CZ10397A3 - Process for producing fibrous or paper band from a foam and apparatus for making the same - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby vláknitého nebo papírového pásu z pěny, přičemž dispergací přírodních anebo syntetických vláken v pěnitelné kapalině obsahující vodu a tenzid se připraví v dispergační nádobě pěnová disperze vláken a tato pěnová disperze vláken se přivede na síto papírenského stroje.

Dosavadní stav techniky

Papírové pásy a jiné vláknité mokrou cestou připravené pásy se normálně vyrábějí z výchozí buničiny nebo z jiných vláken ve formě balíku, přičemž se mechanickým zpracováním v mlecí nádobě připraví vláknitá hmota v nosném prostředí (normálně ve vodě). Voda se přidává kvůli nastavení koncentrace vláken na určitou hodnotu. Někdy se přidávají i chemikálie. Vláknitá hmota se vede z mlecí nádoby do van, kde se dále naředí, a potom se vede do nátokové skříně papírenského stroje a tó případně přes čistící a třídící stupně.

Vláknité pásy z pěny, t©j· vláknité pásy připravené z disperze vláken v pěněné kapalině, se vyrábějí podobným způsobem. Nejdříve se v mlecí nádobě připraví buničina nebo vláknitá hmota ve vodě. Směs se částečně odvodní a následuje smíchání vláknité hmoty s pěnitelnou kapalinou obsahující tenzid a vodu. Vlákna jsou dispergována v pěně a pěněná disperze vláken se přivádí na síto, přičemž hlavní podíl kapaliny (jenž je zejména ve formě pěny) se sítem odtraňuje. Tato technika jsou popsána např. v GB 1,329,409 a v US 4,443,297. Takto zhotovené vláknité pásy jsou do značné míry z hlediska vláken homogenní. Jeden problém spojený s tvorbou pěny spočívá v kontrolovatelnosti recirkulace pěny odsáté ze síta a udržovatelnosti vyváženého stavu v systému s ohledem na obsah vzduchu a obsah tenzidu v pěně.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je způsob výroby papírových pásů a jiných vláknitých pásů z pěny, u něhož uvedené problémy jsou jednoduše vyřešeny přiváděním pěněné kapaliny, jenž je odstraněna ze síta, do uzavřené pěnové nádrže, v níž se stahuje kapalina ke dnu, zatímco lehčí pěna se shromažďuje navrchu pěnové nádrže. Kapalina ode dna pěnové nádrže se vede do dispergační nádoby prvním potrubím a pěna se vede do dispergační nádoby druhým potrubím (130) ve vrchní části pěnové nádrže, kam se přidávají vlákna a kde se vlákna dispergují v pěnitelné kapalině.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji popsán s odkazem na dva příklady znázorněné na přiložených výkresech.

Obr.l je postupový diagram způsobu podle tohoto vynálezu.

Obr.2 znázorňuje modifikované provedení dispergační nádoby a pěnové nádrže.

Příklady provedeni vynálezu

Na obr.l je postupový diagram postupu vytváření pěny podle tohoto vynálezu. Pěna se tvoří působením tenzidu, jenž byl přidán do vody v rozvlákňovači 111, kde probíhá intenzivní míchání a přijímání vzduchu. Další tvorba pěna nastává během procesu vlivem turbulencí vzniklých v čerpadlech a na sítu 118. Přístup vzduchu je ale podmínkou vzniku pěny.

Tenzid může být jakéhokoliv vhodného typu: aniontový, kationtový, neiontový nebo amfoterní. GB patent 1,329,409 popisuje tenzidy vhodné pro přípravu pěny pro vláknité pásy. Existuje však mnoho dalších vhodných tenžidů. Volba tenzidu může být např. chemickým složením možných dalších přísad k vláknité hmotě, např. ztužovadel, pojiv, krepovacích látek atd.

Dávkování tenzidu nutné k dosažení relativně stabilní pěny (která udrží v podstatě homogenní disperzi vláken v pěně) je v jednotlivých případech různé a záleží na takových faktorech, jako jsou typ tenzidu, tvrdost vody, teplota vody a typ vláken.

Vhodná koncentrace tenzidu ve vodě činí 0,02 až 1,0% hmotn., výhodně je však nižší než 0,2% hmotn.

Vlastnosti pěny záleží na množství vázaného vzduchu. Při obsahu vzduchu do přibližně 70 až 80% je vzduch přítomný ve formě malých sférických bublinek, jež jsou obklopeny volnou vodou, - jedná se o tzv. sférickou pěnu. Pokud je obsah vzduchu větší, pěna se přeměňuje na tzv. polyhedrickou pěnu, v níž se voda vyskytuje v tenkých membránách, jež jsou mezi bublinkami vzduchu. Polyhedrická pěna je velmi tuhá a obtížně se s ní manipuluje.

V procesu přípravy pěny se většinou používá sférická pěna, t.j. obsah vzduchu je v rozmezí 40 až 70%. Malé vzduchové bublinky plní funkci distančních tělísek mezi jednotlivými vlákny, přičemž vyšší viskozita (ve srovnání s vodou) tlumí turbulence v kapalině a snižuje četnost srážek mezi jednotlivými vlákny, čímž dochází k omezení tvorby vloček. Velikost bublinek v pěně je ovlivněna fakrory, jako jsou typ míchání v rozvlákňovači - generátoru pěny 111, rychlost míchání a množství a typ tenzidu. Vhodný střední průměr bublinek leží v rozmezí 0,02 až 0,2 mm.

Ve znázorněném příkladu je použita směs celulózových a syntetických vláken. Alternativně, pokud je cílem výroba papíru, např. slabě klíženého papíru, se použijí pouze celulozová vlákna. Celulozová vlákna ve formě snadno rozvláknitelné válcované buničiny 110 se dávkují regulovanou rychlostí do rozvlákňovače - generátoru pěny 111 mezi podávači pár válců 112 (jenž je případně opatřen měřičem plošné váhy), dále se vedou zvlhčovacím kanálkem a následuje dávkování (spojené s hrubým rozvlákňováním) do rozvlákňovače lil. Hrubé rozvlákňování buničiny nastává např. mezi tzv. ohroceným párem válců. Vlhčení buničiny čerstvou vodou je žádoucí, nebot usnadňuje dispergaci v rozvlákňovači. Zvlhčovači kanálek a hrubé rozvlákňování byly na obrázku pro jednoduchost vynechány. Pokud válcovaná buničina má v podstatě všude stejnou plošnou váhu, dávkování se může provádět pouze pomocí přívodní rychlosti.

Syntetická vlákna mají normálně formu balíku 122, který se známým způsobem otvírá pomocí otvíračů 123, vlákna se dávkují pomocí vlnitého pásu 124 a ukládají se na sběrný pás 125. Vlákna jsou nasávána ze sběrného pásu pomocí foukací linky 126 a dávkují se pomocí kondenzátoru 127 do rozvlákňovače - generátoru pěny 111. Mohou být samozřejmě použita i jiná zařízení pro dávkování buničinových i syntetických vláken, než jsou znázorněna na výkrese.

U znázorněného příkladu se používá stejný rozvlákňovač pro oba typy vláken. V některých případech může být vhodné použití různých rozvlákňovačů pro různé typy vláken, jelikož různá vlákna vyžadují jiný způsob zpracování, nebo, pokud se vyžaduje použití různých typů vláken pro tzv. vícevrstvý proces, jenž bude popsán dále.

Rozvlákňovač - generátor pěny 111 je koncentricky umístěn ve větší nádrži, v pěnové nádrži 128. Zatímco rozvlákňovač 111 je nahoře otevřen, pěnová nádrž 128 je uzavřena. Obě nádoby jsou vzájemně spojené prostřednictvím trubek 128, 129 u dna a nahoře.

Intenzivní dispergace a míchání probíhá v rozvlákňovači generátoru pěny 111. Současně se vytváří pěna pomocí tenzidu, který je ve vodě. Aby pěna nestoupla nahoru a nevytvářela nahoře zvětšující se pěnovou vrstvu, je důležité udržovat cirkulaci pěny mezi vrchem a dnem rozvlákňovače - generátoru pěny 111. Pomocí vhodně navrženého agregátu rotoru 131 se dosáhne dokonalé turbulence. Objem rozvlákňovače je takový, aby bylo možné vyrovnat rychlé změny v dávkování vláken. Vhodná koncentrace vláken leží v rozmezí 0,1 až 1,5% hmotn.

Obsah vzduchu v pěně může být stanoven zvážením známého objemu zpěněné disperze vláken. Může se to provádět nepřetržitým zaznamenáváním váhy dané délky materiálu mezi rozvlákňovačem generátorem pěny 111 a nátokovou skříní 117. Kalibrace může být prováděna, jelikož váha uvedeného objemu (jenž je zaplněn danou kapalinou) bez míchání vzduchu odpovídá 0% obsahu vzduchu. Úprava obsahu vzduchu se může provádět např. přídavkem tenzidu, změnou rychlosti míchání v rozvlákňovači - generátoru pěny 111 anebo puštěním stlačeného vzduchu do čerpadla 133.

Pěna s vlákny se čerpá nátokové skříně 117 papírenského stroje pomocí vhodného čerpadla 133. přičemž tento stroj na obrázku odpovídá Fourdrinierovu typu. Pro tento vynález typ papírenského stroje nemá však prvořadou důležitost, mohou být např. použity i sací předmýkací stroje a stroje s dvojitými dráty. Čerpadlo by mělo být schopné zvládnout velká množství vzduchu a současně by mělo být schopné zvládnout dlouhá syntetická vlákna (pokud jsou přítomna), aniž by se projevily spřádací jevy. Tyto požadavky jsou splněny několika různými typy čerpadel. Jedním z příkladů je běžné pístové čerpadlo. Jiným je kroužková vývěva, např. Helivac vyráběná firmou Teknik AS. Dalším příkladem je čerpadlo vyráběné Corp. mající otáčivý svazek disků s radiálními příkladem Berendsen firmou Discflo mezerami.

U znázorněného příkladu mohou být nátoková skříň 117 a sací skříň 119 považovány za integrovanou jednotku. Příprava vláknitého pásu je úplně uzavřená, t.j. není zde žádný volný povrch kapaliny. Odvodněný pás vychází z nátokové skříně 117.

Disperze pěna - vlákna se rozděluje přes šířku stroje k nátokové skříni 117 a zaplňuje prostor, jenž je ohraničen koncovými stěnami nátokové skříně a dolů skloněné horní části. Pěna je odsávána sítem 118 pomocí vývěvy 120 a ta pěna, která zůstává na pásu, se přeměňuje ve formovaný pás.

Lze si také představit použití tzv. vícevrstvé přípravy s různými typy vláken či směsí v různých vrstvách. Různé typy vláken jsou zde odděleně přiváděny do nátokové skříně, jež je v tomto případě vícevrstvého typu.

Aby byla v systému zachována daná bilance vody, voda, která mizí s formovaným pásem, musí být nahrazena. Může se to provádět např. pomocí rozprašovače 134. jenž působí napříč formovaného pásu. Rozprašovač 134 vytváří též promývací zónu, která minimalizuje obsah tenzidu ve zhotoveném pásu. Čerstvá voda může být přidávána v různých místech systému, např. v předchozím smáčecím stupni. Zvláštní sací skříň 135 (spojená ale se stejným cirkulačním stupněm) dodává doplňující vodu do pěnové nádrže

128.

Pěna odsávaná pásem 118 se vede přes sací skříň 119 a vývěvu 120 nahoru do pěnové nádrže 128. Nevyhnutelné množství uniklého vzduchu se také transportuje spolu s pěnou. Pěnová nádrž 128 slouží jako vyrovnávací nádrž pro pěnu.

Pěna uložená v nádrži se zvolna mění ze sférické pěny na pěnu polyhedrickou (oba typy pěny byly popsány dříve). V pěnové nádrži 128 kapalina se stahuje ke dnu nádrže, zatímco lehčí pěna se shromažďuje navrchu nádrže. Tenzid se shromažďuje na styčném povrchu mezi vzduchem a vodou. Je proto pravděpodobné, že tenzid se snaží zůstat v lehčí pěně a tak se koncentrovat ve vrchní části nádrže.

Kapalná fáze u dna pěnové nádrže 128 přechází do rozvlákňovače 111 přes spojovací trubku 129 u dna nádrže. Stejným způsobem, pěna ve vrchní části pěnové nádrže 128 se přetlačuje trubkou 130 (nacházející se navrchu nádrže) působením přetlaku vyvolaného vývěvou 120. Lehká pěna je velmi stabilní a (především) objemná, a proto musí být před vypuštěním do rozvlákňovače 111 zmenšena. Rychloběžné vrtulové oběžné kolo 136 namontované v trubce 130 mechanicky rozbíjí větší částice vzduchu a uvolňuje část z velkého množství vázaného vzduchu.

Ve vrchní spojovací trubce 130 mezi pěnovou nádrží 128 a rozvlákňovačem 111 se též nachází regulační ventil 137. s jehož pomocí se udržuje konstantní tlak v pěnové nádrži 128 a tím i stálá hladina v rozvlákňovači 111.

Využitím popsaného uspořádání se dosáhne uzavřeného okruhu, jenž je regulovatelně otevřen mezi pěnovou nádrží 128 a rozvlákňovačem 111. Objem pěnové nádrže by měl být takový, aby doba zdržení pěny v nádrži činila okolo 45 až 180 s, výhodně 60 až 120 s. Větší část objemu kapaliny může se potom stáhnout ke dnu pěnové nádrže 128 a potom přejít do rozvlákňovače 111. Nádrž by současně měla být schopna zadržovat lehčí pěnu ve své vrchní části. Vhodný poměr mezi celkovým objemem a očekávaným objemem kapaliny v nádrži činí přibližně 4 až 8, výhodně okolo 6.

Pěna tímto způsobem cirkuluje mezi rozvlákňovačem - generátorem pěny 111, nátokovou skříní 117, pásem 118, sací skříní 119 a zpět do rozvlákňovače - generátoru pěny 111 přes pěnovou nádrž 128 a to v jednom jednoduchém cirkulačním stupni. Přidává se určité množství tenzidu a vody, jelikož je třeba nahradit tyto látky, jež vycházejí ze zařízení s hotovým pásem. Přidáváni doplňkové vody může diferenciálního tlaku v pěnové v pěněné disperzi vláken se vhodně stanoví měřičem povrchového napětí.

Rozvlákňovač - generátor pěny 111 a pěnová nádrž 128 samozřejmě nemusí tvořit integrovanou jednotku, ale mohou být vzájemně oddělené, jak je znázorněno na obr.2. Ale, i v tomto případě, jsou vzájemně propojeny prostřednictvím trubek 129 a 130. Jak bylo výše uvedeno, systém může být tvořen dvěma nebo více rozvlákňovači - generátory pěny, jež mohou být propojeny se být např. řízeno měřením nádrži 128. Obsah tenzidu

Ί stejnou pěnovou nádrží.

Výše popsaný způsob dávkování suchých vláken, případně po jejich smočení, do rozvlákňovače - generátoru pěny lil je nejvýhodnější, nebot umožňuje snadnou regulaci procesu s krátkou dobou kontaktu vláken s nosným prostředím. Tento vynález může být ale aplikován i u postupu, kde je nejdříve připravena vláknitá hmota dispergací vláken v mlecí nádobě a tato vláknitá hmota se naředí na požadovanou koncentraci a přidá se do nádoby, kde vzniká pěna a kam se přidává tenzid.

Vzniklý vláknitý pás může projít dalšími zpracovatelskými stupni, např. krepováním při výrobě slabě klíženého papíru nebo splétáním za mokra nebo může být pouze vysušen.

Mohou být použita vlákna různých typů a v různých směšovacích poměrech. Mohou být použity směsi celulózových vláken a syntetických vláken, např. polyesterových, polypropylenových, z umělého hedvábí, z lyocell (viskózy) atd. Jako alternativa k syntetickým vláknům mohou být použita přírodní vlákna o velké délce vlákna (přes 12 mm), např. vlasová vlákna ze semen např. bavlna, kapok a klejicha; listová vlákna např. sisal, manilské konopí, ananas, novozélandské konopí a lýková vlákna např. len, konopí, ramie, juta kenaf. Při pěnové technice výroby mohou být použita vlákna o různé délce a mohou být použita delší vlákna než je možné při běžném způsobu mokrou cestou. Dlouhá vlákna (přibližně 18 až 30 mm) jsou výhodná pro splétání za mokra, jelikož zlepšují pevnost materiálu v mokrém i v suchém stavu. Další výhodou pěnové techniky je možnost výroby materiálu o nižší plošné váze než je možné při běžném způsobu mokrou cestou. Jako náhrada celulózových vláken mohou být použita rostlinná vlákna s vlákny o malé délce např. esparto, phalaris arundinacea a sláma ze sklizňových semen.

U některých druhů vláken může být žádoucí použití pojivá, nebot pojivo zlepší pevnost materiálu. Vhodná pojivá zahrnují pojivá na základě škrobu, polyvinylalkoholů, latexu atd., jež se používají k zvýšení pevnosti netkaných materiálů.

Claims (11)

1. Způsob výroby vláknitého nebo papírového pásu z pěny, přičemž dispergací přírodních anebo syntetických vláken v pěnitelné kapalině obsahující vodu a tenzid se připraví v dispergační nádobě (111) pěnová disperze vláken a tato pěnová disperze vláken se přivede na síto (118) papírenského stroje, vyznačující se tím, že pěněná kapalina, jež je odstraněna sítem (118), se vede do uzavřené pěnové nádrže (128), v níž se stahuje kapalina ke dnu, zatímco lehčí pěna se shromažďuje navrchu pěnové nádrže, přičemž kapalina ode dna pěnové nádrže se vede do dispergační nádoby (111) prvním potrubím (129) a pěna se vede do dispergační nádoby, kam se přidávají vlákna a kde se vlákna dispergují v pěnitelné kapalině, druhým potrubím (130) ve vrchní části pěnové nádrže, přičemž tlak v pěnové nádrži (128) se udržuje v podstatě na konstantní hodnotě pomocí regulačního ventilu (137), jenž se nachází v druhém potrubí (130) nebo bezprostředně za tímto potrubím.

2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že pěna v druhém potrubí (130) nebo v blízkosti tohoto potrubí se mechanicky zpracovává, čímž se větší bublinky vzduchu v pěně rozbijí a čímž se vázaný vzduch uvolní z pěny.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsah vzduchu v pěně se stanovuje vážením určitého objemu pěnové disperze vláken mezi dispergační nádobou (111) a papírenským strojem.

4. Způsob podle kterékoliv předcházejícího nároku, vyznačující se tím, že suchá vlákna se dávkují přímo do dispergační nádoby (lil), případně po prvotním smočení vláken, přičemž vlákna jsou dispergována v pěnitelné kapalině, aby se vytvořila pěněná disperze vláken, jež se vede na síto (118), přičemž pěnitelná kapalina po svém průchodu sítem je recirkulována v jednoduchém uzavřeném okruhu do dispergační nádoby přes pěnovou nádrž (128).

5. Způsob podle 0 nároku 4,vyznačující se tím, že do uzavřeného okruhu nosného prostředí se přidává kromě vláken pouze nová voda, vzduch, tenzid a případně jiné chemikálie a to tak, aby bylo nahrazeno množství těchto látek, které opustily uzavřený okruh se zhotoveným vláknitým nebo papírovým pásem.

6. Zařízení na výrobu vláknitého nebo papírového pásu z pěny způsobem definovaným v nároku 1 a tvořené papírenským strojem se sítem (118), dispergační nádobou (111) pro přípravu pěněné disperze vláken v pěnitelné kapalině, zařízením (133) přivádějícím pěněnou disperzi vláken na síto (118) papírenského stroje a rovněž tvořené zařízením (120) určeným k recirkulaci pěnitelné kapaliny do dispergační nádoby (lil)/ vyznačující se tím, že toto zařízení dále obsahuje uzavřenou pěnovou nádrž (128), do níž se přivádí pěnitelná kapalina, jež prošla sítem, přičemž pěnová nádrž je propojena s dispergační nádobou (111), jak ode dna prostřednictvím prvního potrubí (129), tak i od horní části prostřednictvím druhého potrubí (130), přičemž regulační ventil (137) se nachází v druhém potrubí (130) nebo bezprostředně za tímto potrubím a reguluje tlak v pěnové nádrži (128) a tím i v dispergační nádobě (111).

7. Zařízení podle nároku 6, vy,z načující se tím, že zařízení nacházející se v druhém potrubí (130) nebo v blízkosti tohoto potrubí, mechanicky rozbíjí větší bublinky vzduchu v pěně, čímž uvolňuje vázaný vzduch z pěny.

8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že dispergační nádoba (111) a pěnová nádrž (128) tvoří integrovanou jednotku a to tak, že dispergační nádoba se nachází v pěnové nádrži, jež takto obklopuje dispergační nádobu.

9. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že dispergační nádoba (111) a pěnová nádrž (128) jsou oddělené ale propojené nádoby.

10 10. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že obsahuje větší počet dispergačních nádob (111), jež jsou propojené se společnou pěnovou nádrží (128).

11. Zařízení podle nároku 10, vy z n a č u j í c í se tím, že různé dispergačních nádob typy ' (111). vláken se přiváděj í dc > různých 12. Zařízení podle nároku 11, vy z n a č u j í c í se tím, že různé typy vláken jsou odděleně dávkovány

z dispergačních nádob (111) do nátokové skříně (117) papírenského stroje, přičemž nátoková skříň je skříní vícevrstvého typu.