SE503059C2 - Förfarande och framställning av ett nonwovenmaterial och nonwovenmaterial framställt enligt förfarandet - Google Patents

Description

ff! -l \ 10 15 20 25 30 35 l »o (359 lx) Unoflnningens ändamål och viktigaste kännetecken Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förenklat förfarande för framställning av ett nonwovenmaterial med hög absorp- tionsförmåga, styrka och jämnhet. Detta har uppnåtts genom att man bildar en uppskummad fiberdispersion genom att naturliga och/eller syntetiska fibrer dispergeras i en skumningsbar vätska innefattande vatten och en tensid i ett dispergeringskärl , varefter den uppskummade fiberdispersionen páföres en vira och dräneras, och att den bildade fiberbanan i direkt anslutning till formeringen utsättes fór hydro- - _ entangling.

Genom att kombinera dessa båda var för sig tidigare kända teknikerna på det beskrivna sättet har man àstakommit en flexibel, utrymmes- och energisnål process, med vilken man kan framställa ett spunlacematerial av en överraskande hög kvalitet.

Beskrivning av ritningar Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hänvisning till ett par på bifogade ritningar visade utföringsexempel.

Fig. 1 är ett flödesschema över förfarandet enligt uppfinningen.

Fig.2 visar ett modifierat utförande av dispergeringskärlet och skumtanken. 'ri x m l B v krivnin Fig. 1 visar en processlösning för en skumfomlningsprocess enligt uppfinningen. Skummet alstras genom att en tensid tillsätts vattnet i en pulper 111, där en intensiv omrörning och luftindragning sker. Ytterligare skumalstring skeri processen genom den turbulens som skapas i pumpar samt vid viran 118. En förutsättning för skulnalstring är dock att det finns tillgång till luft. 10 15 20 25 35 f. f; ff, n f; f,- Tensiden kan vara av valfritt lämpligt slag, anjonisk, katjonisk, non-jonisk eller amfoter. I GB patentet 1,329,409 beskrivs tensider lämpliga för skurnformning av fiberbanor. Det finns dock flera andra tillgängliga tensider som är lämpliga för ändamålet. Valet av tensid kan ex vis påverkas av faktorer som kemisk sammansättning av eventuella andra tillsatser till fibermälden, som våtstyrkemedel, bindemedel, kräppnings- kemikalier m m.

Lämplig tensiddosering för erhållande av. ett relativt stabilt skum, vilket förmår hålla en väsentligen jämn dispersion av fibreri skummet ställs in i varje enskilt fall och är beroende av sådana faktorer som typ av tensid, vattnets hårdhetsgrad, vattentemperatur samt typ av fibrer. En lämplig tensidhalt i vattnet ligger inom området 0,02-1,0 vikts-%, företrädesvis dock under 0,2 vikts-%.

Skummets egenskaper varierar med mängden bunden luft. Vid lufthalter upp till ca 70-80% finns luften i form av små sfäriska luftbubblor omgivna av fritt vatten, s k kulskum. Vid större lufthalter övergår skummet till att bli ett s k polyederskum, där vattnet finns i de tunna lamellerna mellan olika luftbubblor. Den sistnämnda skumtypen gör att skummet är mycket styvt och svårhanterbart. l en skumformeringsprocess utnyttjas vanligen ett kulskum, d v s luft- halterna ligger mellan 40 - 70%. De små luftbubbloma fungerar som distansgivare mellan olika fibrer, samtidigt som den högre viskositeten jämfört med vatten dämpar turbulensen i vätskan och minskar kollisions- frekvensen mellan olika fibrer och härav orsakad flockbildning. Bubbel- storleken hos skummet påverkas av faktorer som typ av omrörare i pulpern/skumalstraren 111, omrörningshastighet samt mängd och typ av tensid. En lämplig medeldiameter på bubblorna är mellan 0,02 och 0,2 IIIIII.

I det visade exemplet används en blandning av cellulosafibrer och syntetfibrer. Cellulosafibrerna i form av lätt defibrerbar rullmassa 110 doseras ned i pulpern/skumalstraren 111 med kontrollerad hastighet mellan ett matningsrullpar 112 med kombinerad ytviktsmätare, varefter den förs igenom en förvätningsränna innan den grovrives ned i pulpern 10 15 30 111. Grovrivningen av massan sker t ex mellan ett s k piggvalspar.

Förvätningen av massan med färskvatten är önskvärd för att underlätta dispergeringeii i pulpern. F örvätriingsräiinaii och grovrivaren har för enkelhetens skull utelämnats på ritningen. l det fall rullmassan uppvisar en någorlunda jämn ytvikt kan doseringen ske enbart via matnings- hastigheten. Eventuella ytviktsvariationer hos rullmassan kan även kompenseras genom att man varierar maskinhastigheten i pappers- maskinen, så att ytvikten på det bildade _arket hålls väsentligen konstant.

Syntetfibrerna tillhandahålles vanligen i form av balar 122, vilka på känt sätt öppnas av balöppnare 123, doseras medelst ett vågband 124 och deponeras på en uppsamlingsvira 125. Från uppsamlingsviran sugs fibrerna genom en blåsledning 126 och doseras ned i pulpern/skum- alstraren 111 via en kondenser 127.

Annan utrustning för dosering av massafibrer och syntetfibrer än de visade kan naturligtvis användas.

I det visade exemplet används samma pulper fór de båda fiberslagen, beroende på att dessa kan kräva olika bearbetning eller att man vill utnyttja olika typer av fibrer för s k flerskiktsformning, vilket beskrivs nedan.

Pulpern/skumalstraren 111 är koncentriskt placerad inuti en större tank, skumtanken 128. Medan pulpern 111 är öppen uppåt är skumtanken 128 sluten. De båda kärlen kommunicerar med varandra via rör 129, 130 i botten och toppen.

I pulpern/skumalstraren 111 sker en intensiv dispergering och omblandning av fibrerna. Samtidigt genereras skum med hjälp av den tensid som finns i vattnet. För att förhindra att skummet stiger uppåt och bildar ett växande skumskikt på toppen, är det viktigt att vidmakthålla en skumcirkulation mellan pulperns/skumalstrarens 111 topp och botten.

Med en lämpligt utformad rotoraggregat 13 1 fås en fullt utbildad vortex som ger den önskade cirkulationen. Pulpervolymen är avpassad for att kunna utjämna snabba variationer i fiberdoseringern. En lämplig fiberkoncentration är 0,1-1,5 vikts-fïø. 10 15 20 H25 30 35 -a ._| 5 Lutthalten i skummet kan mätas genom Vägning av en känd volym uppskummad fiberdispersion. Detta kan ske genom att vikten av en viss längd av ledningen mellan pulpern/skumalstraren 1 1 och inloppslådan 117 kontinuerligt registreras. Kalibrering av mätskalan görs genom att vikten av sagda volym fylld med vätskan ifråga utan luftinblandning får mot- svara 0% luft, medan samma volym fylld med enbart luft får motsvara 100% lufthalt. Justering av lulthalten kan ske t ex medelst tensidtillsat- sen, omrörarhasfigheteni pulpern/skumalstraren 111 och/eller genom att tryckluft släpps in i pumpen 133.

Skummet med ingående fibrer pumpas medelst en lämplig pump 133 till inloppslådan 117 på en pappersmaskrin, vilken i det visade exemplet är av Fourdrinier-typ. Typen av pappersmaskzin är dock av underordnad betydelse fór uppfinningen, vilken även kan tillämpas på ex vis sugbröst- valsmaskiner och dubbelviramaskiner. Pumpen skall klara av stora luñmängder och samtidigt kunna hantera långa syntetfibreri fore- kommande fall, utan att spirmingseifekter uppstår. Några olika pump- typer uppfyller dessa krav. Ett exempel är en konventionell kolvpump. Ett annat är en vakuumpump av vattenringtyp, t ex av märket Helivac tillverkad av Berendsen Teknik AS. Ytterligare ett exempel är en pumptyp tillverkad av Discflo Corp, vilken uppvisar ett roterande skivpaket med radiella spalter.

I det visade utfóringsexemplet kan inloppslåda 117 och suglåda 119 betraktas som en integrerad enhet. Formningen av fiberbanan är helt sluten, d v s det föreligger ingen fri vätskeyta. Från inloppslådan 117 kommer det ut ett avvattnat och färdigformat ark.

Skum - fiberdispersionen fördelas över maskinbredden till inloppslådan 1 17 och fyller utrymmet som begränsas av inloppslådans gavlar och nedåt lutande överdel. Skummet sugs genom viran 118 med hjälp av vakuumpumpen 120 och kvar på viran blir det íärdigformade arket.

Det är även tänkbart att använda sig av s k flerskiktsformning med olika fibertyper -blandningari olika skikt. De olika fibertyperna matas då fram separat till inloppslådan som i detta fall är av ílerskiktstyp. rf. .,. 10 15 20 25 30 35 ...- ._- fio För att bibehålla vattenbalansen i systemet måste det vatten ersättas som försvinner med arket efter formningen. Ett sätt att göra detta är medelst en sprits 134 tvärs över den formade fiberbanan. Spritsen 134 tjänar dessutom som en tvättzon för att minimera halten tensid i det formade arket före hydroentanglingen. Tillsats av färskvatten kan även ske på andra ställen i systemet, t ex vid fórvätriingssteget. En separat suglåda 135 men kopplad till samma cirkulationssteg som ovan, förmedlar make-up vattnet till skumtanken 128.

Skummet som sugits genom viran 118 förs via suglådan 1 19 och vakuumpumpen 120 till toppen av skumtanken 128. Med skummet förs också en del oundviklig läckluft. Skumtanken 128 fungerar som en buiferttank för skummet.

Skum som deponeras i ett kärl kommer så småningom att övergå från kulskum till polyederskum, vilka skumtyper beskrivits ovan. I skum- tanken 128 kommer således vätska att dränera till botten av tanken, medan det lättare skummet ackumuleras i tankens topp. Tensiden är ansamlad i kontaktytan mellan luft och vatten. Det är därför troligt att tensiden tenderar att stanna kvar i det lättare skummet och således koncentreras mot toppen av tanken.

Vätskefasen i skumtankens 128 botten rinner över till pulpem 111 via det kommunicerande röret 129 i tankens botten. Likaså kommer skummet i skumtankens 128 topp att tryckas ut via röret 130 i tankens topp på grund av övertrycket som alstras av vakuumpumpen 120. Detta lätta skum är mycket stabilt och framför allt voluminöst och måste därför reduceras innan det släpps ned i pulpern 111. En högvarvig propeller 136 monterad i röret 130 slår mekaniskt sönder de större luflinneslutningarna och frigör en del av den stora mängd luft som är bunden.

I det övre förbindelseröret 130 mellan skumtank 128 och pulper 111 är även anordnat en reglerventil 137 med vars hjälp trycketi skumtanken 128 och därmed även nivån i pulpern 111 kan hållas konstant.

Genom det beskrivna arrangemanget erhålls en sluten skumloop vilken öppnas på ett kontrollerat sätt mellan skumtanken 128 och pulpern 111. 10 15 20~ 25 30 35 ÄH?- flfifl Skumtanksvolymen bör vara så dimensionerad att skummets uppehålls- tid i tanken är ca 45-180 sekunder, företrädesvis 60-120 sekunder. En stor del av vätskemängden kommer då att kunna dränera till botten av tanken 128 och därefter rinna över till pulpem. Samtidigt måste tanken kunna rymma det lättare skummeti tankens övre del. Ett lämpligt förhållande mellan total volym och tänkt vätskevolym i tanken är ca 4-8, företrädes- vis ca 6.

Skummet cirkulerar således mellan pulpem/skumalstraren 111, inlopps- lådan 117, viran 118, suglådan 119 och tillbaka till pulpern/ skumalstraren 1 11 via skumtanken 128 i ett enkelt cirkulationssteg. En viss tillsats av tensid och vatten sker för att ersätta den mängd som följer med arket efter formeringen. Make up-vattentillsatsen kan exempelvis styras genom mätning av differentialtrycketi skumtanken 128. Tensidhalten i den uppskummade fiberdispersionen bestämmes lämpligen av en ytspän- ningsmätare.

Pulpern/skumalstraren 111 och skumtanken 128 behöver naturligtvis inte vara anordnade som en integrerad enhet, utan kan som visas i Fig. 2 vara separerade från varandra. De kommunicerar dock även i detta fall med varandra via rörledningar 129 och 130. Som nämnts ovan kan systemet innehålla två eller flera pulprar/skumalstrare vilka dock samtliga kan kommunicera med samma skumtank.

Det formade fiberarket hydroentanglas i direkt anslutning till formeringen i en entanglingsstation 138 medan det fortfarande uppbärs av viran 118.

Entanglingsstationen 138 innefattar flera rader av munstycken 139 från vilka mycket fina vattenstrålar under högt tryck riktas mot fiberbanan och åstadkommer en entangling av denna, dvs en hoptrassling av fibrema.

Lämpligt tryck i entanglingsmunstyckena anpassas eñer fiber-material, ytvikter m m.

För ytterligare beskrivning av hydroentanglings - eller som den också kallas spunlacetekniken hänvisar bl a till CA patentet 841 938.

Den entanglade ñberbanan avvattnas över suglådor140 och förs därefter till en torkstation för torkning innan det färdiga materialet rullas upp. (_j'| 10 15 20 25 30 35 (HW (JE CD 0-1 MO Vattnet från entanglingsmunstyckena avlägsnas via suglådorna 140 och pumpas till en vattenreningsprocess varefiaer det recirkuleras till entanglingsstationen 138. Den beskrivna anläggningen är en in line- anläggning, där den skumformade fiberbanan som utgör basmaterialet fór hydroentanglingen entanglas i direkt anslutning till skumformningen, antingen med användande av samma vira 118, såsom visas i Fig.1 eller med olika viror fór skumformning och hydroentangling, t ex i det fall man vill framställa ett hålmönstrat material i samband med entanglingen.

Företrädesvis entanglas materialet från båda sidor.

Bildandet av den skumformade fiberbanan kan naturligtvis ske med andra processlösningar än den här visade. Exempel på andra sådan processer visas t ex i GB 1,329,409 och US 4,443,297.

Fibrer av många olika slag och i olika blandningsfórhållanden kan användas. Således kan blandningar av massafibrer och syntetfibrer, t ex polyester, polypropylen, rayon, lyocell mm användas. Som altemativ till syntetfibrer kan användas naturfibrer med lång fiberlängd, över 12 mm, såsom fröhårsfibrer, t ex bomull, kapok och milkweed; bladfibrer t ex sisal, abaca, ananas, New Zealand hamp; eller bastfibrer t ex lin, hampa, ramie, jute, kenaf. Varierande fiberlängder kan användas och man kan med skumformningsteknik använda längre fibrer än vad som är möjligt vid konventionell våtläggning av fiberbanor. Långa fibrer, ca 18-30 mm, är en fördel vid hydroentangling, då de höjer materialets styrka såväl i torrt som vått tillstånd. En ytterligare fördel med skumformning är att det är möjligt att framställa material med lägre ytvikt än vad som är fallet vid våtläggning. Som ersättning fór massafibrer kan växtfibrer med kort fiberlängd användas, t ex espartogräs, rörflen och halm från stråsäd.

Med vissa typer av fibrer kan ett bindemedel vara önskvärt fór att ge ytterligare styrka till materialet. Lämpliga bindemedel innefattar stärkelsebaserade bindemedel, polyvinylalkohol, latex m m, vilka används fór att öka styrkan hos nonwovenmaterial. 10 15 20 25 9 Exempel 1 En körning gjordes på en F ourdrinier-maskin med maskinhastigheten 20 m/min med användande av en ñberblandning bestående av 50% massa- fibrer av blekt barrsulfat och 50% polypropylenlibrer 1,4 dtex/ 18 mm. En ñberdispersion med fiberkoncentrationen 0,34 vikts-% bereddes i en pulper till vilken även tillsattes en nonjonisk tensid i en koncentration av 0,06%.

Uppehållstiden i pulpern var 34 sek. Lufthalten i den uppskummade ñberdispersionen som tillfordes inloppslådan var 54%. Torrlialten hos den formade fiberbanan var 30%. Denna utsattes omedelbart efter formningen för dubbelsidig hydroentangling, dvs ñberbanan entanglades från båda sidor. Antalet entanglingsstrips var 3st/passage. Håldiametern i mun- styckena var 120pm och antalet hål 1700/m. Entanglingstrycket var 95 bar. Den entanglade fiberbanan pressades och torkades med varmluft vid l0O°C.

Egenskaperna fdr det framställda materialet redovisas i Tabell 1.

Exempel 2 En andra körning gjordes med användande av en ñberblandning bestående av 70% massafxbrer av blekt sulfat och 30 polypropylenfibrer 1,0 dtex/ 18 mm. Fiberkoncentrationen var 0,20 vikts-% . Tensidtillsatsen var densamma somi Exempel 1. Uppehållstiden i pulpern var 40 sek. och lufthalten i den uppskummade fiberdispersionen som tillfórdes inloppslådan var 53%. Entanglingen genomfördes på motsvarande sätt somi Exempel 1.

Egenskaperna for det framställda materialet redovisas i Tabell 1.

Exemgçl 3 En tredje körning ordes med användande av en fiberblandning bestående av 50% massafibrer av blekt barrsulfat och 50% Tencelñbrer (lyocell) 1,7 dtex/ 12 mm. Fiberkoncentrationen var 0,36 vikts-% och uppehållstiden i pulpem 26 sek. Luftlialten hos den uppskummade fiberdispersionen som tillfördes inloppslådan var 51%. Entanglingen genomfördes på motsva- rande sätt som i Exempel 1.

Egenskaperna for det framställda materialet redovisas i Tabell 1.

(TP el: 'JJ -~.

CI! f) 10 Exempel 4 Ytterligare en körning gjordes med användande av en fiberblandníng bestående av 60% massafibrer av blekt barrsulfat och 40% Tencelfibrer 1,7dtex/ 12 mm. Fiberkoncentrationen var 0,18 vikts-% och uppehållstáden 5 i pulpern 27 sek. Luíthalten hos den uppskummade fiberdispersionen som tzillfórdes inloppslådan var 49%. Entanglingen genomfördes på motsvarande sätt som i Exempel 1.

Egenskaperna fór det framställda materialet redovisas i Tabell 1. 11 Iahelll Ex. 1 Ex. 2 Ex. 3 Ex. 4 50/50 massa/ 70/30 massa! 50/50 massa/ 60/40 massa! PP 1.4x1 PP 1.0x18 Tencel 1.7x12 Tencel 13x12 Ytvikt g/m2 79 43 74 39 SCAN-P 6:75 Tjocklek pm 486 326 362 299 SCAN -P 47:83 Brottöjning L % 67 22 14 22 SCAN-P 38:80 Brottöjning T % sCAN-P aszso 1 18 115 42 50 D ka wïgftåm 3061 1037 3036 890 scAN-P sæso Dragstyrka wrr T N/m 955 139 711 ses SCAN -P 38:80 Dragstyrka våt L N/m 2099 123 2505 350 SCAN-P 58:86 Dragstyrka våtT N/m 358 18 627 174 sCAN-P 58:86 Absorption 5 sek g/g 4.2 4.9 3.6 4.9 SIS 25 12 28 (mad) Total absorption g/g 4.2 5 3.6 4.9 SIS 25 12 28 (mod)

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 |2 Patentkrav

1. Förfarande för framställning av ett nonwovenmaterial genom hydroentangling av en fiberbana, k ä n 11 e t e c }< n a t a v att torra syntetiska och/eller naturliga fibrer, ev. efter en förvätning, doseras direkt i ett dispergeringskärl (lll) och att fibrerna dispergeras i en skumningsbar vätska innefattande vatten och tensid för att bilda en uppskummad fiberdispersion som påföres en vira (118) och avvattnas och att den fiberbana som bildas efter avvattningen direkt efter formningen utsätts för hydroentangling, medan den skumningsbara vätskan efter att ha passerat genom viran återcirkuleras till dispergeringskärlet via en skumtank (128) i ett enkelt kretslopp.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat avatt till bärarmediets kretslopp tillförs förutom fibrerna endast färskvatten, tensid och eventuella övriga kemikalier för att ersätta den mängd som lämnar kretsloppet med fiber - eller pappersbanan efter formeringen.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att färskvatten sprutas (134) på den formade fiberbanan före hydro entanglingen och att det via en suglåda (135) tillförs kretsloppet efter att ha passerat genom fiberbanan. 10 15 20 25 30 35

4. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav,kännetecknat avatt den uppskummade vätska som avlägsnas genom viran (118) förs till en sluten skumtank (128) i vilken en dränering av vätska till skumtankens botten sker, medan det lättare skummet ansamlas i skumtankens topp, att vätska från skumtankens botten leds över till dispergeringskärlet (lll) via en första rörledning (129) och att skummet via en andra rörledning (130) i skumtankens topp passerar över till dispergeringskärlet, där fibrer tillsätts och dispergeras i den skummningsbara vätskan.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att skummet i eller nära sagda andra rörledning (130) bearbetas mekaniskt så att större luftbubblor i skummet slås sönder, varvid, bunden luft frigörs ur skummet.

6. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t a v att trycket i skumtanken (128) hålls väsentligen konstant medelst en reglerventil (137) anordnad i eller i anslutning till sagda andra rörledning (130).

7. Nonwovenmaterial, k ä n n e t e c k n a t a v att det är framställt genom hydroentangling av en skumformad fiberbana enligt det i patentkrav 1 angivna sättet.

8. Nonwovenmaterial enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att de ingående fibrerna utgörs av naturfibrer eller blandningar av naturfibrer och syntetfibrer.

9. Nonwovenmaterial enligt patentkrav 8, kännetecknatavattimaterialetingår naturfibrer med en längd överstigande 12 mm.