DK154155B - Fremgangsmaade til fremstilling af et papirprodukt ved hjaelp af en i og for sig kendt papirfremstillingsteknik, samt et produkt fremstillet ifoelge opfindelsen - Google Patents

Description

i

DK 154155 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af et papirprodukt ved hjælp af en i og for sig kendt papirfremstillingsteknik, hvor i det mindste eet findelt mineralsk eller organisk fyldstof tilsættes en fi-5 brøs masse i et vandigt medium og et produkt fremstillet ved denne fremgangsmåde.

Ved papirprodukt forstås i den foreliggende beskrivelse et produkt, der er opnået ved udøvelse af en papirfremst i 1-10 1ingsteknink, men som faktisk både kan henføres til papir, karton osv. og til ikke-vævede produkter, filt, voile osv.

Der har allerede været gjort forsøg på at indlemme fyldstof i papir under dets fremstilling. De opnåede resultater er 15 imidlertid middelmådige, eftersom disse fyldstoffer passerer igennem arbejdsbordets sorterer, og kun en lille del deraf forbliver i produktet. Selvom der benyttes et tilbageholdelsesmiddel, og under de bedste brugsbetingelser, kan ikke mere end omkring 15 vægtprocent af fyldstoffet fikse-20 res.

Endvidere kendes der allerede produkter, som er sammensat af komplekse lag, og som er beregnet til eksempelvis at isolere eller dekorere gulve og vægge, hvilke produkter om-25 fatter asbestpap, voile eller filt, som er sammensat af glasfibre, keramiske fibre eller stenuldsfibre. Asbest er kendt for at udgøre en fare for den menneskelige sundhed og erstattes følgelig mere og mere af voile eller filt baseret på glasuldsfibre eller stenuldsfibre. Imidlertid er det 30 endnu vanskeligere at fastgøre fyldstoffer til voile eller filt end i papir, og desuden, hvor asbest giver kompakte, elastiske produkter, der fremtræder med en behagelig overfalde, medens den kun kræver lidt bindemiddel, giver voile eller glasfibre eller stenuldsfibre porøse, skøre produkter 35 og fremtræder med en dårlig overflade.

DK 154155 B

2

Det er den foreliggende opfindelses formål at afhjælpe disse ulemper« og ved en papirfremstillingsteknik at opnå produkter med et stort indhold af fyldstoffer« 5 Nærmere præciseret er formålet med den foreliggende opfindelse følgende: 1. Udskiftningen, ved fremstilling af et papirprodukt, af dyre stoffer som cellulosefibre, asbest, glasfibre, sten- 10 uldsfibre, syntetiske fibre osv« med billige mineralske eller organiske fyldstoffer, som desuden kan give særlige egenskaber til det opnåede produkt; 2. opnåelsen af bestandige produkter, selv når de udsættes 15 for påvirkninger af vand og varme; 3. opnåelsen af produkter, der har gode mekaniske egenskaber, selv når de udsættes for påvirkninger af vand eller varme; 20 4. opnåelsen af produkter med en vedvarende brandsikker karakter, selvom der ikke er brugt asbest; 5« opnåelsen af i realiteten uforrådnelige produkter; 25 6. opnåelsen af produkter, hvor vægten pr. enhedsareal kan være mellem mindre end 20 g/m2 og mere end 500 g/m2.

Disse formål er ikke begrænsende, og andre vil fremgå af 30 den efterfølgende beskrivelse.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved udøvelse af en i og for sig kendt papirfremstillingsteknik, hvor der til en fibrøs masse, i et vandigt medium, tilsættes i det mindste et fin-35 delt mineralsk eller organisk fyldstof i det mindste en første ionogen substans til at danne primære grupper, der 3

DK 154155 B

omfatter partikler af nævnte fyldstof og polariserede molekyler af nævnte første substans og i det mindste en anden ionogen substans med en, i forhold til nævnte substans, modsat polaritet, til at danne sekundære grupper, der om-5 fatter primære grupper og polariserede molekyler af nævnte anden substans, idet den skiftevise tilsætning af ionogene substanser med modsatte polariteter ophører, når de opståede grupper danner strukturer, der kan behandles ved en papirfremstil 1 ingsteknik til opnåelse af nævnte produkt. Mel-10 lem to succesive tilsætninger af ionogen substans er der en passende reaktionstid, og der tilsættes mindst tre ionogene substanser.

Den fibrøse masse kan med fordel udgøres af træmasse. Imid-15 lertid kan den fibrøse masse udgøres af alle typer af mine-ralské eller organiske, fibrøse suspensioner, såsom sådanne der er baseret på stenuldsfibre, keramiske fibre, glasfibre, polyamid, polyester osv.

20 Som følge af fremgangsmåden ifølge opfindelsen skabes derfor molekylære strukturer, der indbefatter partikler af fyldstof således, at der opnås en meget fast suspension, som modstår forskydningskræfter og opfører sig godt i installationerne til papirfremst i 11 ingen og, særligt på ai— 25 bejdsbordets sorterer, på samme måde som en papirmasse, hvilken opførsel bibeholdes i presserne og tørrerne i nævnte installation.

For at opnå et resultat må det mineralske eller organiske 30 fyldstof være i en opdelt form, f.eks. i pulver eller colloidal form, og det må være let eller slet ikke opløseligt i vand. Dimensionerne af fyldstoffets partikler er fortrinsvis i det væsentlige lig med lOO^m, selvom denne størrelse ikke er begrænsende.

Alle typer af mineralske eller organiske fyldstoffer kan 35

DK 154155 B

4 anvendes ved udøvelse af opfindelsen, i afhængighed af de ØflSKedS §8§n5k«lfc>er for det endelige produkt.

Kalk, kaolin, talkum, nagnesia, dolomit, glimmer, ler, as-5 best, aluminium hydrat* osv. har været anvendt med succes som mineralske fyldstoffer; kalk er meget ofte brugt på grund af dets lave pris. På den anden side er et dyrt fyldstof som glimmer benyttet på grund af dets elektriske og elektroniske egenskaber. Fyldstoffer af metalliske pul-10 vere såsom aluminiumspulver, blypulver osv. har opså været anvendt med succes. Blypulver er særligt fordelagtigt i henseende til egenskaber som lydisolation, varme- eller elektrisk ledningsevne eller beskyttelse fra radioaktivitet, som det giver det færdige produkt.

15

Pulvere eller emulsioner af alle typer af harpikser kan anvendes som organiske fyldstoffer: pulvere af phenolplast, aminplast, epoxy, polycarbonat, polyurethan, polyacetat, polyacryl, polyolefin, polystyren eller emulsioner af ace-20 tat, acrylat, styren-butadien, acryl syrenitri-l , osv. Et sådan organisk fyldstof vælges i almindelighed for de særlige egenskaber, som det medfører, særligt dets bindeevne.

Denne bindeevne optræder enten under tørringen af stoffet 25 på sorteren eller senere i behandlingen af laminater, som i tilfælde af en phenolplast harpiks på dette tidspunkt udsættes for påvirkning af varme og tryk.

Det organiske fyldstof kan udgøres af formalet affald af 30 alle typer af harpikser.

Fy 1dsltofferne. der dannes af harpikser, indgår da i dannelsen af molekylære strukturer ifølge opfindelsen på samme måde som de mineralske fyldstoffer, men udgør tilligemed et 35 bindemiddel til den masse, de tilføres.

DK 154155 B

5

De molekylære strukturer eller grupper, som opnås på denne måde ved blanding af de eller hvert fyldstof med de ionoge-ne substanser, kan give plastic-papirprodukter, som har en meget stor brudlast, men en rivestyrke som almindeligvis 5 ikke er tilstrækkelig stor. Som følge heraf er det ofte fordelagtigt, for at forøge det færdige produkts rivestyrke, at tilføre armeringsfibre såsom glasfibre, syntetiske fibre osv. på samme tid som fyldstofferne. Det er fordelagtigt at tilføre disse armeringsfibre til træmassen på samme 10 tid som fyldstofferne, før tilsætning af de ionogene substanser, for at opnå en god dispersion og en god homogenitet, hvilket er nødvendigt til opnåelse af en god kvalitet af det endelige produkt.

15 I fremgangsmåden ifølge opfindelsen knyttes fyldstoffernes elementære partikler til de ionogene substansers molekyler for at danne adskilte molekylære strukturer, der holdes i opløsning ved omrøring og i stand til at modstå forskydning. Dette resultat opnås ved successiv behandling af 20 fyldstofpartiklerne med skiftevis modsatte polariteter, så der dannes længere og længere kæder.

Det er ved valget af disse ionogene substanser (molekylær vægt og ionogenitet), rækkefølgen for deres indførelse, de-25 res dosering, og strukturer i deres molekyler, at fyldstofpartiklerne bindes med så tilstrækkelige forbindelseskræfter, at massen kan modstå forskydninger.

Sådanne ionogene substanser vælges i almindelighed blandt 30 polymererne, og, i afhængihed af fyldstofferne, har eksperimenter vist, at det var ti 1strækkkeligt at regne med fra tre til fem forskellige polymere og ofte fire for at opnå det ønskede resultet. Disse polymerer er fortrinsvis indført i en rækkefølge med stigende molekylevægt, selvom 35 dette ikke er mødvendigt, som det vil ses i eksempel IV herunder.

DK 154155 B

6

Det vides, at de største hidtil kendte macropolymerer har en molekylevægt, der når op på 15 OOO 000 og er af anion-typen. De har en ionogenitet i større!sesordenen 70¾. På 5 den anden side har polymerer af kation-typen lavere moleky-1evægt, f.eks. i størrelsesordenen 5 000 000; men deres ionogenitet kan nå op på 100¾.

Fremgangsmåden kan være følgende: 10 I det mindste eet findelt fyldstof, for eksempel kalk, blandes i en fibrøs, vandig masse, og det hele røres vedvarende for at opnå en god homogenitet. En første ionogen polymer, for eksempel en kationisk polymer såsom en polyamid-15 epoxy harpiks, en polyester-epoxy harpiks, osv. tilsættes derefter.

En eller flere molekyler af denne første ionogene polymer binder sig herefter til de forskellig fyldstofpartikler for 20 at danne adskilte første grupper, som i det valgte eksempel, vil repræsentere en positiv elektrisk landning.

Hvis nu der tilsættes en anden ionogen polymer med modsat polaritet Ci det nærværende eksempel derfor af anion typen) 25 og med tungere molekyler, og desuden valgt for dets bindingsstyrke (såsom latex, en cellulose-ester eller lignende), vil de negative molekyler af denne anden polymer samle et flertal af nævnte første gruppe for at danne sekundære mere komplekse grupper.

30

Tilsætningen af en tredje ionogen polymer med en i forhold til den anden modsat polaritet (i det nærværende eksempel derfor af kation typen), og med en endnu tungere molekyle, for eksempel af polyacrylamid eller ester-polyamin-carbonat 35 lineær harpiks, vil dannelsen af tredje grupper ved hjælp af molekylerne i den tredje polymer muliggøres.

i 7

DK 154155 B

Ved at tilsætte en fjerde ionogen polymer med en polaritet modsat den tredje, hvilket i det valgte eksempel vil sige anionisk, (for eksempel en meget lang, lige kæde af carbox-5 vinyl polymer), kan der opnås endnu mere komplekse fjerde grupper ved at binde nævnte tredje grupper ved hjælp af molekylerne i det fjerde polymer osv., indtil der er opnået grupper af fyldstofpartikler, som er tilstrækkeligt lange og solide og i stand til at give en stabil suspension, som 10 kan drænes på sortereren på papirfremstillingsmaskinen.

Mængden af polymerer, der tilsættes i hvert trin, ligesåvel som reaktionstiderne ved hvert trin er vigtig for kvaliteten af det endelig produkt, eftersom der er en vekselvirk-15 ning mellem alle polymererne. Imidlertid er det vanskeligt at fastsætte præcise grænser for disse kvantiteter og disse reaktionstider, eftersom både problem og løsning er specifikt i det enkelte tilfælde. I hvert særligt tilfælde vælges arten af de ionogene substanser, rækkefølgen, hvori de 20 tilsættes, de tilførte mængder og reaktionstiderne for at opnå grupper af fyldstofpartikler svarende til en fast masse i relation til den papirfremstillingsmaskine, der anvendes, idet denne maskine for eksempel er at typen med flad sorterer eller af typen med skråtst.i 11 et sorterer.

25

Selvfølgelig kan fremgangsmåden ifølge opfindelsen udføres diskontinuert eller kontinuert. I det første tilfælde udføres forberedelsen af massen diskontinuert ved fraktioner, som er lagret i beholdere, hvor varigheden af omrøringen er 30 meget lang, hvilket gør det nødvendigt i denne periode at tage hensyn til forskydninger og at tilsætte de ionogene substanser i store mængder.

Ved kontinuert operation er suspensionen anvendt lige så 35 snart, den er dannet, og dens modstand mod forskydning er mindre, hvilket muliggør en reducering i mængden af ionoge-

DK 154155 B

8 ne substanser og muligvis antallet af disse substanser.

Eksempler på mængder og reaktionstider i aktuelle tilfælde ved fremstillingen af bestemte produkter vil fremgå af de 5 følgede eksempler.

Eksempel I.

Fremstillingen af et bestandigt, brandsikkert tapet med en 10 vægt pr. arealenhed 100 g/m2, ifølge en diskontinuer metode, som er almindelig ved papirfremstil 1ingsteknikker.

Følgende tilføres successivt et blandingskar på 10 m3 15 8000 1 vand 70 kg let raffineret, kemisk affarvet træmasse 120 kg pulverformigt kalk af almindelig kvalitet 120 kg aluminium hydrat af almindelig kvalitet 30 kg glas-fibre og-* 20 2,4 kg polyamid-epoxy harpiks fortyndet til 5%.

Blandingen tillades at reagere i et minut, hvorefter følgende tilsættes opløsningen: 25 48 kg vinyliden-acryl copolymer harpiks og blandingen tillades ligeledes at reagere i et minut, før der til sættes 30 1,6 kg kationisk polyacrylamid harpiks med en molky1e-vægt, der svarer til 1 million, og blanding tillades igen at reagere i to minutter, hvorefter 35 0,18 kg carboxyvinyl polymer tilsættes,

DK 154155 B

9 og blandingen tillades at reagere i et miinut»

Den 5¾ opløsning, som således er opnået, bringes i et forhold på 2,5¾ ved fortynding, lagres så i en beholder for at 5 blive tilført en papirfremstillingsmaskine med sorterer.

Efter passage af denne maskine er der opnået et endeligt produkt, -der har følgende karakterist ika=i - vægt pr, areal enhed ί 100g/m2 10 - tykkelse : 200/c^m - brudlast i tør tilstand : - i langsgående retning 150 N/5cm - i tværgående retning 110 N/5cm 15 - brudlast i våd tilstand s - langsgående retning 60 N/5cm - tværgående retning 48 N/5cm - stabilitet over for forandringer i dimensionerne efter 8 dages nedsænkning i vand : variation mindre end 0,01 mm/m 20 - forlængelse eller deformation ved høj temperatur (10 min, ved 200°C) mindre end 0,2 o/oo - forlængelse eller deformation i tilfælde af ild : ikke-brandbar - tilnærmelsesvise brændselsværdi' : 1250 cal/g.

25

Eksempel II,

Fremstilling af en pap til erstatning af asbestpap, 30 Som før indføres det følgende successivt i et 10 m3 stort blandingskar: 8000 1 vand 30 kg uraffineret træmasse 35 400 kg pul verformigt kalk af almindelig kvalitet 72 kg glasfibre

DK 154155 B

10 0,5 kg polyamid-epoxy harpiks (reaktionstid 1 min.) 45 kg styren-butadien harpiks (reaktionstid 1 min,) 5 1,3 kg polyamincarbonat ester (reaktionstid 2 min,) og 0,07 kg carboxyvinyl polymer (reaktionstid 1 min,), 10 Alt efter justering af papirfremstillingsmaskinen er der opnået en pap, hvis vægt pr, areal enhed er mellem 250 og 500 g/m^, og hvis‘tykkelse er mellem 400 og 600^m og med følgende andre karakteristika: 15 - brudlast i tør tilstand : - langsgående regning fra 120 til 180 N/5cm - tværgående retning fra 110 til Ϊ60 N/5cm - brudlast i våd tilstand : 20 - langsgående retning fra 40 til 55 N/5cm - tværgående retning fra 35 til 50 N/5cm - forlængelse eller deformation : - ved høj temperatur (10 min, ved 200°C) mindre 25 end 0,2 o/oo - i tilfælde af ild i ikke-brandbar - tilnærmelsesvise brændselsværdi: 850 cal/g.

Eksempel III, 30

Fremgangsmåden i eksempel II gentages; men 200 af de 400 kg pulverformigt kalk erstattes af 200 kg talkum.

Det endeligt opnåede produkt har de samme karakteristika, 35 men med en blødere overfladetilstand.

11

DK 15 415 5 B

Eksempel IV.

Kontinuer fremstilling af en pap, beregnet til imprægnering.

5

Det følgende er successivt tilført det førnævnte 10 m3 blandingskar i 8000 1 vand 10 40 kg uraffineret træmasse 440 kg pul verformigt kalk af almindelig kvalitet og 20 kg glasfibre.

15 Den opnåede opløsning omrøres kontinuert og tjener til at forsyne en irininddelt reaktor, som er dannet af kamre, der er udstyret med omrørere, i hver af hvilke der indsprøjtes en ionogen polymer ved hjælp af en doseringspumpe. Til en produktion af 50 kg/minut af tørre produkter, tilføres fø1 — 20 gende: - i et første kammer : 0,25 1/min. af epoxy polyamid - i et andet kammer: 0,08 kg/min. af carboxyvinyl 25 harpiks - i et tredje kammer : 0,25 kg/min. af polyacryla-mid harpiks.

Reaktionstiderne i hvert kammer er 1 min. for polyamid-epo-30 xy og carboxyvinyl harpiks og 2 min. for polyacrylamid.

Eksempel V»

Fremsti 11 ingen af et papirprodukt, som ikke omfatter cellu-35 losefibre* 12

DK 154155 B

Følgende indføres successivt i et blandingskar: 2000 1 vand 5 kg keramiske fibre 5 75 kg pulverformigt kalk af almindelig kvalitet 5 kg vinyliden-acryl copolymer harpiks 5 kg acryl harpiks 10 kg glasfibre 0,2 kg piyamid-epoxy 10

Blandingen tillades at reagere i 1 min,, hvorefter 0,012 kg *carboxyvinyl polymer tilføres opløsningen, og blandingen tillades at reagere i 1 min,, og derefter 15 tilsættes 0,048 kg polyacrylamid harpiks, og blandingen tillades at reagere i 1 min*

Den således opnåede opløsning forsyner en papirfremstil-20 1ingsmaskine, og der opnås et fladt produkt uden cellulose fibre, hvilket produkt har en vægt pr. arealenhed på 250 g/m2 og følgende egenskaber : - brudlast i tør tilstand : 25 - langsgående retning 70 N/5cm - tværgående retning 60 N/5cm - brudlast i våd tilstand : - langsgående retning 25 N/5cm - tværgående retning 20 N/5cm 30 - stabilitet over for mål forandringer efter 8 dages ned

sænkning i vand : variationen mindre end 0,01 mm/M

- forlængelse eller deformation ved høj temperatur (10 min, ved 200°C) mindre end 0,2 o/oo,

Som følge af opfindelsen kan der således opnås papirproduk- 35 13

DK 154155 B

ter, som ipå grund af deres sammensætning, deres ufølsomhed over for '»and, deres porøsitet, deres mål bestandighed og deres modstandsdygtighed over for ild sammenholdt med en perfekt filadhed på grund af den anvendte teknik kan finde 5 utallige anvendelser, for eksempel som isolation (overflader, fremstilling af isolerende paneler, fremstilling af komplekser osv.), i belægninger, (underlag til belægninger, stoppemateriale, tapet osv.) ved filtrering (sprøjtemaleka-biner, støvfjerning, filtrering ved høj temmperatur osv.) i 10 produktionen af laminater osv.

Følgende fordele ved den nærværende opfindelse kan nævnes: 1. fluligheden for at fremstille papirprodukter, som inde-15 holder en stor mængde af fyldstof.

2. Muligheden for at anvende billige fyldstoffer på den betingelse, at de er i en opdelt form.

20 3. Muligheden for at opnå papirprodukter, der har specielle karakteristika på grund af indholdet af fyldstoffer.

4. Muligheden for at opnå papirprodukter med en ønsket densitet og/eller porøsitet ved tilpasning af dimensionerne af 25 fyl dstofpartiklernes strukturer.

5. Muligeden for at opnå papirprodukter, uden asbest, der har egenskaber som svarer til produkter basereet på asbest.

30

Claims (11)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et papirprodukt ved 5 hjælp af en i for sig kendt papirfremstillingsteknik, hvor i det mindste eet findelt mineralsk eller organisk fyldstof tilsættes en fibrøs masse i et vandigt medium, kendetegnet ved, at der tilsættes en første ionogen substans med modsat polaritet af den fibrøse masse med tilsat 10 fyldstof, og at der derefter tilsættes en anden ionogen substans med modsat polaritet af den første ionogene substans, og at der fortsættes med skiftevis tilsætning af ionogene substanser med modsat polaritet, indtil stabiliteten af den fibrøse masse med tilsat fyldstof og ionogene 15 substanser er tilstrækkelig stor til, at den kan bearbejdes ved papirfremstillingsteknik, idet antallet af tilsatte ionogene substanser er mindst tre, og at dér mellem to suc-cesive tilsætninger af ionogen substans er en reaktionstid.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at antallet af tilsatte ionogene substanser er mindst fire.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 25 ved, at der til den fibrøse masse med tilsat fyldstof skiftevis tilsættes en første stærkt ionogen kationisk harpiks med en relativt lav molekylevægt, en første anionisk harpiks med bindeegenskaber, en anden stærkt ionogen kationisk harpiks med en større molekylevægt end 30 den første kationiske harpiks og en anden anionisk harpiks med den størst mulige molekylevægt og stærkt reaktiv med den anden kationiske harpiks.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 35 ved, at det mineralske fyldstof vælges fra gruppen, der består af kalk, kaolin, talkum, magnesia, dolomit, glimmer, DK 154155B ler, asbest, aluminiumhydrat, aluminium ug bly·

5, Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det organiske fyldstof vælges fra gruppen, der 5 består af plhenoplast, aminplast eller en epoxy-, polycarbonaft-, polyurethan-, polyacetat-, polyacryl-, polyolefin-, polystyren-, acetat-, akrylat-, styren-budadien- ug acrylnitritharpiks·

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den fibrøse masse er træmasse.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at dæ kationiske substanser vælges fra gruppen, der 15 består af harpikser af polyamid-epoxy, polyester-epoxy, polyacrylamid og ester-polyamincarbon·

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de anioniske substanser vælges fra gruppen, der 20 består af estere af vinyliden-acryl, styren-budadien, carboxyvinyl eg cellulose.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de ionogene substanser- er polymerer, og at 25 nævnte polymerer er tilsat den fibrøse masse i en rækkefølge med stigende molekylevægt.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at armeringsfibre tilsættes før tilsætningen af 30 ionogene substanser.

11. Produkt opnået ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge et eller flere af kravene 1-10.