SE407208B - Enkristallfiber for anvendning som fyllmedel, armerande fyllmedel och armering, isolering, filmforsterkningsmedel i ferger och beleggningar samt som gelbefremjande medel samt sett att framstella fibern - Google Patents

Description

-10 BO 40 7304236-s 2 kända inom tekniken och har omfattande undersökts. Vattenfritt kalciumsulfat är~i sin.naturliga form känt under olika namn som exempelvis vattenfritt kalksulfat. Detta material föreligger vanligen i form av ortorombiska kristaller. Olösligt vattenfritt kalciumsulfat, som också är känt som dödbränt kalciumsulfat, be- redes medelst fullständig dehydratisering av kalciumsulfatdi- hydrat vid en temperatur av 65000 eller högre. Det framställda vattenfria kalciumsulfatet, liksom det naturligt förekommande vattenfria kalciumsulfatet, består av ortorombiska kristaller.

En löslig form av kalciumsulfatanhydrit kan erhållas i form av_ granuler eller pulver genom dehydratisering av kalciumsulfat- dihydrat vid 500°C i en elektrisk ugn. Löslig kalciumsulfatan- hydrit absorberar med lätthet ca 6,6% vatten till bildning av en stabil produkt av kalciumsulfathemihydrat. i Kalciumsulfatdihydrat, som är allmänt känt som gips, före- ligger vanligen i form av klumpar eller som ett pulver. Det an- vändes ofta vid framställning av konstruktionsmaterial, såsom wallboard och liknande. I r D Kalciumsulfathemihydrat är ett fint vitt och pulverformigt material, som ofta användes för beredning av kalciumsulfatdi- hydrat. D ' På grund av den tämligen stora kommersiella betydelsen av kalciumsulfat och dess hydratiserade derivat har avsevärd forsk- ning nedlagts på sätt för att framställa dessa föreningar. Den amerikanska patentskriften 2 006 342 beskriver framställning av olöslig kalciumsulfatanhydrit vid förhöjd temperatur med olösligt kalciumsulfat för framställning av icke-nålformigt, olösligt kal- eiumanhydritsulfat.-Den amerikanska patentskriften 2 l5l 331 be- ”skriver ytterligare ett sätt för framställning av olösligt, vat- tenfritt kalciumsulfat i form av ett fint pulver genom överfö- ring av löslig kalciumanhydrit till olöslig form medelst behand- ling med svavelsyra vid förhöjd temperatur. I Största delen av arbetet på detta område har inriktats på. framställning av olöslig kalciumsulfatanhydrit i finfördelad pulverform lämplig att användas som pigment eller fyllmedel. Allt arbete avseende kalciumsulfat har emellertid icke koneentrerats till detta område. Så har exempelvis i "Process For Making High Strength Plaster Of Paris", (Industrial And Chemical Engineering.

Chemistry, vol. 41, sid 1061, maj l9H9), rapporterats om försök att förbättra egenskaperna hos bränd gips. Ett antal artiklar lO 50 40 , i 7304236-8 och olika försök att förbättre egenskaperna hos bränd gips har givits i denna tidskrift, och resultat av genomförda försök har redovisats. Sålunda angavs exempelvis att tillsatsmedel, som an- vänts vid framställning av bränd gips, hade avgjord inverkan på formen av de bildade kristallerna, som ett resultat av avvatt- ningen av dihydrat till hemihydrat. Det fastslogs exempelvis att, när gips behandlades i autoklav vid 11500 i vatten, en utomordent- ligt luftig form av bränd gips erhölls, vilken bestod av något långsträckta nålformiga partiklar. Dock rapporterades att, när dessa partiklar blandades med vatten och hydratiserades, den re- sulterande produkten icke stelnade till en sammanhängande massa, och det konstaterades, att dessa kristaller ej var stabila i vatten. Som ett resultat av ytterligare genomförda försök drogs slutsatsen att den föredragna formen av bränd gips bestod av ortorombiska kristaller, eftersom denna prdukt, när den hydrati- serades och medgavs att stelna, gav upphov till en stark och sammanhängande_produkt. _ e Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas enkristallfib- rer av kaloiumsulfat som kan föreligga i form av löslig eller olöslig anhydrit, vilka båda former eventuellt är stabiliserade mot inverkan av fukt för att förhindra omvandling från enkri~ stallkonfigurationen, eller i form av hemihydrat, som är stabi- liserat mot inverkan av fukt för att förhindra omvandling från enkristallkonfigurationen; Uppfinningen belyses ytterligare genom ritningen, på vilken: Fig. l visar ett avsökande elektronmikrofotografi (5000 x) av de stabiliserade enkristallfibrerna av kalciumsulfatanhydrit enligt uppfinningen, Fig. 2 visar ett elektronavböjningsmönster för en"1' _enda enkristallfiber av kalciumanhydrit, och Fig. j utgör en grafisk representation av värmeinverkan på upptagning och för- lust av vatten i olika former av kalciumsulfat.

Enkristallfibrerna av kalciumsulfat enligt uppfinningen utgöres av enkla långsträckta kristaller med ett förhållande me- deldiameter till genomsnittlig längd (d/1) av minst 1:6, och före- trädesvis avsevärt högre, exempelvis l:6O till l:l0O.

Enkristallfibrerna av kaloiumsulfat kan således bestå av kaloiumsulfathemihydrat, löslig kalciumsulfatanhydrit och speci- ellt olöslig kalciumsulfatanhydrit. Enkristallfibrerna av kalci- umsulfathemihydrat och av löslig kalciumsulfatanhydrit stabilise- ras lämpligen i syfte att hindra omvandling från enkristallfiber- 50 vznuzásg-s i 4 i formen. För vissa användningsområden, i vilka enkristallfibrerna utsättes för en avsevärd fuktmängd, behandlas som en extra sä- kerhetsåtgärd till och med de olösliga kalciumsulfatanhydritfib- rerna för att man ytterligare skall tillförsäkra sig om att fib- rerna icke förlorar sin enkristallfiberform. Olika stabiliserings- sätt beskrives närmare i det följande.

I syfte att underlätta en förklaring av uppfinningen hänvi- sas till bifogade ritningar, i vilka fig. l är ett avsökande elektromikrofoto av enkristallfibern av olöslig kalciumsulfat- anhydrit enligt uppfinningen i 5000 gångers förstoring. Som fram- går av fig. 1 uppvisar enfiberkristallerna av kalciumsulfatan- hydrit helt annan form än vanliga ortorombiska former av kalcium- -sulfat. Fibrerna har vit färg och ett något glänsande utseende.

Materialet kan formas till en massa med låg täthet, som när den 'tages mellan fingrarna kännes mycket silkig, vilket är något överraskande med beaktande av materialets egenskap av mineralfi-i ber. Kalciumsulfatanhydritfibrerna är eldsäkra. Samtliga enligt g den tidigare tekniken beskrivna formerna av kalciumsulfat god- tages universellt såsom giftfria material och försök med före- : liggande material visar att, såsom väntat, också det är gift- fritt. ' Fig. 2 visar ett elektronavböJningsmönster, som erhålles A från en enda enkristallfiber. Detkarakteristiska anordnandet av prickarna i fotografiet anger att fibrerna verkligen utgöres av enke1kr1sta11erl'"' gm _- Brottgränsen, förlängningen vid brott samt modul beräknades genom användning av enkristallfibrer av olöslig kalciumsulfat- anhydrit som armering i ett testblock av polyesterplast. De meka- niska egenskaperna hos gjutna produkter framställda utan använd- ning av enkristallfibrer samt med armering av enkristallfibrer jämfördes och konstaterades vara följande: _ Fiberhalt _ Brottgräns Förlängning Modul PSI (vol-%) .(kp/cm2) - vid brott (ko/omg) o “ 167 0,73 I 22.900 8,2%t 510 0,67 46.000 g En standardformel kan användas för beräkning av material- modulerna ur ovanstående data.

§O 40 1304236-s Formeln är: Ec Ei Vf = Br (l-Vr) n vari Ec = det sammansatta materialets modul Ef = enkristallfiberns modul Er = grundmassematerialets modul Vf = volymprocent enkristallfibrer Vr = volymprocent grundmassematerial N = en faktor, som beror på orienteringen av enkristall- fibern. I denna beräkning tages faktorn lika med 6, vilket antager slumpvis orientering.av enkristall- fibrerna - ett troligt antagande vid betingelserna för försöket. t 6 Det beräknade värdet för modulen är 1,85 ' 10 kp/cm2 en- I ligt ovanstående data och indikerar att fibrerna enligt förelig- gande uppfinning verkligen utgöres av enkristallfibrer.

I syfte att ytterligare fastlägga att enkristallfibrerna av kalciumsulfat uppvisar annan fysikalisk-kemisk struktur, mera exakt molekylorientering, än tidigare beskrivna kalciumsulfat- material uträknades temperaturens inverkan på viktförlust, vikt- återvinning och ny återvinning noggrant.

.Som framgår av fig. 3 är egenskaperna för enkristallfib- rerna enligt uppfinningen (linje A) helt olika dessa för de ti- digare kända formerna av kaloiumsulfat. Den första delen av för- söket genomfördes i en atmosfär av 50% relativ fuktighet vid den temperatur, som visas på axeln. O-punkten på kurvan i rig. 3 an- ger försökets startpunkt. Som väntat hydratiserades löslig kal- ciumsulfatanhydrit med konventionell ortorombisk form (linje C) snabbt till dihydratformen; vid fortsatt uppvärmning Gehydrati- serades hemihydratformen och vid återupptagning vid 20°C och 65% relativ fuktighet skedde ånyo hydratisering till dihydrat- formen.

Beta-kalciumsulfathemihydrat (linje D) var tämligen sta- bilt under både uppvärmningsperioden och återvinningsperiodeh.

Alfa-kalciumsulfathemihydrat (linje B) dehydratiserades till anhydritformen och uppvisade vid uppvärmning till ca 140-200°C en huvudsaklig egenskap för dödbränt material genom att återupptaga det förlorade hydratvattnet.

Enkristallfibrerna av kalciumsulfat enligt uppfinningen visas på kurvan som en heldragen linje (linje A). Vid försökets igångsättning (O-punkten) utgjordes fibern av en enkristallfiber 50 55- 7304236-8 av kalciumsulfathemihydrat. Vid ca 80-ll0°C förlorade fibern hydratvattnet och överfördes i vad som antages vara enkristall- g'fibrer av löslig kalciumsulfatanhydrit. Vid ca 140-20000 omvand- lades fibern till enkristallfiber av olöslig dödbränd-kalciumsul~ fatanhydrit, som utgör den mest föredragna formen av enkristall- gfiber enligt uppfinningen. Det framgår av figuren att denna en- kristallfiber icke återupptog någon fukt vid återvinningsförsöket och sålunda uppvisade sanna egenskaper för dödbränt material.

Ovan angivna försök avseende fysikaliska och kemiska egen- _skaper och fysikalisk form av fibern ställer utom allt tvivel att nya former av kalciumsulfat framställts.

Föreliggande uppfinning avser även ett sätt för framställ- ning av de ovan beskrivna enkristallfibrerna, vilket sätt känne- tecknas av att man i l. A) upphettar en vattenhaltig blandning av kaloiumsulfatdi- hydrat till en temperatur av ca 105-15000 till dess att enkristallfibrer av xaiciumsuifatnemihyarac biidasf ' B) separerar de bildade kalciumsulfathemihydratfibrerna från vattnet, och stabiliserar de separerade fibrerna mot inverkan av fukt för att förhindra omvandling av fibrerna från enkristall- konfigurationen, eller upphettar de separerade fibrerna till högst_ca l40°C, till dess att fibrer av löslig kalciumsulfatanhydrit erhålles, eller till minst ca l50°C, till dess att fibrer av olöslig kalciumsulfatanhydrit bildas, och eventuellt stabiliserar de erhållna fibrerna mot inverkan av fukt för att förhindra omvandling av fibrerna från enkristallkonfigurationen, eller _ upphettar en vattenhaltig dispersion av minst 20 vikt-% enkristallfibrer av olöslig kalciumsulfatanhydrit och en -återstod av kalciumsulfatdihydrat till en temperatur av ca 105-15000 till dess att fibrer av löslig kalciumsulfat- anhydrit bildas, B) separerar de bildade fibrerna av löslig kalciumsulfatanhyd- rit från vattnet, och > C) eventuellt stabiliserar de separerade fibrerna mot inver- kan av fukt för att förhindra omvandling av fibrerna från enkristallkonfigurationen.

Cl) (22) lO- ' 30_ 55 40 7 D p 7304236-s Det allmänna framställningssättet innefattar sålunda be- redning av en vattenhaltig blandning av kalciumsulfatdihydrat.

Kaloiumsulfatdihydratets renhet är icke särskilt kritisk.

Det relativa förhållandet kalciumsulfatdihydrat och vatten i blandningen är icke kritiskt. Det har emellertid konstaterats, att användning av en blandning av från ca 20 till 50 gram kal- ciumsulfatdihydrat per liter föredrages, eftersom den är lättare att hantera i processutrustningen. Vid användning av mer utspädda omsättningsblandningar tenderar slutprodukten att uppvisa längre fiberlängder, vilket dock kan vara önskvärt för vissa användnings- områden. e g Omsättningstemperaturen kan variera från ca 105 till l50°C. eller ännu högre med användning av vatten som omsättningsmedium.

Temperaturer och tryck beror av varandra, eftersom man för att uppnå högre temperatur och samtidigt bibehålla ett flytande om- sättningsmedium också måste öka trycket. Omsättningstiden beror på använd temperatur och tryck. Tidsperioden för den första om- sättningen utgöres av den tid, som krävs för bildning av fibrer- na. När fibrerna väl bildats kan uppvärmningen fortsättas, om så önskas, men härigenom förbättras icke fibrernas egenskaper. Spe- ciellt fördelaktiga enkristallfibrer erhålles på tre till fem minuter vid l25°C. ' Det bör dock uppmärksammas att ovan angivna tryck, tider och temperaturer för omsättningen utgör en typisk kombination, som ger tillfredsställande enkristallfibrer av kalciumsulfat.

Omsättningsbetingelserna kan varieras avsevärt under det att en tillfredsställande produkt fortfarande erhålles.

Tryckutrustningen, som användes vid framställning av en- kristallfibrerna enligt uppfinningen, bör företrädesvis uppvisa ett observationsglas, så att bildningen av fibrerna kan överva- kas. När väl fiberbildningen avslutats, kan uppvärmningen stoppas.

Enkristallfibrerna kan framställas satsvis. Det är även möjligt att framställa enkristallfibrerna kontinuerligt exempel-, vis med användning av ett kontinuerligt cmsättningskärl med skruv, som matar blandningen av vatten och kalciumsulfatdihydrat till kärlets mynning, varvid blandningen omsättes vid passage genom kärlet och därefter skiljes enkristallfibrerna från vattnet vid transportörens utloppsände.

Det bör särskilt noteras att, såsom tidigare angivits, en- kristallfibrerna av kalciumsulfat enligt uppfinningen erhålles i 50 RO - 7304236-s å 8 tre kemiska former, nämligen i form av kalciumsulfathemihydrat, löslig kalciumsulfatanhydrit och dödbränd, olöslig kalciumsul- farannyarit. D Fibrerna av kalciumsulfathemihydrat erhålles genom att de utvinnes innan de tillåtes att avkylas, varefter de behandlas för att enkristallfibrerna skall stabiliseras mot återhydrati- sering till den icke-fibrösa dihydratformen.

Löslig kalciumsulfatanhydrit erhålles enligt ovan med un- dantag för att kalciumsulfathemihydratfibrerna torkas vid för- höjd temperatur i syfte att avlägsna eventuellt ytvatten och hydratvattnet. Temperaturen begränsas till att understiga ca ,l40°C för att man skall erhålla enkristallfibrer av lösligt i _stället för olösligt kalciumsulfat. Denna lösliga kalciumsulfat- anhydrit kan också framställas genom att utgångsblandningen ym- pas med ca 20 vikt-% malda enkristallfibrer av olösligt kalcium- sulfat beräknat på vikten av kalciumsulfatdihydratet, varefter_ det lösliga dihydratet utvinnes och den resulterande produkten torkas som beskrivits ovan. Enkristallfibrerna av löslig kalci- umsulfatanhydrit stabiliseras därefter företrädesvis för att omvandling från enkristallfiberformen skall undvikas. D Den föredragna produkten utgöres av enkristallfibrer av dödbränd, olöslig kalciumsulfatanhydrit, som beretts genom att hemihydratfibrerna först bildas som ovan beskrivits, varefter hemihydratet uppvärmes vid en temperatur högre än ca 14000 och företrädesvis vid 20000 eller högre, till dess en dödbränd fiber erhålles. t 1 Stabilisering av enkristallfibrerna av kalciumsulfathemi- hydrat och löslig anhydrit genomföres företrädesvis i syfte att förhindra överföring från fiberformen till_den ortorombiska formen, som resulterar i avsevärd försämring av de fysikaliska egenskaperna, speciellt brotthållfastheten.

Olika sätt kan användas för att stabilisera fibrerna i syfte att hindra återhydratisering, vilka sätt företrädesvis icke angripa enkristallfibrerna. Vissa tämligen inerta impreg- nerande material, som exempelvis paraffinvax, kan användas. Dessa materials nytta beror emellertid på den fysikaliska vidhäftningen och följaktligen finns en tendens hos materialet att skalas av från enkristallfibrerna och även att orsaka att enkristallfibrerna* sammanfogas i knippen. ' _ _ Kalciumsulfat uppvisar omsättningsvilliga lägen på enkri- * f 7304236-s stallfibrerna och omsättes med vissa material till bildning av vad som antages utgöra monomolekylära, mycket vidhäftande be- läggningar på fibrerna. Fibrerna uppvisar en starkt katjonaktiv och anjonaktiv vidhäftningsförmåga, troligen orsakad av sulfat- och kalciumjoner. Fibrerna kan omsättas med hydrolyserade pro- teiner, vilka bildar en skyddande beläggning på enkristallfib- rerna. Typiska resultat, erhållna vid användning av protein- hydrolysat, är följande: Erforderlig tidsperiod Vikt-%Üproteinhydrolysat beräknat för att omvandla hemihydrat på vikten av enkristallfibrerna av hemihydrat ' till dihydrat i vattenlös- - . , i mm vid 2o°c. 0,00% 6 minuter 0,005% 2 timmar 0,05% ,48 timmar 0,50% 2 månader drygt Anhydritformerna av enkristallfibrerna är mer stabila och speciellt gäller detta för anhydrit av dödbränd typ. Utan stabili- seringsmedel uppvisar dödbränd anhydrit icke någon förändring ens efter nedsänkning i vatten i en vecka. Användningen av 0,05% pro- teinhydrolysat som skyddande beläggning resulterar icke i någon observerbar förändring av enkristallfibern ens efter nedsänkning i vatten under längre tid än-l månad.

En ytterligare klass av stabiliseringsmedel, som är speci- ellt effektiva för att hindra återhydratisering av anhydrit och speciellt omvandling av hemihydrat till dihydrat, utgöres av an- jonaktiva polykarboxylsyrapolymerer som exempelvis poly(etylen-maleinsyra) poly(akrylsyra) t poly(metylvinyleter-maleinsyra) poly(d-klorakrylsyra) poly(styren-fumarsyra) poly(vinylacetat-krotonsyra) po1y(vinylmetyleter-fumarsyra) samt - poly(eten-akrylsyra).

Dessa syror omsättes med en bas, såsom ammoniak, natrium-, kalium- eller litiumhydroxid eller-med en hydroxid av alkalisk Jordartsmetall, till bildning av ett tämligen lösligt polymert karboxylsyrasalt. 'zzonzze-s de g h 1, -Följande tabell visar stabiliseringstiden för typiska po- lykarboxylsyrapolymerer.

Tidsperiod för att Stabiliseringsmedel KQncentration.av _ (natriumsalt av stabiliserings- - överföra hemihydrat detta) medel beräknat på till dihydrat vid fibervikten nedsänkning i vatten 4 av 20°C ' Inget 0,00% i 6 minuter Poly(eten-malein- syra)sampolymer 0,08% 90 minuter Poly(eten-malein- - - syra)sampolymer 0,16% 6 timmar Poly(eten-malein- syra)sampo1ymer _0,20% 48 timmar Poly(eten-malein- syra)sampolymer 0,40% 7 dagar, drygt Poly(akrylsyra) 0,16% 8 timmar Poly(styren-malein- lsyra) 0,40% 045 minuter Det bör noga noteras, att detta försök genomfördes med en- kristallfibrerna av hemihydrat-typ. Löslig anhydrit, och Speci- ellt dödbränd olöslig anhydrit, påverkas, som ovan angivits, icke anmärkningsvärt av vatten, speciellt icke när materialen behand- lats för åstadkommande av en skyddande beläggning. 0 Sättet för framställning av enkristallfibrerna av kalcium- sulfat kan modifieras med avseende på de ovan beskrivna, eller också kan helt andra förfaranden användas. Det är möjligt att an- vända andra utgångsmaterial och bereda kalciumsulfatet vid om- sättningen. Ovan beskrivna framställningsförfarande utgör emeller- tid det bästa sättet särskilt när materialkostnad, utrustning och förfarandets enkelhet tages i beaktande. _ 0 Enkristallfibrerna av kalciumsulfat enligt uppfinningen kan användas på en mängd olika områden tack vare den.unika kombina- tionen av egenskaper.

Enkristallfibrerna av kalciumsulfat enligt uppfinningen kan användas som ersättning för asbest för isolering vid brandsäkring av byggnader. För denna användning är den relativa likformighetene i fiberlängd mycket fördelaktig, eftersom den resulterar 1 en' likformig produkt. _ Enkristallfibrerna kan användas i stället för asbest på andra områden, exempelvis för armering av formade föremål. De kan användas som armering i gjutna magnesiacementkompositioner och 0 29 50 40 11 7 liknande. Mängden av andra fibrer kan utgöra 5-15%, beräknat på total vikt använda fibrer, utan att slutegenskaperna påverkas >menligt.

Som framgår av ovanstående kan kalciumsulfatet användas som armering i plastprodukter. Fibrerna enligt uppfinningen är i sig själva så starka och uppvisar ett så fördelaktigt rektangel- värde att slutprodukten, om så önskas, kan utformas med tunnare tvärsnitt utan att hållfastheten därför reduceras. Följaktligen kan användningen av enkristallfibrerna enligt uppfinningen re- sultera såväl i en minskning av kostnaden för produkten som i en ökning av produktens kvalitet, De plastmaterial, som kan armeras -med användning av enkristallfibrerna enligt uppfinningen, inne- fattar exempelvis polymerer och sampolymerer av härdplaster och termqflaster. Särskild uppmärksamhet riktas mot plaster såsom karbamid-formaldehydplaster och olika fenolplaster samt melamin- plaster. Dessutom kan termoplaster, såsom polyamider, polyest- rar, polyuretaner.och liknande, med fördel armeras med enkri- stallfibrerna. Det antas att närvaron av kaloiumjoner och sul- fatjoner i enkristallfibrerna resulterar i att starka kemiska bindningar bildas mellan plasterna och enkristallfibrerna, vil- ket ytterligare förbättrar slutproduktens egenskaper. lnförlivningen av föreliggande enkristallfibrer i plast- material ger en avsevärd förbättring av brotthållfasthet och mo- dulegenskaperi En huvudfaktor vid erhållande av de slutliga egenskaperna hos dessa sammansatta material utgöres av bildning- en av en stark bindning mellan plastgrundmassematerialet och en- kristallfibern. Bindningens hållfasthet kan förbättras på flera olika sätt. Kompositioner kan anbringas på ytan av enkristall- fibrerna därigenom förbättrande fibrernas vätbarhet med polymert material. Så omsättes exempelvis stearinsyra med ytan av enkri- _stallfibrerna för att ge en fiber med utmärkt blandbarhet med polymerer av kolvätetyp. Poly(akrylsyra) omsättes också med ytan för att förbättra blandbarheten med polymerer av akryltyp. Pro- teinhydrolysat omsättes med eller absorberas av fiberytan för att öka förenligheten med polymerer av aminotyp, som exempelvis poly- merer av karbamid-formaldehyd, melamin-formaldehyd och uretan.

Naturligtvis finns otaliga kemiska kombinationer för att erhålla den mest reoeptiva ytan i syfte att öka enkristallfibrernas för- enlighet med plastkomponenten.

Det är även möjligt att förbättra vidhäftningen genom an- i ' 73014236-8 lO BO 40 7304236-8. 12 g vändning av en beläggning innehållande en omättad grupp, som sampolymeriseras med polymerkomponenten. Linolensyra, akrylsyra, metakrylsyra, kortkedjiga karboxylbegränsade och omättade poly-' esterpolymerer utgör exempel på föreningar, som är lämpliga för att ge ytbundna, kemiskt aktiva modifierade enkristallfibrer.

Dessa fibrer sampolymeriseras, när de blandas med monomerer av vinyltyp med grundmassepolymerkomponenten och åstadkommer däri- :genom en ympning mellan fibern och polymeren. Denna typ av ymp- ning är mycket fördelaktig vid armering av polymeriserbara gjut- plaster, som exempelvis polyester-, akryl- och styrenplaster.

Många strängsprutnings- eller formsprutningsbara plastma- terial kräver ett mjukningsmedel. Enkristallfibrerna kan blandas med mjukningsmedlet innan_detta sättes till plasten. Härigenom medgives likformig blandning av enkristallfibrerna med plasten under användning av mjukningsmedïet som dispersionsmedium. Vi- nylkloridpolymerer är speciellt lämpade för detta förfarande. rPolymera termoplastiska eammansatta material innehållande enkristallfibrer kan behandlas för att orientera fiberkomponen- ten i syfte att erhålla maximal förstärkning eller armering av fiber- eller arkformiga produkter. Fibertöjning åstadkommer orientering av enkristallfibrerna. Arkprodukter kan orienteras en- eller tvåaxiellt beroende på de önskade egenskaperna. De tvâaxiellt orienterade arkformiga produkterna uppvisar hög håll- Å fastnat och modul och ävensa hög rivnanfestnet 1 bade rim- ningarna.

Vid användning av värmehärdande kompositioner har det, i syfte att undvika för tidig härdning innan gjutningen, varit nödvändigt att hålla monomerblandningarna kalla. Icke ens med dylik åtgärd erhålles obegränsad lagringsduglighet. Om emellertid en komponent i härdningssystemet anbringas enkristallfibrerna ooh den andra komponenten utgöres av bulkfasen, uppvisar varje fas obegränsad lagringsduglighet. När de tva blandas, initieras härdningen ooh den fortlöper likformigt när fibrerna är Jämnti dispergerade i blandningen. När dessutom värmehärdande plaster användes; uppstår problem med likformig dispergering av en ringa mängd katalysator 1 den stora volymen av prepolymer. Ge- nom att först anbringa katalysatorn på enkristallfibrerna, kan D katalysatorn dispergeras Jämnt i blandningen, som därefter poly- meriseras likformigt. _ Det bör noteras att, även om ovanstående diskussion avser 50' 730l|236r8 _15 användningen av enkristallfibrer enligt uppfinningen för att armera fasta plastprodukter, enkristallfibrerna också har visat sig mycket fördelaktiga vid armering av plastskum. Fibrerna upp- bär från början skummet för att hindra för tidig kollaps under blåsningen och ger ävenså avsevärd hållfasthet och styvhet till skumplasten, när den väl stelnat.

Enkristallfibrerna enligt uppfinningen kan med fördel blan- das med vanliga fyllmedel som fiberiserat trä, exempelvis Bauers fiber. När blandningen sammanfogas, blir slutprodukten starkare A och mer eldbeständig på grund av närvaron av enkristallfibrer.

Användningen av enkristallfibrer_begränsas icke till plast- gmaterial utan kan även utsträckas till armering av praktiskt ta- get vilka som helst material såsom tjära, asfalt, vax, kera- miska material etc. Som exempel på enkristallfibrernas förstär- kande verkan presenteras följande resultat erhållna med akryl- plaster. _ EGENSKAPER HOS ENKRISIALLFIBRER AV KALCIUMSULFAT OCH KALCIUM- ' SULFATPULVER 1 AKRYLFILM Ursprung- Vikt- Arbete Brott- För- Fyll- pro- till bgott gräns 2 läng- lig mo ul material cent kpm¿cm §kp¿cm 2 ning ä §kp¿cm 2 Jämförande O 4,7 23 320 99 CaSO4torkande pulver _ (ortorombiskt) 18% 5,5 25 320 « 92 Enkristallfibrer av olöslig kalci- - - umsulfatanhydrit 18% 5,1 #0 180 490 Enkristallfibrerna är förenliga med smält glas och medför sålunda fördelen att kunna dispergeras i smältan. Glasfibrer, som formas av dessa smälter, uppvisar hög hàllfasthet med enkri- stallfibrerna orienterade i fiberaxlarnas riktning. Härigenom er- hålles en fiber med hög hàllfasthet, hög modul och god rivhàll- fasthet. Liknande resultat kan uppnås genom smältspinning och _ sprängning av polymera material. Det är möjligt att under använd- ning av glasfiberspinnteknik med många smältpolymersystem erhålla fibrer med hög hållfasthet innehållande enkristallfibrer orien- terade utmed fiberaxlarna. ' Enkristallfibrerna enligt uppfinningen kan användas i papper i kombination med konventionella fibrer för pappersframställning.

Enkristallfibrerna verkar såsom fyllmedel och förbättrar papperets 37304236-8 s i p, - opaeítet, bildning, dimensionsstabilitet, eldsäkerhet och tryck- barhet. Jämfört med ett sedvanligt icke-fibröst fyllmedel, som exempelvis Calapone (CaS0¿-anhydrit, finmald), är bulkegenska- perna enastående. Den höga bulken bistår vid tryckningen genomp att den förbättrar kontakten med tryckvalsen. De utmärkta bulk- 'egenskaperna är också användbara i många andra papper. Den jämna likformiga ytan och utmärkta bildningen av enkristallfiberinne- 'ihållande papper utgör betydelsefulla fördelar. Införlivningen av enkristallfibrer i sanitets- eller toalettpapper är mycket för- delaktig, eftersom enkristallfibrerna starkt förbättrar papperets känsel. . ” _ 3 _ _ lFysikäliska data för enkristallfiberinnehållande papper Jäm- fört med Calapone-innehållande papper visas i det följande EGENSKAPER FÖR PAPPER MED OLIKA HALTER AV ENKRISTALLFIBRER OCH' CÅLAPPNE Hallfasc- Papperets basvikt Procentuell sammansättning het Bulk .gïšäâgšššâ .massa šršíåååallz Qalanaae kÉ¿cm§ Em 23 ilOO - - 62 0,0l45 23 90 10 - 61 0,0l42 23» 75 25 - -l 58 0,0155 23 50 *50 --- 23 0,014? 3 75 - 25 51 0,0ll4 50 - 50 42 o,oo97' Tillsatsen av enkristallfibrer i mängder av upp till ca 10 vikt-% resulterar icke i någon anmärkningsvärd minskning av håll- fasthet orsakad av dålig vidhäftning av pappersfibrerna. För det _fall att minskad hållfasthet icke är önskvärd, kan papperet försät- tas med hållfasthetstillsatsmedel. Dessa tillsatser kan föreligga i lösnings- eller emulsionsform. Teknologin rör denna typ av be- handling är välkänd för fackmannen på området. På liknande sätt okan medel tillsättas.för ökning av enkristallfibrernas disperger- barnet, och vidare kan medel användas för att bringa fibrerna att flockas i syfte att ge bättre kvarhållning på viran i pappersma- skinen. Eftersom vissa av föreliggande enkristallfibrer uppvisar en ringa men dock märkbar löslighet, är det lämpligt att arbeta med ett slutet pappersmaskinsystem och att förmätta det inkomman-_ de färska vattnet genom att låta det strömma genom en bädd av mald sits- D _ , Enkristallfibrer är av särskilt intresse vid framställning E 50 . y 730h236~8 av engångspapper, eftersom de icke är giftiga och enkelt förser jorden med naturliga mineraler, som inom långa tidsperioder lö- ses på grund av den ringa men dock observerbara lösligheten. Om kraftiga temporära papper skall framställas, föredras hemihydrat- formen, eftersom, om icke någon mängd eller endast en mycket li- ten mängd stabiliseringsmedel användes, fibern omvandlas, när den under lång tidsperiod bringas i kontakt med vatten, till ett fint pulver, varefter papperet sönderdelas. O En ytterligare fördel med enkristallfibrer i toalettpapper utgöres av deras reglerade korta längd. Papper, som bildas utan vàtpressning, uppvisar hög bulk samt låg modul (mycket flexibel) som framgår av följande tabell . EGENSKAPER HOS ICKE-VÅTPRESSAT PAPPER Basvikt Procentuell_fibersammansättning ëulk Mggul Kg ger ris gaëg Enxrisytaiiflber gg gp/Åffi 9 loo ' o,o111+ 2.150 9 50 50 0,0lO9 1.160 Denna typ av papperskomposition och behandling bildar en flexibel grov matta med hög bulk, som kan punktfogas medelst intermittent fogteknik, som är välkänt inom tekniken. De långa massafibrerna bindes medelst denna teknik, medan de korta en- kristallfibrerna förblir endast något bundna, som de var i den ursprungliga mattan. Denna struktur ger bästa möjliga värden för bulk, känsel, flexibilitet, bildning, opacitet och volym vad avser ett toalettpapper.

Eftersom enkristallfibrer lätt kan blandas såväl med mas- safibrer som med andra fibrer i torrt tillstånd, är det enkelt att ur en luftström avsätta fibrer till bildning av mattor upp- visande nya och användbara egenskaper. Om innehållet enkri- stallfibrer är tillräckligt stort, kan mattan till och med vara eldhindrande. Beroende på ytbehandlingen av enkristallfibrerna kan mattan vara mycket absorberande eller vattenavstötande. Så- dana ur en luftström avsatta produkter äger stor användning som blöjor, sanitetsservetter, handdukar, näsdukar, som isole- ring, till förpackningar, filtmaterial etc. Produkterna kan för- bli i det obundna tillståndet eller också kan de bindas medelst metoder, som för närvarande användes, exempelvis fuktning, sprayning, tryckfogning, mercerisering för filtning, etc.

Eftersom det papper, vilket tillverkats av enkristallfíb- 1o . 55 '40 730423658 i g 16 rer blandade med pappersmassa, uppvisar utmärkt bildning, är det idealiskt såsom mättningspapper. Mättningspapper impregneras med plaster (fenol-, karbamidmelaminplaster etc.) och pressas samt härdas medelst uppvärmda plattor. Härigenom erhålles en samman- satt struktur, som har en plast såsom grundmassa, vilken under belastning kan överföra påkänning till den sammansatta struktu- rens fiberkomponent, eftersom enkristallfibrerna uppvisar utom- ordentligt hög hållfasthet och hög modul.samt är eldbeständiga.

Lika väl som enkristallfibrerna av kalciumsulfat är speci- ellt effektiva för armering av fasta material, kan de sättas till målarfärger, laoker etc. i syfte att förbättra den torkade filmens hållfasthet och livslängd. Eftersom förstärkningsförmågan är en funktion av rektangelförhållandet snarare än av fiberstor- leken, kan de korta fibrerna (< 100/u) användas för detta ända- mål i målarfärger, som kan strykas med pensel, sprayas, rollas weller på annat sätt anbringas som vanliga färger.

Rymdförnätade fiberförstärkta geler innehållande fibrerna (exempelvis alginat-boratester gelad med enkristallfibrer) kan ' beredas till konsistens lämpad för påföring medelst penslar.

När vattnet indunstar, kvarstår en stenhård, tvättbar, i huvud- sak oorganisk film, Sålunda erhålles en färg till låg kostnad, vilken färg själv icke påverkas av eld eller värme och ej ger bränsle till e1d.' I M i ' ' En mycket oväntad och fördelaktig användning av enkristall- Afibrerna enligt uppfinningen utgöres av armering av gelmaterial.

Vanliga vattenhaltiga geler beredas med ämnen, som orsakar gel- ning medelst molekylär rymdförnätning. När enkristallfibrerna av kalciumsulfat tillsättes, antages de omsättas med gelnings- medlet till bildning av en rymdförnätad, fiberförstärkt gel. De resulterande gelerna kan göras stela och gummiartade. Gelnings- materialen är mer stabila än konventionella geler. i De gelbildande och förstärkande egenskaperna hos enkri- stallfibrerna av kalciumsulfat utgör basen för starka, vatten- beständiga och lagringsdugliga grundförbättringsmedel för att öka bärhållfastheten.hos jord i vägar, flygplatser, fundament, oljekällor etc. Enligt ett sätt för att åstadkomma grundför- bättring blandas en gummiartad gel bildad av enkristallfibrer, kalciumalginatboratester och vatten mekaniskt med Jorden, som_ därefter sammanpressas. Enligt ett annat sätt beredes en upp- slamning av korta fibrer i alginatlösningen, varpå denna hälles BO 40 17 på jorden, och när den trängt in i Jorden, hälles boratlösningen däröver.

De följande utföringsexemplen ges för att ytterligare illus- trera föreliggande uppfinning och avser icke att begränsa kravens omfattning. Samtliga delar och procentangivelser avser viktdelar och viktprocent, såvida icke annat anges.

Exempel l - liter vattenhaltig dispersion bereddes innehållande 100 g kalciumsulfatdihydrat. Dispersionen satsades i ett tryckomsätt- ' ningskärl försett med observationsglas och en vertikal omrörare.

Dispersionen omrördes medelst omröraren vid ca 100 rpm. Omsätt- lningskärlet tillslöts och uppvärmdes till l25°C samt hölls vid denna temperatur i 5 minuter. Omsättningsblandningen observera- des genom glaset. Den ursprungliga blandningen utgjordes av en _mjö1kliknande dispersion. Allteftersom temperaturen närmade sig 12500 ändrades dispersionens utseende anmärkningsvärt när två separata faser bildades. Formningen av fibrer kunde lätt note- ras. Efter ca 5 minuter var bildningen huvudsakligen avslutad.

Efter 5 minuter kunde någon ytterligare fiberbildning icke obser- veras. En dräneringsledning i omsättningskärlets botten öppnades och den vattenhaltiga fiberblandningen evakuerades från kärlet medelst trycket 1 kärlet. Den uttömda produkten filtreradeß för separering av fibrerna från vattnet. Ett prov av fibrerna till~ varatogs och analyserades senare, varvid konstaterades att det bestod av kalciumsulfathemihydrat. Resten av den utvunna produk- 0 ten torkades och behandlades därefter med 0,40% sampolymer av polyetenmaleinsyra, beräknat på fibrernas vikt. Den så erhållna produkten utgjordes av enkristallfibrer av stabiliserat kalcium- sulfathemihydrat. Utbytet av den önskade produkten översteg 90% av det teoretiska utbytet. I efterföljande försök, när vätskan från omsättningskärlet återinfördes i cykeln till omsättninge- kärlet, närmade sig utbytet 100%. E Exempel 2 Exempel l upprepades med undantag för att fibrerna, när _ de avlägsnats från omsättningskärlet, uppvärmdes till 12500 i ugn till dess att hemihydratet omvandlats till löslig anhydrit.

Denna fiber stabiliserades sedan enligt ovan.

Exempel 1 0 Exempel l upprepades med undantag för att produkten från omsättningskärlet uppvärmdes till en temperatur av 200°c och 7304236-8 lO 40 .ligt Exempel 1. En stel, gummiartad gel erhölls. 'zzoiuzzs-s i i 18 hölls vid denna temperatur till dess att olösliga kalciumsulfat- hemihydratfibreráerhölls.

Exempel 4 en En blandning bestående av 30 vikt-% Bauers fibrer och 70 vikt-% av enkristallfibrer av olöslig kalciumsulfatanhydrit blandades med 10 vikt-% av en blandning av karbamid-formaldehyd- plast. En matta formades och pressades sedan vid ca 28 kp/om och en formníngstemperatur av l49°C i 9 minuter. Plattprodukten var självsläokande och uppvisade en dimensionsstabilitet, som vara 500% bättre än för en platta tillverkad av 100% Bauers fibrer.

Exempel 5 fattande en bindemedelsplast bereddes på samma sätt som enligt Exempel 4-med undantag av att en plast av fenol-formaldehyd an- vändes som bindemedel. Plattprodukten formades vid 17700. En tillfredsställande självsläckande produkt med hög dimensionssta- bilitet erhölls.

Exempel 6 - - En plattformad produkt av lO0% enkristallfibrer framställ- ' des medelst en teknik liknande den i Exempel 4 beskrivna. Pro- dukten var överlägsen vad gäller eldhärdighet, hållfasthet och dimensionsstabilitet jämfört med produkterna enligt både Exempel.. 4 och 5.

Exempel I En alginat-boratester bereddes genom att 5 ml 6% alginat- lösning sattes till 5 ml av en mättad natriumboratlösning. Till ml av denna blandning sattes 1 g enkristallfibrer beredda en- * . äfsannäå _ i i ' En alginat-boratester bêreddes:æm i Exempel 7 men induns- tades till torrhet och maldes fint. l gram av pulvret blandades med 10 g av en 50-50-blandning av defibrerade massafibrer och enkristallfibrer av kalciumsulfatanhydrit. Blandningen av algi- nat-boratester, massa och enkristallfibrer uppvisade anmärknings- värd förmåga att absorbera och hålla vatten. Med användning av defibrerad massa som jämförelse för absorption av vatten, obser- verades att vattnet kunde pressas ut ur det absorberande mediet bestående av omodifierad massa. Det absorberande mediet beståen- de av massa-enkristallfibrer-alginat-borat kvarhöll emellertid vattnet i en fibrös gel och frigjorde det icke när moderat meka- En vàtblandning_av Bauers fibrer och enkristallfibrer inne-I

Claims (1)

7304236-8 19 niskt tryck anbringades. Andra gelbildande system kan användas med enkristallfib- rerna verkande såsom en aktiv fibrös armering. Estrar av poly- vinylalkohol-borat utgör ett annat exempel på ett dylikt sy- stem. Denna gelningsprincip kan användas för matvaruprodukter, absorberande papper, blöjor, sanitetsservetter, för grundför- bättring etc. ' Exempel Q Exempel 2 upprepades med undantag av att fibrerna stabili- serades när de avlägsnats från omsättningskärlet och innan de uppvärmdes i syfte att omvandlas till anhydritformen. Den er- ghållna produkten var densamma som i Exempel 2. PATENTKRAV 1. Enkristallfibrer för användning som fyllmedel, arme- rande fyllmedel och armering, t.ex; i termoplaster; 1 härdplaster och i oorganiska material såsom i cement, isolering, filmförstärk- ningsmedel i färger och beläggningar samt som gelbefrämjande me- del, k ä'n n e t e c k n a d e av att de är bildade av kalcium- sulfat, som kan föreligga i form av löslig eller olöslig anhydrit, vilka båda former eventuellt är stabiliserade mot inverkan av fukt för att förhindra omvandling från enkristallkonfigurationen, eller 1 form av hemihydrat, som är stabiliserat mot inverkan av fukt för att förhindra omvandling från enkristallkonfigurationen, och av att de har ett förhållande medeldiameter till längd av minst ca l till 6. f l 2. Sätt för att framställa enkristallfibrer enligt krav 1 av eventuellt stabiliserat kalciumsulfat, k ä.n n e t e c k - n a t av att man _

1. A) upphettar en vattenhaltig blandning av kalciumsulfatdihydrat till en temperatur av ca 1o5-.15o°c uni dess att enxrisx-.ail- fibrer av kalciumsulfathemihydrat bildas, B) separerar de bildade kaleiumsuifatneminyaratfibrerna från vattnet, och o Cl) stabiliserar de separerade fibrerna mot inverkan av fukt för att förhindra omvandling av fibrerna från enkristall- ___ konfigprationen, elle; .vsonzze-s ca) B) 20 upphettar de separerade fibrerna till högst ca l40°C, till dess att fibrer av lösligtkalciumsulfatanhydrit erhålles, eller till minst ca l50°C, till dess att fibrer av olöslig kalciumsulfatanhydrit bildas, och eventuellt stabiliserar de erhållna fibrerna mot inverkan av fukt för att förhindra omvandling av fibrerna från enkristallkonfigurationen, eller ip upphettar en vattenhaltig dispersion av minst 20 vikt-% ienkrista-llfibrer' av olöslig kalciumsulfatanhydrit och en återstod av kalciumsulfatdihydrat till en temperatur av ca 105-15o°c till dess att fibrer av iöslig kalciumsulfat- anhydriz bildas, _ i « ' separerar de bildade fibrerna av¿löslig kalciumsulfat- d anhydrit från vattnet, och C) eventuellt stabiliserar de separerade fibrerna mot in- verkan av fukt för att förhindra omvandling av fibrerna . ifrån enkristallkonfigurationen. , ANFÖRDA PUBLIKATIONER: US 3 410 655 (423~170) '