NO821838L - Flammesikret fibroest karbonholdig bane- eller arkmateriale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et flammehemmende fibrøst bane- eller arkmaterial inneholdende aktivert karbon hvor det fibrøse bane<T>inneholder minst 15 vekt% aktivert karbon,karakterisert vedat banen er behandlet med et basist ammoniumfosfat slik at den tilbakeholder minst omtrent 5 vekt% av fosfatet vbasert på den totale vekt av banen, idet den behandlede bane er istand til å bibeholde minst 80 %

av sin adsorpsjonsevne og fremviser en flammemotstand uten etterglødning og en forkullingslengde på mindre enn 10 cm under anvendelse av testmetoden TAPPI T-461.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkrav-ene.

Det er tidligere kjent at kontinuerlige banematerialer kan fremstilles på papirmaskiner og inneholdende et høyt nivå

av pulveriserte aktiverte karbonpartikler for til bane-materialet å meddele de kjente egenskaper av det aktiverte karbon, spesielt dets adsorpsjonsegenskaper. I denne forbindelse vises til US-patentskrift 3.149.023. Banematerial av denne type inneholdende aktivert karbon, i sammenligning med lignende material inneholdende en tilsvarende mengde av granulert karbon, frembyr typisk en lavere luftmotstand, lavere trykkfall og større adsorpsjon:på grunn av det vesentlig høyere overflateareal forbundet med de aktiverte karbonpartikler.

En vesentlig ulempe med hensyn til papirer inneholdende

både aktivert karbon og andre karbontyper er deres brenn-bare natur. Denne ulempe hemmer eller forhindrer anvendelse i situasjoner hvor forbrenning kan foregå, som f.eks. filteret i kjøkkenhetter eller som luftfilteret i biler. Selv om slikt banematerial kunne behandles med et flamme^hemmede middel for å redusere denne ulempe, er det funnet at med materialer inneholdende aktivert karbon er der et stort fall i adsorpsjonsevnen når materialene behandles på denne måte. I mange tilfeller er virkningstapet 40% eller mer idet noen kommersielle materialer resulterer i

et virkningstap på 95%. Det er ytterligere funnet at når noen flammehemmende midler tilsettes til arkmatérialet oppstår problemer med hensyn til spaltning av bindemidlet anvendt i den flammehemmende blanding. Det er ytterligere funnet at mange flammehemmende midler tillater at bane-materialet fremviser en etterglødning i en betrakelig tidsperiode i tillegg til de uønsket store tap i adsorpsjonsevnen.

Den erkjennelse som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse er at der er funnet at behandling av det aktiverte karbonark eller- bane med et utvalgt flammehemmende material ikke bare vil tilveiebringe den gunstige flammehemmende karakter slik at ingen etterglødning opptrer, men at behandlingen også kan gjennomføres uten ødeleggelse av adsjorpsjonsegenskapene i arkmatérialet og faktisk uten vesentlig forringelse av disse egenskaper. I tillegg er det i forbindelse med oppfinnelsen funnet at det utvalgte flammehemmende material frembyr en økonomisk fordel frem-for andre velkjente flammehemmende materialer mens det samtidig tillater bibeholdelse av den ønskede adsorpsjon i det aktiverte karbon. Det er ytterligere funnet at bruken av det utvalgte flammehemmende middel kan gjennom-føres over et stort område av vekt og porøsitet for det behandlede ark- eller banematerial og det flammehemmende middel kan anvendes ved et stort antall forskjellige typer av aktiverte karbonmaterialer.

Andre fordeler vil delvis være opplagte og delvis skal de påpekes mer detaljert..i det følgende.

Fordelaktig tilveiebringer oppfinnelsen et fribrøst ark-eller baneformet material inneholdende aktivert karbon og som er blitt behandlet med opptil omtrent 20 vekt%

av et utvalgt flammehemmende middel hovedsakelig bestående av et basisk ammoniumfosfat, foretrukket diammoniumfosfat.

En bedre forståelse av formål, fordeler, trekk, egenskaper •

og forhold ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende detaljerte beskrivelse som vedrører en foretrukket illu-strerende utførelsesform for oppfinnelsen.

Selv om det er mulig å forbehandle de aktiverte karbonpartikler med det flammehemmende middel før dannelsen av banen eller arket, er det i samsvar med oppfinnelsen foretrukket a behandle banematerialet etter at det er tildannet. Dette har den virkning at det flammehemmende middel påføres både den fibrøse komponent og den aktiverte karbonkomponent i ark- eller bane-materialet. Det foretrekkes således at de endelig oppdelte aktiverte karbonpartikler blandes grundig med papirfibrene i en vandig dispersjon og tildannes til en kontinuerlig bane under anvendelse av konvensjonell papirfremstillingsteknikk.

De forskjellige fibre som anvendes for å danne bane- eller arkmatérialet kan være naturlige cellulosefibre, syntetiske kunstfibre, eller uorganiske materialer. I denne forbindelse kan de fibre som er angitt i det tidligere nevnte US-patentskrift 3.149.023 anvendes for oppfinnelsen, og likeledes den deri beskrevne papirfremstillingsteknikk. Ytterligere kan de finpulveriserte.aktiverte karbonpartikler som er angitt i det nevnte patentskrift anvendes eller det aktiverte karbon kan tildannes fra forskjellige materialer, som f.eks. kokosnøttskall, eller de kan være et kullbasert material som f.eks. det metallbehandlede material som selger under betegnelsen "Whetlerite" . Den foreliggende oppfinnelse er imidlertid ikke begrenset til noen spesiell type av aktivert karbonmaterial og aktivert karbon fra forskjellige kilder kan anvendes effektivt.

Det aktiverte karboninnhold i bane- eller arkmatérialet kan utgjøre fra omtrent 15 til omtrent 80 vekt% idet den typiske mengde er i området 25 - 75 vekt% og de fleste ark eller baner inneholder 40 - 50 vekt%. Det skjønnes at det kationiske bindemiddelmaterial som er angitt i det nevnte patentskrift også effektivt kan anvendes ved fremstilling av bane- eller arkmatérialet. Den resulterende bane eller ark kan fremstillés på en slik måte at flatevekten og porøsiteten av sluttproduktet modifi-seres eller styres på en for den fagkyndige kjent måte,

og det vises i denne forbindelse spesielt til læren i henhold til det nevnte US-patentskrift 3.149.023.

Etter at bane- eller arkmaterialer er tildannet på papir-maskinen og er tørket, behandles det i samsvar med den foreliggende ^oppfinnelse med en oppløsning av et basisk ammoiniumfosfat. I denne forbindelse er bare det enba-. siske og tobasiske material funnet å medføre alle de flammehemmende egenskaper idet det tobasiske material foretrekkes. Oppløsningen kan inneholde en liten mengde, f.eks. opptil omtrent 1 vekt% av et fuktemiddel og har typisk en amminiumfosfatkonsentrasjon på opptil omtrent 30 vekt% idet 10 - 20- vekt% diammohiumfosfat foretrekkes.

Dette vil gi en opptagning på idet minste 5-20 vekt% og foretrukket omtrent 10 - 15 vekt%. Oppløsningen av det flammehemmende middel påføres det aktiverte karbonholdige bane- eller arkmaterial på en slik måte at den fullstendig metter banen eller arket med diammoniumfosfatoppløsningen. Den behandlede bane eller ark blir så presset og tørket på kovensjonell papirmaskintørker. Det resulterende produkt viser typisk en bibeholdelse på idet minste 80 - 90% av adsorpsjonsevnen av banematerialet før behandlingen. Det er viktig at det behandlede material overhodet ikke frem-^ viser noen etterglødning og utmerkede resultater oppnås i forkullingstesten med åpen flamme.

To adsorpsjons^-evnetester ble anvendt for å teste bane-eller arkmatérialet behandlet i samsvar med oppfinnelsen og disse tester anvender enten hydrogensulfid eller butan for å bestemme adsorpsjonsevnen og gjennomføres å følgende måte: I hydrogensulfid-testen tilføres luft inneholdende små mengder av hydrogensulfid fra en gass-sylinder gjennom en liten "millipore" filterholder inneholdende testmaterialet. Hydrogensulfid-penetrasjonen gjennom filteret detekteres ved hjelp av et gruve- sikkerhetsapparat montert i ut-strømnings- eller nedstrøms-siden av filteret. Apparatet inneholder et rør som inneholder et reaktivt material som misfarges av hydrogensulfidet idet mengden av misfarging lett kan omregnes til mengden av hydrogensulfid i strømmen. En strømningsmåler i ledningen tillater måling og styring av luftstrømmen under hver fem minutters testperiode.

Ved gjennomføring av testmetoden stikkes en testprøve med diameter 22 cm inn i filterholderen. Mengden av hydrogensulfid i strømmen holdes tilsiktet på et lavt nivå på omtrent 200 deler pr. million. Testmetoden består i å først la luftstrømmen løpe gjennom kontrollfilteret for å bestemme hydrogensulfid-innholdet og deretter skiftes strømmen over til det filter som skal testes. Etter skif-tingen og før nedsettelse av detektorrøret i utstrømnings-ledningen tillates en kort periode, f.eks. omtrent 30 sekunder, for å sikre stabile tilstander i systemet og konsentrere for mindre reguleringen av strømningstakten om dette trenges. Testen fortsettes inntil detektorrøret har vært i prøveledningen i nøyaktig fem minutter. Røret trekkes så ut og sammenlignes med detektorrøret for kontroll slik at mengden av hydrogensulfid i deler pr. million som passerer gjennom prøven kan bestemmes.

Adsorpsjons^evnetesten for butan er også et mål på adsorpsjonsevnen av det aktiverte karbon-bane- eller arkmaterial. En bane eller ark inneholdende en kjent mengde aktivert karbon mettes med butangass. Vektforskjellen før og etter metningen er den mengden av butan som er adsorbert.

I samsvar med testmetoden stikkes en skive av et prøve-material med 7 cm diameter inn i en prøveholder og initial- vekten bestemmes. Butan føres gjennom prøvematerialet med en strømningstakt på omtrent 250 milliliter pr. minutt i en tidsperiode på omtrent 5 minutter. Prøven veies og stikkes på nytt inn i prøveholderen for en annen 5 minutters behandling med butangass hvoretter prøven på nytt veies. Metoden gjentas;;inntil konstant vekt oppnås og den mettede vekt av materialet noteres for å bestemme mengden av butangass som er adsorbert av prøvematerialet.

En-forkullingstest med åpen flamme anvendes for å bestemme flammemotstanden i det behandlede fibrøse material og denne følger generelt det- som er angitt i TAPPlT-461 med betegnelse "Flamma.bility of Treated Paper and Paperboard"

og i ASTM D-777 med tittel "Flammability of Treated Paper and Paperboard".

I samsvar med testmetoden kuttes en prøve av det material som skal testes til en strimmel med 7,5 cm bredde og 25 cm lengde med lengdedimensjonen kuttet parallelt med papirets maskinretning. Prøven sikres mellom et par metallklemmer med lengdeaksen for materialet orientert i loddrett stilling og med klemmene gripende langs prøvens lengdekanter. Klemmene ;dekker omtrent 1 cm av strimmelens bredde langs hver kant av prøvematerialet. En flamme fra en Bunsen-brenner innstilles til en høyde på 4 cm og flammen på-føres midten av den nedre kant av prøvematerialet i et nivå som vil bringe den nedre kant av prøven i en avstand på 2 cm fra toppen av brenneren. Prøven utsettes for flammen i en tidsperiode på 12 sekunder og trekkes så til-bake. Høyden av den forkullede del av materialet måles idet den forkullede høyde bestemmes ved å stikke inn en nål fra bunnkanten av prøven gjennom det forkullede området inntil denne møter motstand. Denne motstand betegnes som forkullingslengden. En forkullingslengde på mindre enn 10 cm og foretrukket mindre enn 7 cm er ønskelig. Etter-glødningen i det forkullede material bestemmes også fra den tid flammen fjernes. Hvis noen etterglødning fore- ligger er det flammenhemmende middel ikke betraktet som tilfredsstillende.

For at oppfinnelsen skal forstås lettere skal den beskrives ytterligere ved henvisning til de følgende spesifikke eksempler som illustrerer foretrukne utførelsesformer.

EKSEMPEL I

Et fibrøst banematerial ble fremstilt under anvendelse av aktiverte karbonpartikler av typen benevnt "Whetlerite" med en flatevekt på omtrent 160 gram pr. kvadratmeter. Banematerialet ble tørket og en del derav ble mettet med en 10% oppløsning av diamminoumfosfat til å gi et banematerial med en endelig flatevekt etter tørking på 178 gram pr. kvadratmeter. Porøsiteten av materialet før og etter behandling ble testet sammen med hydrogensulfid-adsorpsjonsevnen. Etterglødningen av materialet ble bestemt sammen med forkullingshøyden i samsvar med test-metodene angitt i det foregående. Egenskapene av materialet er gjengitt i tabell I.

EKSEMPEL II - III

Metoden i eksempel I ble gjentatt under anvendelse av et annet aktivert karbonmaterial, nemlig et aktivert karbon fremstilt fra kokosnøttskall. To banematerialer ble tildannet under anvendelse av den samme fiberdispersjon idet det resulterende material hadde forskjellige flatvekter og porøsitetsnivåer. I dette tilfelle ble butan-adsorpsjons-evnetesten anvendt for å måle virkningen av behandlingen med det flammehemmende middel og testresultatene er gjengitt i tabell II.

Som en sammeligning nevnes at når enbasisk ammoniumfosfat anvendes istedet for diammohiumfosfat var resultatene omtrent de samme med unntagelse av at forkullingshøyden var omtrent 7 cm. Når kommersielt tilgjengelig uorganisk fosfat som f.eks. kaliumfosfat og natriumsulfat ble anvendt ble det funnet at etterglødningen var kontinuerlig eller idet minste varte i 10 sekunder. Når antimon-haloginider eller oksyder ble anvendt steg adsorpsjons-evnetapet til omtrent 45% mens materialet f.eks. "Sunguard'131" (50% ammoniumklorid og 50% aicyandiamid) og "duPont CM" (ammonium-sulfanat) førte til adsorpsjons-evnetap på henholdsvis 95 og 85%.

Claims (4)

1. Flammehemmende fibrøst bane- eller arkmaterial inneholdende aktivert karbon omfattende en fibrøs bane eller ark inneholdende minst 15 vekt% aktivert karbon/ karakterisert ved at materialet ■ er behandlet med basisk ammoniumfosfat slik at det bibeholder idet minste omtrent 5 vekt% fosfat basert på den totale vekt av banen eller arket, idet den behandlende bane eller ark er istand til å bibeholde minst 80% av adsorpsjonsevnen og fremviser en flammemotstand uten noen etterglødning og en forkullingslengde på mindre enn 10 cm under anvendelse av testmetoden TAPPI T-461.

2. Flammenhemmende material som angitt i krav 1, karakterisert ved at fosfatet er diammoniumfosfat tilstede i et bibeholdt -innhold på opptil 20 vekt%.

3. Flammenhemmende material som angitt i krav 2, k;a rakterisert ved at mengden av fosfat er 10 til 15 vekt%.

4. Flammehemmende material som angitt i krav 1 - 3:, karakterisert ved at lengden av aktivert karbon er 40 til 50 vekt*.