SE445745B - Forfarande for astadkommande av en platt produkt genom anvendande av en papperstillverkningsteknik - Google Patents

Description

7906497-8 pi. 1. - ersättande vid tillverkningen av en pappersbruksprodukt av dyrbara material sådana som oellulosafibrer, asbest, glasfibrer, bergull, syntetiska fibrer etc. med billiga mineraliska eller organiska beskick- ningar eller fyllmedel, som dessutom kan bibringa den erhållna produk- ten speciella egenskaper; 2. - erhållande av produkter som är dimensionellt stabila t o m när de utsätts för inverkan av vatten eller värme; 5. - erhållande av produkter som uppvisar goda mekaniska karaktäristika t o m när de utsätts för inverkan av vatten eller värme; 4. - erhållande av produkter med permanent eldfast karaktär ehuru asbest icke utnyttjas; 5. - erhållande av produkter som i praktiken icke ruttnar; 6. - erhållande av produkter vilkas gramvikt kan vara inbegripen mellan mindre än 20 g/m2 och mer än 500 g/m2.

Dessa ändmål är icke begränsande och andra kommer att framgå under beskrivningens fortsättning.

För uppfyllande av ovan angivet syfte utgår uppfinningen från för- farandet enligt kravets 1 ingress (US patentet 5 021 257). Upp- finningens kännetecknande förfarandesärdrag framgår av kravets 1 kännetecknande del.

Den fibrösa massan utgöres med fördel av trämassa. Den fibrösa massan kan likaväl utgöras av alla slag av fibrösa mineraliska eller orga- niska suspensioner, såsom de på basis av bergull, fibrer av keramik, glas, polyamid, polyester etc. 7906497-8 Tack vare förfarandet enligt uppfinningen åstadkommer man sålunda molekylära uppbyggnader inbegripande partiklarna i beskickningen så att man erhåller en suspension, som är mycket solid, resistent mot skjuvande eller skärande krafter och som i pappersbruksanläggningen, och speciellt på arbetsbordets duk eller vira, har ett uppförande som är identiskt med det hos en pappersmassa och som bibehålles ända till pressarna och anläggningens tork.

För att uppnå ett dylikt resultat måste den mineraliska eller organiska beskickningen föreligga i fördelad form, exempelvis i pulveriserad ellerkolloidal form och beskickningen bör vara föga eller icke löslig i vatten. Dimensionerna hos beskickningens partiklar är med fördel på sin höjd lika med 100 pm, ehuru denna dimension icke är begränsande.

För att utöva uppfinningen kan man utnyttja alla typer av mineraliska eller organiska beskickningar i funktion av de eftersträvade egenska- perna hos den slutliga produkten.

Såsom mineralbeskickningar har man med framgång använt krita, kaolin, talk, magnesia, dolomit, glimmer, leror eller skifferleror, asbest, aluminiumhydrat etc. Krita utnyttjas mycket ofta på grund av dess låga pris; i stället utnyttjas en dyrbar beskickning såsom glimmar för dess elektriska och elektroniska egenskaper. Man har likaledes med framgång utnyttjat beskickningar, som bildats genom metallpulver, såsom ett pulver av aluminium, bly etc. Blypulver är speciellt intressant på grund av de ljudisoleringsegenskaper, den termiska eller elektriska konduktivitet eller det radioaktivitetsskydd som blypulvret ger slut- produkten. Såsom organiska beskickningar kan man utnyttja pulver eller emulsioner av alla typer av hartser: Pulver av fenoplast-, aminoplast-, epoxid-, polykarbonat-, polyuretan-, polyacetat-, polyacryl-, polyolefïn- och polystyrenhartser eller emulsioner av acetat-, acrylat-, styran- butadien-, akrylonitrilhartser etc. En sådan organisk beskickning väljes i allmänhet för de speciella egenskaper som beskickningen med- för, i synnerhet dess bindningsförmåga. Denna bindningsförmåga kan visa sig vid tiden för torkningen av vävnaden eller tyget på duken, filten eller viran eller senare vid laminattillverkningen, såsom är fallet med ett fenoplastharts som vid denna tidpunkt utsätts för in- verkan av värme och tryck. 7906497-8 4 Den organiska beskickningen kan utgöras av avfallskross av alla typer av harts.

De av hartserna bildade beskickningarna intervenerar följaktligen i bildningen av de molekylära uppbyggnaderna enligt uppfinningen i samma grad som de mineraliska beskickningarna, men tillför dessutom bindemedel till den massa, till vilken de tillsatts.

De molekylära uppbyggnaderna eller grupperingarna sålunda erhållna genom blandning av den eller de beskickningarna med de joniska eller jonalstrande ämnena är kapabla att ge plastiska papperstillverknings- produkter med en mycket hög brottbelastning men med en rivhållfast- het som i allmänhet icke är tillräckligt hög. Följaktligen är det ofta av intresse att, för att höja rivhållfastheten hos slutprodukten, tillsätta förstärkningsfibrer, sådana som glasfibrer, syntetiska fibrer etc., på samma gång som beskickningarna. Det är fördelaktigt att tillsätta förstärkningsfibrerna till trämassan samtidigt som beskickningarna, före tillsättningen av de jonalstrande ämnena, för att erhålla en god dispersion och en god homogenitet nödvändiga för att uppnå en slutprodukt med god kvalitet.

Vid förfarandet enligt uppfinningen förbinda beskickningarnas elemen- tarpartiklar genom molekylerna hos de jonalstrande ämnena för att bilda separerade molekylära uppbyggnader som kan bibehållas i suspension genom omrörning och är kapabla att motstå skjuvning. Detta resultat erhålles genom att succesivt behandla beskickningens partiklar medelst jonalstrande ämnen med omväxlande motsatta polariteter på ett sådant sätt att längre och längre kedjor bildas.

Det är genom valet av jonbildande ämnen (molekylvikter och jonavgiv- p _ hos deras molekyl ningsförmåga), deras tillförselordning, deras dosering och strukturen / som man lyckas binda till beskickningens partiklar genom bindnings- krafter tillräckliga för attden trögflytande massan skall motstå skjuvning.

Dylika jonalstrande ämen väljes i allmänhet bland polymererna och, i funktion av beskickningarna, har erfarenheterna visat att det är tillräckligt att förutse tre à fem olika polymerer, med fördel ofta fyra, för att erhålla de eftersträvade resultaten. Dessa polymerer införes med fördel i ordning av tilltagande molekylvikter, ehuru 5 denna åtgärd icke är obligatorisk såsom kan ses i exemplet 4 nedan, 7906497-8 5 Man vet att de högsta makropolymerer som för närvarande är kända har molekylvikter som kan nå 15 miljoner och är av anjonisk typ. De företer en jonbildningsgrad i storleken 70 %. I gengäld har polymerer av katjonisk tyP lägre molekylvikter, exempelvis i storleksordningen 5 miljoner, men deras jonalstringsgrad kan nå 100 %, Man kan arbeta på följande sätt: I en vattenhaltig fibrös massa dispergerar man åtminstone en finför- delad beskickning, exempelvis av krita, och det hela hålles under omrörning för att uppnå god homogenitet. Man tillsätter då en första jonalstrande polymer, exempelvis en katjonísk polymer, såsom ett polyamid~epoxidharts, ett polyester-epoxidharts etc.

En eller flera molekyler hos den första jonalstrande polymeren häftar då vid de olika partiklarna hos beskickningen för att bilda separata första grupperingar, vilka, i det valda exemplet, uppvisar en positiv elektrisk laddning.

Om man nu till massan som innehåller de första grupperingarna till- sätter en andra jonalstrande polymer med motsatt polaritet (således av anjonisk typ i föreliggande exempel) och tyngre molekyl, vilken polymer dessutom är vald för sin bindningsförmåga (såsom ett latex, en cellulosaester eller liknande), kommer den andra polymerens nega- tiva molekyler att inbördes förena ett flertal av dessa första grup- peringar för att bilda mer komplexa andra grupperingar.

När nu tillsättes en tredje jonbildande polymer med en polaritet mot satt den andra (sådeles av katjonisk typ i föreliggande exempel) och ännu tyngre molekyl, exempelvis ett linjärt polyakrylamid- eller ester-polyamino-karbonharts, kommer detta att tillåta erhållandet av bildning av tredje grupperingar med hjälp av den tredje polymerens molekyler.

Man kan genom tillsättning av en fjärde jonbildande polymer med en polaritet motsatt den tredje, dvs anjonisk i det valda exemplet, (exempelvis en karboxivinylpolymer med mycket lång linjär kedja) erhålla fjärde grupperingar, som är ännu mer komplexa, genom bind- ning med dessa tredje grupperingar med hjälp av den fjärde polymerens molekyler. Sålunda kan man fortsättningsvis erhålla beskiokningsper- tikelgrupperingar, som är tillräckligt långa och solida och kapabla att ge en stabil suspension och dränerbara på en duk i papperstill- verkningsmaskinen. 7906497-8 6 Kvantiteterna av de i varje skede tillsatta polymererna liksom reak- tionstiderna med var och en av dessa är mycket viktiga för slutproduk- tens kvalitet, eftersom det förekommer samverkan mellan samtliga poly- merer. Icke desto mindre är det svårt att bestämma de precisa gränserna för dessa kvantiteter och dessa reaktionstider, eftersom allt är en angelägenhet för det förhandenvarande fallet. För varje speciellt fall skall beskaffenheten hos de jonalstrande ämnena, deras tillförselord- ning, de tillförda kvantiteterna och reaktionstiderna väljas för att uppnå beskickningspartikelgrupperingar som ger massan en fasthet med den använda pappersmaskinen, vilken exempelvis är av typen med plan duk eller vira eller av hydroformertyp med snedställd duk.

Förfarandet enligt uppfinningen kan utövas på diskontinuerligt eller kontinuerligt sätt. I det första fallet utföres framställningen av den trögflytande massan på diskontinuerligt sätt fraktionsvis, vilka fraktioner lagras i kar, där omröringsvaraktigheten är mycket lång, vilket nödvändiggör att hänsyn tages till skjuvningarna under denna period och att de jonavgivande ämnena tillsättes i betydande kvanti- teter.

Vid kontinuerligt arbete utnyttjas suspensionen redan från dess bil- dande och hållfastheten mot skjuvning kan vara mindre, vilket tillåter reduktion av kvantiteterna jonalstrande ämnen och, eventuellt, dessa ämnens antal.

I följande exempel återfinns exempel på kvantiteter och reaktionstider för precisa tillverkningsfall av bestämda produkter.

Exempel 1 Tillverkning av ett eldfast väggpapper, som är dimensionellt stabilt och uppvisar en gramvikt på 100 g/m2, enligt ett diskontinuerligt förfarande med användning av en papperstillverkningsteknik, 5 I en hydrapulper med en kapacitet på 10 m infördes succesSívt= 8 000 liter vatten 70 kg kemisk, blekt trämassa, lätt raffinerad, 120 kg pulverformig krita i strömmande kvalitet 120 kg aluminiumhydrat av strömmande kvalitet 50 kg glasfibrer och 2,4 kg nolyamid-epoxídhartfl, L üirväg utßpätb till 5 %.

Man låter detta reagera 1 minut och tillsätter därefter till suspen- sionen: 790-6497-8 7 48 kg vinylidén;akrylsampolymerbarts och man låter detta likaledes reagera en minut före tillsättning av 1,6 kg katjoniskt polyakrylamidharts med molekylvikter lika med 1 miljon och man låter ånyo detta reagera under 2 minuter och sedan tillsätter man 0, 18 kg karboxivinylpolymer, som man låter reagera 1 minut.

Den sålunda erhållna suspensionen med 5 % material återförs till en andel på 2,5 % genom utspädning och lagras sedan i kar i avsikt att matas till en pappersmaskin med plan duk eller vire. Efter passage genom denna maskin erhåller man en slutprodukt uppvisande följande karaktäristika: - gramvikt: 100 g/m2 - tjocklek: 200 um - brottbelastning i torrt tillstånd: - längdriktning 150 N/5 om _ tvärriktning 110 N/5 cm - brottbelastning i fuktigt tillstånd - längdriktning 60 N/5 om - tvärriktning 48 N/5 cm ~ dimensionsstabilitet efter nedsänkning i vatten under 8 dagar: variation lägre än 0,01 mm/m - förlängning eller deformation med temperaturen (10mn vid 200 °c) < 0,2 %.. - förlängning eller deformation under eld; icke antändbar - approximativt värmevärde 1250 kal/g Exempel II Tillverkning av kartong eller papp avsedd att ersätta asbestpapp. 5 Såsom tidigare inför man i en hydrapulper på 10 m successivt: 8 000 liter vatten 30 kg icke raffinerad trämassa 400 kg pulverformig krita av strömmande kvalitet 72 kg glasfibrer 0,5 kg polyamidepoxidharts (reaktionstid 1 min) 45 kg styren-butadienharts (reaktionstid 1 min) 1,3 kg polyaminokarbonester (reaktionstid 2 min) och 0,07 kg karboxivínylpolymer (reaktionstid 1 min). 7906497-8 8 Man erhåller, efter inställning av pappersmaskinen, en kartong eller papp med en gramvikt mellan 250 och 500 g/m2 och en tjocklek mellan 400 och 600 pm; övriga karaktäristika har följande värden: Brottbelastning i torrt tillstånd: - langarikfining 120 - 1so N/s cm - tva-riktning 110 _ 160 N/s cm.

Brottbelastning i fuktigt tillstånd: - längdriktning 40 - 55 N/5 cm - tvärrikming 35 _ so N/5 cm Förlängning eller deformation: - med temperaturen (10 min vid 200°C)<:0,2 %a - med eld icke antändbar Approximativt värmevärde 850 kal/g Exempel III Förfarandet enligt exempel II upprepas men man ersätter 200 av de 400 kg pulverformig krita med 200 kg talk.

Den erhållna slutprodukten uppvisar samma karaktäristika, dock med ett jämnare yttillstånd.

Exempel IV Kontinuerlig tillverkning av en kartong avsedd för impregnering.

I den tidigare hydrapulpern på 10 må inför man successivt: 8 000 liter vatten 40 kg icke raffinerad trämassa 440 kg pulverformig krita av strömmande kvalitet och 20 kg glasfibrer.

Den erhållna suspensionen hålles under omrörning ochtjänar till att på kontinuerligt sätt mata en etagereaktor bestående av med omrörare försedda kamrar, i var och en av vilka injekteras en jonalstrande polymer medelst en doseringspump. För en produkt på 50 kg/min torr produkt inför man: - i en första kammare: 0,25 1/min polyamidepoxid - i en andra kammare: 0,08 kg/min karboxyvinylharts - i en tredje kammare: 0,25 kg/min polyakrylamidharts. 7906497-8 9 Reaktionsvaraktigheterna i varje kammare är 1 minut för polyamid- epoxiden och karboxyvinylen och 2 minuter för polyakrylamiden.

Exempel V Tillverkning av en pappersbruksprodukt som icke innefattar cellulosa- fibrer.

I en hydrapulper inför man successivt: 2 000 liter vatten 5 kg keramiska fibrer 75 kg pulverformig krita av strömmande kvalitet 5 kg vinylidênakrylsampolymerharts 5 kg akrylharts 10 kg glasfibrer 0,2 kg polyamidepoxidharts.

Man låter detta reagera 1 minut och tillsätter därefter till sus- pensionen: 0,012 kg karboxyvinylpolymer och lâter reagera 1 minut, varefter man tillsätter 0,048 kg polyakrylamidharts, som man låter reagera 1 minut.

Den sålunda erhållna suspensionen matas till en pappersmaskin och man erhåller en platt eller plan produkt, utan cellulosafibrer, med en gramvikt på 250 g/m2 och följande egenskaper: - brottbelastning i torrt tillstånd - längdriktning 70 N/5 cm - tvärriktning 60 N/5 om - brottbelastning i fuktigt tillstånd - iängariktning 25 N/5 cm - ever-riktning 20 N/s om - dimensionsstabilitet efter nedsänkning i vatten under 8 dagar: variation mindre än 0,01 mm/m. - förlängning eller deformation med temperaturen (10 min via 2oo°c) < 0,2 %..

Det framgår sålunda att man tack vare uppfinningen kan erhålla pappers- tillverkningsprodukter, som tack vare deras komposition, deras okänslig- her för vatten, deras porositet, deras dimensionsstabilitet och deras eldhärdighet i samband med en perfekt utjämning eller platthet beroende på den använda tekniken kan finna talrika tillämpningar, exempelvis 7906497-8 1o vid isolation (ytbeläggning, tillverkning av isolerande paneler; tillverkning av komplex etc.), beläggning (beläggningsbärare. flocku- lering, tapeter etc.), filtrering (målnings- eller sprutmålnings- kabiner, stoftavskiljning, dammsugning, filtrering vid hög temperatur etc.) åstadkommande av laminat etc.

Bland fördelarna med föreliggande uppfinning kan man anföra: 1.- Möjligheten att fabricera papperstillverkningsprodukter inbegri- pande en mycket stor beskickningsandel. 2.- Möjligheten att utnyttja beskickningar eller fyllmedel med lågt pris; med betingelsen att de föreligger i fördelad form. 5.- Möjligheten att erhålla papperstillverkningsprodukter uppvisande specifika karaktäristika tack vare införande av beskickningarna. 4.- Möjligheten att erhålla papperstillverkningsprodukter med önskad densitet och/eller porositet genom anpassning av dimensionerna hos uppbyggnaderna av beskickningspartiklarna. 5.- Möjligheten att erhålla papperstillverkningsprodukter, utan asbest, med egenskaper närliggande de hos produkter på basis av asbest etc.

Claims (11)

790-6497-8 11 Patentkrav

1. Förfarande för åstadkommande av en produkt med karak- tären av ark eller skiva, vid vilket förfarande åtminstone ett finfördelat mineraliskt eller organiskt fyllmedel till- sättes till en fibrös massa i ett vattenmedium, och varvid jonalstrande ämnen med olika polariteter tillsättes till den fibrösa massan med tillsatt fyllmedel i ändamål att förbättra kvarhållningen av fyllmedlet i produkten, som erhålls genom utförande av papperstillverkningstekniker, varvid tillsättningen av jonalstrande ämnen utföres genom att a) först tillsätta ett första jonalstrande ämne med en första polaritet, och att därefter b) tillsätta ett andra jonalstrande ämne med en polaritet motsatt den hos det första jonalstrande ämnet, k ä n n e t e c k n a t därav, att åtminstone tre jonalstrande ämnen tillsättes i ordning med successivt alternerande polariteter, varigenom i åtminstone ett steg av förfarandet ett anjoniskt ämne tillsättes före tillsättningen av ett katjoniskt ämne.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att antalet tillsatta jonalstrande ämnen är åtminstone fyra.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att till den fibrösa massan med därtill tillsatt fyllmedel tillföres successivt: a) ett första i hög grad jonalstrande katjoniskt harts med en relativt låg molekylvikt, b) ett första anjoniskt harts med bindande egenskaper, c) ett andra i hög grad jonalstrande katjoniskt harts med en högre molekylvikt än det första katjoniska hartset, och d) ett andra anjoniskt harts med högsta möjliga molekylvikt och i hög grad reaktivt med det andra katjoniska hartset. 7906497-8 12

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de mineraliska fyllmedlen är valda ur gruppen innefat- tande krita, kaolín, talk, magnesia, dolomit, glimmer, leror, asbest, aluminiumoxidhydrat, aluminium, bly eller analoga material.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de organiska fyllmedlen är valda ur gruppen innefattande fenoplaster, aminoplaster, epoxider,polykarbonater, poly- uretaner, polyacetater, polyakryler, polyolefiner, poly- styrener, acetathartser, akrylater, styrenbutadiener, akry- lonitriler eller analoga material.

6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den fibrösa massan är trämassa.

7. Eörfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de katjoniska jonalstrande ämnena är valda bland poly- amidepoxid-, polyesterepoxid-, polyakrylamid-, esterpolyamino- karbonhartser eller analoga material.

8. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t_e c k n a t därav, att de jonalstrande anjoniska ämnena är valda bland vinylidén- akryler, styrenbutadiener, karboxyvinyler, cellulosaestrar eller analoga material.

9. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de jonalstrande ämnena är polymerer och att dessa poly- merer tillsättes till suspensionen i ordning efter till- tagande molekylvikter.

10. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att förstärkningsfibrer tillföres till massan före Wtillsättningen av de jongivande ämnena.

11. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k_n a't därav, att mellan två successiva tillsättningar av jonalst- rande ämnen lämnas en reaktionstid för det tidigare tillsatta ämnet.