DE2165423A1

DE2165423A1 - Faserhaltige bzw. fibröse, nichtgewebte Struktur und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2165423A1
Application number: DE19712165423
Authority: DE
Inventors: Laurent Charles Woonsocket R.I.; Charon Clarence William South Attleboro Mass.; Renaud (V.St. A.). C03c3-10
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1971-01-11
Filing date: 1971-12-29
Publication date: 1972-08-03
Also published as: DK134862B; GB1373421A; NL7118010A; CA1001832A; NO134065B; SE390318B; DK134862C; FR2121701B1; NO134065C; FR2121701A1; BE777871A; US3749638A; BR7108664D0; IT946407B

Description

OR-INQ. DIPL.-ING. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Owens-Corning Fiberglas Corporation Toledo, Ohio, USA

Faserhaltige bzw. fibröse, nichtgewebte Struktur und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine faserhaltige bzw. fibröse, nichtgewebte, aus einer Glasfaserbündel enthaltenden Dispersion hergestellte. Struktur sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion aus geschnitzelten Glasfaserbündeln, die zur Herstellung solcher nichtgewebter Strukturen geeignet ist.

Die Erfindung liegt damit auf dem Gebiet der Naßverfahren zur Herstellung nicht-gewebter Strukturen.

Die Verwendung von Glasfasern bei der Papierherstellung ist seit längerem bekannt. So wurde beispielsweise Glasfaserpapier auf Produktionseinrichtungen schon 1930 hergestellt. Seit dieser Zeit wurden sehr fein geblasene Mikrofasern, gröbere Glasfasern und sogar Glasflocken., Folien oder Schuppen und dgl· zur Herstellung von Spezialpapieren verwendet. Diese Papiere wurden in

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einer ausschließlich Glas verwendeten Form und in Beimischungen mit Zellulose, Asbest und anderen Fasern hergestellt. Die Verwendung von geblasenen Mikrofasern und gröberen Glasfasern allein oder in Kombination mit anderen Fasern, wie beispielsweise Asbest, für Filtriervorgänge bei hohen Temperaturen oder zur Erzielung einer vorgegebenen, einstellbaren Porosität, ist daher bekannt. Es ist auch bekannt, Glasfasern und Holzpulpe zur Einstellung einer dimensionsmäßigen Stabilität bei Sandpapiererzeugnissen zu verwenden.

Aufgrund neuer Entwicklungen auf dem Glasfasergebiet, insbesondere aufgrund der Herstellung von Glasfasern mit äußerst feinen

gewonnen und Durchmessern, die durch Primärausziehen/im Handel erhältlich sind und einen Nenndurchmesser von angenähert nur 3,8 Mikron aufweisen, wurden weitere Untersuchungen und Forschungen auf dem Gebiet der Glasfaserpapiere und der Glasfaser/Pulpe-Mischungen angeregt. Denn tatsächlich weisen diese Glasfasern nicht nur die bekannten Eigenschaften anderer Glasfasern, wie hohe Zugfestigkeit.» dimensionsmäßige Stabilität, thermische Stabilität, inertes Verhalten, Nichtentflammbarkeit u. dgl. auf, sondern sie stellen auch gleichzeitig die weichesten, schmiegsamsten bekannten Textilfasern dar. Ein solcher Glasfaden bzw. eine solche Glasfaser ist sieben Mal weicher als 1,5 Denier Viscosefasern, fünfzehn Mal weicher als 1,5 Denier Iblyesterfasern und sechsundreisig Mal weicher als Glasfäden von 9 Mikron Durchmesser. Es wird angenommen, daß ein solcher Grad von Schmiegsamkeit und Weichheit direkt mit der Biegesteifigkeit in Bezug steht. Ein weiteres, einzigartiges Merkmal dieser neuen Fasern ist die Anzahl von Fäden pro Einheitsgewicht. Diese Fäden können beschrieben werden als ein Denier Fäden und weisen daher sechs Mal so viele Fäden als ein gleichgewichtiger 1,5 Denier synthetischer Faden oder als ein Glasfaden von 9 Mikron Durchmesser auf. Diese große Anzahl von Fäden oder Fasern pro Einheitsgewicht, kombiniert mit der einstellbaren Gleichmäßigkeit des Faserdurch-

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messers und der Gleichmässigkeit der benötigten Länge machen es möglich, sehr leichtgewichtige Blätter, Folien oder flächenartige Strukturen herzustellen, die gute Festigkeitseigenschaften und ein ästhetisch ansprechendes Aussehen aufweisen. Die oben erwähnten Eigenschaften der neu entwickelten Glasfasern und die Tatsache, daß diese Fasern mit einer Schutzschmelze bzw. einer Schutzbeschichtung versehen und dann zu einem Strang zusammengefaßt sind, machen es jedoch unmöglich, diese Fasern durch bisher bekannte Techniken zu dispergieren bzw. wieder voneinander zu trennen. Die bisher bekannten Techniken zur Bewirkung einer Dispersion verschlechterten und zerstörten kontinuierlich ausgezogene Glasfaden, insbesondere die neu entwickelten Fäden mit einem Durchmesser von 3,8 Mikron, wenn man versuchte, diese einzelnen Fäden aus dem Glasfaserbündel herauszulösen und das Bündel aufzutrennen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren anzugeben, welches es möglich macht, die einzelnen Glasfäden, insbesondere von der angegebenen Feinheit aus dem Verbund des Stranges herauzulösen, weiterhin soll gemäß den Anweisungen der Erfindung eine flächenartige Struktur in Papierform unter Verwendung solcher Glasfäden hergestellt werden.

Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer faserhaltigen Struktur und einem entsprechenden Verfahren zu seiner Herstellung gemäß der eingangs geschilderten Art und besteht darin, daß die Bündel im wesentlichen vollständig zu separierten Glasfasern gleichmäßiger Länge dispergiert und Glasfasern^ in der Struktur regellos verteilt und im wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Struktur angeordnet sind, derart, daß die Struktur fest, widerstandsfähig und undurchsichtig ist und ein glattes und weiches Aussehen erhält.

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Ein Verfahren zur Dispersion geschnitzelter bzw. gehackter Glasfaserbündel, insbesondere zur Herstellung nicht gewebter Strukturen aus einer solchen Hspersion besteht erfindungsgemäß darin, daß eine Mischung aus Wasser, Natriumhexametaphosphat und einem besonderem anorganischen Material, geschnitzelten Glasfaserbündeln und einer mineralischen Säure hergestellt wird, wobei der Säureanteil ausreichend ist, den pH-Wert der Ausgangsmischung 'auf 2,0 bis 2,5 abzusenken, daß die Mischung anschließend so ausreichend bewegt wird, daß im wesentlichen alle Fäden der Bündel separiert, jedoch die einmal getrennten Fäden nicht zerbrochen oder beschädigt werden, und daß dann der pH-Wert der Mischung auf 4,5 bis 6,5 angehoben wird, wobei die Fäden oder Fasern für längere Zeiträume gleichmäßig dispergiert bleiben.

Gemäß dem neuen Verfahren können diese Fasern ohne ernsthaften Faserbruch bzw. Beschädigung dispergiert werden. Obwohl es noch immer notwendig ist, eine starke azidische Lösung zur Erzielung einer anfänglichen Faserdispersion zu verwenden, ist es aufgrund des neuen Verfahrens überraschenderweise möglich, den pH-Wert im wesentlichen auf den neutralen Punkt anzuheben und dennoch eine stabile Faserdispersion aufrechtzuerhalten. Dieses Merkmal, den pH-Wert nach der Dispersion der Fasern wieder anzuheben, war bis jetzt nicht möglich, ohne daß es zu einer Neuagglomeration bzw. einem Wiederverklumpen der Glasfasern kam. Ein wichtiger Vorteil der neuartigen Dispersionstechnik ist daher darin zu sehen, daß Korrosionen an den Maschinen sowie Verschlechterungen und Zerstörungen der Zellulose beseitigt werden; hierbei handelt es sich um Schwierigkeiten und Probleme, die stets auf dem Gebiet der Papierherstellung in Verbindung mit der Verwendung von Glasfasern aufgetreten waren.

Weitere Schwierigkeiten, bei bekannten Maßnahmen und Anordnungen beruhten auf der nur geringen Qualität solcher nicht-gewebter

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Strukturen, und zwar infolge Löcher, Beulen od.dgl., wenn Mikrofasern verwendet wurden.Mikrofasern sind definiert als B, A, AA, AAA, AAAA und AAAAA-Durchmesser Fasern, geformt durch sekundäre Plaimnenausziehung; diese Pasern weisen einen Faserdurchmesser innerhalb eines weiten Bereiches auf, auch ist die Faserlänge sehr kurz und nicht gleichmäßig. Gehackte gröbere Fasern sind ebenfalls problemreich, insofern, als sie bisher nicht ohne einen wesentlichen Anteil an Faserbruch und Neuagglomeration dispergiert

—en werden konnten. Auch die Kombination von gröberen Fasern und Mikrofasern erzeugten keine Strukturen, die große Festigkeitseigenschaften oder etwa ein ansprechendes Äußeres aufwiesen.

Demgegenüber werden diese Schwierigkeiten aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen gelöst, wodurch man zu einer besseren Qualität, zu stärkeren Strukturen, zu einer besseren Disperslonsfähigkeit, Fasern feineren Durchmessers und zu geringerem Faserbruch während des Dispersionsvorganges gelangt. Das erfindungsgemäße Konzept erlaubt höhere pH-Werte des gebildeten Glasfaserbreies nach der anfänglichen Dispersion, verglichen mit den bisher erzielten Werten. Es sind daher im wesentlichen neutrale Dispersionen möglich, die auch Korrosionsprobleme hinsichtlich der ferner benötigten Ausrüstungsvorrichtungen und Anordnungen bei der Herstellung nicht "gewebter Strukturen beseitigen. Darüberhinaus erlauben es auch die nunmehr im wesentlichen neutralen Glasfaserdispersionen, daß andere Fasern oder Pulpen eingemischt werden, ohne daß sie durch starke azidische Lösungen zerstört und in ihrer Güte beeinträchtigt werden. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht weiterhin ein größeres Maß an Stabilität in den Dispersionen, so daß über längere Zeiträume keine Wiederagglomerationen auftreten, was bisher unmöglich war.

Mit fortschreitender Verfeinerung der Herstellungsverfahren und der Erzeugnisse der Glasfaserindustrie gelang es, Glasfasern und Fäden mit immer feineren Durchmessern zu erzeugen,

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wodurch sich gleichzeitig aber auch die Schwierigkeiten und Probleme hinsichtlich der Dispersionsfähigkeit dieser Pasern beträchtlich verstärkten.Die feineren Glasfäden neigten zum Kräuseln, zum Zerbrechen und zu einer erneuten Verklumpung bzw. Wiederagglomeration, wenn sie einmal dispergiert waren, sie bieten jedoch demgegenüber wieder andere Vorteile, die gröbere Pasern oder auch geblasene Mikrofasern nicht aufweisen.

Zusammengefaßt ermöglicht es das erfinderische Konzept, den aus geschnitzelten Strängen oder Bündeln, die aus einer Vielzahl geschlichteter Glasfäden bestehen und einen sehr feinen Durchmesser aufweisen, vollständig zu dispergieren. Die Dispergion wird dabei so-eingestellt, geregelt und behandelt, daß die Päden mit sehr feinem Durchmesser nicht übermäßig brechen oder nach der Dispersion verklumpen und neu agglomerieren. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Konzept bzw. die erfindungsgemäßen Dispersionstechniken nicht auf Glasfasern mit sehr kleinem Durchmesser beschränkt, sondern auch auf andere Pasern anwendbar, jedoch in der Anwendung für Pasern kleineren Durchmessers notwendig. Werden die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte auch auf gröbere Fasern bis zu einem Durchmesser von 12 Mikron angewendet, die aufgrund eines primären Bildungsvorganges, beispielsweise beim Ausziehen aus Speisern, hergestellt sind, dann werden auch auf diese Weise die Eigenschaften der sich dadurch gebildeten Strukturen beträchtlich gegenüber den bekannten Anordnungen verbessert.

Einige weitere Vorteile, die sich aufgrund der Verwendung des erfindunsgemäßen Konzeptes ergeben, bestehen in der Herstellung von lOOyiigen Glasstrukturen, die aus einer nicht-gewebten Lage bestehen.-/ die eine größere Porosität als übliche Lagen oder Papierarten dieses Gewichtes und/oder dieser Dicke aufweisen.

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Auch sind solche Eigenschaften, wie dimensionsmäßige Stabilität, Flammensieherheit, Gleichmäßigkeit der Faserverteilung, Gleichmäßigkeit der Dicke, Weichheit und Schmiegsamkeit der Oberfläche, Abwesenheit von Faserverklumpungen, Bruchfestigkeit und Reizfestigkeit beträchtlich verbessert. Es ist möglich, das erfindungsgemäß.e Konzept auf handelsüblichen Papierherstellungsmaschinen und Ausrüstungsgegenständen, die normalerweise für die Herstellung von Papier aus synthetischen oder aus langen Fasern verwendet werden, anzuwenden. Werden Mischungen aus Glas oder anderen Materialien, wie beispielsweise einer Pulpe, Baumwolle, Hadern, Asbest u.dgl. verwendet, dann erhält man die weiter vorn beschriebenen Vorteile hinsichtlich der Verwendung von Glas in diesen Mischungen, ohne daß man die nichtglasfaserartigen Materialien einer Beeinflussung durch starke Säuren unterwerfen muß. Die sich auf diese Weise ergebenden Dispersionen führen zu verbesserten Eigenschaften, wenn sie zur Bildung nichtgewebter Strukturen verwendet werden.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes mit sehr feinen Fasern erlaubt geringere Konzentrationen an Glasfasern in den nicht"gewebten Strukturen, und zwar aufgrund der größeren Faseranzahl pro Einheitsgew-icht, wobei das sich ergebende Produkt eine größere Flexibilität, Weichheit, Weiße und Deckkraft als bisher bekannte Erzeugnisse aufweist. Das trifft auch auf Mischungen zu, die beispielsweise aus Glasfasern sehr kleinen Durchmessers/aus Holzpulpe bestehen. Die Glasfasern beschleunigen die Entwässerungsgeschwindigkeit der neu gebildeten Strukturen, und zwar nicht allein aufgrund ihrer Gegenwart, sondern audh aufgrund der geringeren Konzentrationen. Indem man während der Anfangsmisch- bzw. Dispersionsvorgänge den pH-Wert des Sytems auf annähernd 2,5 und darunter einstellt und kontrolliert und danach einen pH-Wert von annähernd 4,5 bis 6,5 . einst&llt, gelangt man in Verbindung mit der Verwendung von feinen Glasfasern sehr kleinen Durchmessers zu Eigenschaften und insbesondere auch ästhetischen Erscheinungsformen, die

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bei nicht-gewebten Strukturen bis jetzt nicht erhalten werden konnten.

Die auf diese Weise gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept hergestellten Produkte finden auf folgenden Gebieten bevorzugte Anwendungsmöglichkeiten. Hochdrucklaminate für elektrische und dekorative Anwendungen, Naß- und Trockenfiltrierung, flexible 'elektrische Isolierung, Substratbeschichtung, als Substrat für die Hinterlegung und Kreuzbindung von Möbeln und Resopal, als FensterJalousien und verschiebbare Vorhänge, als Ausfütterung und als Versteifung für Kleidung und Polsterwaren, Tapeten, Bezugsstoffe u.dgl.,als abnehmbare Schutzbeschichtung für Laboratoriumsbekleidung, als Oberflächenmatte für flache Laminate, als Deckmaterial für Wandabdeckungen, für Röhrenumkleidungen und Decken- und Bodenvertäfelungen, als Hinterlegung für Teppiche und Gobelins, für Lampenschirme sowie für technische Gitteranordnungen und Wärmföhren, beispielsweise für Luftfahrzeuge.

Wie schon erwähnt, sollen also gemäß der Erfindung Glasfasern so behandelt werden, daß sie geeignet sind, in Verbindung mit üblichen Papierherstellungstechniken und Ausrüstungsanordnungen verwendet zu werden, d.h. es soll ein Glasfasern aufweisender Brei hergestellt werden, derart, daß die Glasfasern mit einem Minimum an Bruch oder Beschädigung vollständig dispergiert sind und wobei die Glasfasern, wenn sie einmal dispergiert sind, nicht wieder zusammenklumpen oder neu agglomerieren dürfen. Verwendet werden dabei geschlichtete, in Form von geschnitzelten und zerhackten Strängen zusammengefaßte Glasfasern, die zunächst einer ersten Behandlung mit einem niedrigen pH-Wert und anschließend einer zweiten Behandlung mit einem höheren pH-Wert unterworfen werden.

Dabei werden vorzugsweise sehr feine Glasfasern mit äußerst geringen Durchmessern verwendet, so daß auch geringe Faserkonzentrationen brauchbar sind, um den auf diese Weise hergestell-

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ten nicht gewebten Erzeugnissen und Strukturen zusätzliche Flexibilität, Glätte, Griffigkeit sowie Porosität zu verleihen. Man gelangt auf diese Weise, indem man Pasern mit geringerem Durchmesser verwendet, zu leichteren Strukturen mit entsprechendem Festigkeitsanstieg, wohingegen bei Fasern mit größerem Durchmesser ein nicht ausreichender Anteil von Fasern vorhanden ist, so daß bei gleichem Gewicht, wie bei der leichteren Struktur keine einwandfreie Bahn erzeugt werden kann.

Wie daher schon weiter vorn erwähnt, ist es aufgrund des erfindungsgemäßen Konzeptes möglich, ein bisher unerreichbares Produkt, bzw. eine Struktur zu erzielen, die leichtgewichtig, stark deckkräftig und undurchsichtig ist und dazu noch bessere Festigkeitseigenschaften als solche Strukturen aufweist, die aus grö., beren Fasern oder aus geblasenen Mikrofasern hergestellt sind.

Werden die so gebildeten Strukturen mit harzigen Materialien behandelt, dann werden die Eigenschaften dieser Strukturen, wie Weichheit, Fall u.dgl. noch beträchtlich verbessert.

Die erfindungsgemäße Dispersionstechnik erzeugt eine gleichmässige wäßrige Dispersion aus Glasfasern, wobei diese Dispersion über ausgedehntere Zeiträume eine Stabilität gegen eine wiederauftretende Agglomeration der Fasern aufweist·..

Ausgedehnte Untersuchungen haben gezeigt, daß frühere Dispersionstechniken nicht geeignet sind, sehr feine Glasfasern, die von ■textilen Glasbearbeitungsapparaturen stammen, zu dispergieren. Dabei werden textile Fasern durch sehr schnelles Ausziehen einer Vielzahl geschmolzener Glasströme hergestellt und, bevor sie zu einem Bündel zusammengefaßt werden, mit einer Schutzschlichte beschichtet. Diese Schlichte enthält üblicherweise einen FiIm-

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bildner zusätzlich zu Weichmachern, Gleitmittel u.dgl., um die einzelnen Glasfasern gegen ein gegenseitiges Abschleifen und Beschädigen oder Zerstören zu schützen.

Früher wurden geblasene Glasmikrofasern oder Glaswolle einer Vielzahl verschiedener Dispersionstechniken unterworfen, wobei sich jedoch diese Techniken als nicht ausreichend zum Dispergieren von Glasfaserbündeln herausgestellt haben. Tatsächlich ist ein Glasfaserbündel aus einer Vielzahl von Gründen viel schwieriger zu dispergieren, beispielsweise aufgrund der hohen Anzahl von Fasern pro Einheitsgewicht und aufgrund der Schlichte, die insofern ein integrales Bündel erzeugt. Auch weisen textile Fasern, verglichen mit geblasenen Mikrofasern einen einheitlicheren und gleichmäßigeren Durchmesser auf. Im Vergleich dazu ist Glaswolle frei von einer Schlichte und weist verschiedene Faserdurchmesser auf und besteht aus einer Vielzahl diskreter Einzelfasern, so daß auf diese Art eine Dispersion wesentlich einfacher herzustellen ist, als wenn man von Glasfasa?bündeln ausgeht.

Auch synthetische Fasern, selbst wenn sie sich in Bündelform befinden, verhalten sich zu Glasfasern in Bündeln unschiedlich, und zwar weil die synthetischen Fasern normalerweise nur mit einem Gleitmittel versehen sind, so daß dadurch eine Dispersion erleichtert wird.

Es ist noch immer notwendig starke, acidische Medien zu verwenden, um anfängliche Faserdispersionen zu erhalten. Die Verwendung dieser Medien ist jedoch auf den Mischbehälter beschränkt. Anschließend wird der pH-Wert des Mediums angehoben, bevor die fasrige Dispersion mit der Papierherstellungsmaschine in Berührung kommt. Mineralische Säuren, wie beispielsweise Schwefelsäure und Salzsäure,, werden zur Einstellung des pH-Wertes eines wäßrigen Mediums zwischen 2,0 und 2,5 verwendet. Eine mäßige Be-.

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wegung mit einer guten Durchmischwirkung erzeugt gleichförmige Dispersionen von etwa 0,5 bis 1 Gew.# der Glasfasern. Die Zugabe besonderer Materialien, wie beispielsweise Tone, verbessert die Qualität und Stabilität der Dispersion. Dabei wird als bevorzugter Ton wasserhaltiges Aluminiumsilikat verwendet. Auch andere besondere Materialien, wie beispielsweise Holzpulpe und Asbest, erzeugen gleichförmige Dispersionen, diese Dispersionen sind jedoch ähnlich wie die Dispersionen nach dem Stand der Technik bei einem pH-Wert von 3,0 und darunter nicht stabil.

Eine der wesentlichen Maßnahmen und Merkmale der Erfindung ist in der Erkenntnis zu sehen, daß die Verwendung von Natriumhexametaphosphat die Benetzbarkeit der Glasfasern unerwartet verbessert und, was noch wichtiger ist, die fasrigen Dispersionen, die spezifische besondere Materialien enthalten, in die Lage versetzt, bei im wesentlichen neutralen Bedingungen stabil zu

so

bleiben, insbesondere bei pH-Werten, die'hoeh wie 6,5 liegen. Dies ist von außerordentlicher Wichtigkeit, weil diese Dispersionen bzw. ein solcher Faserbrei mit bezug auf die verarbeitende Ausrüstung nicht korrosiv ist. Darüberhinaus garantiert der höhere pH-Wert des Breies, wenn Beimischungen erwünscht werden, daß Holzpulpe oder andere synthetische Fasern nicht zerstört bzw. in ihrer Konsistenz beeinträchtigt werden, wenn sie der Glasfaserdispersion hinzugefügt werden.

Solche bevorzugten, hinzuzufügenden besonderen Materialien, weisen eine Partikelgröße im Bereich zwischen 0,05 Mikron bis etwa 5jO Mikron. Wie schon erwähnt, umfassen Beispiele s"olcher Materialien wasserhaltige Aluminiumsilikate, die im Handel unter den Bezeichnungen ASP .-100, ASP -072 und A S P.-4O5 von der Englehard Chemicals and Minerals Corporation erhältlich sind, sowie Magnesiumsilikate, die unter der Bezeichnung EMTAL-599 ebenfalls von der gleichen Firma erhältlich sind. Attapulgus-Tone, wie beispielsweise ATTAGEL-¹JO stellen ein anderes misch-

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bares Material dar und sind ebenfalls im Handel von der Firma Englehard Chemicals and Minerals Corporation erhältlich. Werden diese oben'erwähnten, besonderen Materialien in Verbindung mit Natriumhexametaphosphat verwendet, dann'war es möglich, den pH-Wert ohne daß eine Wiederagglomeration auftrat, zu erhöhen. Das Natriumhexametaphosphat ist unter den Bezeichnungen CALGON, METAFOS und VITROFOS, entweder von der Firma Calgon Company, Essex Chemical Company oder von der Stauffer Chemical Company erhältlich.

Beispiel I

Im folgenden wird ein Verfahren zur Dispersion von Glasfasern gemäß der Erfindung angegeben. In einen Mischbehälter werden 2400 Gallonen (9084 1 Wasser) eingefüllt. Anschließend werden unter Rühren bis zur vollständigen Auflösung 6,8 kg Natriumhexametaphosphat hinzugefügt. Dem Behälter wird dann Schwefelsäure beigegeben, um den pH-Wert auf 2,0 bis 2,5 zu erniedrigen. Anschließend werden unter heftigem Rühren mit einem sogenannten Lightnin Mixer 13,6 kg wasserhaltiger Aluminiumsilikatton und 45,4 kg auf eine Länge von etwa 0,6 cm geschnitzelte Glasfaserbündel hinzugefügt, wobei für etwa 10 bis 20 Minuten, oder so lange, bis eine vollständige Faserdispersion erhalten wird, gerührt wird. Dabei vergrößert sich die Zeit bis zur vollständigen Auflösung oder Dispersion mit Verringerung der Durchmesser der einzelnen Fasern. Anschließend wird nach vollständiger Dispersion der Fasern der pH-Wert des Breis durch Hinzufügung von Natriumhydroxyd oder Ammoniumhydroxyd auf etwa 4,5 bis 6,5 erhöht. Dann wird zur Bereitung bzw. Herstellung eines Glasfasern enthaltenden Papiers auf einer üblichen, im Handel erhältlichen Ausrüstung dem Brei noch ein Bindemittel, wie beispielsweise Polyvinylalkohol-Fasern oder ein Akrylharz in einem Anteil von 2 bis

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hinzugefügt. Wird das Blatt dann zur Entfernung überschüssiger Feuchtigkeit erwärmt, dann lösen sich die Polyvinylalkohol-Fasern auf und wirken als Bindemittel, um die Pasern und Glasfäden zusammenzuhalten. Das sich ergebende Papierblatt weist eine hervorragende Handlichkeit, gute Festigkeitseigenschaften, Deckkraft bzw. Lichtundurchlässigkeit auf und zeigt weiterhin, daß sämtliche Glasfäden vor Bildung des Blattes aus dem Glasfaserbündel getrennt und separiert worden waren.

Beispiel II

Dem.Brei nach Beispiel I wurden, nachdem der pH-Wert auf etwa 4,5 bis 6,5 angehoben worden ist, Zellulose-Holzpulpe-Fasern zugemischt, ohne daß sich irgendwelche Anzeichen einer Verschlechterung oder Zerstörung ergaben.

Anteile von 5 bis 15$ stark zerfaserter Holzpulpe (Canadian Freeness - 50) verliehen dem mit üblichen Apparaturen hergestellten Glasfaserpapier eine ausreichende Festigkeit. Bei dieser Konzentration wirkte die zerfaserte Holzpulpe als Bindemittel.

Ein anderes geeignetes Bindemittel, um die Fasern in der geformten ä Struktur an ihrer Stelle zu halten, ist ein Akrylgitter, wie es beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen RHOPLEX P-376, RHOPLEX HA-8 und RHOPLEX HA-12 von der Rohm-Haas Company erhältlich ist. Aber auch jedes andere harzige, natürliche oder synthetische Material ist als Bindemittel geeignet.

Das Bindemittel kann dem Mischbehälter hinzugefügt werden oder kann der geformten Struktur durch Imprägnation, durch übersprühen oder mittels eines sogenannten'Kissenroll-Verfahrens" beigegeben werden, während die Struktur noch einen wesentlichen Anteil von Wasser aufweist. Da, wo die Struktur mindestens 50 Gew.JSSe Wasser aufweist, ist ihre Festigkeitseigenschaft für eine Weiterverar-

nungen beitung auf üblichenAusrüstungsP-^nord^ . ohne Bindemittel geeignet.

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Das Bindemittel kann in der geformten Struktur in Anteilen von mehr als 50 Gew.#en vorhanden sein, bevorzugte Konzentrationen pflegen jedoch zwischen 1 bis 10 Gew.#eri zu liegen, was eine weich und angenehm zu handhabende Struktur ergibt. Bei höheren Konzentrationen des Bindemittels tritt Steifigkeit als einzurechnender Paktor auf, was jedoch bei Anwendungsfällen in Form von Laminaten annehmbar ist.

Es ist auch möglich, die Glasfasern mit Mischungen und Verbindungen zu beschichten, die ein Bindemittel, beispielsweise Polyvinylalkohol enthalten, so daß man zu einem "eingebautem" Bindemittel in der geformten Struktur gelangt. Dieser Polyvinylalkohol muß jedoch die Eigenschaft aufweisen, daß er während des Dispersionsvorganges der Glasfasern in Lösung gebracht werden kann, unddann während der Bildung der Struktur wieder ausgefällt wird, so daß er nicht von der Struktur abgezogen wird. Nachfolgendes Erhitzen erweicht den Polyvinylalkohol, so daß er mit bezug auf die gewonnene Struktur, beispielsweise das Blatt, als Bindemittel arbeitet.

Ausgedehnte Untersuchungen und Testläufe haben ergeben, daß ein pH-Wert von 2,0 bis 2,5 die Glasfaserbündel etwas öffnet, daß jedoch, wenn ein besonderes Material wie beispielsweise Ton dem Brei hinzugefügt wird, die Pasern vollständig getrennt und separiert werden. Wird jedoch der pH-Wert auf etwa 2,9 bis 3*0 erhöht, dann tritt eine Wiederagglomeration der Pasern auf, was sich progressiv in Richtung auf höhere pH-Werte verschlechtert. Fügt man jedoch dem Brei Natriumhexametaphosphat bei, dann kann der pH-Wert auf 6,5 ohne Wiederagglomeration erhöht werden. Der Grund bzw. der Mechanismus für ein solches Verhalten konnte noch nicht endgültig geklärt werden. Aus weiteren Beobachtungen er gibt sich, daß fasrige Bündel, die mit üblichen Materialien beschichtet und geschlichtet sind, bei pH-Werten zwischen 2,6 bis 6,5 nicht ohne Beschädigung geöffnet werden können. Offensichtlich helfen besondere Materialien, wie beispielsweise Tone und

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Lehme die fasrigen Bündel zu öffnen, wobei der Ton bei pH-Werten von 2,5 und darunter eine Wiederagglomeration zu verhindern hilft. Dies trifft jedoch nicht für pH-Werte oberhalb von 2,5 zu, falls nicht Natrxumhexametaphosphat hinzugefügt wird.

Es wird auch angenommen, daß die Kombination des besonderen Materials und Natriumhexaphosphat ein sogenanntes "ZETA¹'-Potential" für die Dispersion erzeugt, welches zur Separierung der einzelnen Glasfasern aus den Bündeln beiträgt und auch hilft, die Pasern getrennt und separiert zu halten. Die ionische Ladung der Partikel in dem wäßrigen Brei bzw. in der Lösung kann von der gleichen bzw» einer entgegengesetzten Ladung wie die Glasfasern sein.

Eine andere interessante Beobachtung ergab folgendes. Solange der pH-Wert sich unterhalb von etwa 2,5 befindet, können Asbest, Mikrofasern, Holzpulpe u.dgl. anstelle· der Tone ohne Wiederagglomeration hinzugefügt werden, steigt jedoch der pH-Wert über 2,5 an, dann tritt Wiederagglomeration auf, selbst wenn Natrxumhexametaphosphat in dem Brei vorhanden ist. Während der Bildung einer nicht-gewebten' Struktur, vorzugsweise in Blattform, werden der Ton und das Natrxumhexametaphosphat durch die Entfernung von Wasser aus der Struktur weggetragen, so daß sich eine Struktur ergibt, die lediglieh aus dem fibrösen Material und dem Bindemittel besteht.

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Beispiel' III

Bestandteile
Wasser 4,4°C - 43 C Wasser 21⁰C - 32⁰C

Natriumhexametaphosphat ,Natriumhexametaphosphat

Ton

Wasserhaltiges Aluminium-/silikat

Geschnitzelte Glasfasern Geschnitzelte 0,6 cm Glasfasern

Bindemittel
Polyvinylalkohol-Fasern

Mineralische Säure Schwefelsäure

frev'orz'ug'te' Gew. % Gewichtsprozente

auf 100 auf 100

Ο.Ό75	0.025 - 0.150
0.15	0.05 - 0.5
0.5	0.05 - 1.5
5.0	1.0 - 10.0
	nach Notwendigkeit

nach Notwendigkeit

Das Natriumhexametaphosphat, die Glasfasern und das wasserhaltige Aluminiumsilikat werden dem Wasser unter heftigem Umrühren hinzugefügt, indem man den schon erwähnten "Lightnin-Miseher" verwendet, bis eine gute Paserdispersion erhalten ist. Natriumhydroxyd wird dann zur Anhebung des pH-Wertes auf etwa k₃ 5 bis 6,5 hinzugefügt. Anschließend wird der Dispersion Polyvinylalkohol hinzugefügt, in Vorbereitung der Bildung von Papierblättern auf üblichen, Papierware herstellenden Voniohtungen und Maschinen, üblicherweise basieren die Gewichte von Natriumhexametaphosphat und dem wasserhaltigen Aluminiumsilikat auf dem Gewicht der verwendeten Glasfasern.

Ausgehend und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersionstechnik werden nicht-gewebte Strukturen bzw. Papierblätter und Folien aus Bündeln geschnitzelter Glasfasern hergestellt, die einen Durchmesser von 3_S8, 6,3 bzw. 8,9 Mikron aufweisen. Dabei werden leichtgewichtigere Strukturen mit höheren Festigkeits-

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eigenschaften bei Verwendung von Faser mit 3*8 Mikron Durchmesser erhalten. Dabei wurden jeweils aus den Fasern oder Fäden mit einem Durchmesser 398, 6,3 und 8,9 Mikron Strukturen mit einem Ge-

2 wicht von 2,27 kg pro 3000 Quadratfuß (279 m ), von 4,54 kg pro

2 2 ·

279 m und von 9,07 kg pro 279 m hergestellt. Zum Verständnis der Unterschiede zwischen Glasfasern unteischiedlieher Durchmesser und den ihnen jeweils innewohnenden Eigenschaften, wird auf die folgende Tabelle verwiesen.

' Tabelle I

Relative Angaben

Glasfaserdurch- Denier Anzahl Biegestei- Anzahl messer (in Mikron) der Fasern f igkeit der Zel-5. ^!rΓ

len 1) ^b1^. V

3.8	1/4	6	1	15	2100
6.3	3/4	2	9	2.8	II50
8.9	1 1/2	1	36	1	790

1) Die relative Anzahl der Zellen wurde auf der Basis gleicher Massendichten errechnet unter der Annahme, daß die Fasern in drei rechtwinklig zueinander verlaufenden Ebenen gleichmäßig verteilt sind.

2) Das Oberflächengebxet ist in Quadratfuß pro Pfund (US-Maßeinheit) angegeben.

Die Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der in Tabelle I beschriebenen Glasfasern sind verantwortlich für die Unterschiede in den Eigenschaften der nicht-gewebten Strukturen, die aus den jeweiligen Glasfasern hergestellt sind; diese Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle II angegeben. Bei den in dieser und in weiteren Tabellen angegebener. Maßen und Eigenschaften sind teilweise Begriffe des US-Maßsystemes bzw. der dort verwendeten Normen und genormten Meßvorschriften eingeführt, die aus verständlichen Gründen beibehalten werden

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	Tabelle II	Caliper	Bruchfes	Strukturen¹	(Blätter)	MIT
	Eigens chaf t en^ni cht—geweh't er	(mils)	tigkeit	Reißfestig	Luftdurchläs-	flex
Glas-	Gewicht	(=Abmes	-/_; inch	keit gms/	siekeit ft3/	50 gm
faser-	ί^/3000	-) sung)	(Angäbe be	sheet	ft V min	Last
durch-	f t^		zogen auf	gms/Blatt	(=Kubikfuß
messer	(=279 m'		inch)	=gr pro	pro Quadrat-
(in Mi				Blatt	fuß pro Mi
kron)		14.0	3.6		nute)	36
		13.8	1.6	77	63	•8
3.8	42	14.1	0.6	59	194	2
6.3	42		27	352
8.9	42

Die Blätter wurden mit 3% Karboxymethyl-Zellulose gebunden, die Luftdurchlässigkeit wurde bei einem Druck von 0,5 Zoll (=1,25 cm) Wassersäule gemessen.

Die nasse Bahn bzw. Struktur zeigte bei der Weiterverarbeitung eine angemessene Festigkeit, wurde die Bahn jedoch trocken, dann fiel ihre Festigkeit scharf ab. Um die geringen Festigkeitseigenschaften der trockenen Bahn bzw. der trockenen Struktur zu kompensieren, wurden ihr geringe prozentuale Anteile von etwa 2 bis 10$ eines Bindemittels zugefügt. Beispiele solcher zufriedenstellend arbeitender Bindemittel sind Polyvinylalkohol-Fasern, stark zerfaserte Pulpe, Asbest und Akry!materialien, wie Akrylharz. Die nachfolgende Tabelle III zeigt den Einfluß ansteigender Bindemittelanteile in einer nicht-gewebten Struktur; dabei ist der Binder Polyvinylalkohol und die Struktur

2 2

weist Daten von etwa 9 kg pro 279 m bzw. von 28 gr pro 0,83"m auf.

Tabelle III

Faserdurch- . messer (Mikron)	Eigenschaft	2%	Polyvinylalkohol-Gehalt 4$ 6$ 8$ 10$	4.4 72	6.8 59	8.6 54
3.8 3.8	Bruchfestigkeit ( 44- /inch) Reißfestigkeit (gr/Blatt)	3.0 79	3.6 79
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Wenn Glasfasern rait Pulpe gemischt werden, dann sollte die Glasfaserdispersion getrennt von der Pulpedispersion zubereitet werden und dann in einem geeigneten Tank mit dieser kombiniert werden. Auf diese Weise werden die Glasfasern während des Zerschlagene bzw. während der Behandlung der Pulpe nicht beschädigt und die Pulpe wird,- weil der pH-Wert des Glasfaserbreis bzw. Dispersion auf annäherend 6,5 eingestellt ist, nicht verschlechert und ruiniert. Eine Degradation bzw. Verschlechterung und Zerstörung der Pulpe durch stark azidische Lösungen, die zur Bewirkung einer Glasfaserdispersion verwendet wurden, stellte stets eine Schwirigkeit hierbei dar. Unerwarteter Weise ist jedoch die Glasfaserdispersion in der Lage, eine Erhöhung ihres pH-Wertes von 2,5 auf etwa 6,5 zu ertragen, ohne mit einer erneuten Agglomeration zu reagieren. Unähnlich nicht-gewebten Strukturen, die vollständig aus Glasfasern hergestellt sind, enthalten Pulpe/Glas-Beimischungen einen wesentlichen Anteil besonderer Materialien, wie beispielsweise Tone, die verwendet werden, um bei der Dispersion der Glasfasern zu helfen.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß für einen vorgegebenen Glasfaserdurchmesser keine absolute Faserlänge angegeben werden kann, allgemein ergibt sich jedoch für Pasern von 3,8 Mikron Durchmesser auf etwa 0,6 cm geschnitzelte Stränge als beste Möglichkeit. In ähnlicher Weise ergibt sich eine bevorzugte Länge von 3/8 Zoll (ca. 1 cm)für Pasern von 8,9 Mikron, eine bevorzugte Länge von 1/2 Zoll (ca.1,3 cm)für Pasern von 8,9 Mikron Durchmesser und bevorzugte Längen von 1/2 bis 3/¹I Zoll (1,3 bis 1,9 cm) für Pasern von 12 Mikron Durchmesser. Die Bevorzugung bestimmter Längenabmessungen für spezielle Faserdurchmesser ist weitgehend eine Funktion der Steifigkeit der Fasern und auch eine Funktion der Mischapparaturen. Steigt die Anzahl der Pasern pro Einheitsgewicht, etwa im Falle kleinerer Glasfaserdurchmesser, dann wird eine Dispersion der Fasern schwieriger. Deshalb verringert sich

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üblicherweise die Länge der Pasern mit sich verringerndem Faserdurchmesser.

Allgemein können in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Dispersionstechnik jede.- Art von primär ausgezogenen·- und verdünnten Glasfasern und Fäden verwendet werden, die geschlichtet und zu einem Strang oder Bündel zusammengefaßt und anschließend geschnitzelt oder zerhackt werden. Selbstverständlich ist die er- Wk findungsgemäße Dispersionstechnik auch auf geblasene Mikrofasern anwendbar, wobei jedoch die Nachteile "bei der Verwendung von Mikrofasern weiter vorn schon erläutert worden sind, so daß es zweckmäßig ist, sich im wesentlichen auf primär ausgezo-gene Glasfasern zu beschränken.

Eine Stärke enthaltende Schlichte oder Schmälze, die vor der Zusammenfassung der Glasfasern zu Strängen und vor dem Zerhacken in gleichförmige Längsstücke auf die Glasfasern aufgebracht wird, besteht aus einem wäßrigen Beschichtungsmaterial, welches feste Paraffinwachspartikel von weniger als annäherend 10 Mikron Durchmesser enthält, die mit einem Polysaccharid mit lipophilen Seitenketten beschichtet sind, die weniger als etwa 10 Kohlenstoffatome W enthalten, dispergiert in Kornstärkelösung.Ein Stabilisator, wie beispielsweise Propylenglykolalginat und ein kathionisches Gleitmittel, wie beispielsweise ImidazQlin modifiziertes Polyester und ein sekundärer Filmbildner, wie beispielsweise Gelatine oder Polyvinilalkohol können hierzu weiterhin beigefügt werden. Wasser wird beigefügt, um ein gewünschtes Feststoffniveau von etwa 2% bis 7% zu. erhalten, wenn die Schlichte in Form einer Flüssigkeit auf die Fasern aufgebracht wird, wobei jedoch der Feststoffgehalt auch beträchtlich höher sein kann, wem die Schlichte in Form eines Gels auf die Fasern aufgebracht wird.

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Die Anteilsbereiche für die Komponenten der Schlichte, ausgedrückt in Gewichtsprozenten, sind folgende:

Anteile Gewichtsprozente Feste Wachspartikel 0.5-5.0

Stabilisator 0.1 - 1.0

Kationisches Gleitmittel 0.5-3.0

Stärke 0.5 7 5.0

Sekundärer Filmbildner 0. - 1.0

^Wasser Rest auf Wasser

Diese Stärke stört bzw. beeinflußt die Dispersion der Glasfasern nicht. Es wurde jedoch festgestellt, daß bestimmte Schlichten eine Verringerung bzw. Vergrößerung der Dispersionsgeschwindigkeit bewirkten, in Abhängigkeit von dem in ihnen enthaltenden Filmbildner und anderen Bestandteilen. Beispielsweise verringerten üblicherweise Silan enthaltende Schlichten die Dispersionsgeschwindigkeit .

In der folgenden Tabelle ist angegeben, wie der Faserdurchmesser von angemessen und ausreichend dispergierten Glasfasern die Eigenschaften eines geformten Papierblatbes beeinflußt, das mittels 5% Polyvinylalkoholfasern gebunden ist:

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Tabelle IV

EIGENSCHAFTEN DES GEFORMTEN BLATTES

FASERDURCHMESSER

3,8-Mikron Α-micro AA^micro AAA-micro AAAA-micro Faser fiber . fiber fiber fiber

Gewicht, oz./sq, yd. (Unzen pro Quadratyard)

1.1

1.0

1.1

1,1

Dicke in Zoll .0089	.0085	.0082	.0102	.0087
Bruchfestigkeit 5·1	0.8	1.3	1.9	2,0
lbs./inch
(Pfund/Zoll)
Reißfestigkeit 100	12.3	15.0	16.7	13,8
grams/sheet
(gr/Blatt
Berstfestigkeit 4.6	[_ 0.2	/ 0.2	I 0.2	' / 0,2
Mullen Points
Luftdurchlässig
keit cu. ft./min./sq.ft.
(in Kubikfuß pro k$	122	29	6	3
Minute pro Quadrat-
fuß)

Die Luftdurchlässigkeit wurde bei einem Druck von etwa 1,3 cm Wassersäule geraessen.

Die Glasmischung der 3,8 Mikronfasern war Ε-Glas, es besteht «jedoch keine Begrenzung hinsichtlich der Glasarten, auf wel-ehe das erfindungsgemäße Konzept einer Dispersionstechnik anwendbar ist. Festgestellt wurde jedoch, daß die Bruchfestigkeit, Reißfestigkeit und die Berstfestigkeit von aus Fasern mit einem Durchmesser von 3*8 Mikron hergestellten Blättern beträchtlich über Blättern lag, die aus geblasenen Fasern hergestellt waren.

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Die Strukturen, die aus der erfindungsgemäßen Dispersion gewonnen werden konnten, üblicherweise in Blattform, wurden mit Pigmenten behandelt (pigment-padded), beschichtet und bedruckt, ohne daß die Qualität des Papiers zerstört worden wäre. Tatsächlich stellte sich eine hervorragende Druckqualität heraus.

Die Zeitdauer, während welcher die Glasfasern in der Dispersion auf einen pH-Wert zwischen 2,0 und 2,5 gehalten werden, ist eine Funktion der Wassertemperatur, des Paserdurchmessers und der Anzahl von Fasern pro Bündel, des Mengenanteils und der Art der Schlichte auf den Glassträngen, und des Grades und der Art der Bewegung, die den Fasern oder Fäden mitgeteilt wird. Es wird angenommen, daß dann, wenn die Glasfasern für einen ausreichenden Zeitraum einem niedrigem pH-Wert ausgesetzt werden, die Glasfasern angegriffen werden und das soda und der Kalk aus dem Glas ausgelaugt wird, so daß eine dünne, gelatineartige und an Silika reiche Schicht verbleibt, die als Klebmittel wirkt.

Vergrößert sich der Faserdurchmesser, dann verringert sich die Anzahl von Fasern pro Gewichtseinheit. Da die Konzentration des Dispersionsbreis auf einer Gewichtsbasis erfolgt, kann daher der obere Konzentrationsgrenzwert gröberer Fasern oder Fäden in der Dispersion verstärkt werden. Kombinationen von Fasern unterschiedlichen Durchmessers können bei der praktischen Ausführung der Erfindung verwendet werden, es ist jedoch bevorzugt, lediglich einen einzigen Faserdurchmesser in der Dispersion zu verwenden.

Weiterhin wurde festgestellt, daß gröbere Glasfäden und Fasern in der Lage sind, gewichtsmäßig schwere, nichtgewebte Strukturen bzw. Papiere ohne Oberflächenverzerrungen und Verwerfungen herzustellen, als Glasfasern mit kleinerem Durchmesser. Glatte und weiche Oberflächenstrukturen können von Glasfasern erzeugt, werden, die einen Fadennenndurchmesser von 3,8 Mikron bis zu einer Basis von ²JO US-Pfund (40 Pfund pro 3OOO Quadrat fuß entsprechend

2
18,1 kg pro 279 m ) aufweisen, bzw. von Faden mit einem Nenndurch-

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messer von 6,3 Mikron bei einer 200 US-Pund-Basis (entsprechend

90,7 kg pro 279 m )bder von Fasern mit einem Nenndurchmesser von 8,9 Mikron bis zu einer 400 US-Pfund-Basis (entsprechend l8l kg pro 279 m). Die Dicke der niehtgewebten Strukturen liegt im Bereich zwischen 1 bis 15 mils (entsprechend 0,025 mm bis 0,38 mm), von 2 bis 30 mils (entsprechend 0,05 bis 0,76 mm), von 5 bis 500 mils (entsprechend 0,13 bis 13 mm) und von 10 'bis 1000 mils (entsprechend 0,25 bis 25 mm) jeweils für Glasfasern mit einem Nominaldurchmesser von 3»8, 6,3, 8,9 und 12 Mikron.

Werden jedoch Glasfasern mit geringerem Durchmesser in schwergewichtigen, niehtgewebten Strukturen verwendet, dann entwickelt sich ein durchgehend inkonsistentes Muster bzw. es entwickelt sich eine holprige Verzerrung auf beiden Oberflächen der geformten Struktur. Dabei tritt jedoch die Verzerrung auf einer Seite stärker als auf der anderen hervor. Beispielsweise entwickelt sich ein unerwartet attraktives Muster auf den Oberflächen geformter Strukturen, wenn Glasfasern mit einem Durchmesser von etwa 3,8 Mikron gemäß den erfindungsgemäßen Merkmalen dispergiert werden und wenn das Basisgewicht 40 US-Pfund pro 3000 Quadratfuß oder mehr beträgt (entsprechend 18,1 kg pro 279 m )· Bei diesen schweren Strukturen wird einiges des besonderen Materials, wie beispielsweise Ton, welches zur Unterstützung der Dispersion der Glasfasern verwendet wird, in der Struktur zurückgehalten. Dieser unerwartete Kräuselungs- bzw. holprige Effekt wurde lediglich bei Glasfasern mit einem Durchmesser von 3,8 Mikron beobachtet. Diese Pasern sind unter der Handelsbezeichnung "BETA" von der Owens-Corning Fiberglas Corporation im Handel erhältlich.

Der Grund dafür liegt darin, daß man theoretisch annimmt, daß die Glasfasern mit einem Durchmesser von 3,8 Mikron flexibler

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sind und diese Pasern daher eine geringere Drainagegeschwindigkeit bzw. eine geringere Entwässerungsgeschwindigkeit als Glasfasern mit einem Durchmesser von 6,3 Mikron oder größer aufweisen, so daß dieser Kräuselungs-bzw. Welligkeitseffekt nur den Pasern geringeren Durchmessers eigen ist. Weiter nimmt man theoretisch an, daß aufgrund des größeren Oberflächengebietes von Pasern mit kleinen Durchmessern Luft innerhalb der Struktur eingeschlossen wird, was diesen schmückenden und dekorativen Effekt bewirkt. Dieser Kräuselungseffekt kann weiterhin noch als dreidimensionale, durchgehend nicht gleichförmig orientierte, Serpentinen- oder wurmähnliche Konfiguration beschrieben werden.

Wird ein solches 'gekräuseltes"Blatt aus einer Glasfaserdispersion mit 3,8 Mikron Durchmesser hergestellt, dann kann die Konzentration des Breies die gleiche sein, wie für die Herstellung von glatten Blättern, die Riemengeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit des Drahtgewebes der Papierherstellungsmaschine wird jedoch herabgesetzt. Man nimmt an, daß der Kräuselungseffekt eine Funktion des Basisgewichts des Papiers und auch eine Punktion der Entwässerungsgeschwindigkeit des Wassers aus der Masse auf dem Drahtgewebe ist. Da der Kräuselungseffekt offensichtlich auf die Verwendung von Fasern von 3»8 Mikron Durchmesser begrenzt scheint, nimmt man an, daß dieser Effekt analog demjenigen ist, bei welchem sehr dünnes Haar eher die Neigung entwickelt, sich zu kräuseln und zu biegen als gröberes Haar. Man nimmt daher an, daß während der Drainage des Wassers auf dem Drahtgewebe das Kräuseln, Ausbeulen und Knicken der Fasern auftritt, welches die Tendenz hat, wurraähnliche Konfigurationen ausbzubilden; Teile dieser Konfigurationen brechen zusammen, Teile schließen Luft ein und bilden zellenähnliche Gebilde über der normalen Oberfläche der Struktur. Diese zellenähnlichen Gebiete oder Erhebungen und Berge erscheinen auf einer Oberfläche und liegen im Bereich zwischen 5 bis 150 mils (0,13 bis 3,8 mm), wobei jedoch dieser Effekt durch

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Veränderung der Drainagegeschwindigkeit oder durch Veränderung der Riemengeschwindigkeit der Papierherstellungsmaschine betont und verstärkt werden kann. Ähnlich erscheinen auf der anderen Seite Absenkungen, Falten oder Rinnen, die im Bereich zwischen 0,25 mm bis 0,5 mm zu der normalen-Oberfläche der Struktur liegen. Wird das getrocknete gekräuselte Blatt zusammengepreßt, dann springen diese Effekte in ihre Ursprungsposition zurück.

Es konnte festgestellt werden, daß es dann, wenn der pH*-Wert des Breies in dem Kopfbehälter der Papierherstellungsmaschine geringfügig angehoben wird, möglich ist, schneller den Kräuselungseffekt zu erzielen, unter der Annahme konstanter Dicke der Struktur und konstanter Geschwindigkeit des formenden Drahtgewebes, verglichen mit einem Brei mit einem geringeren pH-Wert. Weist jedoch die geformte Struktur mindestens eine Dicke von 20 mils (0,5 mm) auf, dann scheint der pH-Wert keine Rolle mehr zu spielen. Auch konnte: dann, wenn ein Antischaummittel, wie beispielsweise Silikon, dem Brei im Kopfbehälter zugesetzt wird, der normalerweise produzierte Kräuselungseffekt nicht erzielt werden.

Es wurde weiterhin beobachtet, daß dieser Krauselungseffekt offensichtlich eine Punktion der Faserlänge zujsein scheint. Beispielsweise ergaben Fasern von 3_Λ8 Mikron Durchmessern mit einer gleichmäßigen Länge von etwa 0,64 cm die besten Resultate, wohingegen Faserlängen von 1/8, 3/8 und 1/2 Zoll (0,3, 0,95 und 1,3 cm) den Kräuselungseffekt weder so leicht noch so hervorstechend erzielten.

Wird die erfindungsgemäße Dispersionstechnik zur vollständigen Dispersion fibröser Materialien, insbesondere Glasfasern verwendet und wird die Dispersion in Verbindung mit konventionellen

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Papierherstellungsmaschinen und Anordnungen, wie beispielsweise dem geneigtem Drahtgewebe, dem Rotoformer oder der Fourdriner~ Maschine verwendet, dann erhält man Strukturen, die in ihren Eigenschaften den nach bekannten, zum Stand der Technik gehörenden Verfahren gewonnen Materialien und Strukturen weit überlegen sind.

Da Glasfasern, wie andere synthetische Pasern auch, auf einem formenden Drahtgewebe so schnell entwässern bzw. abtropfen, werden bestimmte Maschinen gegenüber anderen bevorzugt. So sind beispielsweise einige Maschinen, wie das geneigte Drahtgewebe und die Rotoformer für eine schnelle Entwässerung gebaut und werden vorgezogen, wenn niedrige Konzentrationen von langen Fasern vorliegen. Die geformten und gebildeten Strukturen sind von gleichmäßiger Qualität, ohne daß Leerstellen und/oder verdickte Punkte auftreten.

Allgemein ausgedrückt bestehen also die Verfahrensschritte zur Herstellung nichtgewebter Strukturen aus erfindungsgemäßen Dispersionen fibröser Materialien darin, daß man Glasfasern in einer Menge von 0,5 bis 1 Gewichtsprozent in einem acidischen Medium mit einem pH-Wert von etwa 2,0 bis 2,5 in der Gegenwart von besonderen Materialien und Natriumhexametaphosphat dispergiert. Der pH-Wert des acidischen Mediums wird im wesentlichen auf den neutralen Wert angehoben, nachdem die Glasfasern vollständig separiert sind. Wenn .eine Neuagglomeration der Fasern auftritt, wie das bei einem zufälligen Anheben des pH-Wertes über den neutralen Punkt geschehen könnte, dann dispergiert eine einfache Neueinstellung des pH-Wertes auf einen geringeren Wert, verbunden mit einem Mischvorgang die Fasern wieder vollständig. Wunsch- ■ gemäß werden vorher geschlagene oder zerfaserte, natürliche und/ oder synthetische Fasern der neutralen Glasfaserdispersion hinzugefügt. Anschließend wird das acidische Medium, welches voll dispergierte bzw. separierte Fasern umfaßt, auf etwa 0,01 bis

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0,02 Gew.% der Fasern verdünnt und ein Bindemittel hinzugefügt, wobei das Bindemittel in der geformten Struktur üblicherweise durch die Anwendung von Wärme aktiviert wird. Die verdünnte Pasermasse wird dann in Kontakt mit einem Drahtgewebe oder einem Schirm bzw. Gitter gebracht, welches das Ablaufen des Wassers erlaubt, üblicherweise wird das Drahtgewebe einem Vakuum unterworfen, um weiterhin Wasser abzuziehen, dies ist jedoch nicht immer notwendig. Es ist festzustellen, daß unter Verwendung von Glasfasern allein oder in Mischung mit natürlichen oder synthetischen Pasern ein Pressen bzw. Kalandern des gebildeten Blattes nicht notwendig ist, und zwar wegen der schnellen Drainagegeschwxndigkeit. Die geformte Struktur wird einer Trockenzone zugeführt, wie beispielsweise einem Ofen, infraroten Lampen auf beiden Seiten der Struktur oder dampferhitzten Zylindern. In dieser Wärmezone wird das Bindemittel, vorzugsweise Polyvinylalkoholfasern, in dem verfügbaren Wasser aufgelöst und das Fließen des Bindemittels durch die Struktur bewirkt. Im Handel erhältliche Grade von Polyvinylalkoholfasern werden üblicherweise in Wasser bei Temperaturen von 6O⁰C, 71⁰C und 82⁰C aufgelöst. Nachdem die geformte Struk tür aus der Wärmezone austritt, festigt der Abkühleffekt der umgebenden Luft bei Raumtemperatur die Position des Bindemittels und verleiht der Struktur dadurch dimensionsmäßige Stabilität. Die Aufnahme auf eine Aufwickelanordnung, wie beispielsweise eine Rolle, ist üblich, so daß die Struktur für spätere Verwendung gelagert werden kann, sie kann aber auch sofort weiterbehandelt werden, beispielsweise durch Bedrucken oder durch andere Endbehandlungsvorgänge.

Verwendet man die erfindungsgemäßen Dispersionstechniken in Verbindung mit der erwähnten Papierherstellungsmaschine, dann erhält man kontinuierliche Blätter gleichförmiger Qualität mit Ab-

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messungen von 46 zu etwa 166 cm. Bevor handelsmäßige Maschinen verwendet wurden, beschränkten sich labormäßige Untersuchungen auf eine sogenannte "Williams Sheet Mould"-^Apparatur, die einen stationären Schirm aufwies.

Der.Kräuselungseffekt wurde auf einer Maschine mit geneigtem Drahtgitter erhalten, es besteht jedoch kein Grund anzunehmen, daß dieser Effekt nicht auch auf anderen Maschinen erzielt werden kann.

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Claims

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Patentansprüche;

1. Faserhaitige bzw. fibröse, nichtgewebte, aus einer Glas-

.faserbündel enthaltenden Dispersion hergestellte Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündel im wesentlichen vollständig zu separierten Glasfasern gleichmäßiger Länge dispergiert und diese in der Struktur regellos verteilt . und im wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Struktur angeordnet sind, derart, daß die Struktur glatt, weich, fest, widerstandsfähig und undurchsichtig ist.

2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbündel mit einer Schutzschlichte versehen sind.

3. Struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern einen Nenndurchmesser von 3,8;6,3 oder 8,9 Micron aufweisen.

4. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verleihung einer zusätzlichen dimensions-

P mäßigen Stabilität ein Bindemittel in der Struktur enthalten ist.

5. Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel fibröser Polyvinylalkohol ist und sein Anteil zwischen 1,0 bis 10,O Gewichtsprozenten beträgt.

6. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,daß bei einem blattförmigen Material die Glasfasern in einem solchen Anteil vorhanden sind, daß die

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Oberfläche des blattartigen Materials einen durchgehend inkosistenten, gekräuselten Effekt aufweist.

7. Struktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern einen Nenndurchmesser von 3,8 Micron und

die Struktur ein Gewicht von mehr als 18,1 kg pro 279 2

m aufweist.

8. Struktur nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern eine Länge von 0,6 cm aufweisen.

9. Struktur nach einem der Ansprüche 19 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehend gekräuselte, serpentinenartige Effekt auf einer Oberfläche stärker hervortritt.

10. Verfahren zur Dispersion geschnitzelter bzw. gehackter Glasfaserbündel, die insbesondere zur Herstellung von nichtgewebten Strukturen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 dient, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Wasser, Natriumhexametaphosphat, einem besonderen anorganischen Material, geschnitzelten Glasfaserbündeln und einer mineralischen Säure hergestellt wird, wobei der Säureanteil ausreichend ist, den pH-Wert der Ausgangsmischung auf etwa 2,0 bis 2,5 abzusenken, daß die Mischung anschließend so ausreichend bewegt wird, daß im wesentlichen alle Fäden oder Fasern der Bündel separiert, jedoch die einmal getrennten Fäden nicht zerbrochen oder beschädigt werden und daß der pH-Wert .der Mischung danach auf 4,5 bis 6,5 angehoben wird, wobei die Fäden oder Fasern für längere Zeiträume gleichmäßig dispergiert bleiben.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Natriumhexametaphosphats in der Mischung zwischen etwa 0,025 bis 0,15 Gewichtsprozenten liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das besondere Material aus der Gruppe wasserhaltiger Aluminiumsilikate, Magnesiumsilikate und Attapulgus-Tone ausgewählt wird, mit einer Partikelgröße im Bereich zwischen 0,2 bis 4,8 Micron, und daß der Anteil des besonderen Materials in der Mischung zwischen etwa O,O5 bis 1,5 Gewichtsprozenten liegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfäden oder -fasern einen Durchmesser im Bereich etwa zwischen 3,8 bis 12 Micron aufweisen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfäden mit einer Schlichte versehen werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Glasfäden in der Mischung zwischen 0,05 bis 1,5 Gewichtsprozenten beträgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung ein Bindemittel zugefügt wird. -

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus der aus Polyvinylalkoholfasern,

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Acrylmaterialien und Holzpulpe bestehenden Gruppe ausgewählt ist und daß der Anteil des Bindemittels in der Mischung zwischen etwa 1,0 bis 10,0 Gewichtsprozenten beträgt.

18'. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 17 zur Herstellung einer nichtgewebten Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Glasfaserbündeln in einem acidischen Medium aufgelöst werden, daß der gewonnene Brei aus fibrösem Material auf eine sich bewegende, perforierte unterlage (Riementeil einer Papierherstellungsmaschine) aufgebracht wird, wobei eine Wiederagglomeration der Glasfasern durch Aufrechterhaltung des pH-Wertes des acidischen Mediums während der Separierung der Glasfasern zwischen 2,0 und 2,5 verhindert wird und daß anschließend das besondere Material und Natriumhexametaphosphat während der Separierung der Glasfaserbündel hinzugegeben wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel der Mischung beigegeben wird, nachdem der pH-Wert auf 4,5 bis 6,5 erhöht worden ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Glasfasern mit einem Durchmesser von 3,8 Micron und einer Länge von etwa 0,6 cm verwendet werden. ■ - ' .

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Struktur dadurch ein willkührlich orientierter Kräuseleffekt verliehen wird, daß man

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Glasfasern mit einem Nenndurchmesser von 3,8 Micron und einer gleichförmigen Länge von etwa 0,6 cm verwendet und daß man Strukturen mit einem Gewicht von mehr als 18,1 kg pro 279 m herstellt.

22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtgewebten Strukturen aus Mischungen von Glasfasern und anderen natürlichen oder synthetischen Fasern hergestellt werden, wobei die Glasfasern in dem acidischen Medium bei einem pH-Wert von 2 bis 2,5 dispergiert und der pH-Wert anschließend auf 4,5 bis 6,5 angehoben wird, und daß dann die natürlichen oder synthetischen Fasern mit der Dispersion kombiniert werden, derart, daß die natürlichen bzw. synthetischen Fasern in ihrer Qualität von dem acidischen Medium nicht zerstört oder beeinflußt werden.

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