SK280946B6 - Spôsob výroby vláknitého alebo papierového pásu z peny a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Abstract

Spôsob výroby vláknitého alebo papierového pásu z peny, sa uskutočňuje dispergáciou prírodných alebo syntetických vlákien v peniteľnej kvapaline, obsahujúcej vodu a tenzid. V dispergačnej nádobe (111) sa pripraví penová disperzia vlákien, ktorá sa privedie na sito (118) papierenského stroja. Penená kvapalina, ktorá je odstránená sitom (118), sa vedie do uzatvorenej nádrže (128), v ktorej sa sťahuje kvapalina ku dnu, zatiaľ čo ľahšia pena sa zhromažďuje navrchu penovej nádrže. Kvapalina z dna penovej nádrže sa vedie do dispergačnej nádoby (111) prvým potrubím (129). Pena sa vedie do dispergačnej nádoby druhým potrubím (130) vo vrchnej časti penovej nádrže, kam sa pridávajú vlákna a kde sa vlákna dispergujú v peniteľnej kvapaline.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby vláknitého alebo papierového pásu z peny, keď dispergáciou prírodných alebo syntetických vlákien v peniteľnej kvapaline, obsahujúcej vodu a tenzid, sa v dispergačnej nádobe pripraví penová dispergia vlákien a táto penová dispergia vlákien sa privedie na sito papierenského stroja.

Doterajší stav techniky

Papierové pásy a iné vláknité pásy pripravené mokrou cestou sa normálne vyrábajú z východiskovej buničiny alebo z iných vlákien vo forme balíka, pričom sa mechanickým spracovaním v mlecej nádobe pripraví vláknitá hmota v nosnom prostredí (normálne vo vode). Voda sa pripraví kvôli nastaveniu koncentrácie vlákien na určitú hodnotu. Niekedy sa pridávajú aj chemikálie. Vláknitá hmota sa vedie z mlecej nádoby do vaní, kde sa preriedi a potom sa vedie do nátokovcj skrine papierenského stroja, a to prípadne cez čistiace a triediace stupne.

Vláknité pásy z peny, t. j. vláknité pásy pripravené z disperzie vlákien v peniacej kvapaline, sa vyrábajú obdobným spôsobom. Najskôr sa v mlecej nádobe pripraví buničina alebo vláknitá hmota vo vode. Zmes sa čiastočne odvodní a nasleduje zmiešanie vláknitej hmoty s peniteľnou kvapalinou obsahujúcou tenzid a vodu. Vlákna sú dispergované v pene a penená disperzia vlákien sa privádza na sito, pričom sa hlavný podiel kvapaliny (ktorý je najmä v penovej forme) sitom odstraňuje. Tieto techniky sú opísané napr. v GB 1 329 409 a v US 4 443 297. Takto vyhotovené vláknité pásy sú do značnej miery z hľadiska vlákien homogénne. Jeden problém spojený s tvorbou peny spočíva v kontrolovateľnosti recirkulácie peny odsatej zo sita a udržiavateľnosti vyváženého stavu v systéme s ohľadom na obsah vzduchu a obsah tenzidu v pene.

Podstata vynálezu

Predmetom tohto vynálezu je spôsob výroby papierových pásov a iných vláknitých pásov z peny, kde problémy sú jednoducho vyriešené privádzaním penenej kvapaliny, ktorá je odstránená zo sita, do uzatvorenej penovej nádrže, v ktorej sa sťahuje kvapalina ku dnu, zatiaľ čo ľahšia pena sa zhromažďuje navrchu v penovej nádrži. Kvapalina sa od dna penovej nádrže odvádza do dispergačnej nádoby prvým potrubím a pena sa do dispergačnej nádoby odvádza druhým potrubím (130) vo vrchnej časti penovej nádrže, kde sa pridávajú vlákna a kde sa vláknina dispergujú v peniteľnej kvapaline.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude podrobnejšie opísaný s odkazom na dva príklady znázornené na priložených výkresoch.

Obr. 1 je postupový diagram spôsobu podľa tohto vynálezu.

Obr. 2 znázorňuje modifikované vytvorenie dispergačnej nádoby a penovej nádrže.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je postupový diagram postupu vytvárania peny podľa tohto vynálezu. Pena sa tvorí pôsobením tenzidu, ktorý bol do vody pridaný v rozvlákňovači 111, kde prebieha intenzívne miešanie a prijímanie vzduchu. Ďalšia tvorba peny nastáva počas procesu vplyvom turbulencií, vzniknutých v čerpadlách a na site 118. Prístup vzduchu je však podmienkou vzniku peny.

Tenzid môže byť akéhokoľvek vhodného typu: aniónový, katiónový, neiónový alebo amfotemý, GB patent 1, 329,409 opisuje tenzidy vhodné na prípravu peny na vláknité pásy. Existuje však veľa ďalších vhodných tenzidov. Voľba tenzidu môže byť napr. chemickým zložením ďalších možných prísad do vláknitej hmoty, napr. stužovadiel, spojív, spevňovacích látok, atď.

Dávkovanie tenzidu potrebné na dosiahnutie relatívne stabilnej peny (ktorá udrží v podstate homogénnu disperziu vlákien v pene), je v jednotlivých prípadoch rôzne a záleží na takých faktoroch, ako sú typ tenzidu, tvrdosť vody, teplota vody a typ vlákien. Vhodná koncentrácia tenzidu vo vode je 0,02 až 1,0 % hmotn., výhodná je ale nižšia ako 0,2 % hmotn.

Vlastnosti peny závisia od množstva viazaného vzduchu. Pri obsahu vzduchu do približne 70 až 80 % je vzduch prítomný vo forme malých sférických bubliniek, ktoré sú obklopené voľnou vodou - ide o tzv. sférickú penu. Ak je obsah vzduchu väčší, pena sa premieňa na tzv. polyhedrickú penu, v ktorej sa voda vyskytuje v tenkých membránach, ktoré sú medzi bublinkami vzduchu, polyhedrická pena jc veľmi tuhá a ťažko manipulovateľná.

V procese, keď sa pena pripravuje, sa väčšinou používa sférická pena, t. j. obsah vzduchu v hraniciach 40 až 70 %. Malé vzduchové bublinky plnia fiinkciu dištančných teliesok medzi jednotlivými vláknami, keď vyššia viskozita (v porovnaní s vodou) tlmí turbulencie v kvapaline a znižuje početnosť zrážok medzi jednotlivými vláknami, čím dochádza k obmedzeniu tvorby vločiek. Veľkosť bubliniek v pene je ovplyvnená faktormi, ako sú typ miešania v rozvlákňovači - generátore peny 111, rýchlosť miešania a množstva a typ tenzidov. Vhodný stredný priemer bubliniek leží v hraniciach 0,02 až 0,2 mm.

V predstavenom príklade je použitá zmes celulózových a syntetických vlákien. Alternatívne, ak je cieľom výroba papiera, napr. slabo glejovaného papiera, sa použijú len celulózové vlákna. Celulózové vlákna vo forme ľahko rozvlákniteľnej valcovanej buničiny 110 sa dávkujú regulovanou rýchlosťou do rozvlákňovača - generátora peny 111 pomedzi podávací pár valcov 112 (ktorý je prípadne zabezpečený meračom plošnej hmotnosti), ďalej sa vedú zvlčovacím kanálikom a nasleduje dávkovanie (spojené s hrubým rozvlákňovaním) do rozvlákňovača 111. Hrubé rozvlákňovanie buničiny nastáva napr. medzi tzv. obhroteným párom valcov. Vlhčenie buničiny čerstvou vodou je žiaduce, lebo uľahčuje dispergáciu v rozvlákňovači. Zvlhčovači kanálik a hrubé rozvlákňovanie boli na obrázku pre jednoduchosť vynechané. Ak valcovaná buničina má v podstate všade rovnakú plošnú hmotnosť, dávkovanie sa môže zabezpečovať len pomocou prívodnej rýchlosti.

Syntetické vlákna majú normálne formu balíka 122, ktorý sa známym spôsobom otvára pomocou otváračov

123, vlákna sa dávkujú pomocou vlnitého pásu 124 a ukladajú sa na zberný pás 125. Vlákna sú nasávané zo zberného pásu pomocou fúkacej linky 126 a dávkujú sa pomocou kondenzátora 127 do rozvlákňovača - generátora peny 111.

Môžu byť samozrejme použité i iné zariadenia na dávkova2

SK 280946 Β6 nie buničinových i syntetických vlákien, ako sú znázornené na výkrese.

V predvedenom príklade sa používa rovnaký rozvlákňovaé na oba typy vlákien. V niektorých prípadoch môže byť vhodné použitie rôznych rozvlákňovačov na rôzne typy vlákien, pretože rôzne vlákna vyžadujú iný spôsob spracovania, alebo ak sa vyžaduje použitie rôznych typov vlákien na tzv. viacvrstvový proces, ktorý bude opísaný v ďalšom.

Rozvlákňovač - generátor peny 111 je koncentricky umiestnený vo väčšej nádrži, v penovej nádrži 128. Zatiaľ čo rozvlákňovač 111 je hore otvorený, penová nádrž 128 je uzatvorená. Obe nádoby sú vzájomne spojené prostredníctvom rúrok 128,129 pri dne a navrchu.

Intenzívna dispergácia a miešanie prebieha v rozvlákňovači - generátore peny 111. Súčasne sa vytvára pena pomocou tenzidu, ktorý je vo vode. Aby pena nevystúpila hore a nevytvárala hore zväčšujúcu sa penovú vrstvu, je dôležité udržiavať cirkuláciu peny medzi vrchom a dnom rozvlákflovača - generátora peny 111. Pomocou vhodne navrhnutého agregátu rotora 131 sa dosiahnu dokonalé turbulencie. Objem rozvlákňovača je taký, aby bolo možné vyrovnať rýchle zmeny v dávkovaní vlákien. Vhodná koncentrácia vlákien leží na hraniciach 0,1 až 1,5 % hmotn.

Obsah vzduchu v pene môže byť stanovený zvážením známeho objemu spätnej disperzie vlákien. Môže sa to zabezpečovať nepretržitým zaznamenávaním hmotnosti danej dĺžky materiálu medzi rozvlákňovačom - generátorom peny 111 a nátokovou skriňou 117. Kalibrácia môže byť realizovaná, pretože váha uvedeného objemu, (ktorý je zaplnený danou kvapalinou) bez miešania vzduchu zodpovedá 0 % obsahu vzduchu. Úprava obsahu vzduchu sa môže uskutočňovať napr. prídavkom tenzidu, zmenou rýchlosti miešania v rozvlákňovači - generátore peny 111 alebo púšťaním stlačeného vzduchu do čerpadla 133.

Pena s vláknami sa čerpá z nátokovej skrine 117 papierenského stroja pomocou vhodného čerpadla 133, keď tento stroj na obrázku zodpovedá Fourdrinierovmu typu. Typ papierenského stroja nemá však pre tento vynález dôležitosť prvého rádu, môžu byť napr. použité i nasávacie predmykacie stroje a stroje s dvojitými drôtmi. Čerpadlo by malo byť schopné zvládnuť veľké množstvá vzduchu a súčasne by malo byť schopné zvládnuť dlhé syntetické vlákna (pokiaľ sú prítomné) bez toho, aby sa prejavili spriadacie javy. Tieto požiadavky sú splnené niekoľkými rôznymi typmi čerpadiel. Jedným z príkladov je bežné piestové čerpadlo. Iným príkladom je krúžková výveva, napr. Helivac, vyrábaná firmou Berendsen Teknik AS. Ďalším príkladom je čerpadlo vyrábané firmou Diacflo Corp., majúce otáčavý zväzok diskov s radiálnymi medzerami.

V predvedenom príklade môžu byť nátoková skriňa 117 a nasávacia skriňa 119 považovaná za integrovanú jednotku. Príprava vláknitého pásu je úplne uzatvorená, t. j. nie je tu žiadny voľný povrch kvapaliny. Odvodnený pás vychádza z nátokovej skrine 117.

Disperzia peny - vlákna sa rozdeľujú cez šírku stroja k nátokovej skrini 117 a zapĺňa priestor, ktorý je ohraničený koncovými stenami nátokovej skrine a nadol sklonenej hornej časti. Pena je odsávaná sitom 118 pomocou vývevy 120 a tá pena, ktorá ostáva na páse sa premieňa na formovaný pás.

Je možné si tiež predstaviť použitie tzv. viacvrstvovej prípravy s rôznymi typmi vlákien či zmes v rôznych vrstvách. Rôzne typy vlákien sú oddelene privádzané do nátokovej skrine, ktorá je v tomto prípade viacvrstvového typu.

Aby v systéme bola zachovaná daná bilancia vody, voda ktorá mizne s formovaným pásom, musí byť nahradená. Môže sa to zabezpečovať napr. pomocou rozprašovača 134, ktorý pôsobí priečne proti formovanému pásu. Rozprašovač 134 tiež vytvára premývaciu zónu, ktorá minimalizuje obsah tenzidu v zhotovenom páse. Čerstvá voda môže byť pridávaná v rôznych miestach systému, napr. v predchádzajúcom zmáčacom stupni. Zvláštna nasávacia skriňa 135 (spojená však s rovnakým cirkulačným stupňom) dodáva doplňujúcu vodu do penovej nádrže 128.

Pena odsávaná pásom 118 sa vedie cez nasávaciu skriňu 119 a vývevu 120 hore so penovej nádrže 128. Nutné množstvá uniknutého vzduchu sa transportujú tiež spolu s penou. Penová nádrž 128 slúži ako vyrovnávacia nádrž na penu.

Pena uložená v nádrži sa pomaly voľne mení zo sférickej peny na penu polyhedrickú (oba typy peny boli opísané). V penovej nádrži 128 sa kvapalina sťahuje ku dnu nádrže, zatiaľ čo ľahšia pena sa zhromažďuje navrchu nádrže. Tenzid sa zhromažďuje na styčnom povrchu medzi vzduchom a vodou. Je preto pravdepodobné, že tenzid sa snaží zostať v ľahšej pene, a tak sa koncentrovať vo vrchnej časti nádrže.

Kvapalná fáza pri dne penovej nádrže 128 prechádza do rozvlákňovača 111 cez spojovaciu rúrku 129 pri dne nádrže. Rovnakým spôsobom sa pena vo vrchnej časti penovej nádrže 128 pretláča rúrkou 130 (nachádzajúcou sa na vrchu nádrže) pôsobením pretlaku vyvolaného vývevou 120. Ľahká pena je veľmi stabilná a (predovšetkým) objemná, a preto musí byť pred vypúšťaním do rozvlákňovača 111 zmenšená. Rýchlobežné vrtuľové obežné koleso 136, namontované v rúrke 130, mechanicky rozbíja väčšie častice vzduchu a uvoľňuje časť z veľkého množstva viazaného vzduchu.

Vo vrchnej spojovacej rúrke 130 medzi penovou nádržou 128 a rozvlákňovačom 111 sa tiež nachádza regulačný ventil 137, pomocou ktorého sa udržiava konštantný tlak v penovej nádrži 128 a tým aj stála hladina v rozvlákňovači 111.

Využitím opísaného usporiadania sa dosiahne uzatvorený okruh, ktorý je regulovateľné otvorený medzi penovou nádržou 128 a rozvlákňovačom 111. Objem penovej nádrže by mal byť taký, aby doba zdržania peny v nádrži predstavovala okolo 45 až 180 s, výhodne 60 až 120 s. Väčšia časť objemu kvapaliny sa môže potom stiahnuť ku dnu penovej nádrže 128, a potom prejsť do rozvlákňovača 111. Nádrž by súčasne mala byť schopná zadržiavať ľahšiu penu vo svojej vrchnej časti. Vhodný pomer medzi celkovým objemom a očakávaným objemom kvapaliny v nádrži predstavuje približne 4 až 8, výhodne okolo 6.

Pena týmto spôsobom cirkuluje medzi rozvlákňovačom - generátorom peny 111, nátokovou skriňou 117, pásom 118, nasávacou skriňou 119 a naspäť do rozvlákňovača generátora peny 111 cez penovú nádrž 128, a to v jednom jednoduchom cirkulačnom stupni. Pridáva sa určité množstvo tenzidu a vody, lebo je nutné nahradiť tieto látky, ktoré vychádzajú zo zariadenia s hotovým pásom. Pridávanie doplnkovej vody môže byť riadené napr. meraním diferenciálneho tlaku v penovej nádrži 128. Obsah tenzidu v penovej disperzii vlákien sa vhodne stanoví meračom povrchového napätia.

Rozvlákňovač - generátor peny 111a penová nádrž 128 samozrejme nemusia tvoriť integrovanú jednotku, ale môžu byť vzájomne oddelené, ako je to vyobrazené na obr. 2. Ale aj v tomto prípade sú vzájomne prepojené prostredníctvom rúrok 129 a 130. Ako bolo predtým spomenuté, systém môže byť tvorený dvomi alebo viacerými rozvlákňovačmi generátormi peny, ktoré môžu byť prepojené s penovou nádržou.

SK 280946 Β6

Predtým opísaný spôsob dávkovania suchých vlákien, prípadne po ich zamočení do rozvlákňovača - generátora peny 111, je najvýhodnejší, lebo umožňujú ľahkú reguláciu procesu s krátkym časom kontaktu vlákien s nosným prostredím. Tento vynález však môže byť aplikovaný aj pri postupe, keď je najskôr dispergáciou vlákien v mlecej nádobe pripravená vláknitá hmota a táto vláknitá hmota sa rozriedi na požadovanú koncentráciu a pridá sa do nádoby, kde vzniká pena a kam sa pridáva tenzid.

Vzniknutý vláknitý pás môže prejsť ďalšími spracovateľskými stupňami, napr. posilňovaním pri výrobe slabo glejovaného papiera (tzv. krepovanie), alebo splietaním za mokra, alebo môže byť len vysušený.

Môžu byť použité vlákna rôznych typov a v rôznych zmiešavacích pomeroch. Môžu byť použité zmesi celulózových vlákien a syntetických vlákien, napr. polyesterových, polypropylénových, z umelého hodvábu, z lyocelu (viskózy) atď. Ako alternatíva k syntetickým vláknam, môžu sa použiť prírodné vlákna s ich veľkou dĺžkou (nad 12 mm), napr. vlasové vlákna zo semien, napr. bavlna, kapok a lepkavec (glejcha); listové vlákna, napr. sisal, manilské konope, ananás, novozélandské konope a lykové vlákna, napr. ľan, konope, ramia, juta kenaf. Pri penovej technike výroby môžu byť použité vlákna rôznej dĺžky a môžu byť použité tiež dlhšie vlákna, ako je možné použiť pri bežnom spôsobe mokrou cestou. Dlhé vlákna (cca 18 až 30 mm) sú výhodné na splietanie za mokra, pretože zlepšujú pevnosť materiálu v mokrom aj suchom stave. Ďalšou výhodou penovej techniky je možnosť výroby materiálu s nižšou plošnou váhou, ako je možné pri bežnom spôsobe mokrou cestou. Ako náhrada celulózových vlákien môžu byť použité rastlinné vlákna s vláknami s malou dĺžkou, napr. esparto, phalaris arudinacea a slama zo zberových semien.

Pri niektorých druhoch vlákien môže byť žiaduce použitie spojiva, pretože spojivo zlepší pevnosť materiálu. Vhodné spojivá sú na báze škrobu, polyvinylalkoholu, latexu atď., ktoré sa používajú na zvýšenie pevnosti netkaných materiálov.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby vláknitého alebo papierového pásu z peny, pričom dispergácia prírodných alebo syntetických vlákien v peniteľnej kvapaline, obsahujúcej vodu a tenzid, sa pripraví v dispergačnej nádobe penová disperzia vlákien a táto penová disperzia vlákien sa privedie na sito papierenského stroja, vyznačujúci sa tým, že penená kvapalina, ktorá je odstránená sitom, sa vedie do uzatvorenej penovej nádrže, v ktorej sa sťahuje kvapalina ku dnu, zatiaľ čo ľahšia pena sa zhromažďuje na vrchu penovej nádrže, keď sa kvapalina vedie z dna penovej nádrže do dispergačnej nádoby prvým potrubím a pena sa vedie do dispergačnej nádoby, kde sa pridávajú vlákna a kde sa vlákna dispergujú v peniteľnej kvapaline druhým potrubím vo vrchnej časti penovej nádrže, keď tlak v penovej nádrži sa udržiava v podstate na konštantnej úrovni pomocou regulačného ventilu, ktorý sa nachádza v druhom potrubí alebo bezprostredne za ním.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že pena v druhom potrubí alebo v blízkosti tohto potrubia sa mechanicky spracováva, čím sa väčšie bublinky vzduchu v pene rozbijú, čím sa viazaný vzduch uvoľní z peny.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že obsah vzduchu v pene sa stanovuje vážením ur čitého objemu penovej disperzie vlákien medzi dispergačnou nádobou a papierenským strojom.
4. 4. Spôsob podľa nárokov laž 3, vyznačujúci sa t ý m , že suché vlákna sa dávkujú priamo do dispergačnej nádoby, prípadne po prvotnom zamočení vlákien, pričom vlákna sú dispergované v peniacej sa kvapaline na vytvorenie peniacej disperzie vlákien, ktorá sa vedie na sito, pričom peniaca sa kvapalina po svojom prechode sitom je recirkulovaná v jednoduchom uzatvorenom okruhu do dispergačnej nádoby cez penovú nádrž.
5. 5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa t ý m , že do uzatvoreného okruhu nosného prostredia sa pridáva okrem vlákien iba nová voda, vzduch, tenzid a prípadne iné látky na nahradenie množstva látok, ktoré opustili uzatvorený okruh.
6. 6. Zariadenie na vykonávanie spôsobu podľa nároku 1, pozostáva z papierenského stroja so sitom, z dispergačnej nádoby na prípravu penenej dispergie vlákien v peniteľnej kvapaline, z ústrojenstva, ktoré privádza penenú disperziu vlákien na sito papierenského stroja a tiež tvorenú úsrojenstvom, určeným na recirkuláciu peniteľnej kvapaliny do dispergačnej nádoby, vyznačujúce sa tým, že ďalej obsahuje uzatvorenú penovú nádrž (128) na privádzanie peniteľnej kvapaliny zo sita (118), pričom penová nádrž (128) je prepojená s dispergačnou nádobou (111) tak odo dna prostredníctvom prvého potrubia (129), ako aj od hornej časti prostredníctvom druhého potrubia (130), pričom regulačný ventil (137) sa nachádza v druhom potrubí (130) alebo bezprostredne za týmto potrubím na reguláciu tlaku v penovej nádrži (128), a tým aj v dispergačnej nádobe (111).
7. 7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa t ý m , že v druhom potrubí (130) alebo v jeho blízkosti je umiestnené mechanické ústrojenstvo na rozbíjanie väčších bublín vzduchu v pene.
8. 8. Zariadenie podľa nároku 6 alebo 7, vyznačujúce sa t ý m , že dispergačná nádoba (111) apenová nádrž (128) tvoria integrovanú jednotku, pričom dispergačná nádoba (111) je umiestnená v penovej nádrži (128), ktorá dispergačnú nádobu (111) obklopuje.
9. 9. Zariadenie podľa nároku 6 alebo 7, vyznačujúce sa t ý m , že dispergačná nádoba (111) a penová nádrž (128) sú oddelené, ale prepojené nádoby.
10. 10. Zariadenie podľa nárokov 6až 8, vyznačujúce sa tým, že so spoločnou penovou nádržou (128) je prepojený väčší počet dispergačných nádob (111).
11. 11. Zariadenie podľa nároku 10, vyznačuj úce sa t ý m , že rôzne typy vlákien sa privádzajú do rôznych dispergačných nádob (111).
12. 12. Zariadenie podľa nároku 11,vyznačuj úce sa t ý m , že rôzne typy vlákien sú oddelene dávkované z dispergačných nádob (111) do nátokovej skrine (117) papierenského stroja, pričom nátoková skriňa je skriňa viacvrstvového typu.