SE533092C2 - Förfarande för elektrostatisk framställning av partiklar samt framställning av papper, kartong eller filter innefattande förfarandet - Google Patents

Description

533 092 vinna kohesionskrafter som håller samman mediet, varvid bild- ning av strålar mot kollektorplattan uppträder. Det elektro- statiska fältet sträcker ut strålen och, beroende på egenska- perna hos det flytande mediet, såsom viskositet, ytenergi, polymerkoncentration och det elektriska fältets styrka, bil- das fibrer (elektrospinning) eller partiklar (elektrostatisk sprayning) som avsätts på kollektorplattan. De bildade fib- rerna eller dropparna kan samlas upp som sådana eller avsät- tas som en ytbeläggning på ett substrat som täcker kollek- torn. Principen för elektrostatisk ytbeläggning sammanfattas i litteraturen t.ex. av Ramakrishna et al.[An Introduction to Electrospinning and nanofibers, World Scientific Publishing co. Pte. Ltd., 2005]. Tillämpningar för tekniken inom pap- pers- och kartongindustrin har dock varit begränsade och inte rapporteras i någon större utsträckning.

US2007/0148365 beskriver ett förfarande för formning av papper eller kartong, där en ytbeläggning av nanofibrer ap- pliceras på pappersytan med användning av en anordning för elektrospinning. Anordningen för elektrospinning som används i USZOO7/0148365 innefattar ett flertal meniskinitiatorer som bildar områden med koncentrerad laddning i den fiberbildande kompositionen. Systemet som beskrivs i US2007/0148365 är dock begränsat till tillämpningar där fiberbildningen är riktad uppåt. Prestandan hos en sådan anordning för elektrospinning är dessutom beroende av nämnda meniskinitiatorers antal, geo- metri, position och prestanda.

USZOO6/0266485 beskriver ett förfarande för applicering av nanofibrer pà en pappersbana genom elektrospinning. Enligt förfarandet beskrivet i USZOO6/0266485 appliceras fibrerna på pappersbanan i vissa zoner där pappersbanans torrhalt är gynnsam för appliceringen av nanofibrer. 533 092 Problem med ojämn avsättning av partiklarna bildade genom tekniker för elektrostatisk sprayning/elektrospinning har ob- serverats inom teknikområdet. Detta kan bero på att munstyck- ena genererar linjer av spunna fibrer eller droppar. Dessutom är ofta utsprayningen av strålen från ett munstycke ofta in- stabil, då den kan börja och sluta slumpmässigt och produk- tionshastigheten kan variera. En annan faktor som begränsar användningen av tekniker för elektrostatisk sprayning/ elek- trospinning är den låga produktionshastigheten som hänger samman med dessa tekniker. Försök att öka produktionshastig- heten genom användning av högre elektriska fält är vanligtvis inte framgångsrika, eftersom alltför höga laddningar kan för- orsaka elektrostatisk urladdning. Spraymunstycken med små mynnings-diametrar som typiskt används i systemen beskrivna i den tidigare kända tekniken är dessutom känsliga för igen- sättning och fasttorkning av kemikalier i mediet för elektro- statisk sprayning/ elektrospinning kan uppträda. Detta kan försämra produktionshastigheten ytterligare.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla ett förfarande för bildning av partiklar som inte med- för problemen hos den kända tekniken.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla ett förfarande för bildning av submikronpar- tiklar, vilket förfarande möjliggör höghastighetsproduktion. Ännu ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en jämn avsättning av elektrostatiskt sprayade eller elektrospunna partiklar på en yta.

De ovannämnda syftena, såväl som andra fördelar, uppnås genom förfarandet enligt uppfinningen. Uppfinningen avser ett 533 052 förfarande för bildning av partiklar av åtminstone en sub- stans vilket, i nämnda ordning, innefattar stegen: att till- handahålla ett skummat medium, vilket skummade medium inne- fattar nämnda substans, samt att bilda partiklar av nämnda substans åtminstone delvis genom elektrostatisk behandling.

Termen “partiklar” inbegriper, som den används här, par- tiklar i form av droppar, fibrer och mellanformer därav.

Med termen “skummat medium” eller “skum” avses, som den används här, en dispersion av gas i en fast substans eller i en vätska. Gasbubblorna kan vara av vilken storlek som helst, t.ex. från kolloidala till makroskopiska.

Området för elektrostatisk behandling omfattar elektro- statisk sprayning (generering av droppar) och elektrospinning (generering av fibrer), såväl som kombinationer av de båda inom övergångsomràdet mellan elektrostatisk sprayning och elektrospinning.

Det har på ett överraskande sätt visat sig att använd- ningen av skummat medium vid elektrostatisk behandling möj- liggör högre produktionshastigheter och ökar jämnheten hos ett beläggningsskikt format genom elektrospinning eller elek- trostatisk sprayning av partiklarna på ett substrat. Dessutom kan problem med elektrostatisk urladdning mellan systemet som tillför mediet, t.ex. munstycken, och avsättningsytan undvi- kas.

Uppfinningen avser dessutom ett förfarande för formning av ett papper eller en kartong som innefattar stegen: att forma en bana av papper eller kartong, att tillhandahålla ett skummat medium som innefattar åtminstone en substans som skall deponeras på nämnda pappers- eller kartongbana, att bilda partiklar av nämnda substans åtminstone delvis genom elektrostatisk behandling, samt att deponera nämnda partiklar 533 052 på nämnda pappers- eller kartongbana. Uppfinningen avser dessutom ett papper eller en kartong formad genom nämnda för- farande för formning av ett papper eller en kartong.

Det ovannämnda förfarandet för formning av papper eller kartong möjliggör bestrykning och limning av papper eller kartong vid höga beläggningshastigheter. Dessutom erhålls släta och jämna skikt av den applicerade bestrykningen och/eller limningen på papperet eller kartongen.

Uppfinningen avser dessutom ett förfarande för formning av ett filter som innefattar ett substratskikt och ett elek- trospunnet fiberskikt, varvid nämnda förfarande innefattar steget att elektrospinna fibrer ur ett skummat medium på nämnda substrat. Uppfinningen avser dessutom ett filter fram- ställt genom nämnda förfarande.

Förfarandet för framställning av ett filter enligt upp- finningen ger en tät och jämn fördelning av fibrerna på sub- stratet, varigenom filter med hög filtreringseffektivitet kan framställas.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. la visar ett foto taget under UV-ljus av en kartong belagd med partiklar som har elektrospunnits ur en vätska i enlighet med ett jämförande exempel (jämförande exempel 1) som representerar teknikens ståndpunkt.

Fig. lb visar ett foto taget under UV-ljus av en kartong belagd med partiklar som har elektrospunnits ur ett skummat 533 092 medium i enlighet med ett exempel (exempel l) enligt förelig- gande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Föreliggande uppfinning avser bildning av partiklar av åtminstone en substans åtminstone delvis genom elektrostatis- ka medel, varvid medlet som innefattar substansen som skall formas till partiklar föreligger i form av skum. Det ovan- nämnda mediet kan även kallas för ett skummat medium. De bil- dade partiklarna kan vara av mikro-, nano- och/eller millime- terstorlek. Enligt uppfinningen äger bildningen av partiklar rum från ytan av skummet och/eller från ytorna av bubblorna som är inkorporerade i skummet.

Användningen av skummat medium för bildningen av partik- lar genom elektrostatisk behandling gör det möjligt att ut- nyttja högre elektriska fältstyrkor utan att förorsaka elek- trostatisk urladdning mellan inmatningssystemet och kollek- torplattan. Utan att vilja vara bunden till någon teori beror detta antagligen på de dielektriska egenskaperna hos skum.

Användningen av högre elektriska fältstyrkor ökar produk- tionshastigheten. Dessutom kan inmatningssystemet, t.ex. mun- stycken som bär fram det skummade mediet, vara anordnat nära kollektorn eller substratet som skall deponeras med de bilda- de partiklarna, utan att förorsaka ojämn avsättning. Detta bidrar ytterligare till en högre produktionshastighet.

Det har dessutom visat sig att mindre energi behövs för att initiera bildningen av partiklar från en skummad yta än från en icke-skummad vätska. Framställningen av partiklar från en skummad yta kan initieras eller “tändas" av en momen- tan spänningsökning i en punkt, dvs. genom att applicera en spänning i en enskild punkt eller på ett enskilt ställe. När 533 082 bildningen av vätskestrålar har kommit igång i denna specifi- ka punkt vandrar den snabbt vidare och expanderar till hela den fria ytan hos skummet. Systemet kan till och med tändas i en enda punkt med användning av en tändare, efter vilket spinningsprocessen sprider sig över hela den skummade ytan från denna punkt. Därefter behövs tändningspunkten inte läng- re och den applicerade spänningen kan sänkas. Sålunda behövs en mindre mängd energi tillhandahàllen som elektricitet för att övervinna ytspänningen och framkalla bildning av en fiber eller droppe när man använder skum som medium. Ännu en annan fördel med användningen av ett skummat me- dium som medium för e-spinning eller e-sprayning är att medi- ets fastsubstanshalt kan vara hög jämfört med när ett flytan- de medium används. Följaktligen kan vedfibermaterial, t.ex. finmalt cellulosamaterial eller nanofibrer av cellulosa, blandas med en gas for bilda skum och därefter formas till partiklar genom elektrostatiska medel.

Det skummade mediet som används i föreliggande uppfinning kan tillhandahållas genom att dispergera en gas i en vätska eller i en fast substans, vilken vätska eller fasta substans innefattar substansen som skall formas till partiklar. Alter- nativt kan det skummade mediet tillhandahållas genom att först dispergera en gas i vätska eller i en fast substans, varefter substansen inkorporeras, t.ex. impregneras eller fördelas, i den bildade dispersionen.

Vid elektrostatisk bildning av partiklar ur det skummade mediet kan det skummade mediet förbrukas i processen. Enligt denna utföringsform kan det skummade mediet bestå av substan- sen som skall formas till partiklar, lösningsmedel som av- dunstas i processen och gas. Alternativt kan det skummade me- diet fungera som ett substrat för substansen som skall formas till partiklar. Enligt denna utföringsform förbrukas det skummade mediet inte i processen. Till exempel kan en poly- 533 952 merlösning, vilken lösning innefattar polymeren som skall formas till partiklar och lösningsmedlet som avdunstas i pro- cessen, inkorporeras i skummet.

Det skummade mediet enligt föreliggande uppfinning kan innefatta en gas dispergerad i en vätska eller i en fast sub- stans i en mängd av åtminstone 5 volym-% av hela mediet, el- ler i en mängd mellan 10 - 99 volym-%, mera fördelaktigt i en mängd av 50 - 99 volym-% och mest fördelaktigt i en mängd av 75 - 99 volym-% av hela mediet. En hög mängd gas i skummet ger små bubblor med jämn storleksfördelning som är disperge- rade i vätskan eller den fasta substansen. Följaktligen ökas den totala arean av bubblornas ytor, från vilka ytor partik- larna bildas. Den jämna storleksfördelningen hos bubblorna bidrar dessutom till en jämnare process. Det skummade mediet kan även beskrivas som en elastisk svampliknande komposit av gas och viskös vätska, vilken komposit består av luftbubblor i en vätska. Det är viktigt att mängden gas som finns närva- rande i det skummade mediet är tillräcklig för att övervinna vätskans lösningsmedelseffekt. På så sätt bildar åtminstone en del av gasen bubblor i vätskan. Gasbubblorna som finns närvarande i vätskefasen kan vara av vilken storlek som helst, från kolloidala till makroskopiska.

Det skummade mediet enligt uppfinningen kan framställas biologiskt, kemiskt, mekaniskt eller akustiskt. Det är ofta mest praktiskt att bereda skummet genom mekaniska medel.

Gaskomponenten hos det skummade mediet kan väljas ur gruppen bestående av luft, koldioxid (C02), vattenånga (H20), kvävgas (Ng), vätgas (H2) och en blandning därav. I en före- dragen utföringsform är gaskomponenten luft. Luft är ofta det lämpligaste valet när man inkorporerar gasen i vätskan genom t.ex. mekaniska medel. 533 092 Vätskefasen hos det skummade mediet kan vara en lösning, en dispersion eller en smälta av substansen som skall formas till partiklar. Vätskefasen innehåller företrädesvis dessutom en bärare. En bärare avser en vätska som har syftet att delta i transport, kvarhållande, ledning och valfritt lösning av substansen som skall formas till partiklar. Bäraren kan t.ex. vara vatten, alkoholer eller organiska lösningsmedel eller blandningar av lösningsmedel.

Substansen eller substanserna som skall formas till par- tiklar kan vara polymerer eller en blandning av polymerer.

Lämpliga polymerer kan väljas från t.ex. polyolefiner, poly- vinyler, polyamider, polyimider, polyakrylater, polyestrar, samt blandningar därav.

Vätskefasen kan dessutom innefatta åtminstone ett pro- cesshjälpmedel som bidrar till en effekt vald från skumbild- ning, förbättring av det statiska elektriska fältet och in- tensifiering av partikelbildningen. Processhjälpmedlet är fö- reträdesvis ett ytaktivt medel (en tensid), t.ex. en ytaktiv polymer. I en föredragen utföringsform är processhjälpmedlet ett skumbildande medel, t.ex en azid.

Det skummade mediet kan dessutom innefatta stabilise- ringsmedel för att säkerställa acceptabel retention av gasfa- sen i vätskefasen. I en föredragen utföringsform av förelig- gande uppfinning kan det skummade mediet innefatta finpartik- lar. Närvaron av finpartiklar i det skummade mediet intensi- fierar partikelbildningen och förbättrar det skummade mediets stabilitet. ”Finpartiklar” avser, som det används här, fasta tillsatsmedel. Finpartiklarna som finns närvarande i det skummade mediet kan t.ex. ha en sfärisk diameter om l - 1000 nm. Finpartiklarna kan t.ex. vara proteiner, polymerer med bioursprung, såsom stärkelse; mineralpartiklar, såsom leror, kiseldioxider, kalciumkarbonater, titanoxider, talk; organis- 533 092 ka förstärkningsmedel, syntetiska latexbindemedel, salter: samt derivat därav.

I en utföringsform av uppfinningen utförs bildningen av partiklar genom elektrospinning, varvid ultrafina fibrer bil- das. Diametern hos enskilda fibrer kan t.ex. vara mindre än 5 'um eller till och med mindre än 400 nm. Bildningen av partik- lar kan även utföras genom elektrostatisk sprayning, varvid droppar bildas.

Föreliggande uppfinning är tillämpbar på vilket använd- ningsområde som helst där elektrospinning och/eller elektro- statisk sprayning används idag, t.ex. för elektrostatisk yt- beläggning eller impregnering av ett substrat eller för till- verkning av nonwovenmaterial. Partiklarna bildade genom för- farandet enligt uppfinningen kan deponeras på en kollektor- yta. Kollektorytan kan vara ett substrat såsom en film, en fiberbana, ett papper, en folie, eller vilket annat lämpligt substrat som helst.

I en utföringsform av uppfinningen deponeras partiklarna bildade genom förfarandet på ett pappers- eller kartongsub- strat. Partiklarna kan t.ex. appliceras på en pappers- eller kartongbana i rörelse under papperstillverkningsprocessen.

Förfarandet enligt uppfinningen kan således användas för t.ex. bestrykning eller limning av papper eller kartong. För- farandet kan användas för att inkorporera olika typer av po- lymerfibrer, direkt på eller inkorporerade i ytan av papper eller kartong. En anmärkningsvärd fördel med föreliggande uppfinning är att beläggningshastigheten, i g/[m2 x minj, kan ökas till en nivå som inte uppnås med användning av arrange- mang enligt teknikens ståndpunkt. Genom förfarandet enligt uppfinningen kan en stor beläggningsmängd framställas på kort tid. Användningen av skummat medium motverkar dessutom pro- blemet med att ett munstycke för ytbeläggning stör det elekt- riska fältets storlek vid ett närliggande munstycke. Mun- 533 032 11 styckena för ytbeläggning kan följaktligen anordnas närmare varandra, varigenom kompakta system för ytbeläggning kan an- vändas.

Förfarandet enligt uppfinningen kan dessutom användas för att framställa filter som innefattar ett substratskikt och ett elektrospunnet fiberskikt. Denna utföringsform inbegriper formning av fibrer ur ett skummat medium i ett elektrosta- tiskt fält, vilka fibrer deponeras på ett substratskikt. Sub- stratskiktet är fördelaktigt gjort av ett fibermaterial till- verkat på konventionellt sätt som har en ganska porös struk- tur. Ett filter framställt genom förfarandet enligt uppfin- ningen ger förbättrade filtreringsegenskaper, eftersom de elektrospunna fibrerna är jämnt avsatta på substratskiktet.

Enligt ännu en annan utföringsform av föreliggande upp- finning framställs små partiklar ur det skummade mediet, vil- ka små partiklar samlas upp som sådana. De ovannämnda små partiklarna kan föreligga i form av diskontinuerliga fibrer eller oregelbundna korn eller blandningar, agglomerat eller en kombination därav. De ovannämnda partiklarna har åtminsto- ne en dimension av submikronstorlek. Partiklarna är företrä- desvis fibrer med diametrar under lO um, mera fördelaktigt under 1 um. De bildade partiklarna kan först deponeras på en kollektoryta, från vilken partiklarna utvinns. Partiklarna kan förhindras från att vidhäfta vid kollektorytan. Systemet kan dessutom vara utformat så att de framställda partiklarna avlägsnas kontinuerligt från kollektorytan. Genom förfarandet enligt uppfinningen kan höga utbyten av partiklar uppnås.

Förfarandet enligt uppfinningen kan dessutom användas för att framställa fibriller eller mikrofibrillerad cellulosa, dvs. ungefär 50 nm tjocka cellulosasträngar. Enligt uppfin- ningen kan fibriller framställas genom upplösning av cellulo- sa, formning av ett skummat medium av den lösta cellulosan, samt elektrospinning av nämnda skummade medium. Fibriller 533 052 12 framställda enligt uppfinningen kan t.ex. användas för att armera plaster, papper med hög hållfasthet och miljövänliga förpackningsmaterial.

Den elektrostatiska partikelbildningen enligt föreliggan- de uppfinning kan genomföras med hjälp av en konventionell apparat som är lämplig för elektrostatisk sprayning eller elektrospinning. Apparaten kan innefatta en kollektor, en in- matningsdel och en spänningskälla som är inrättad för att tillhandahålla en elektrisk potentialskillnad mellan kollek- torn och inmatningsdelen. Inmatningsdelen kan dessutom inne- fatta ett system för fördelning av skum eller inmatning av skum. Kollektorn kan vara en metallplàt för bärande av sub- stratet, även om en platta, en rulle, en vals, en cylinder eller liknande också kan vara möjliga att använda. Den elek- trostatiska spänningen ligger företrädesvis mellan 10 och l00 kV, mera fördelaktigt mellan 40 och 60 kV, och avståndet mel- lan skummet och substratet är företrädesvis mellan 10 och 300 mm, mera fördelaktigt ungefär 50 mm.

Den elektrostatiska behandlingen, t.ex. elektrostatisk sprayning eller elektrospinning, av partiklarna kan genomfö- ras med användning av både lik- och/eller växelspänningar. I en utföringsform av uppfinningen utförs den elektrostatiska behandlingen i närvaro av ett elektriskt växelströmsfält (AC). Detta kan åstadkommas genom att applicera en växelspän- ning pà någon av elektroderna som bildar det elektriska fäl- tet, t.ex. kan en växelspänning appliceras antingen på inmat- ningsdelen eller på kollektorn. Användningen av växelspän- ningar ger en förbättrad täckning av den deponerade ytan med de formade partiklarna. Skummat medium underlättar använd- ningen av vaxelspänningar på grund av de dielektriska egen- skaperna hos skum. 13 Den elektrostatiska behandlingen kan även utföras med an- vändning av både växelström och likström samtidigt. På detta sätt kan formen hos partiklarna som framställs i processen varieras. Enligt en utföringsform appliceras en växelspänning på kollektorn och en likspänning appliceras på inmatningsde- len, varvid partiklar i form av ganska stora fibrer kan fram- ställas. I en annan utföringsform appliceras en växelspänning på inmatningsdelen och en likspänning appliceras på kollek- torn, varvid finare partiklar kan framställas.

Apparatens inmatningsdel kan lämpligen vara t.ex. en slät plåt, på vilken det skummade mediet kan tillåtas röra sig långsamt nedåt till en utloppsspalt. Vid utloppsspalten dras det partikelbildande mediet mot kollektorn av det elektrosta- tiska fältet. Strålarna som bildas sträcks ut direkt från flera slumpmässiga ställen på skumytan. De viskösa egenska- perna hos skum är fördelaktiga för ett sådant inmatningssy- stem.

I en annan utföringsform kan skummet matas in genom en öppning, t.ex. en slits försedd med variabel slitsbredd. Yt- spänningen och slitsbredden kan valfritt regleras så att skummet inte forsar ut, men ändå tillhandahåller en tillräck- lig fri yta för framställning av strålar.

I ännu en annan utföringsform kan inmatningssystemet in- nefatta ett eller ett antal munstycken. Användningen av skum- mat medium motverkar problemet med att ett munstycke stör det elektriska fältets storlek vid ett närliggande munstycke.

Munstyckena kan följaktligen anordnas närmare varandra, var- igenom kompakta inmatningssystem kan användas.

Enligt en föredragen utföringsform utförs partikelbild- ningen från en fri, företrädesvis plan, yta av det skummade mediet, dvs. utan användning av några munstycken eller lik- nande. Skummat medium underlättar bildningen av partiklar 533 B52 14 från en fri yta, eftersom man undviker höga toppar med ladd- ningar i mediet som kunde förorsaka urladdning. Bildningen av partiklar från en fri yta av ett skummat medium genom elek- trostatiska medel ger en överraskande hög produktionshastig- het. Möjligheten att använda en fri yta av det skummade medi- et ger dessutom en ökad flexibilitet vid utformningen av in- matningssystemet. Enligt denna utföringsform kan inmatnings- systemet innefatta en plan yta, t.ex. en metallplåt, eller det kan innefatta en krökt yta.

Bildningen av partiklar enligt uppfinningen kan genomfö- ras med användning av elektrostatiska medel i kombination med andra krafter, t.ex. i kombination med användning av mekanis- ka medel. Användningen av ett elektrostatiskt fält kan såle- des t.ex. kombineras med användning av system med roterande munstycken eller trycksatta inmatningssystem, för att ytter- ligare förbättra bildningen av strålar.

Uppfinningen kan dessutom användas för att avlägsna eller eliminera skum ur ett medium, vilket medium innefattar skum.

Skumbildning i flytande medium är ett problem i många indust- riella processer, t.ex. inom pappersindustrin, inom livsme- delsindustrin, inom läkemedelsindustrin och inom tryckfärgs- industrin. Inom teknikområdet förhindras skumbildning typiskt genom användning av skumdämpande medel eller, alternativt, så elimineras gasen genom användning av mekaniska anordningar för avgasning såsom centrifugalanordningar. De traditionella anordningarna för avgasning är dock ofta utrymmeskrävande och dyra. Enligt uppfinningen utsätts mediet som innefattar gas i form av skum för ett elektrostatiskt fält, dvs. en elektrisk potentialskillnad appliceras mellan mediet och en kollektor.

På detta sätt bildas partiklarna elektrostatiskt från ytan av skummet och/eller från ytan av bubblorna inkorporerade i skummet, varvid bubblorna i skummet slås sönder. Följaktligen frigörs gasen och avlägsnas på så sätt ur mediet. Partiklarna 533 052 som bildas genom förfarandet deponeras på kollektorn och kan återvinnas. Alternativt kan skummet överföras till kollektorn som skum med hjälp av det elektrostatiska fältet. Det ovan- nämnda förfarandet för eliminering eller avlägsnande av skum är tillämpbart för behandling av flytande processmedium från olika industrier, t.ex. från papperstillverkningsprocessen, livsmedelsindustrin, läkemedelsindustrin, färgindustrin och tryckfärgsindustrin. Det flytande mediet som behandlas kan vara en suspension, såsom en fibersuspension, t.ex. en sus- pension av cellulosafibrer för papperstillverkning (så kallad mäld) eller avloppsvatten från pappersmaskinen. Vid behand- ling av bakvatten genom förfarandet enligt uppfinningen kan små hydrofoba partiklar genereras och avsättas på kollektor- plattan, såsom vaxer, stärkelser och proteiner. Dessa partik- lar kan återföras till fibersuspensionen.

EXPERIMENTELLT Uppfinningen beskrivs ytterligare med hänvisning till några exempel nedan. Det måste förstås att uppfinningen inte är begränsad till de specifika processteg och material som beskrivs här.

För att belysa skillnaden utfördes även ett jämförande experiment med efterföljande av en procedur som representerar teknikens ståndpunkt.

Jämförande exempel 1 En mellanproduktkomposition bestående av en blandning av titandioxid, polyvinylalkohol, polyetenoxid (TiO2+PVA+PEO) som föreningar som skall formas till partiklar; natriumdode- kylsulfat (SDS) som processhjalpmedel och vatten som bärare bereddes. Koncentrationerna av ingredienserna i en sats om 500 g var 6,4 % PVA, 1,0 % PEO, 3 droppar SDS och återstoden vatten. Denna mellanproduktkomposition elektrospanns ur mun- 533 032 16 stycken (munstycksavständ ungefär 50 mm, spänning ungefär 40 kV). Partiklarna deponerades på en kartong om 240 g/m2.

Resultaten bedömdes visuellt och även genom att ta foto- grafier under UV-ljus. Fig. la visar ett foto av den belagda kartongen taget under UV-ljus. TiO2 används som en markör för fördelningsjämnhet, eftersom den absorberar UV-ljus och ytbe- läggningen således syns som mörka linjer. Under spinningen observerades endast en stràle lämna ett munstycke. Skinnbild- ningseffekt observerades på munstyckena. Liksom kan iakttas i fig. la kan man se genomskinliga spunna linjer från varje munstycke på kartongen. Dessa spunna linjer är ett symptom på ojämn ytbeläggning.

Exempel 1 Samma mellanproduktkomposition som användes i jämförande exempel l skummades upp mekaniskt med användning av en mixer.

Volymen ökade till över den dubbla när luft inkorporerades i vätskefasen. Det bildade skummade mediet innefattade således gas i en mängd av ungefär 50 - 60 volym-% av hela mediet.

Detta skummade medium elektrospanns från munstyckena som an- vändes i jämförande exempel l (avstånd ungefär 50 mm, spän- ning ungefär 40 kv). Beläggningsvikten hölls jämn i båda ex- perimenten. De bildade partiklarna deponerades på en kartong om 240 g/m2.

Den resulterande fördelningen bedömdes återigen visuellt och genom att ta fotografier under UV-ljus. Fig. lb visar ett foto av den belagda kartongen taget under UV-ljus. Såsom framgår i fig. lb visade sig fördelningsjämnheten som att inga spunna linjer från munstyckena var synliga på kartongen.

Från varje munstycke sprayades flera filament ut mot kollek- torn. Skummet var också lättare att pumpa och mata fram till munstyckena, vilket bidrog till enklare dosering. Till följd 533 052 17 av detta var slutproduktens ytbeläggning mera homogen och jämnt fördelad.

Exempel 2 En mellanproduktkomposition bestående av en blandning av ti- tandioxid, polyvinylalkohol, polyetenoxid (TiO2+PVA+PEO) som föreningar som skall formas till partiklar; natriumdodekyl- sulfat (SDS) som processhjälpmedel och vatten som bärare, be- reddes. Koncentrationerna av ingredienser i en sats om 500 g var 6,4 % PVA, 1,0 % PEO, 3 droppar SDS och återstoden vat- ten. Mellanproduktkompositionen skummades upp mekaniskt med användning av en blandning. 9 g av det skummade mediet förde- lades på en metallplàt som en 10 cm x 10 cm yta och elektro- spanns (avstånd ungefär 50 mm, spänning ungefär 40 kV) från skumytan. De bildade partiklarna deponerades återigen på ett kartongsubstrat (240 g/HF).

Partiklarna (här fibrer) bildades direkt från den fria ytan av skummet, dvs. utan några munstycken eller liknande. Densi- teten hos fibrerna som lämnade skumytan var hög. När experi- mentet genomfördes till slutet hade allt skum förbrukats och spunnits till fibrer utan någon betydande reagensförlust.

Koncentrationen verkar förbli stabil när skummad utan gradi- enter som stör processen. Spinnbarheten minskade inte som funktion av tiden. Återigen observerades en jämn fördelning.

Deponeringshastigheten var dessutom överraskande hög. Depone- ringshastigheten var signifikant högre än när munstycken an- vände

Claims (16)

533 D92 18 Patentkrav

1. Förfarande för bildning av partiklar eller droppar av åtminstone en substans, innefattande stegen: i) att tillhandahålla ett skummat medium, vilket skummade medium innefattar nämnda substans, samt ii) att bilda partiklar eller droppar av nämn- da substans genom elektrospinning eller elektrostatisk sprayning av nämnda skumma- de medium.

2. Förfarande enligt patentkrav l, varvid det skummade me- diet i steg i) tillhandahålls genom att dispergera en gas i vätska eller i en fast substans, vilken vätska el- ler fasta substans innefattar nämnda substans.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid det skummade me- diet i steg i) tillhandahålls genom att dispergera en gas i vätska eller i en fast substans varvid en disper- sion av en gas i en vätska eller en gas i en fast sub- stans bildas, varefter den åtminstone ena substansen in- korporeras i nämnda dispersion.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 2 - 3, varvid gasen dispergeras i vätskan eller i den fasta substansen i en mängd av åtminstone 5 volym-% av hela det skummade mediet.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 2 - 3, varvid gasen dispergeras i vätskan eller i den fasta substansen 533 092 19 i en mängd mellan 10 - 99 volym-%, mera fördelaktigt i en mängd av 50-99 volym-% och mest fördelaktigt i en mängd av 75-99 volym-% av hela det skummade mediet.

6. . Förfarande enligt något av patentkraven 2 - 5, varvid nämnda vätska tillhandahålls genom att dispergera och/eller lösa nämnda substans i ett lösningsmedel.

7. Förfarande enligt något av patentkraven 2 - 5, varvid nämnda vätska är en smälta av nämnda substans.

8. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 7, varvid nämnda gas är vald ur gruppen bestående av luft, koldi- oxid (CO2), vattenånga (H20), kvävgas (N2), vätgas (Hfi och/eller en blandning av några av nämnda gaser.

9. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 8, varvid partikelbildningen i steg ii) utförs fràn en fri yta av det skummade mediet.

10. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 9, dess- utom innefattande steget att deponera de formade partik- larna eller dropparna på ett substrat.

11. Förfarande enligt patentkrav 10, varvid nämnda sub- strat är papper eller kartong.

12. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 11, var- vid steget ii) att bilda partiklar eller droppar av nämnda substans genom elektrostatisk behandling utförs i närvaro av ett elektriskt växelströmsfält (AC). 533 092 29

13. Förfarande för formning av ett papper eller en kar- tong, innefattande stegen: i) att forma en bana av papper eller kartong, ii) att tillhandahålla ett skummat medium in- nefattande åtminstone en substans som skall deponeras på nämnda pappers- eller kartongbana, iii) att bilda partiklar eller droppar av nämn- da substans åtminstone delvis genom elek- trostatisk behandling, iv) att deponera nämnda partiklar eller drop- par på nämnda pappers- eller kartongbana.

14. Ett papper eller en kartong, och/eller produkter därav, framställda genom förfarandet enligt patentkrav 13.

15. Förfarande för framställning av ett filter som inne- fattar ett substratskikt och ett elektrospunnet fiber- skikt, varvid nämnda förfarande innefattar steget att elektrospinna fibrer ur ett skummat medium på nämnda substrat.

16. Ett filter framställt genom förfarandet enligt pa- tentkrav 15.