DE1136199B - Verfahren zum Herstellen von mit thermoplastischen Kunststoffen gefuellten Fasermaterialien - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

Z 8332 VIb/55f

ANMELDETAG: [4. NOVEMBER 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 6. SEPTEMBER 1962

Die Erfindung betrifft Fasermaterialien die aus Gemischen von Faserstoffen und thermoplastischen Kunststoffen bestehen.

Zur Herstellung von hochelastischen naßfesten Papieren war es bekannt, im Holländer den Faserstoffbrei mit Kunststoffemulsionen so unter anderem auch mit Polyvinylalkohol oder Latextypen zu durchsetzen und daraus das Papier zu fertigen. Daneben kennt man Faserstoff-Kunststoff-Gemische für Werkstoffe verschiedenster Art, die unter anderem unter Verwendung von Polyvinylchlorid, Polystyrolharzen und sonstigen Polymerisationsprodukten mit oder ohne weitere Zuschläge gefertigt wurden, wobei zum Teil im Laufe der weiteren Verarbeitung die Materiahen durch Druck- und Wärmeeinwirkung verdichtet bzw. gehärtet wurden.

Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Faserstoff-Kunststoff-Gemischen war die Fixierung des Kunststoffs auf den Fasern unzulänglich, was unter anderem eine geringe Kunststoffausbeute und erhebliche Entwässerungs- und Schaumschwierigkeiten zur Folge hatte. Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Herstellungsverfahren in dieser Hinsicht.

Es wurde gefunden, daß man die Herstellung von mit thermoplastischen Kunststoffen gefüllten Fasermaterialien, die durch Ausfällen bzw. Koagulieren der in Pulverform oder als wäßrige Dispersion dem Stoffbrei zugesetzten Kunststoffe auf der Faser gewonnen sind, dadurch verbessern kann, wenn man als Fäll- bzw. Koaguliermittel in beliebiger Reihenfolge eine hochmolekulare, wasserlösliche Stickstoffbase, wie Polyäthylenimin, und ein hochmolekulares, wasserlösliches Salz einer Polycarbonsäure, wie Polyacrylsäure, zusetzt.

Außer den genannten Stoffen ^kommen als hochmolekulare wasserlösliche Stickstoffbasen bzw. Polycarbonsäuren, vor allem Homologe des Polyäthylenimin oder Polyvinylamin bzw. der Polyacrylsäure oder Mischpolymerisate oder Mischkondensate in Frage.

Polyäthylenimin ist an sich als Naßfestmittel bekannt, und Salze der Polyacrylsäure werden häufig als Verdickungsmittel für Kunststoffdispersionen, sowie als Stabilisierungsmittel vorgeschlagen. Es konnte jedoch überraschend festgestellt werden, daß durch die Kombination von Polyäthylenimin und Acrylsäuresalzen der Kunststoff im Faserstoff fixiert wird. Man erreicht hierbei neben einer Verringerung der Schaumentwicklung und Verbesserung des Entwässerungsverhaltens eine erhöhte Kunststoffausbeute, die außer einer Kostenersparnis mannigfache Vorteile Verfahren zum Herstellen

von mit thermoplastischen Kunststoffen

gefüllten Fasermaterialien

Anmelder:

Zellstofffabrik Waldhof,
Mannheim-Waldhof, Sandhof er Str. 176

Dr. Ulrich Ströle und Dr.-Ing. Erich Thomich,

Mannheim-Waldhof,
sind als Erfinder genannt worden

bei der Weiterverarbeitung, so unter anderem beim Pressen, ergibt.

Zu dem neuen Verfahren können z. B. Polyvinylchloride, und zwar vorzugsweise sogenannte Emulsionstypen mit niedrigem K-Wert, oder unter anderem andere Polymerisate oder Mischpolymerisate auf Basis Styrol, Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylacetal, Chlorkautschuk, Acrylester u. dgl. oder Polyolefine oder Polykondensationsprodukte vom Polyamidoder Polyestertyp herangezogen werden.

Man trägt einen derartigen Kunststoff am besten in bekannter Weise in Form eines feinen Pulvers oder als wäßrige Emulsion in ein Faserstoffgemisch ein. Als Faserstoffe eignen sich neben natürlichen und synthetischen Cellulosefasern auch Holzmehl oder andere vegetabilische oder Mineralfasern oder unter Umständen animalische oder vollsynthetische Fasern.

Erfindungsgemäß fügt man dem Faserstoff-Kunststoffgemisch Polyäthylenimin in wäßriger Lösung zu und mischt gut durch. Danach wird durch Zugabe einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen Salzes der Polyacrylsäure der Kunststoff zusammen mit dem Polyäthylenimin im Faserstoff fixiert.

Man erhält auf diesem Wege eine gute Kunststoffretention, gleichmäßige Verteilung des Kunststoffes im Fasergefüge, sowie ein günstiges Entwässerungsverhalten z. B. auf einer Papiermaschine. Die Reihenfolge der Zugabe der einzelnen Komponenten ist an sich beliebig. Es kommt lediglich darauf an,

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daß eine der beiden die Fällung auslösenden Komponenten, Polyäthylenimin oder Polyacrylsäure-Salz erst ganz am Schluß zugesetzt wird, wenn die übrigen Stoffe bereits gut durchgemischt sind. Die Fällungsreaktion verläuft so rasch und gleichmäßig, daß auch eine kontinuierliche Arbeitsweise möglich ist. Dabei muß für intensive Durchmischung an den Stellen der Zudosierung gesorgt werden.

Die Menge an Fällungsmittel richtet sich nach dem gewünschten Zweck. Im allgemeinen wird man etwa 0,3 bis 3 °/o Polyäthylenimin auf Kunststoff einsetzen. Größere Mengen sind möglich, aber nur selten erforderlich. Das Mengenverhältnis zwischen den beiden Fällungskomponenten entspricht etwa ihrem Äquivalentgewicht. Wenn z. B. Polyäthylenimin mit dem Natriumsalz der Polyacrylsäure kombiniert wird, liegt das günstigste Gewichtsverhältnis bei etwa 1:2,2. Abweichungen von diesem Verhältnis sind möglich. Vorzugsweise wird die Stoffmischung bei p_H-Werten zwischen 6 und 9 angesetzt und etwa bei diesem p_H-Wert weiterverarbeitet, z. B. entwässert.

Je nach Art der Weiterverarbeitung und dem verwendeten Kunststoff empfiehlt es sich dem Faserstoff-Kunststoff-Gemisch in bekannter Weise Weichmacher zuzusetzen. Vorteile ergeben sich, wenn man diesen Weichmacheranteil erst hinzufügt, wenn der Wasseranteil ganz oder teilweise mechanisch oder thermisch entfernt ist. So kann z. B. beim Herausarbeiten auf der Papiermaschine der Weichmacher in Form einer wäßrigen Emulsion mit Hilfe einer Leimpresse aufgetragen werden, der Weichmacheranteil kann dabei in weiten Grenzen variiert werden. Steht keine geeignete Auftragsvorrichtung zur Verfügung, kann der Weichmacher dem Stoffgemisch auch von vornherein beigegeben werden. Zahlreiche thermoplastische Kunststoffe können ganz ohne Weichmacherzusatz verwendet werden.

Beispiel 1

Ein gebleichter Holzzellstoff wird in einer Stoffdichte von etwa 5% in üblicher Weise in Refinern oder ähnlichen kontinuierlich arbeitenden Mahlaggregaten auf etwa 25° SR gemahlen. Danach werden dem Faserstoffbrei bei einem Durchsatz von etwa 4 m³/h (= etwa 200 kg Faserstoff/h) nacheinander etwa Im³Zh einer 20%igen Dispersion eines innerlich weichgemachten Mischpolymerisats auf Basis Polyvinylacetat (== etwa 200 kg Kunststoff/h) und etwa 1,5 kg/h Polyäthylenimin gelöst in etwa 2001 Wasser hinzugefügt. Nach Durchlaufen einer Faserstoffpumpe, die für gute Durchmischung sorgt, und Verdünnen mit Wasser auf eine Stoffdichte von etwa 2% wird in das Faserstoff-Kunststoff-Gemisch mit Hilfe eines Injektors etwa 1 m³/h einer auf etwa p_H 8 bis 9 eingestellten 0,2%igen Lösung von polyacrylsaurem Natrium (= etwa 2Jc£_Troekensubstanz) eingetragen. Das Stoffgemiscn wird wenn nötig weiter" mit Wasser verdünnt und anschließend sofort z. B. auf einer Papiermaschine herausgearbeitet. Das entstehende trockene bahnförmige Material enthält etwa 45% Kunststoffanteile und kann je nach Verwendungszweck als Papier oder Karton gefertigt werden.

Beispiel 2

100 kg ungebleichter Holzzellstoff werden in einer Stoffdichte von 6% in Wasser suspendiert und auf etwa 30° SR in einem Holländer gemahlen. Danach fügt man 150 kg Emulsionspolyvinylchlorid mit K-Wert etwa 60 als feines Pulver zu, im Holländer oder in einer Mischbütte, und mischt gut durch. Als weitere Zugabe folgen 3 kg Polyäthylenimin in etwa

ίο l'°/oiger wäßriger Lösung. Nach gründlichem Durchmischen setzt man eine Lösung von 6 kg polyacrylsaurem Ammonium in O,5°/oiger wäßriger Lösung dazu. Wenn kein geeignetes stark durchmischendes Dosiergerät zur Verfügung steht, hat die Zugabe langsam zu erfolgen.

Das Faserstoffgemisch kann anschließend sofort z. B. auf einer Papiermaschine herausgefahren werden. Man erhält dann ein Material, in dem etwa 55% Kunststoffanteile enthalten sind.

Ist der späteren Verarbeitung wegen ein Zusatz von Weichmacher erwünscht, so wird dieser zweckmäßig auf einer sogenannten Leimpresse aufgebracht. Um einen Weichmachergehalt von etwa 20% zu erzielen, arbeitet man mit einer wäßrigen Emulsion

as z. B. von Dibutylphtalat, die etwa 15'⁰Mg eingestellt ist.

Die in den Beispielen beschriebenen Materialien können weiterverarbeitet werden z. B. auf Preßmassen, faserarmierte Formkörper, Folien od. dgl., wobei das Kunststoffasergemisch unter der Einwirkung von Druck und Wärme verdichtet und der Kunststoffanteil ausgeliert wird. Je nach dem Verarbeitungszweck kann man den Kunststoffgehalt variieren zwischen etwa 20 und 80%. Bei Formkörpern kann es zweckmäßig sein, schon den Trocknungsprozeß in der Form durchzuführen.

Werden die in den Beispielen genannten Stoffgemische aus den gleichen Mengen Zellstoff und Kunststoff ohne die erfindungsgemäßen Zusätze herausgearbeitet, jedoch unter Verwendung von Aluminiumsulfat als Füllungsmittel, ergibt sich bei den fertigen Materialien nur ein Kunststoffgehalt von etwa 30 bis 40%; außerdem treten erhebliche Entwässerungs- und Schaumschwierigkeiten auf. Solche Stoffgemische lassen sich nicht störungsfrei auf der Papiermaschine herausfahren.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Verfahren zur Herstellung von mit thermoplastischen Kunststoffen gefüllten Fasermaterialien durch Ausfällen bzw. Koagulieren der in Pulverform oder als wäßrige Dispersion dem Stoffbrei zugesetzten Kunststoffe auf der Faser, dadurch gekennzeichnet, daß als Fäll- bzw. Koaguliermittel in beliebiger Reihenfolge eine hochmolekulare, wasserlösliche Stickstoffbase, wie Polyäthylenimin, und ein hochmolekulares, wasserlösliches Salz einer Polycarbonsäure, wie Polyacrylsäure, zugesetzt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: F. OhI: »Imprägnieren von Papier und Pappe«, 1954, S. 81 bis 88.