%.av sin våtvekt ved 171°C fulgt av tørking i 16 timer ved 43°C. Den målte masse-

3

tetthet av platene var 736 - 769 kg/m .

Alle de fremstilte plater viste uten unntak fremragende

våt-, tørr- og fuktstyrke mellom papirarkene og gipskjernen.

Eksempel 17

Til sammenligning ble laboratorieplater fremstilt med standard gipsplatepapir fremstilt i et industrianlegg og ved bruk av den samme sammensetning av gipskjernen. Bindingsresultatene kunne sammenlignes med den for mineralfiberholdige plater fremstilt i eksempel 16, dvs. at våt-, tørr- og fuktstyrken var fremragende .

Den største fordel man kunne legge merke til mellom de to typer plater, var en noe ruere struktur av mineralfiber-plate-produktet. Dette kan imidlertid kompenseres ved anvendelse av et belegningsskikt av fibre på gipsplatepapirer fremstilt på en rundviremaskin. Som følge av bruken av mineralfibre i platen ifølge eksempel 16, medgikk der mindre energi ved tørking av papiret under dets fremstilling. Mindre energi kreves ved herding og tørking av de ferdige plateprodukter som følge av den større porøsitet av papiret.

Fremgangsmåten og produktet ifølge den foreliggende oppfinnelse har en rekke fordeler i forhold til teknikkens stand. Når mineral- og papirfibrene blandes sammen med kraftpapir- eller cellulosegelen, holdes mineralfiberstrukturen inntakt, og arkstyrken øker. Ved tidligere kjente fremgangsmåter blir fibrene vesentlig forkortet når granulatene fjernes, noe som medfører en reduksjon av masseavvanningen og en medfølgende reduksjon i styrken av papiret. Når granulatet ikke fjernes ved tidligere kjente fremgangsmåter, vil det separere fra oppslemningen og forurense maskineriet til fremstilling av papiret.

Når mineralfibrene, cellulosefibrene og gelbestanddelene flokkuleres og/eller agglomereres med en lateks og et flokkuleringsmiddel som i den foreliggende oppfinnelse, vil videre både masseavvanningen, arkporøsiteten og arkstyrken bli ytterligere forbedret. Lateks- og flokkuleringsmiddeltilsetningen er videre tilbøyelig til å fremme en mer effektiv suspensjon av mineralfibergranulat i oppslemningen og en bedre tilbakeholdelse av granulat i arket. Videre gir bruken av mineralfibre, gel og lateks/flokkuleringsmiddel-tilsetning bedre tørkeresultater som fører til energibesparelser.

Alt i alt medfører den foreliggende oppfinnelse en effektiv suspensjon og tilbakeholdelse i arket av granulat med en cellulosegel- og lateks/flokkuleringsmiddel-tilsetning uten behov for fjerning av granulatet og uten de ulemper som følger med granulat-forurensning. Ytterligere fordeler ligger i hurtig masseavvanning, forbedret arkporøsitet, økt arkstabilitet og overlegne presse-

og tørkeegenskaper.

Det vil forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til de nøyaktige detaljer med hensyn til sammensetning, arbeidsmåte, materialer eller bestanddeler som er omtalt og beskrevet, idet åpenbare modifikasjoner og ekvivalenter vil fremgå for fagfolk.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et porøst mineralfiberholdig papir, karakterisert ved at der dannes en vandig oppslemning av cellulosefibre, granulatholdige mineralfibre, cellulosegel, polymerlateksbindemiddel og flokkuleringsmiddel, at oppslemningen tilføres en papirmaskin og omdannes til papir, og at papiret tørkes.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at oppslemningen på tørrvekt-basis inneholder 65 - 95% cellulosefibre og 5 - 40% granulatholdige mineralfibre.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at oppslemningen på tørrvekt-basis inneholder 1 - 10% cellulosegel, 1 - 10% polymerlateksbindemiddel og 0,05 - 0,5% flokkuleringsmiddel.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at oppslemningen på tørrvekt-basis inneholder ca. 65% cellulosefibre, ca. 25% mineralfibre, ca. 5% cellulosegel, ca. 5% lateks og ca. 0,2% flokkuleringsmiddel.

5. Porøst papir fremstilt fra en vandig oppslemning av cellulosefibre, granulatholdige mineralfibre, cellulosegel, polymerlateksbindemiddel og flokkuleringsmiddel.

6. Papir som angitt i krav 5, karakterisert ved at det på tørrvektbasis inneholder 65 - 95% cellulosefibre og 5 - 40% granulatholdige mineralfibre.

7. Papir som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at cellulosegelen foreligger i en mengde på 1 - 10%, polymerlateksbindemiddelet foreligger i en mengde på 1 - 10% og flokkuleringsmiddelet foreligger i en mengde på 0,05 - 0,5%, alt regnet på tørrvekt.

8. Papir som angitt i et av kravene 5 til 7, karakterisert ved at polymerlateksbindemiddelet omfatter en kopolymer av styren og butadien, og at flokkuleringsmiddelet utgjøres av polyakrylamid.

9. Papir som angitt i krav 5 eller 8, karakterisert ved at det på tørrvektbasis inneholder ca. 65% cellulosefibre, ca. 25% mineralfibre, ca. 5% cellulosegel, ca. 5% lateks og ca. 0,2% flokkuleringsmiddel.

10. Gipsplater med dekkark av papir i henhold til et av kravene 5-9.