DE68909810T2 - Mainly inorganic fibers and processes for their production. - Google Patents
Mainly inorganic fibers and processes for their production.Info
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein hauptsächlich anorganisches faseriges Bogenmaterial, auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bogenmaterials durch Papiertechnik und auf einen Füllstoff zur Herstellung eines solchen Bogenmaterials.The present invention relates to a mainly inorganic fibrous sheet material, to a method for producing such a sheet material by paper technology and to a filler for producing such a sheet material.
Mit "Papiertechnik" ist die Technologie gemeint, die zur Papierherstellung verwendet wird, d.h. das Herstellen einer wäßrigen Suspension oder eines Ganzstoffs aus den verschiedenen Bestandteilen und das Entwässern der Suspension, um einen Bogen zu bilden, der dann einer Trocknung und ggf. einer nachfolgenden Behandlung wie Kalandrieren unterzogen wird.By "papermaking" is meant the technology used to make paper, i.e. preparing an aqueous suspension or stock from the various components and dewatering the suspension to form a sheet which is then subjected to drying and, if necessary, subsequent treatment such as calendering.
Bei der herkömmlichen Herstellung von faserigen Bogenmaterialien sind Cellulosefasern der Hauptbestandteil. Cellulosefasern sind insofern nachteilig, als sie dem Bogenmaterial eine geringere Dimensionsstabilität und eine Neigung zum Verschimmeln verleihen. Das Bogenmaterial ist deshalb zur Verwendung z.B. in feuchten Umgebungen ungeeignet.In the conventional production of fibrous sheet materials, cellulose fibers are the main component. Cellulose fibers are disadvantageous in that they give the sheet material less dimensional stability and a tendency to become moldy. The sheet material is therefore unsuitable for use in damp environments, for example.
Es ist bekannt, teilweise die Cellulosefasern solcher Bogenmaterialien durch anorganische Fasern und Füllstoffe zu ersetzen. Die Bestandteile werden in herkömmlicher Weise durch Ganzstoffverleimen oder durch Auftragen eines Bindemittels in einer Leimpresse oder durch eine Kombination davon miteinander verbunden.It is known to partially replace the cellulose fibers of such sheet materials with inorganic fibers and fillers. The components are bonded together in the conventional way by whole-material gluing or by applying a binding agent in a size press or by a combination of these.
So ist bereits aus der europäischen Patentanmeldung 78850011.4 (Veröffentlichung Nr. 1539) bekannt, ein Trägermaterial in Form eines Faserfilzes ausgehend von Mineralfasern und Cellulosefasern in einer wäßrigen Suspension, die auch ein Acrylat-Bindemittel enthält, herzustellen. Nachdem die Suspension auf einem Sieb entwässert worden ist, wird der so gebildete Bogen gepreßt und getrocknet, worauf ein Bindemittel in Form eines Styrol-Butadien-Latex zugegeben wird. Ein Nachteil dieses bekannten Materials ist, daß der Styrol-Butadien-Latex Formal in abspaltet und daß außerdem der hohe Cellulosefasergehalt des Materials es gegen Feuchtigkeit und Schimmel instabil macht.It is already known from European patent application 78850011.4 (publication no. 1539) to produce a carrier material in the form of a fiber felt starting from mineral fibers and cellulose fibers in an aqueous suspension that also contains an acrylate binder. After After the suspension has been drained on a sieve, the sheet thus formed is pressed and dried, after which a binder in the form of a styrene-butadiene latex is added. A disadvantage of this known material is that the styrene-butadiene latex releases formalin and that, in addition, the high cellulose fiber content of the material makes it unstable to moisture and mold.
Aus der DK-Patentanmeldung 5436/76 (entsprechend GB-A- 1,597,369) ist bereits bekannt, ein Verbundmaterial herzustellen, welches Cellulosefasern, filmbildendes, in Teilchen vorliegendes oder faseriges Polymermaterial, Polyelektrolyt und ggf. ein anorganisches in Teilchen vorliegendes oder faseriges Material enthält. Auch dieses Material hat einen hohen Cellulosefasergehalt (15-40 Gew.-%), weswegen das Material nicht die Anforderungen an Dimensionsstabilität und Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Schimmel erfüllt.It is already known from the DK patent application 5436/76 (corresponding to GB-A-1,597,369) to produce a composite material that contains cellulose fibers, film-forming, particulate or fibrous polymer material, polyelectrolyte and possibly an inorganic particulate or fibrous material. This material also has a high cellulose fiber content (15-40% by weight), which is why the material does not meet the requirements for dimensional stability and resistance to moisture and mold.
GB-A-2,031,475 bezieht sich auf ein Papierprodukt mit einem hohen Füllstoffgehalt. Die faserige Masse des Papierprodukts ist vorzugsweise Holzpulpe, kann aber auf Steinwolle, keramischen Fasern, Glasfasern usw. beruhen. Das Papierprodukt enthält mindestens einen feinverteilten mineralischen oder organischen Füllstoff und als Beispiele für mineralische Füllstoffe werden Kreide, Kaolin, Talk, Magnesia, Dolomit, Glimmer, Tone, Asbest, Aluminiumhydrat usw. genannt. Der spezifische Füllstoff gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher ein Gemisch aus Talk und Steatit umfaßt, wird nicht erwähnt. Bei der Herstellung des Papierprodukts wird der Füllstoff zu der faserigen Masse zugegeben, gefolgt von Zugabe einer ersten ionogenen Substanz, dann einer zweiten ionogenen Substanz mit entgegengesetzter Polarität usw., wobei die abwechselnde Zugabe von ionogenen Substanzen mit entgegengesetzten Polaritäten beendet wird, wenn Gruppen von Füllstoffteilchen erhalten werden, die eine stabile Suspension ergeben können, die auf dem Sieb einer Papiermaschine entwässert werden kann.GB-A-2,031,475 relates to a paper product with a high filler content. The fibrous mass of the paper product is preferably wood pulp, but may be based on rock wool, ceramic fibres, glass fibres etc. The paper product contains at least one finely divided mineral or organic filler and as examples of mineral fillers chalk, kaolin, talc, magnesia, dolomite, mica, clays, asbestos, aluminium hydrate etc. are mentioned. The specific filler according to the present invention, which comprises a mixture of talc and steatite, is not mentioned. In the manufacture of the paper product, the filler is added to the fibrous mass, followed by addition of a first ionogenic substance, then a second ionogenic substance of opposite polarity, etc., the alternating addition of ionogenic substances of opposite polarities being terminated when groups of filler particles are obtained which can give a stable suspension which can be dewatered on the wire of a paper machine.
In der obenerwähnten Methode des Standes der Technik sind die Cellulosefasern des Bogenmaterials nur teilweise durch anorganische Fasern ersetzt worden. Ein Grund, warum ein relativ hoher Cellulosefasergehalt in dem Bogenmaterial trotz der Nachteile im Hinblick auf geringere Dimensionsstabilität und Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Schimmel beibehalten wurde, ist, daß das Material eine vorgegebene Naßfestigkeit haben muß, um seine Herstellung durch Papiertechnik möglich zu machen. Bei der herkömmlichen Papierherstellung ergibt sich die Naßfestigkeit durch die Cellulosefasern, die eine bindende Wirkung durch Wasserstoffbrückenbindungen während der Bildung des Papiergewebes haben. Folglich erfordert eine rasche Entwicklung der Naßfestigkeit eine rasche Bildung und Entwässerung, was auch insofern von Vorteil ist, als es eine Gelegenheit bietet, die Produktionskapazität zu erhöhen.In the above-mentioned prior art method, the cellulose fibers of the sheet material have only been partially replaced by inorganic fibers. One reason why a relatively high cellulose fiber content in the sheet material has been maintained despite the disadvantages of lower dimensional stability and resistance to moisture and mold is that the material must have a given wet strength to make its manufacture by papermaking possible. In conventional papermaking, the wet strength is provided by the cellulose fibers, which have a binding effect through hydrogen bonds during the formation of the paper web. Consequently, rapid development of wet strength requires rapid formation and dewatering, which is also advantageous in that it offers an opportunity to increase production capacity.
Jedoch hat dieses Bestreben nach einer raschen Entwässerung Schwierigkeiten bei der Herstellung von Bogenmaterialien verursacht, welche anorganische Fasern wie Glasfasern enthalten, da anorganische faserige Materialien keine Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden und deshalb selbst keine Bindungsfestigkeit beitragen. Eine rasche Entwässerung ergibt somit eine geringere Naßfestigkeit und um dies auszugleichen, war es deshalb erforderlich, in der Methode des Standes der Technik einen relativ hohen Cellulosefasergehalt in dem Material beizubehalten und außerdem wurden Naßfestigkeitsmittel in Form von z.B. Melaminharzen zugegeben.However, this desire for rapid dewatering has caused difficulties in the manufacture of sheet materials containing inorganic fibers such as glass fibers, since inorganic fibrous materials do not form hydrogen bonds and therefore do not contribute bond strength themselves. Rapid dewatering thus results in lower wet strength and to compensate for this, it has therefore been necessary in the prior art method to maintain a relatively high cellulose fiber content in the material and also to add wet strength agents in the form of, for example, melamine resins.
Eine Anwendung, wo die an das Material gestellten Anforderungen besonders hoch sind, sind Tapeten für Badezimmer oder Waschräume, sogenannte Naßraumtapeten, z.B. Vinylkunststoffschichten auf einem Grundmaterial.One application where the requirements placed on the material are particularly high is wallpaper for bathrooms or washrooms, so-called wet room wallpaper, e.g. vinyl plastic layers on a base material.
Diese Art von Tapetenmaterial ist schwierig, da es an den Längsseiten mit den Rändern aneinandergrenzt und mittels einer Fugenabdichtungsflüssigkeit verschweißt wird. Danach darf die Tapete sich nicht mehr unter der Wirkung von Feuchtigkeit und/oder Wärme bewegen, da die Tapete sich sonst ausbeult und von der Wand ablöst, so daß die Fuge sich in einer unattraktiven Weise öffnet, was Feuchtigkeit hinter die Tapete eindringen läßt. Frühere Grundmaterialien bestanden aus Papier, aber dieses ist nun durch nichtgewebte Glasfasermaterialien ersetzt worden, die gegen Feuchtigkeit und Schimmel beständig sind. Nichtgewebtes Glasfasermaterial leidet andererseits unter dem Nachteil, daß der Vinylkunststoff in mindestens zwei Schritten - Vorbehandeln (Abdichten) und Endbehandeln - aufgetragen werden muß, da der Vinylkunststoff andernfalls durch das nichtgewebte Glasfasermaterial hindurchfließt. Die Zwei-Schritteauftragung bedeutet einen erheblichen Preisanstieg. Daneben scheuen viele Leute das Arbeiten mit nichtgewebten Glasfasermaterialien, da sie Hautreizungen verursachen können.This type of wallpaper material is difficult because it is bordered on the long sides and can be glued together using a Joint sealing fluid is welded. After this, the wallpaper must not move under the effect of moisture and/or heat, otherwise the wallpaper will bulge and peel away from the wall, opening the joint in an unattractive manner, allowing moisture to penetrate behind the wallpaper. Previous base materials were paper, but this has now been replaced by non-woven fiberglass materials that are resistant to moisture and mold. Non-woven fiberglass, on the other hand, suffers from the disadvantage that the vinyl plastic must be applied in at least two steps - pre-treatment (sealing) and finishing - otherwise the vinyl plastic will flow through the non-woven fiberglass material. The two-step application means a significant increase in price. In addition, many people shy away from working with non-woven fiberglass materials because they can cause skin irritation.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die Nachteile der Materialien des Standes der Technik zu umgehen und ein Material bereitzustellen, welches hauptsächlich anorganisch ist, d.h. zu mindestens 50 Gew.-% aus anorganischem Material besteht, und welches dimensionsstabil und beständig gegen Temperaturänderungen, Feuchtigkeit und Schimmel ist.The present invention aims to avoid the disadvantages of the prior art materials and to provide a material which is mainly inorganic, i.e. consists of at least 50% by weight of inorganic material, and which is dimensionally stable and resistant to temperature changes, moisture and mold.
Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch eine einzigartige Kombination von Bestandteilen und Schritten zur Herstellung eines Bogenmaterials daraus.This is achieved according to the invention by a unique combination of components and steps for manufacturing a sheet material therefrom.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein hauptsächlich anorganisches faseriges Bogenmaterial bereit, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes umfaßtIn particular, the present invention provides a mainly inorganic fibrous sheet material which is characterized by comprising
(a) 1-80 Gew.-% kationische anorganische Fasern;(a) 1-80 wt% cationic inorganic fibres;
(b) 1-80 Gew.-% kationischen, anorganischen Füllstoff, der aus einem Gemisch von Talk und Steatit in einem Gewichtsverhältnis von etwa 30:70 bis 70:30 besteht;(b) 1-80% by weight of cationic inorganic filler consisting of a mixture of talc and steatite in a weight ratio of about 30:70 to 70:30;
(c) 3-20 Gew.-% anionischen Polyelektrolyt als anionisches Bindemittel; und(c) 3-20 wt.% anionic polyelectrolyte as anionic binder; and
(d) 2-20 Gew.-% stärkeverbessernde (die Festigkeit erhöhende) Zusatzstoffe, die thermoplastische Polymerteilchen enthalten.(d) 2-20 wt.% of starch-improving (strength-increasing) additives containing thermoplastic polymer particles.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines hauptsächlich anorganischen, faserigen Bogenmaterials durch Papiertechnik bereit, gekennzeichnet durch die Bildung eines Ganzstoffs ausThe invention also provides a process for producing a mainly inorganic, fibrous sheet material by paper technology, characterized by the formation of a stock from
(a) 1-80 Gew.-% kationischen anorganischen Fasern;(a) 1-80 wt.% cationic inorganic fibres;
(b) 1-80 Gew.-% kationischem anorganischen Füllstoff, der aus einem Gemisch von Talk und Steatit in einem Gewichtsverhältnis von etwa 30:70 bis etwa 70:30 besteht;(b) 1-80% by weight of cationic inorganic filler consisting of a mixture of talc and steatite in a weight ratio of about 30:70 to about 70:30;
(c) 3-20 Gew.-% anionischem Polyelektrolyt als anionisches Bindemittel; und(c) 3-20 wt.% anionic polyelectrolyte as anionic binder; and
(d) 2-20 Gew. -% stärkeverbessernden Zusatzstoffen, die thermoplastische Polymerteilchen enthalten,(d) 2-20 wt.% of starch-improving additives containing thermoplastic polymer particles,
wobei die Ladung des Ganzstoffs derart geregelt wird, daß ein hauptsächlich ladungsneutrales System erzielt wird;wherein the charge of the stock is controlled so that a predominantly charge-neutral system is achieved;
und die Bildung eines Bogens aus dem Ganzstoff.and the formation of a sheet from the whole fabric.
Die Erfindung stellt auch einen Füllstoff zur Herstellung eines hauptsächlich anorganischen faserigen Bogenmaterials bereit, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß der Füllstoff aus einem Gemisch von Talk und Steatit in einem Gewichtsverhältnis von etwa 30:70 bis etwa 70:30 besteht.The invention also provides a filler for producing a primarily inorganic fibrous sheet material, characterized in that the filler consists of a mixture of talc and steatite in a weight ratio of about 30:70 to about 70:30.
Weitere charakteristische Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen im Anhang hervorgehen.Further characteristic features of the invention will become apparent from the following description and the appended claims.
Unter den Bestandteilen des Bogenmaterials gemäß der Erfindung ist der anorganische Füllstoff ein besonders charakteristischer und bedeutender Bestandteil. Der anorganische Füllstoff der Erfindung ist kationisch und schließt ein Gemisch von Talk und Steatit ein. Neben seiner Rolle als Füllstoff wirkt das Gemisch aus Talk und Steatit als Entwässerungsregler, insbesondere um eine geregelte langsame Entwässerung zu ergeben. Darüber hinaus trägt der Füllstoff dazu bei, ein Produkt zu schaffen, welches "tot" ist, d.h. ein Produkt, welches dimensionsstabil ist und sich nicht unter der Wirkung von Feuchtigkeit und Temperaturänderungen verändert.Among the components of the sheet material according to the invention, the inorganic filler is a particularly characteristic and important component. The inorganic The filler of the invention is cationic and includes a mixture of talc and steatite. In addition to its role as a filler, the mixture of talc and steatite acts as a drainage regulator, in particular to provide a controlled slow drainage. In addition, the filler contributes to creating a product which is "dead", ie a product which is dimensionally stable and does not change under the effect of humidity and temperature changes.
Die Funktion des Füllstoffs als Entwässerungsregler ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß im Gegensatz zur herkömmlichen Bogenmaterialherstellung durch Papiertechnik die vorliegende Erfindung keine maximale Entwässerung, sondern statt dessen eine langsamere und geregelte Entwässerung erfordert. Der Grund dafür ist, daß, weil anorganische faserige Materialien selbst keine Naßfestigkeit ergeben, die vorliegende Erfindung das Wasser der Bogenmaterialsuspension dazu verwendet, am Anfang zu der Naßfestigkeit beizutragen. Zu diesem Zweck muß das Wasser der Bogenmaterialsuspension zurückgehalten werden, bis das Bogenmaterial eine ausreichende Trockenfestigkeit durch die zugegebenen Bindemittel entwickelt hat. Es wurde gefunden, daß das Gemisch von Talk und Steatit, welches von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, einzigartige und äußerst vorteilhafte Eigenschaften zu diesem Zweck besitzt. Der Grund dafür ist nicht vollständig aufgeklärt worden.The function of the filler as a drainage regulator is due to the fact that, unlike conventional sheet material production by paper technology, the present invention does not require maximum drainage, but instead requires slower and controlled drainage. The reason for this is that, since inorganic fibrous materials do not provide wet strength by themselves, the present invention uses the water of the sheet material suspension to contribute to the wet strength initially. For this purpose, the water of the sheet material suspension must be retained until the sheet material has developed sufficient dry strength through the added binders. The mixture of talc and steatite used by the present invention has been found to have unique and extremely advantageous properties for this purpose. The reason for this has not been fully elucidated.
Der Sammelname "Talk" schließt gewöhnlich (a) das Mineral Talk, (b) Steatit, welches eine kompakte Variante von Talk ist, und (c) den gesteinsartigen Steatit (Seifenstein, Speckstein) ein.The collective name "talc" usually includes (a) the mineral talc, (b) steatite, which is a compact variant of talc, and (c) the rock-like steatite (soapstone, soapstone).
Das Mineral Talk ist ein hydratisiertes Magnesiumsilicat mit der idealen Zusammensetzung Mg&sub3;Si&sub4;O&sub1;&sub0;(OH)&sub2;. Der Talkgehalt von handelsüblichem Talk ist hoch und liegt gewöhnlich bei etwa 97 Gew.-%. Zur Herstellung von handelsüblichem Talk wird Talkmineral gebrochen und fein zerkleinert und dann durch Flotation gereinigt, um ein Talkprodukt mit einem hohen Talkgehalt und Weißgrad zu ergeben.The mineral talc is a hydrated magnesium silicate with the ideal composition Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂. The talc content of commercial talc is high and is usually around 97% by weight. To produce commercial talc Talc mineral is crushed and finely ground and then purified by flotation to produce a talc product with a high talc content and whiteness.
Steatit ist ein Naturprodukt, welches mineralogisch aus Talk in Gemisch mit einem hohen Chloritgehalt und kleineren Mengen Carbonat und Amphibol besteht. Zum Beispiel hat Steatit aus Handöl in Schweden die folgende MineralzusammensetzungSteatite is a natural product which mineralogically consists of a mixture of talc in with a high chlorite content and smaller amounts of carbonate and amphibole. For example, steatite from Handöl in Sweden has the following mineral composition
Talk etwa 67 Gew.-%Talc about 67 wt.%
Chlorit etwa 18 Gew.-%Chlorite about 18 wt.%
Carbonat etwa 8 Gew.-%Carbonate about 8 wt.%
Amphibol etwa 3 Gew.-%Amphibole about 3 wt.%
Erzmaterial etwa 4 Gew.-%Ore material about 4 wt.%
Um maximale Ergebnisse im Hinblick auf die Entwässerung und Naßfestigkeit zu erzielen, sollte der Talk und der Steatit in dem Füllstoffgemisch der Erfindung verschiedene durchschnittliche Teilchengrößen haben. So ist es bevorzugt, daß der Talk grob gekörnt ist und eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 10-20 um hat, wogegen der Steatit fein gekörnt oder feinstzerkleinert ist und eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 5-10 um hat. Die relativen Anteile von Talk und Steatit in dem Füllstoffgemisch der Erfindung können innerhalb weiter Grenzen von einem Gewichtsverhältnis von etwa 30:70 bis etwa 70:30, mehr bevorzugt von etwa 40:60 bis etwa 60:40 und am meisten bevorzugt etwa 50:50 variieren. Der Füllstoffgehalt in dem Bogenmaterial der Erfindung kann auch innerhalb weiter Grenzen von 1-80 Gew.-%, mehr bevorzugt 45-70 Gew.-%, variieren.To achieve maximum results in terms of drainage and wet strength, the talc and steatite in the filler mixture of the invention should have different average particle sizes. Thus, it is preferred that the talc be coarsely grained and have an average particle size of about 10-20 µm, whereas the steatite be finely grained or micronized and have an average particle size of about 5-10 µm. The relative proportions of talc and steatite in the filler mixture of the invention can vary within wide limits from a weight ratio of about 30:70 to about 70:30, more preferably from about 40:60 to about 60:40, and most preferably about 50:50. The filler content in the sheet material of the invention can also vary within wide limits from 1-80 wt.%, more preferably 45-70 wt.%.
Zusätzlich zu dem besonders charakteristischen kationischen anorganischen Füllstoff, der oben beschrieben wurde, enthält das Bogenmaterial der Erfindung auch kationische anorganische Fasern. Der Gehalt an anorganischen Fasern in dem Bogenmaterial kann in weiten Grenzen von 1-80 Gew.-%, mehr bevorzugt etwa 20-40 Gew.-%, variieren. Im Prinzip können die anorganischen Fasern frei unter vorhandenen anorganischen Fasern ausgewählt werden, vorausgesetzt, daß sie kationisch sind, d.h. eine positive Ladung haben. Wenn die anorganische Faser nicht selbst kationisch ist, kann sie kationisch gemacht werden, indem die Faser in einer an sich bekannten Weise einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, so daß die Faser eine positive Oberflächenladung erhält. Es ist in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß die anorganischen Fasern Mineralfasern sind, und am meisten bevorzugt sind Glasfasern. Die Faserlänge und der Durchmesser sind nicht kritisch, aber es ist bevorzugt, daß der durchschnittliche Faserdurchmesser im Bereich von 1-20 um liegt und daß die durchschnittliche Faserlänge im Bereich von 2-20 mm, vorzugsweise 5-15 mm liegt.In addition to the particularly characteristic cationic inorganic filler described above, the sheet material of the invention also contains cationic inorganic fibers. The content of inorganic fibers in the sheet material can vary within wide limits of 1-80 wt.%, more preferably about 20-40 wt.%. In principle, the inorganic fibres may be freely selected from existing inorganic fibres provided that they are cationic, ie have a positive charge. If the inorganic fibre is not itself cationic, it can be made cationic by subjecting the fibre to a surface treatment in a manner known per se so that the fibre acquires a positive surface charge. It is preferred in the present invention that the inorganic fibres are mineral fibres, and most preferred are glass fibres. The fibre length and diameter are not critical, but it is preferred that the average fibre diameter is in the range 1-20 µm and that the average fibre length is in the range 2-20 mm, preferably 5-15 mm.
Das erfindungsgemäße Bogenmaterial kann als weiteren kationischen Bestandteil einen kationischen Polyelektrolyt in einer Menge von bis zu etwa 2 Gew.-% umfassen.The sheet material according to the invention can comprise, as a further cationic component, a cationic polyelectrolyte in an amount of up to about 2% by weight.
Ein Polyelektrolyt ist ein Polymer mit dem Charakter eines Elektrolyten, was bedeutet, daß es wie ein Elektrolyt in wäßriger Lösung in Ionen dissoziiert und elektrisch leitfähig ist. In Abhängigkeit davon, ob die Polymerhauptkette bei der Dissoziation positiv oder negativ geladen ist, wird der Polyelektrolyt kationisch bzw. anionisch genannt. Das Ausgangsmaterial von kationischen Polyelektrolyten sind Derivate von Estern und Amiden. Ein charakteristisches Merkmal dieser Polyelektrolyte ist eine Ammoniumgruppe, die in Form eines Salzes eines tertiären Amins oder als quaternäre Ammoniumgruppe vorliegen kann. Das Ausgangsmaterial für anionische Polyelektrolyte ist gewöhnlich Acrylsäure und Methacrylsäure.A polyelectrolyte is a polymer with the character of an electrolyte, which means that it dissociates into ions in aqueous solution like an electrolyte and is electrically conductive. Depending on whether the polymer main chain is positively or negatively charged during dissociation, the polyelectrolyte is called cationic or anionic. The starting material of cationic polyelectrolytes are derivatives of esters and amides. A characteristic feature of these polyelectrolytes is an ammonium group, which can be in the form of a salt of a tertiary amine or as a quaternary ammonium group. The starting material for anionic polyelectrolytes is usually acrylic acid and methacrylic acid.
Der kationische Polyelektrolyt dient zusammen mit den übrigen kationischen Bestandteilen, d.h. dem anorganischen Füllstoff und den anorganischen Fasern, dazu, die negativen Ladungen der anionischen Bestandteile des Bogenmaterials auszugleichen. Im Prinzip kann ein solcher Ausgleich der positiven und negativen Ladungen zum Erhalten von Ladungsneutralität durch geeignete Einstellung der Mengen des anorganischen Füllstoffs und der anorganischen Fasern erreicht werden und der kationische Polyelektrolyt ist deshalb kein unverzichtbarer Bestandteil des erfindungsgemäßen Bogenmaterials. Jedoch hat es sich gezeigt, daß es besonders bei der kontinuierlichen Herstellung des Bogenmaterials der Erfindung sowohl einfacher als auch praktikabler ist, diesen Ausgleich und das Erreichen der Ladungsneutralität durch Zugabe eines kationischen Polyelektrolyten zu bewirken, und die Erfindung bevorzugt deshalb, dies zu tun. Wie im folgenden ausführlicher diskutiert wird, wird der kationische Polyelektrolyt vorzugsweise in wiederholten Dosen zugegeben.The cationic polyelectrolyte, together with the other cationic components, i.e. the inorganic filler and the inorganic fibers, serves to balance the negative charges of the anionic components of the sheet material. In principle, such balancing of the positive and negative charges to obtain charge neutrality can be achieved by appropriate adjustment of the amounts of inorganic filler and inorganic fibers, and the cationic polyelectrolyte is therefore not an indispensable component of the sheet material of the invention. However, it has been found that, particularly in the continuous manufacture of the sheet material of the invention, it is both simpler and more practical to effect this balancing and the achievement of charge neutrality by adding a cationic polyelectrolyte, and the invention therefore prefers to do so. As will be discussed in more detail below, the cationic polyelectrolyte is preferably added in repeated doses.
Der kationische Polyelektrolyt kann unter allen verfügbaren Polyelektrolyten dieses Typs ausgewählt werden, und da diese an sich gut bekannt sind, scheint eine detaillierte Aufzählung hier nicht nötig zu sein.The cationic polyelectrolyte can be selected from all available polyelectrolytes of this type, and since these are well known in themselves, a detailed list does not seem necessary here.
Als Beispiele können jedoch die kationischen Polyelektrolyte, die von der Firma Stockhausen unter den Handelsnamen Prestol 436k und Prestol 521k und von der Firma Röhm GmbH, Bundesrepublik Deutschland, unter dem Handelsnamen ROHAFLOC KL 925 im Handel erhältlich sind, erwähnt werden.However, the cationic polyelectrolytes commercially available from Stockhausen under the trade names Prestol 436k and Prestol 521k and from Röhm GmbH, Federal Republic of Germany, under the trade name ROHAFLOC KL 925 may be mentioned as examples.
Zusätzlich zu den obenerwähnten kationischen Bestandteilen enthält das Bogenmaterial auch anionische Bestandteile in einer solchen Menge, daß sie zusammen mit den kationischen Bestandteilen ein ladungsneutrales System bilden. Wie zuvor erwähnt worden ist, schließen die anionischen Bestandteile ein Bindemittel, welches einen anionischen Polyelektrolyt umfaßt, und ggf. auch Cellulosefasern ein. Die Verwendung von anionischen Polyelektrolyten als Dispergier- und Flockungsmittel ist bereits bekannt, aber es ist dem Erfinder nicht bekannt, daß sie schon als Bindemittel verwendet worden wären oder wie in der vorliegenden Erfindung zu einer wäßrigen Suspension oder einem Ganzstoff zugegeben wurden, um eine Trockenfestigkeit in dem gebildeten Bogenmaterial zu entwickeln. Im allgemeinen liegen die anionischen Polyelektrolyte in Form von verdünnten wäßrigen Lösungen mit einer Konzentration von etwa 10-35 Gew.-% vor. Da anionische Polyelektrolyte an sich gut bekannt sind, scheint eine detaillierte Aufzählung dieser nicht nötig zu sein. Als Beispiele können jedoch die ausflockenden Polymere, die unter dem Handelsnamen Prestol im Handel erhältlich sind, z.B. Prestol 2935/74, welches von Stockhausen hergestellt wird, und der anionische Polyelektrolyt Prodefloc N2M von der Firma Prodeco in Italien und PLEX 4911 von der Firma Röhm GmbH erwähnt werden. In dem erfindungsgemäßen Bogenmaterial beträgt der anionische Polyelektrolytgehalt 3-20 Gew.-%, vorzugsweise etwa 5-10 Gew.-%.In addition to the above-mentioned cationic components, the sheet material also contains anionic components in such an amount that they form a charge-neutral system together with the cationic components. As previously mentioned, the anionic components include a binder comprising an anionic polyelectrolyte and optionally also cellulose fibers. The use of anionic polyelectrolytes as dispersing and flocculants is already known, but the inventor is not aware that they have already been used as binders or as in the present invention to form a aqueous suspension or a stock to develop dry strength in the sheet material formed. In general, the anionic polyelectrolytes are in the form of dilute aqueous solutions with a concentration of about 10-35% by weight. Since anionic polyelectrolytes are well known per se, a detailed list of them does not seem necessary. However, as examples, mention may be made of the flocculating polymers commercially available under the trade name Prestol, e.g. Prestol 2935/74 manufactured by Stockhausen, and the anionic polyelectrolyte Prodefloc N2M from Prodeco in Italy and PLEX 4911 from Röhm GmbH. In the sheet material according to the invention, the anionic polyelectrolyte content is 3-20% by weight, preferably about 5-10% by weight.
Wie obenerwähnt kann das erfindungsgemäße Bogenmaterial ggf. Cellulosefasern enthalten, um die Trockenfestigkeit des Materials zu verbessern. Jedoch hat ein hoher Cellulosegehalt eine negative Wirkung auf die Dimensionsstabilität des Bogenmaterials und seine Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Schimmel, weswegen der Cellulosefasergehalt der Erfindung so niedrig wie möglich, wie etwa höchstens 8 Gew.-%, vorzugsweise höchstens etwa 5 Gew.-%, gehalten wird. Die Cellulosefasern werden vorzugsweise in einer Menge von 2-5 Gew.-%, mehr bevorzugt etwa 4-5 Gew.-% zugegeben. Zur Herstellung von Bögen auf einer Abnahmefilz-Papiermaschine können die Cellulosefasern völlig weggelassen werden. Dies unterscheidet sich von der Methode des Standes der Technik, welche im allgemeinen Cellulosefasern in Mengen von 30 Gew.-% und mehr verwendet. Im Gegensatz zur Methode des Standes der Technik sind die Cellulosefasern der vorliegenden Erfindung außerdem nicht lang, sondern sind vorzugsweise bis zu einem Entwässerungswiderstand von etwa 75-100º Schopper-Riegler (ºSR) gemahlen worden.As mentioned above, the sheet material of the invention may optionally contain cellulosic fibers to improve the dry strength of the material. However, a high cellulose content has a negative effect on the dimensional stability of the sheet material and its resistance to moisture and mold, which is why the cellulose fiber content of the invention is kept as low as possible, such as at most about 8% by weight, preferably at most about 5% by weight. The cellulose fibers are preferably added in an amount of 2-5% by weight, more preferably about 4-5% by weight. For making sheets on a take-off felt paper machine, the cellulose fibers can be omitted entirely. This differs from the prior art method which generally uses cellulose fibers in amounts of 30% by weight and more. Furthermore, in contrast to the prior art method, the cellulose fibers of the present invention are not long, but have preferably been refined to a drainage resistance of about 75-100º Schopper-Riegler (ºSR).
Zusätzlich zu den obenerwähnten kationischen und anionischen Bestandteilen enthält das Bogenmaterial der Erfindung auch einen stärkeverbessernden Zusatz, der thermoplatische Polymerteilchen enthält. Mit "Teilchen" sind hier nicht nur Körner, sondern auch Blättchen und Fasern gemeint. Der stärkeverbessernde Zusatz soll dem Bogenmaterial Trockenfestigkeit verleihen, indem die thermoplastischen Polymerteilchen während der Bogenherstellung, z.B. in der Trockenpartie oder in einem Heißkalander erwärmt werden, um sie dazu zu bringen, zu sintern oder an ihren Berührungs- oder Kreuzungspunkten miteinander zu verschmelzen, während sie hauptsächlich ihre ursprünglichen Konfigurationen beibehalten, so daß die Teilchen eine kohärente dreidimensionale Netzwerkstruktur oder Verstärkung bilden, die dem Bogenmaterial Trockenfestigkeit verleiht.In addition to the above-mentioned cationic and anionic components, the sheet material of the invention also contains a strength-improving additive comprising thermoplastic polymer particles. By "particles" is meant here not only grains but also flakes and fibers. The strength-improving additive is intended to impart dry strength to the sheet material by heating the thermoplastic polymer particles during sheet manufacture, e.g. in the drying section or in a hot calender, to cause them to sinter or fuse together at their points of contact or intersection while retaining mainly their original configurations, so that the particles form a coherent three-dimensional network structure or reinforcement which imparts dry strength to the sheet material.
Die thermoplastischen Polymerteilchen sind in einer Menge von etwa 2-20 Gew.-% in dem erfindungsgemäßen Bogenmaterial enthalten.The thermoplastic polymer particles are contained in the sheet material according to the invention in an amount of about 2-20 wt.%.
Im Prinzip ist die Ladung der thermoplastischen Polymerteilchen nicht besonders kritisch und sie können z.B. anionisch oder nichtionisch sein, aber es ist besonders bevorzugt, daß sie nichtionisch sind. Die thermoplastischen Polymerteilchen können frei unter zur Verfügung stehenden thermoplastischen Polymerteilchen oder Gemischen davon ausgewählt werden. Da jedoch die Temperatur in der Trockenpartie der zur Herstellung des Bogenmaterials verwendeten Papiermaschine und auch in dem Heißkalander bei etwa 70-120ºC liegt, sollte es den thermoplastischen Polymerteilchen ermöglicht werden, innerhalb dieses Temperaturbereichs, vorzugsweise bei etwa 70-80ºC zu erweichen. Ein besonders bevorzugtes thermoplastisches Polymer im Zusammenhang mit der Erfindung ist Polyvinylalkohol. Unter anderen brauchbaren thermoplastischen Polymeren kann Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyester und Polycarbonat erwähnt werden. Wie bereits erwähnt wurde, können die thermoplastischen Polymerteilchen in Form von Fasern vorliegen. Die Faserabmessungen sind nicht kritisch, aber es ist bevorzugt, daß sie eine durchschnittliche Länge von etwa 0,6-12 mm, vorzugsweise etwa 1-6 mm und ein längenbezogenes Gewicht von etwa 0,5-10 dtex, vorzugsweise etwa 1-6 dtex haben.In principle, the charge of the thermoplastic polymer particles is not particularly critical and they may be, for example, anionic or non-ionic, but it is particularly preferred that they are non-ionic. The thermoplastic polymer particles may be freely selected from available thermoplastic polymer particles or mixtures thereof. However, since the temperature in the drying section of the paper machine used to produce the sheet material and also in the hot calender is about 70-120°C, the thermoplastic polymer particles should be allowed to soften within this temperature range, preferably about 70-80°C. A particularly preferred thermoplastic polymer in connection with the invention is polyvinyl alcohol. Among other useful thermoplastic polymers may be mentioned polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyester and polycarbonate. As already mentioned, the thermoplastic polymers may Polymer particles are in the form of fibers. The fiber dimensions are not critical, but it is preferred that they have an average length of about 0.6-12 mm, preferably about 1-6 mm and a linear weight of about 0.5-10 dtex, preferably about 1-6 dtex.
Das erfindungsgemäße Bogenmaterial hat normalerweise eine Dicke von etwa 0,1-1,5 mm, vorzugsweise etwa 0,1-0,5 mm und am meisten bevorzugt etwa 0,15-0,25 mm, aber größere Dicken können ohne Schwierigkeit durch Mehrschichtenmethoden (z.B. unter Verwendung mehrerer Stoffauflaufkästen) erhalten werden.The sheet material of the invention normally has a thickness of about 0.1-1.5 mm, preferably about 0.1-0.5 mm, and most preferably about 0.15-0.25 mm, but greater thicknesses can be obtained without difficulty by multi-layer techniques (e.g. using multiple headboxes).
Die Herstellung des hauptsächlich anorganischen faserigen Bogenmaterials gemäß der Erfindung wird nun beschrieben. Wie in der Einleitung erwähnt wurde, wird das Bogenmaterial durch Papiertechnik hergestellt, und da Papiertechnik eine gutbekannte und gutetablierte Methode ist, scheint es nicht nötig, eine ausführliche Beschreibung dieser Methode und der verwendeten Ausrüstung zu geben. Statt dessen wird die Beschreibung im folgenden auf die charakteristischen Merkmale der Erfindung gelenkt, d.h. das Verfahren, durch das die Komponenten kombiniert werden, um das Bogenmaterial zu bilden, und die Reihenfolge, in der dies getan wird.The manufacture of the mainly inorganic fibrous sheet material according to the invention will now be described. As mentioned in the introduction, the sheet material is manufactured by paper technology, and since paper technology is a well-known and well-established method, it does not seem necessary to give a detailed description of this method and the equipment used. Instead, the description will be directed hereinafter to the characteristic features of the invention, i.e. the method by which the components are combined to form the sheet material and the order in which this is done.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die anorganischen Fasern, vorzugsweise oberflächenbehandelte Glasfasern gemäß dem vorstehenden, in Wasser aufgeschlämmt. Die Glasfaserkonzentration beträgt vorzugsweise etwa 1 Gew.-%, da die Fasern in höheren Konzentrationen, z.B. oberhalb von etwa 3 Gew.-% dazu neigen, Klumpen zu bilden.In the process according to the invention, the inorganic fibers, preferably surface-treated glass fibers according to the above, are slurried in water. The glass fiber concentration is preferably about 1% by weight, since the fibers tend to form clumps in higher concentrations, e.g. above about 3% by weight.
Dann wird der anorganische Füllstoff, welcher ein Gemisch aus Talk und Steatit gemäß dem vorstehenden einschließt, zu der Glasfasersuspension zugegeben und vorzugsweise werden auch Cellulosefasern zugegeben, um zu der Stärke des Materials beizutragen.Then the inorganic filler, which includes a mixture of talc and steatite according to the above, is added to the glass fiber suspension and preferably cellulose fibers are also added to contribute to the strength of the material.
Dann wird der anionische Polyelektrolyt zu der resultierenden Aufschlämmung oder dem Ganzstoff zugegeben.The anionic polyelectrolyte is then added to the resulting slurry or stock.
Nachdem der anionische Polyelektrolyt zugegeben worden ist, muß ein ladungsneutrales System herbeigeführt werden, und falls nötig wird die gewünschte Ladungsneutralität durch Zugabe von kationischem Material eingestellt. Wie zuvor erwähnt worden ist, kann die Ladungsneutralität im Prinzip durch die relative Einstellung von einerseits den Mengen des anionischen Polyelektrolyten und evtl. vorhandenen Cellulosefasern und andererseits des kationischen anorganischen Füllstoffs und der kationischen anorganischen Fasern erreicht werden. Eine solche Einstellung kann bequem während der chargenweisen Herstellung des Bogenmaterials gemäß der Erfindung durchgeführt werden. Bei einer kontinuierlichen Bogenherstellung unter Verwendung herkömmlicher Papiertechnik, z.B. auf einer Langsiebmaschine oder einer Selbstabnahmemaschine, wird eine solche geregelte Einstellung nicht leicht erreicht und es ist deshalb bevorzugt, einen kationischen Polyelektrolyt zuzugeben, wodurch ein ladungsneutrales System rasch herbeigeführt wird.After the anionic polyelectrolyte has been added, a charge neutral system must be brought about and, if necessary, the desired charge neutrality is adjusted by adding cationic material. As previously mentioned, charge neutrality can in principle be achieved by the relative adjustment of, on the one hand, the amounts of the anionic polyelectrolyte and any cellulose fibers present and, on the other hand, the cationic inorganic filler and the cationic inorganic fibers. Such adjustment can conveniently be carried out during the batch-wise production of the sheet material according to the invention. In continuous sheet production using conventional paper technology, e.g. on a Fourdrinier machine or a self-feed machine, such a controlled adjustment is not easily achieved and it is therefore preferred to add a cationic polyelectrolyte, whereby a charge neutral system is quickly brought about.
Alle erforderlichen kationischen Polyelektrolyten können auf einmal zugegeben werden, aber es ist überraschenderweise gefunden worden, daß es vorteilhaft ist, wenn der kationische Polyelektrolyt in mehreren, vorzugsweise zwei Dosen zugegeben wird. So wurde gefunden, daß die Zugabe des kationischen Polyelektrolyten auf einmal eine etwa 60-70 %ige Ausfällung der verbleibenden anionisch geladenen Bestandteile des Bogenmaterials ergibt, wogegen eine 95-100 %ige Ausfällung erhalten wird, wenn der kationische Polyelektrolyt in zwei Dosen zugegeben wird.All the required cationic polyelectrolytes can be added at once, but it has surprisingly been found to be advantageous if the cationic polyelectrolyte is added in several, preferably two, doses. Thus, it has been found that the addition of the cationic polyelectrolyte at once results in about 60-70% precipitation of the remaining anionically charged components of the sheet material, whereas a 95-100% precipitation is obtained if the cationic polyelectrolyte is added in two doses.
Die höhere Ausfällung kann leicht visuell beobachtet werden, indem die anfänglich leicht milchige Suspension bei der Ausfällung klar wird. Wenn der kationische Polyelektrolyt chargenweise zugegeben wird, wird die erste Charge vorzugsweise dem Ganzstoff zugegeben, nachdem der anionische Polyelektrolyt zugegeben worden ist, worauf die zweite Charge unmittelbar vor dem Stoffauflaufkasten zugegeben wird. Der Hauptteil des kationischen Polyelektrolyten, z.B. 60-95 Gew.-%, vorzugsweise etwa 85-95 Gew.-% wird mit der ersten Charge zugegeben. Wenn nichtionische thermoplastische Polymerteilchen verwendet werden, wie etwa die nichtionischen Polyvinylalkoholteilchen, die gemäß der Erfindung bevorzugt sind, muß das System ladungsneutral sein, wenn eine einheitliche Verteilung der nichtionischen thermoplastischen Polymerteilchen erzielt werden soll.The higher precipitation can be easily observed visually as the initially slightly milky suspension becomes clear during precipitation. When the cationic polyelectrolyte is added in batches is added, the first charge is preferably added to the stock after the anionic polyelectrolyte has been added, followed by the second charge immediately before the headbox. The majority of the cationic polyelectrolyte, eg 60-95 wt.%, preferably about 85-95 wt.%, is added with the first charge. When nonionic thermoplastic polymer particles are used, such as the nonionic polyvinyl alcohol particles preferred according to the invention, the system must be charge neutral if a uniform distribution of the nonionic thermoplastic polymer particles is to be achieved.
Neben den obenerwähnten hauptsächlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Bogenmaterials können ein oder mehrere Zusatzstoffe, die in der Papiertechnik bekannt sind, wie hydrophobierende Mittel, Antischaummittel, Färbemittel, optische Aufheller, Retentionsmittel und Gleitmittel ebenfalls zugegeben werden.In addition to the above-mentioned main components of the sheet material according to the invention, one or more additives known in the papermaking industry, such as hydrophobic agents, antifoaming agents, colorants, optical brighteners, retention agents and lubricants, can also be added.
Es sollte darauf geachtet werden, daß die wäßrige Suspension oder der Ganzstoff eine geeignete Ionenstärke hat, die mittels Alkali- oder Erdalkalisalzen, wie Natrium-, Magnesium- oder Calciumsalzen geregelt werden kann, von denen Calciumsalze wie Calciumchlorid das beste Ergebnis ergeben. Die Salzzugabe verringert die Abstoßung der elektrischen Doppelschicht zwischen den weniger geladenen Oberflächen der oberen und unteren Seiten der Füllstoffteilchen. Normalerweise wird der Calciumionengehalt durch die Wasserhärte zugeführt, die etwa 18-26º dH (Deutsche Härte) betragen sollte, aber wenn die Wasserhärte ungeeignet ist, wird sie durch Zugabe eines Calciumsalzes eingestellt, so daß der Calciumgehalt etwa 7-18 mol/m³ H&sub2;O beträgt, was etwa 0,4-1,0 kg Cacl&sub2;/m³ H&sub2;O entspricht.Care should be taken to ensure that the aqueous suspension or stock has a suitable ionic strength, which can be controlled by means of alkali or alkaline earth salts such as sodium, magnesium or calcium salts, of which calcium salts such as calcium chloride give the best result. The addition of salt reduces the repulsion of the electrical double layer between the less charged surfaces of the upper and lower sides of the filler particles. Normally, the calcium ion content is supplied by the water hardness, which should be about 18-26º dH (German hardness), but if the water hardness is unsuitable, it is adjusted by adding a calcium salt so that the calcium content is about 7-18 mol/m³ H₂O, which corresponds to about 0.4-1.0 kg CaCl₂/m³ H₂O.
Wenn alle Bestandteile dem Ganzstoff zugeführt worden sind, wird der Ganzstoff durch den Stoffauflaufkasten auf das Sieb laufen gelassen und durch die Presse und Trockenpartien der Papiermaschine in herkömmlicher Weise geleitet. Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, daß der erste Teil der Trockenpartie auf eine maximale Temperatur (etwa 90-120ºC) erhitzt wird, um rasch eine Trockenfestigkeit des Bogenmaterials zu erreichen. Um das Aufstellen der Fasern zu vermeiden, sollte der zweite Teil der Trockenpartie eine niedrigere Temperatur (etwa 60-70ºC) haben. Darüber hinaus ist es bevorzugt, das Bogenmaterial nach der Trockenpartie bei einer Temperatur von etwa 70-120ºC und einem Druck von etwa 18-25 N/mm zu kalandrieren. Wie bereits erwähnt worden ist, sollte das stärkeverbessernde thermoplastische Polymer des Bogenmaterials so ausgewählt sein, daß es auf der Oberfläche bei etwa 70ºC zu erweichen beginnt, wodurch die thermoplastischen Teilchen miteinander an den Kreuzungspunkten während der Behandlung in der Trockenpartie und des Heißkalanders verbunden werden. Die thermoplastischen Teilchen sollten jedoch nicht bei den in der Trockenpartie bzw. dem Heißkalander verwendeten Temperaturen vollständig schmelzen und ineinander fließen.When all components have been added to the stock, the stock is fed through the headbox onto the screen and passed through the press and drying sections of the paper machine in a conventional manner. According to the invention it is preferred that the first part of the drying section is heated to a maximum temperature (about 90-120°C) in order to rapidly achieve dry strength of the sheet material. In order to avoid fibre raising, the second part of the drying section should have a lower temperature (about 60-70°C). Furthermore, it is preferred to calender the sheet material after the drying section at a temperature of about 70-120°C and a pressure of about 18-25 N/mm. As already mentioned, the strength-improving thermoplastic polymer of the sheet material should be selected so that it begins to soften on the surface at about 70°C, whereby the thermoplastic particles are bonded together at the crossing points during treatment in the drying section and the hot calender. However, the thermoplastic particles should not completely melt and flow into each other at the temperatures used in the drying section or the hot calender.
Das erfindungsgemäße Bogenmaterial findet eine Vielzahl von Anwendungen, z.B. in Wand-, boden- und dachbedeckenden Materialien (z.B. in Dachpappe) und in geschäumten Produkten, wie Polyurethan, Polyvinylchlorid und Phenolkunststoffen. Das erfindungsgemäße Bogenmaterial kann als Träger oder Grundmaterial enthalten sein, kann aber auch z.B. als Zwischenschicht enthalten sein oder getrennt verwendet werden.The sheet material according to the invention finds a variety of applications, e.g. in wall, floor and roof covering materials (e.g. in roofing felt) and in foamed products, such as polyurethane, polyvinyl chloride and phenolic plastics. The sheet material according to the invention can be included as a carrier or base material, but can also be included, e.g. as an intermediate layer or used separately.
Das erfindungsgemäße Bogenmaterial enthält wie obenerwähnt mindestens 50 Gew.-% anorganisches Material. Vorzugsweise enthält das Bogenmaterial 70-80 Gew.-% oder mehr anorganisches Material, und soweit dem Erfinder bekannt ist, ist es zuvor nicht möglich gewesen, unter Verwendung von Papiertechnik Bogenmaterialien mit diesen hohen Gehalten an anorganischen Fasern und Füllstoffen herzustellen.The sheet material according to the invention contains, as mentioned above, at least 50% by weight of inorganic material. Preferably, the sheet material contains 70-80% by weight or more of inorganic material and, as far as the inventor is aware, it has not previously been possible to produce sheet materials with these high contents of inorganic fibers and fillers using paper technology.
Um weiter die Erfindung zu erläutern, werden die folgenden nichtbeschränkenden Beispiele gegeben.To further illustrate the invention, the following non-limiting examples are given.
Drei Stücke Bogenmaterial wurden hergestellt, wobei die Bestandteile und Gehalte (Gew.-%), die in Tabelle 1 angegeben sind, verwendet wurden.Three pieces of sheet material were prepared using the components and contents (wt%) given in Table 1.
Der in den Beispielen verwendete Steatit war vom Typ H340 aus Handöl in Schweden. Dies ist ein feinstzerkleinerter Steatit mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 5-10 um. Der Talkgehalt beträgt etwa 67 Gew.-% und der Verbrennungsverlust etwa 8 Gew.-%. Der Ölabsorptionswert ist 55 g Öl/100 g Steatit und der Schmelzpunkt ist 1.500ºC.The steatite used in the examples was type H340 from Handöl in Sweden. This is a finely crushed steatite with an average diameter of 5-10 µm. The talc content is about 67 wt% and the combustion loss is about 8 wt%. The oil absorption value is 55 g oil/100 g steatite and the melting point is 1,500ºC.
Der in den Beispielen verwendete Talk war vom Typ Finntalk P40 von Outokumpu Oy, Finnland, welcher einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 10-20 um, einen Talkgehalt von etwa 97 Gew.-%, einen Verbrennungsverlust von 7 Gew.-% und einen Ölabsorptionswert von 32 g Ö1/100 g Talk hat. Der Schmelzpunkt ist 1.375ºC.The talc used in the examples was of the type Finntalk P40 from Outokumpu Oy, Finland, which has an average diameter of about 10-20 µm, a talc content of about 97 wt%, a combustion loss of 7 wt% and an oil absorption value of 32 g oil/100 g talc. The melting point is 1375ºC.
Die in den Beispielen verwendeten thermoplastischen Teilchen waren Polyvinylalkoholblättchen des Typs Moviol von Hoechst und Polypropylenfasern des Typs Pulpex P von Herkules. Tabelle 1 Beispiele Glasfasern (kationisch, Länge 10 mm, Durchmesser 3 um) Steatit Talk Cellulose (langfaserige Piniensulfatcellulose, welche gemahlen und gebleicht wurde,95º SR) kationischer Polyelektrolyt (ROHAFLOC KL 925 von Röhm) anionischer Polyelektrolyt (PLEX 4911 von Röhm) thermoplastische Teilchen (PVA)The thermoplastic particles used in the examples were polyvinyl alcohol flakes of the Moviol type from Hoechst and polypropylene fibers of the Pulpex P type from Herkules. Table 1 Examples Glass fibers (cationic, length 10 mm, diameter 3 µm) Steatite Talc Cellulose (long-fiber pine sulfate cellulose, which has been ground and bleached, 95º SR) Cationic polyelectrolyte (ROHAFLOC KL 925 from Röhm) Anionic polyelectrolyte (PLEX 4911 from Röhm) Thermoplastic particles (PVA)
Zuerst wird etwa 1,0 kg CaCl&sub2;/m³ H&sub2;O zu dem Ganzstoffwasser gegeben, um eine Wasserhärte von 23º dH zu ergeben. Dann wird die kationische Glasfaser zugegeben und zu einer Aufschlämmung mit einer Konzentration von etwa 1,0 Gew.-% aufgeschlämmt. Zu der Aufschlämmung wird der kationische Steatit und der Talk zugemischt. Der Steatit ist gräulichgrün und der Talk praktisch weiß. In den Fällen, wo die Zusammensetzung Cellulosefasern enthält, werden diese ebenfalls zu der Aufschlämmung zugegeben.First, about 1.0 kg CaCl₂/m³ H₂O is added to the stock water to give a water hardness of 23º dH. Then, the cationic glass fiber is added and slurried to a slurry at a concentration of about 1.0 wt.%. To the slurry are added the cationic steatite and the talc. The steatite is grayish green and the talc is practically white. In cases where the composition contains cellulose fibers, these are also added to the slurry.
Dann wird der anionische Polyelektrolyt zugegeben und das System fängt nun an, sich in ein ladungsneutrales System zu verwandeln. Um sicherzustellen, daß das System tatsächlich ein ladungsneutrales System ist, wird der kationische Polyelektrolyt in mehreren (zwei) Dosen zugegeben. Schließlich werden die thermoplastischen Teilchen dem ladungsneutralen System zugegeben.Then the anionic polyelectrolyte is added and the system now begins to transform into a charge neutral system. To ensure that the system is indeed a charge neutral system, the cationic polyelectrolyte is added in several (two) doses. Finally, the thermoplastic particles are added to the charge neutral system.
Die resultierende Aufschlämmung oder der Ganzstoff wird der Papiermaschine zugeführt und das Wasser wird unmittelbar vor der Trockenpartie abgesaugt. Der erste Teil der Trockenpartie ist auf eine maximale Temperatur (etwa 90-120ºC) aufgeheizt worden, um rasch die Trockenfestigkeit des Bogens zu erhöhen. Nach der Trockenpartie wird der Bogen bei einem Druck von 23 N/mm heiß kalandriert.The resulting slurry or stock is fed to the paper machine and the water is sucked off immediately before the drying section. The first part of the drying section is heated to a maximum temperature (about 90-120ºC) to rapidly increase the dry strength of the sheet. After the drying section, the sheet is hot calendered at a pressure of 23 N/mm.
Die Eigenschaften der so hergestellten Bogenmaterialien wurden dann untersucht und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Beispiele Flächengewicht Dicke Dichte Luftwiderstand Zugindex, Maschinenrichtung Zugindex, Querrichtung Dehnung, Maschinenrichtung Dehnung, Querrichtung Biegekraft Dimensionsstabilität,Maschinenrichtung % * Dimensionsstabilität,Querrichtung % * Z-Stärke Kohlenasche (Aschengehalt) * Die Werte der Dimensionsstabilität sind der Unterschied in Prozent der Abmessungen des Materials in der Maschinen- bzw. Querrichtung vor und nach dem 10 min. langen Einweichen in Wasser.The properties of the as-prepared sheet materials were then investigated and the results obtained are given in Table 2. Table 2 Examples Basis weight Thickness Density Air resistance Tensile index, machine direction Tensile index, cross direction Elongation, machine direction Elongation, cross direction Bending force Dimensional stability, machine direction % * Dimensional stability, cross direction % * Z-strength Coal ash (ash content) * Dimensional stability values are the difference in percent of the dimensions of the material in the machine or cross direction before and after soaking in water for 10 minutes.
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