DE3324395C2 - Fasermasse mit niedriger Dichte und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Fasermasse mit niedriger Dichte und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Abstract
Die als Isoliermaterial verwendbare Fasermasse mit niedriger Dichte wird dadurch hergestellt, daß zunächst eine wässerige Mischung gebildet wird, welche Fasern, ein anionisches Detergenz und ein kationisches Guarkautschukderivat umfaßt. Danach wird der Mischung Borax zugegeben, wodurch ein Niederschlag gebildet wird, in welchem der Guarkautschuk auf den Fasern abgeschieden ist. Diese Ausfällung wird zur Bildung der Fasermasse mit geringer Dichte getrocknet, wobei das Endprodukt die Form einer Bahn oder Platte haben kann.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Fasermasse niedriger Dichte sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
- In der DE-OS 29 20 988 wird ein Verfahren zur Herstellung von geformten Produkten aus Wasserdispersionen von Fasern und anderen feinzerteilten Teilchen beschrieben, wobei einer oder mehrere Hydrokolloide nach einem möglichen Entwässern und vor dem Formen der Masse zugegeben werden. Die Masse kann verschiedenerlei Fasern enthalten und muß auch noch feinzerteilte Teilchen pulverisierter Mineralien enthalten. Als Kolloid kann nach Anspruch 4 pflanzlicher Gummi, etwa Guar-Gummi, eingesetzt werden.
- Es ist ferner bekannt, Aluminiumsulfat oder Alaun bei der Papierherstellung zu verwenden, um, wie in Römpps Chemie-Lexikon 1974, Seiten 2495-2496 angegeben, Harzseife und Tonerdehydrat auf einer Faser niederzuschlagen, um nachher ein porenfreies Verkleben der Fasern zu ermöglichen.
- Aufgabe der Erfindung war es, eine als Isoliermaterial verwendbare Fasermasse bereit- und herzustellen. Diese Aufgabe wurde wie aus den vorstehenden Ansprüchen ersichtlich gelöst. Diese Lösung lag aufgrund der beiden oben zitierten Literaturstellen nicht nahe, und zwar Guar-Gummi-Derivat als Boraxkomplex unter Zuhilfenahme eines anionischen Netzmittels auf den Fasern niederzuschlagen, um somit eine gleichmäßige Ablagerung zu erhalten. Nimmt man nämlich kein anionisches Netzmittel, so erhält man eine gelartige Masse, die nicht mehr getrocknet werden kann. Die Auswahl des Guar-Gummi-Komplexes, sein Niederschlag unter Zuhilfenahme eines anionischen Netzmittels in Form eines Boraxkomplexes wurden durch die zwei Literaturstellen weder beschrieben noch in ihrer Gesamtheit nahegelegt. Man hat nicht einfach statt Alaun Borax genommen und ist problemlos zur Lösung der gestellten Aufgabe gekommen. Es ist nicht bekannt, daß Alaun mit dem Guar-Gummi Komplexe bildet.
- Die Mischung wird erfindungsgemäß zur Bildung einer homogenen Suspension gerührt. Anschließend wird der Mischung Borax bzw. Dinatriumtetraborat zugesetzt, so daß sich eine Ausfällung bzw. ein Niederschlag bildet. Aus der Mischung wird dann Wasser abgezogen. Danach wird der Niederschlag zur Bildung der Fasermasse niedriger Dichte getrocknet. Gewünschtenfalls kann der Niederschlag vor dem Trocknen in die Form von Bahnen bzw. Platten gebracht werden, um so ein bahn- bzw. plattenförmiges Fasermaterial niedriger Dichte zu erhalten.
- Erfindungsgemäß wird also über ein wäßriges Aufschlämmungssystem ein Fasermaterial mit geringer Dichte erzeugt, das vorzugsweise eine Dichte hat, die nicht größer als 0,16 g/cm3 ist, und das hervorragende Isoliereigenschaften hat. Bevorzugt wird das Material dadurch hergestellt, daß zunächst eine wäßrige faserige Aufschlämmung gebildet wird, daß der Aufschlämmung ein kationisches Guar-Gummi-Derivat und ein anionisches Detergens zugesetzt wird, und daß die sich ergebende Mischung, die eine Konsistenz von etwa 1,4 bis etwa 2,0 Gewichtsprozent Feststoffe aufweist, gerührt wird.
- Bevorzugt wird bei der Bildung der wäßrigen Mischung das kationische Guar-Gummi-Derivat der wäßrigen Faseraufschlämmung zuerst zugesetzt, so daß der Guar-Gummi voll in der wäßrigen Aufschlämmung gelöst wird. Das anionische Detergens wird zugegeben, nachdem sich der Guar-Gummi gelöst hat.
- Erfindungsgemäß können alle Fasern verwendet werden, die bei herkömmlichen Prozessen eingesetzt werden können, bei welchen der Feststoffgehalt von Kautschuklatex auf in Aufschlämmung befindlichen Fasern abgeschieden wird. Diese Prozesse sind als "Beater Saturation" bekannt.
- Die Fasern haben vorzugsweise eine Nennlänge im Bereich von 0,5 bis 13 mm, vorzugsweise 1 mm bis 7 mm. Sie haben Nenndurchmesser im Bereich von 3 µm bis 16 µm, wobei 4 µm bis 8 µm bevorzugt werden. Gegebenenfalls können im Einzelfall auch Fasern zugegeben werden, die länger als die angegebenen sind, wobei die Zugabe zur Mischung nach der Zugabe von Borax erfolgt. Die Zugabe solcher Fasern führt zu einer Verstärkung des Materials niedriger Dichte. Um die Homogenität des Fasergemisches zu ermöglichen, können nicht mehr als etwa 15 Gewichtsprozent solcher verstärkenden Fasern, bezogen auf das Gewicht der Fasern in der wäßrigen Aufschlämmung, der Mischung zugesetzt werden. Um den Verstärkungseffekt auf ein Maximum zu bringen, werden Fasern mit einer Länge von 6 mm bis 26 mm verwendet.
- Beispiele für geeignete Fasern, die sowohl vor der Zugabe des Borax als auch danach zugegeben werden können, sind beispielsweise Mineralwolle, Keramikfasern, Zellulosefasern, Asbestfasern und Fasern aus aromatischen Polyamiden. Solche Fasern können getrennt oder in Kombination eingesetzt werden. Geeignete Keramikfasern sind Keramikstapelfasern, und zwar Aluminiumoxid-Siliciumdioxidkeramikfasern bzw. Tonerde-Kieselerdekeramikfasern, die einen Schmelzpunkt von 1600°C, eine Dichte von 2,56 g/cm3, eine Zugfestigkeit von 1,3 kN/mm2 und einen Modul (Elastizität) von 116 kN/mm2 haben. Der Ausdruck "Fasern aus aromatischen Polyamiden" bezieht sich auf eine Faserfamilie, die allgemein als "Aramide" bezeichnet wird. Geeignete Fasern aus aromatischen Polyamiden sind unter den Bezeichnungen Kevlar R , Kevlar 29 R , Kevlar 49 R und Nomex R im Handel verfügbar. Die aromatische Polyamidfaser Kevlar 49 R hat eine Zugfestigkeit von 2,76 kN/mm2, einen Modul von 124 kN/mm2 und eine Dichte von 1,44 g/cm3. Die aromatischen Polyamidfasern Kevlar 29 R haben eine Zugfestigkeit von 2,76 kN/mm2, einen Modul von 59 kN/mm2 und eine Dichte von 1,44 g/cm3. Die aromatischen Polyamidfasern Nomex R haben eine Dichte von 1,38 g/cm3 und eine Zugfestigkeit von 0,66 kN/mm2.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden fünf bis dreißig Gewichtsteile eines kationischen Guar- Gummi-Derivats jeweils pro hundert Gewichtsteile Fasern in der ursprünglichen Faseraufschlämmung verwendet. Zweckmäßigerweise werden kationische Guar-Gummi-Derivate mit hoher Chargendichte verwendet. Im Handel ist als geeignetes kationisches Guar-Gummi- Derivat der Guar-Gummi Celanese Jaguar R erhältlich. Erfindungsgemäß werden außerdem drei bis vierzig Gewichtsteile eines anionischen Detergens für jeweils hundert Gewichtsteile Guar-Gummi in der Ursprungsmischung eingesetzt. Dieser Gewichtsbereich beruht auf dem unverdünnten Gewicht des Detergens und ändert sich abhängig von dem verwendeten Detergens.
- Geeignet sind alle im Handel erhältlichen anionischen Detergenzien, wobei unter diesen Begriff auch anionische Seifen fallen sollen. Beispiele für geeignete Detergenzien sind Natriumdodecylbenzolsulfonat (Biosoft D-40 R ), ein lineares organisches Alkylat-Sulfonat-Salz (Ultrawet 60L R ) und Natriumdodecylbenzolsulfonat (Mearlcel 2336 R ).
- Unter Borax ist jede Substanz zu verstehen, die bei der Zugabe zur erfindungsgemäßen wäßrigen Mischung eine Quelle für eine ausreichende Menge an Borationen ist, die mit dem kationischen Guar-Gummi-Derivat einen Komplex bilden. Beispiele für geeignete im Handel erhältliche Substanzen sind Natriumborat, wasserfreies Natriumborat, Natriumbiboratdekahydrat und Natriumbiboratpentahydrat.
- Bei dem Verfahren können auch genormte anorganische Füllstoffe eingesetzt werden, die dann in der Masse enthalten sind, welche der wäßrigen Faseraufschlämmung vor dem Borax zugesetzt werden. Beispiele für anorganische Füllstoffe, die der wäßrigen Faseraufschlämmung zugesetzt werden können, sind Papierfüllstoffton, Kork, Wollastonit, Talkum, Calciumkarbonat, Glimmer, Diatomeenerde und Perlit. Besonders geeignet als Füllstoffe sind Wollastonit unterschiedlicher Grade (P-4, P-1 oder C-1), Kaolinpapierfüllstofftone (Hi-Opaque clay R ), Papierfüllstoffton (Narvon R ) sowie andere Papierfülltone (Klondyke R , Klondyke KWW R ).
- Die Menge des zugesetzten Füllstoffs bzw. der zugesetzten Füllstoffe hängt von den verwendeten Fasermengen und den jeweiligen Herstellungsbedürfnissen ab.
- In der wäßrigen Faseraufschlämmung wird Wasser mit einer Temperatur von über 38°C verwendet, vorzugsweise Wasser mit einer Temperatur von 38°C bis 50°C. Solche Temperaturen dienen dazu, die Ableitmenge zu verbessern und so den Entwässerungsprozeß zu erleichtern.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vielzahl von Gerätschaften durchgeführt werden, beispielsweise auf üblichen Papierherstellungsmaschinen, welche Fourdrinier Formsiebe, Vakuumgehäuse und Flachbetttrockner aufweisen.
- 200 g Mineralwolle
20 g Guar-Gummi (Celanese CP-13 R )
20 cm3 Natriumdodecylbenzolsulfonat
130 cm3 gesättigtes Borax
- Die Mineralwolle wird einem Mischgefäß zugesetzt, das etwa 12 l erwärmtes Kranwasser von 38°C enthält. Der Inhalt des Mischgefäßes wird etwa zwei Minuten gerührt, um eine vollständige Dispersion der Bestandteile bei einer Konsistenz von 1,67 zu gewährleisten. Dann wird die gesamte Menge an Guar-Gummi zugesetzt, wobei etwa drei Minuten gerührt wird. Unter sehr vorsichtigem Rühren wird dann der Mischung in einer Minute das genannte Detergens zugegeben, um es in der Mischung innig zu dispergieren. Daraufhin wird die gesamte Boraxmenge unter Rühren in zwei Minuten unter Bildung eines Niederschlags zugesetzt.
- Von dem Niederschlag wird das Wasser abgezogen. Man erhält die Masse in Form einer 2,5 cm starken Bahn mit Hilfe einer bahnbildenden Form. Die Bahn wird dann in einem Ofen bei 150°C getrocknet, wobei im wesentlichen die gesamte Feuchtigkeit entfernt wird. Man erhält dadurch eine homogene 2,5 cm starke Bahn mit einer Dichte von 0,1 g/cm3 und einem Feuchtegehalt von etwa 0,5%.
- Es wird im wesentlichen das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt, wobei der folgende Ansatz zur Bildung einer Bahn verwendet wird, die eine Dichte von 0,11 g/cm3 und einen Feuchtegehalt von etwa 0,5% hat.
- 200 g Mineralwolle
40 g Guar-Gummi (Celanese CP-13 R )
40 cm3 Natriumdodecylbenzolsulfonat
120 cm3 gesättigter Borax.
Claims (5)
1. Fasermasse mit niedriger Dichte, enthaltend ein Guar-Gummi- Derivat, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse, bezogen auf 100 Gew.-Teile Fasern 5 bis 30 Gew. -Teile eines kationischen Guar-Gummi-Derivats, dem zur Bildung eines Komplexes zusätzlich Borax zugegeben worden ist, enthält.
2. Fasermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Mineralwolle bestehen.
3. Fasermasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich wenigstens einen anorganischen Füllstoff enthält.
4. Fasermasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form einer Bahn hat.
5. Verfahren zur Herstellung einer Fasermasse mit niedriger Dichte, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus Fasern, einem anionischen Detergens und einem kationischen Guar-Gummi- Derivat eine wäßrige Mischung hergestellt, der Mischung Borax zugegeben wird und der erhaltene Niederschlag zur Bildung der Fasermasse niedriger Dichte getrocknet wird.
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