Flammfestes Vlies, das Celluloseregeneratfasern umfasst

Abstract

 Beschrieben wird flammfestes Vlies (9), das Celluloseregeneratfasern umfasst, die mit einem Flammschutzmittel beaufschlagt sind, wobei das flammfeste Vlies einen LOI-Wert (limiting oxygen index) von mindestens 65 aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben auf einer Papiermaschine.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein flammfestes Vlies, das Celluloseregeneratfasern umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

[0002] Cryogene Tanksysteme, beispielsweise Lagertanks oder Transporttanks für temperaturempfindliche Substanzen wie z.B. flüssige Gase, bestehen üblicherweise aus einem äußeren Tank und einem inneren Tank, wobei der innere Tank so in den äußeren Tank eingesetzt ist, dass zwischen dem äußeren und dem inneren Tank ein Raum verbleibt, der im Hinblick auf eine gute Isolierwirkung evakuiert werden kann. Um die Isolierwirkung zu verbessern, sind darüber hinaus sowohl der äußere als auch der innere Tank üblicherweise mit Isoliermaterialien umgeben.

[0003] Während die Isolierung des äußeren Tanks in vielfältiger Weise erfolgt, ist der innere Tank üblicherweise mit einer cryogenen Isolierung umhüllt. Die cryogene Isolierung erfordert dabei insbesondere die folgenden Eigenschaften:

1. Barrierewirkung, um einen konvektiven Wärmetransport zu verhindern,

2. geringe oder keine Entflammbarkeit, um einen Brand von entflammbaren Substanzen im Tanksystem zu verhindern, und

3. geringe Feuchtigkeitsaufnahme, um ein Evakuieren des Zwischenraums zu erleichtern.

[0004] So ist beispielsweise aus der WO-A-97/17149 bekannt, den inneren Tank mit einer cryogenen Isolierung auszurüsten, bei der es sich um ein Verbundgebilde aus einem Glasfaservlies oder einem Glasfasergewebe und einer Aluminiumfolie handelt.

[0005] Wie auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist, können jedoch bei Glasfasergeweben und/oder -vliesen im Falle eines Bruchs oder einer Zerstörung des Gewebes oder des Vlieses hartkristalline Faserfragmente auftreten, die nach gesicherten Erkenntnissen für bestimmte Erkrankungen, wie Silikose, ursächlich sind.

[0006] So ist die Verwendung von Glasfasern bei diesen Tanksystemen mit dem Nachteil behaftet, dass bei einem Bruch des Tanksystems und einer damit verbundenen Beschädigung der relativ dünnen Schichten, die um den inneren Tank gewickelt sind, eine Gesundheitsgefahr für die damit in Berührung kommenden Personen besteht und darüber hinaus die Entsorgung derartiger Tankbehältnisse hohe Entsorgungskosten aufwirft.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, ein feuerfestes Isoliermaterial für ein cryogenes Tanksystem anzugeben, das frei von den obigen Nachteilen ist.

[0008] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein flammfestes Vlies, das Celluloseregeneratfasern umfasst, auf die ein Flammschutzmittel beaufschlagt ist, wobei das Vlies dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen LOI-Wert (limiting oxygen index) von mindestens 65 aufweist.

[0009] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Vlieses, das Celluloseregeneratfasern umfasst, mit einem LOI-Wert von mindestens 65 durch Beaufschlagen einer Aufschlämmung von Celluloseregeneratfasern umfassenden Fasern mit einem Flammschutzmittel auf einer Papiermaschine.

[0010] Unter "Vlies" verstehen wir erfindungsgemäß nicht gewebte, flächenförmige Materialien, die zu wesentlichen Anteilen aus synthetischen Fasern bestehen.

[0011] Erfindungsgemäß handelt es sich bei den zur Herstellung des erfindungsgemäßen Vlieses verwendeten Fasern um mahlbare und fibrillierbare Celluloseregeneratfasern, die gegebenenfalls 0,1 bis 90 %, bezogen auf das Papiergewicht, natürliche und/oder synthetische Langfasern enthalten können.

[0012] Celluloseregeneratfasern werden in der Fachliteratur (siehe beispielsweise Fachlexikon Chemie, Bd. 2, Verlag Harri Deutsch, Thun, 1979, S.1551) als Chemiefaserstoffe definiert, die durch Regenerieren gelöster Cellulose nach dem Naßspinnverfahren gewonnen werden.

[0013] Bei den Langfasern kann es sich beispielsweise um solche aus Nadelholzzellstoffen, aus Sisal-, Kenaf-, Jute-, Hanf-, Flachs-, Abacafasern sowie synthetische Fasern wie beispielsweise Polyester- und Polyethylenfasern handeln.

[0014] Bei den erfindungsgemäß verwendeten Celluloseregeneratfasern handelt es sich vorzugsweise um die auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Lyocellfasern.

[0015] Die Herstellung der Lyocellfasern ist auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt. Üblicherweise wird Zellstoff in einer wässrigen Aminoxidlösung aufgelöst. Die daraus entstandene Lösung wird anschließend in verdünntem Aminoxid zu Cellulose in Faserform extrudiert, wobei die erhaltenen Fasern nach einem Waschen gegebenenfalls einer auf den Endverbrauch abgestimmten Veredelungsbehandlung unterzogen werden können.

[0016] In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden als Ausgangsmaterialien Fasern mit einem Mahlgrad von 5 bis 75 °SR (der Mahlgrad wird erfindungsgemäß in auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannter Weise mit einem Mahlgradprüfgerät nach Schopper-Riegler durchgeführt), zweckmäßigerweise mit einem Mahlgrad von 30 bis 60 °SR und vorzugsweise mit einem Mahlgrad von 45 bis 55 °SR verwendet.

[0017] Bei den erfindungsgemäß verwendeten Flammschutzmitteln handelt es sich üblicherweise um phosphor- und/oder stickstoffhaltige Verbindungen, die einzeln oder in Kombinationen eingesetzt werden können.

[0018] Beispiele für verwendbare Phosphorverbindungen sind organische Phosphorverbindungen, wie cyclische und acyclische Phosphonatund Diphosphonatester, Alkylphosphonsäuren und deren Salze, chlorierte Phosphorverbindungen, wie chlorierte Phosphonatester oder chlorierte Phosphatester, organische Phosphorstickstoffverbindungen, wie Alkylaminphosphatsalze, Aminophosphonsäuren und deren Salze, oder anorganische Phosphorverbindungen, wie Ammoniumsalze von Phosphaten und Polyphosphaten, z.B. Ammoniumdihydrogenphosphat oder Natriumdihydrogenphosphat, Pyrophosphorsäuren oder um beliebige Kombinationen der obigen Verbindungen.

[0019] Beispiele für Stickstoffverbindungen sind Harnstoff, Thioharnstoff, Cyanamide, Dicyanamide, Methylolcyanamide, Cyanate wie Ammoniumcyanat, Thiocyanate und Melamine.

[0020] Vorzugsweise werden erfindungsgemäß wässrige Lösungen anorganischer Dihydrogenphosphate in Kombination mit Alkylphosphonsäuren bzw. Cyanamiden eingesetzt.

[0021] Der Anteil des beaufschlagten Flammschutzmittels beträgt erfindungsgemäß üblicherweise mindestens 40 Gew.-%, bezogen auf das Fasergewicht, zweckmäßigerweise mindestens 100 Gew.-%, und vorzugsweise mindestens 150 Gew.-% Flammschutzmittel.

[0022] Erfindungsgemäß wurde nämlich in überraschender Weise festgestellt, dass ein entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Flammschutzmittel beaufschlagtes erfindungsgemäßes Vlies unter Aufrechterhaltung der anderen wichtigen physikalischen Eigenschaften des Vlieses, wie Festigkeit und Dehnung, eine sehr hohe Menge Flammschutzmittel aufzunehmen vermag.

[0023] So besitzt das erfindungsgemäße Vlies in einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise bei einem Flächengewicht von 27 g/m² nach Beaufschlagung üblicherweise eine Bruchkraft in Längsrichtung von mehr als 3,2 N/15 mm, zweckmäßigerweise von mehr als 5,0 N/15 mm und vorzugsweise von mehr als 6,5 N/15 mm.

[0024] Ferner weist das erfindungsgemäße Vlies in einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise bei einem Flächengewicht von 27 g/m² nach Beaufschlagung üblicherweise eine Bruchkraft in Querrichtung von mehr als 1,0 N/15 mm, zweckmäßigerweise von mehr als 2,0 N/15 mm und vorzugsweise von mehr als 2,5 N/15 mm auf.

[0025] Die Bruchkraft in Längs- bzw. Querrichtung wurde dabei erfindungsgemäß gemäß DIN EN ISO 1924/2 bestimmt.

[0026] Ferner besitzt das erfindungsgemäße Vlies in einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise bei einem Flächengewicht von 27 g/m² nach Beaufschlagung üblicherweise eine Bruchdehnung in Längsrichtung von mehr als 0,5 %, zweckmäßigerweise von mehr als 0,7 % und vorzugsweise von mehr als 0,8 %.

[0027] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt das erfindungsgemäße Vlies ferner beispielsweise bei einem Flächengewicht von 27 g/m² nach Beaufschlagung üblicherweise eine Bruchdehnung in Querrichtung von mehr als 0,5 %, zweckmäßigerweise von mehr als 0,9 % und vorzugsweise von mehr als 1,2 %. Die Bruchdehnung in Längs- bzw. Querrichtung wurde dabei erfindungsgemäß gemäß DIN EN ISO 1924/2 bestimmt.

[0028] Für den Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet ist es offensichtlich, dass die oben beschriebenen Parameter Bruchkraft und Bruchdehnung bei dem erfindungsgemäßen Vlies mit zunehmendem Flächengewicht ansteigen, während der im folgenden beschriebene Parameter Luftdurchlässigkeit mit zunehmendem Flächengewicht abnimmt.

[0029] Die Flammschutzeigenschaft der erfindungsgemäßen Vliese wurde erfindungsgemäß über die Angabe des LOI-Werts (limiting oxygen index) gemäß ASTM-D-2863 bestimmt. In zweckmäßiger Weise besitzt das erfindungsgemäße Vlies einen LOI-Wert von mehr als 75 und vorzugsweise einen LOI-Wert von mehr als 85.

[0030] Diese ausgezeichneten Flammschutzeigenschaften des erfindungsgemäßen Vlieses führen dazu, dass die erfindungsgemäßen flammfesten Vliese eine geringe Reaktionsfähigkeit bei Einwirkung von Sauerstoffdruckstößen (BAM) sowie eine geringe Reaktionsfähigkeit bei Einwirkung von flüssigem Sauerstoff bei Schlagbeanspruchung (BAM) aufweisen.

[0031] In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das erfindungsgemäße Vlies darüber hinaus eine hohe Luftdurchlässigkeit von mehr als 2500 l/m²s, vorzugsweise von mehr als 2800 l/m²s. Die Luftdurchlässigkeit wurde dabei erfindungsgemäß durch Akustrommessung gemäß DIN EN ISO 9237 bestimmt.

[0032] Aufgrund der trotz der hohen Beladung mit Flammschutzmittel hohen Luftdurchlässigkeit des erfindungsgemäßen Vlieses, die erfindungsgemäß erreicht wird, lässt sich der Zwischenraum zwischen dem inneren und äußeren Tank bei einem mit dem erfindungsgemäßen Vlies als cryogener Isolierung hergestellten cryogenen Tanksystem sowie der cryogenen Isolierschicht selbst leicht evakuieren, da das erfindungsgemäße Vlies nur eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme zeigt.

[0033] Das erfindungsgemäße Vlies besitzt zweckmäßigerweise ohne Einbeziehung der zu beaufschlagenden Zusatzbestandteile einschließlich Flammschutzmittel ein Flächenbasisgewicht von 8 bis 50 g/m² und vorzugsweise von 9 bis 30 g/m².

[0034] Das Flächengewicht wurde hierbei erfindungsgemäß gemäß DIN ISO 536 bestimmt.

[0035] Einschließlich der beaufschlagten Zusatzbestandteile beträgt das Flächengewicht des erfindungsgemäßen Vlieses zweckmäßigerweise 11 bis 150 g/m² und vorzugsweise 27 bis 90 g/m².

[0036] Aufgrund der günstigen Flächengewichte sind erfindungsgemäß in einer bevorzugten Ausführungsform geringe Vliesdicken von 50 bis 200 µm erhältlich. Dies ermöglicht es, dass das erfindungsgemäße Vlies in mehreren Lagen um den inneren Tank eines cryogenen Tanksystems gelegt werden kann, was wiederum eine starke Barrierewirkung für den konvektiven Wärmetransport, die durch das erfindungsgemäße Vlies erreicht wird, bedingt.

[0037] Gegenstand einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Vlieses, das Celluloseregeneratfasern umfasst, mit einem LOI-Wert von mindestens 65 durch Beaufschlagen einer Aufschlämmung von Cellulosefasern mit einem Flammschutzmittel auf einer Papiermaschine.

[0038] In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Papiermaschine eine Schrägsiebpapiermaschine, wie sie dem Stand der Technik entspricht und in der beigefügten Figur abgebildet ist, verwendet.

[0039] In der Figur zeigen:

A

Fasergemisch und Wasser für die Grundschicht

B

Fasergemisch und Wasser für die Deckschicht

3

Bütte für die Grundschicht

4

Bütte für die Deckschicht

5

umlaufendes Sieb

6,7,8

Entwässerungskammern

9

Papierbahn

10

Trockenzylinder

11

Tambouraufrollung

[0040] Wie oben ausgeführt, werden erfindungsgemäß bevorzugt als Ausgangsmaterialien Fasern verwendet, die einer Mahlung unterzogen wurden. Hierbei wird erfindungsgemäß bevorzugt ein zu verwendendes Fasergemisch einer Mahlung beispielsweise unter Verwendung eines Refiners unterzogen.

[0041] Um während des Mahlens eine Schaumbildung der zu mahlenden Fasern zu verhindern, kann dem Fasergemisch ein Entschäumer zugesetzt werden.

[0042] Üblicherweise wird dabei der Entschäumer in einer Menge von 0,001 bis 5 Vol.-%, bezogen auf das Fasergemisch, mitverwendet. Bei dem zu verwendenden Entschäumer handelt es sich üblicherweise um auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannte Entschäumer, beispielsweise um wässrige Emulsionen aliphatischer Hydroxyverbindungen.

[0043] Erfindungsgemäß werden in bevorzugter Weise Fasern mit einem Mahlgrad von 5 bis 75 °SR (der Mahlgrad wird erfindungsgemäß in auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannter Weise mit einem Mahlgradprüfgerät nach Schopper-Riegler durchgeführt), zweckmäßigerweise mit einem Mahlgrad von 30 bis 60 °SR und vorzugsweise mit einem Mahlgrad von 45 bis 55 °SR verwendet.

[0044] Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass bei Verwendung von Fasern mit einem geeigneten Mahlgrad die durch die Faser-Faser-Bindung erreichten Festigkeiten des erfindungsgemäßen Vlieses verbessert werden können. So hat sich erfindungsgemäß gezeigt, dass durch den Einsatz von Fasern mit einem geeigneten Mahlgrad auf die Mitverwendung eines die Festigkeit verbessernden Bindemittels bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Vlieses verzichtet werden kann. Aufgrund des Nichtvorliegens eines Bindemittels wird erfindungsgemäß die Aufnahmefähigkeit des erfindungsgemäßen Vlieses für das Flammschutzmittel nicht beeinträchtigt. Dies ist umso überraschender, da üblicherweise bei Beaufschlagung der Fasern mit einer hier verwendeten, größeren Menge Flammschutzmittel die Mitverwendung eines Bindemittels notwendig ist. Darüber hinaus bringt der Verzicht auf die Mitverwendung von Bindemitteln erfindungsgemäß den Vorteil, dass die Flammfestigkeit des erfindungsgemäßen Vlieses nicht verschlechtert wird.

[0045] Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden das Verfahren detailliert beschrieben.

[0046] Üblicherweise wird in einer ersten Stufe aus Celluloseregeneratfasern sowie gegebenenfalls Langfasern natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs mit Wasser eine Fasersuspension hergestellt, die über einen sogenannten Stoffauflauf der Papiermaschine zugeführt wird. Diese besitzt im wesentlichen ein umlaufendes Sieb, welches über eine Anzahl von Entwässerungskammern hinweggeführt wird.

[0047] Über geeignete Rohrleitungen und Pumpvorrichtungen wird die Suspension auf das Sieb über erste Entwässerungskammern geleitet, wobei durch die Kammern und die Entwässerungsleitung das Wasser abgesaugt wird. Dabei bildet sich auf dem bewegten Sieb eine Faserschicht.

[0048] Die nunmehr gebildete Faserschicht wird von dem Sieb abgenommen und einer Trocknung zugeführt. Diese Trocknung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, z. B. durch Kontakttrocknung oder Durchströmtrocknung. In bevorzugter Weise handelt es sich bei der Trocknung um eine Durchströmtrocknung unter Verwendung von Heißluft.

[0049] Anschließend wird das erhaltene Vlies auf eine Rolle aufgerollt.

[0050] Um das erfindungsgemäße Vlies im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Flammschutzmittel zu beaufschlagen, bieten sich also während des Produktionsprozesses verschiedene Verfahrensstufen als Zugabeort der Flammschutzmittel an:

1) Die Zugabe der Flammschutzmittel kann in der Leimpresse (wäßrige Lösung, Emulsion, Dispersion) während des Produktionsprozesses erfolgen; oder

2) Des weiteren besteht die Möglichkeit der Zugabe im Rahmen weiterer Verfahrensstufen, z.B. beim Sprühbalken oder bei der Befeuchtungseinrichtung am Ende des Produktionsprozesses. Üblicherweise werden die Flammschutzmittel in der handelsüblichen Form ohne Mitverwendung von Wasser auf das Trägermaterial aufgebracht.

[0051] Die folgenden Beispiele sollen der weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen.

Beispiel 1

[0052] Handelsübliche Lyocellfasern einer mittleren Faserlänge von 8 mm, die keine weiteren Faserzumischungen umfassen, werden einer Mahlung unerzogen, wobei 44 °SR (Schopper-Riegler) eingestellt werden. Vor der Mahlung wird ein handelsüblicher Entschäumer (Afranil®, wässrige Emulsion aliphatischer Hydroxyverbindungen) zu einem Anteil von 0,05%, bezogen auf das Fasergewicht, zugegeben.

[0053] Nach Aufbringen über den Stoffauflauf auf das Papiermaschinensieb wird nach einer ersten Trocknung über einen Durchstromtrocker das Vlies in der Leimpresse mit einer Mischung handelsüblicher Flammschutzmittel (1:1-Mischung aus Antiblaze® (eine wässrigen Lösung von Polyphosphorsäuresalzen) und Dicyandiamid (Cyanoguanidin)) behandelt.

[0054] Die über den Stoffauflauf auf das bewegte Sieb aufgebrachte Fasermenge wird so eingestellt, dass das Vlies ohne Beaufschlagung ein Flächengewicht von 9 g/m² hat.

[0055] Nach Beaufschlagung wird ein Flächengewicht von 27 g/m² erreicht.

[0056] Folgende Eigenschaften des erfindungsgemäßen Vlieses wurden gemessen:

Flächengewicht (somit Beaufschlagung von 144 Gew.-%, bezogen auf die Fasergewicht)	22 g/m2
Bruchkraft längs	7,40 N/15mm2
Bruchkraft quer	2,85 N/15mm2
Bruchdehnung längs	0,9 %
Bruchdehnung quer	1,4 %
Luftdurchlässigkeit (Akustron)	2820 l/m2s
LOI (limiting oxygen index)	81

Beispiel 2:

[0057] Unter gleicher Vorgehensweise wie in Beispiel 1 aber Verwendung des im Handel befindlichen Flammschutzmittels Ukadur HV (Hersteller: Fa. Schill & Seilacher) und variierter Mahlung (49°SR (Schopper-Riegler)) wurden bei Einstellung eines Flächengewichtes von 9 g/m² folgende Eigenschaften des erfindungsgemäßen Vlieses gemessen:

Flächengewicht (somit eine Beaufschlagung von 200 Gew.-%, bezogen auf das Fasergewicht)	27 g/m2
Bruchkraft längs	7,92 N/15mm2
Bruchkraft quer	2,96 N/15mm2
Bruchdehnung längs	0,9 %
Bruchdehnung quer	1,3 %
Luftdurchlässigkeit (Akustron)	2750 l/m2s
LOI (limiting oxygen index)	92

Ansprüche

1. Flammfestes Vlies, das Celluloseregeneratfasern umfasst, die mit einem Flammschutzmittel beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen LOI-Wert (limiting oxygen index) von mindestens 65 aufweist.

2. Flammfestes Vlies nach Anspruch 1, bei dem die Celluloseregeneratfasern mahlbar und fibrillierbar sind und aus Lyocellfasern bestehen.

3. Flammfestes Vlies nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Flächengewicht zwischen 11 und 150 m²/g liegt.

3. Flammfestes Vlies nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Flammschutzmittel aus cyclischen und acyclischen Phosphonatund Diphosphonatester, Alkylphosphonsäuren, chlorierten Phosphorverbindungen, organischen Phosphorstickstoffverbindungen oder anorganischen Phosphorverbindungen, Pyrophosphorsäuren, organischen Stickstoffverbindungen oder beliebigen Kombinationen der obigen Verbindungen ausgewählt ist.

4. Flammfestes Vlies nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil des beaufschlagten Flammschutzmittels mindestens 40 Gew.-%, bezogen auf das Fasergewicht, beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Vlieses, das Celluloseregeneratfasern umfasst, mit einem LOI-Wert von mindestens 65 durch Beaufschlagen einer Aufschlämmung von Celluloseregeneratfasern umfassenden Fasern mit einem Flammschutzmittel auf einer Papiermaschine.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Celluloseregeneratfasern aus Lyocellfasern bestehen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die als Ausgangsmaterialien verwendeten Fasern einen Mahlgrad von 5 bis 75 °SR besitzen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Zugabe des Flammschutzmittels in der Leimpresse erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Zugabe über einen Sprühbalken oder eine Befeuchtungseinrichtung erfolgt.

Zeichnung