FI68099C - FOER REFRIGERATION FOR FLAMMING OF CELLULOSE MATERIAL - Google Patents

Description

m ^KUULUTUSJULKAISU /; o Π Q Q «flPlp B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 0 0 0 7 7 C (45> ρ„Γ"( ' irj5 (51) Kv.lk.4/lnt.CI.4 D 21 D 3/00 // D 21 J 1/00 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansöknlng 783&37 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 28 11 78 <F«) (23) Alkupäivä — Glltighetsdag 28.11.78 (41) Tullut julkiseksi — Bllvit offentllg 30.05.79m ^ ADVERTISING PUBLICATION /; o Π QQ «flPlp B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 0 0 0 7 7 C (45> ρ„ Γ "('irj5 (51) Kv.lk.4 / lnt.CI.4 D 21 D 3/00 // D 21 J 1 / 00 FINLAND —FINLAND (21) Patent application - Patentansöknlng 783 & 37 (22) Application date - Ansökningsdag 28 11 78 <F «) (23) Starting date - Glltighetsdag 28.11.78 (41) Published public - Bllvit offentllg 30.05.79

Patentti- ja rekisterihallitus ^ Nähtäviksipanon ja kuul.julkalsun pvm. — _National Board of Patents and Registration ^ Date of display and publication. - _

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 29 ·03 ·ο5 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet 29 · 1 1 .77 02.11.78 Ruotsi-Sverige(SE) 7713^97“1 , 78113^8-7 (71) Alby Klorat AB, S - 77^+ 00 Avesta, Södra Skogsägarna AB, Skogsudden, S-351 89 Växjö, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Mats-Olov Hedblom, Avesta, Zoja Lindh-Nömm, Strömsnäsbruk, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Forssen s Salomaa Oy (5*0 Menetelmä liekinkestävän selluloosamateriaalin valmistamiseksi -Förfarande för framstäl1 ning av flamfast cellulosamaterialPatent- och registerstyrelsen 'Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 29 · 03 · ο5 (32) (33) (31) Privilege requested — Begärd priority 29 · 1 1 .77 02.11.78 Sweden-Sweden (SE) 7713 ^ 97 “ 1, 78113 ^ 8-7 (71) Alby Klorat AB, S - 77 ^ + 00 Avesta, Södra Skogsägarna AB, Skogsudden, S-351 89 Växjö, Sweden-Sweden (SE) (72) Mats-Olov Hedblom, Avesta, Zoja Lindh-Nömm, Strömsnäsbruk, Sweden-Sweden (SE) (7 * 0 Forssen s Salomaa Oy (5 * 0 Method for the production of flame-retardant cellulosic material -Förfarande för framstäl1 Ning av flamfast cellulosamaterial

Teiniä keksintö koskee uutta menetelmää tehdä selluloosakuiduista muodostuva materiaali liekinkestäväksi ja erityisesti koskee keksintö erikoisen kuivaustekniikan käyttöä parannetun väliaikaisen tai pysyvän liekinkestävyyden aikaansaamiseksi selluloosapitoiseen materiaaliin.The invention relates to a novel method for making a cellulosic fibrous material flame resistant and in particular to the use of a special drying technique to provide improved temporary or permanent flame resistance to a cellulosic material.

Ilmaisulla "selluloosapitoinen materiaali" tarkoitetaan tässä yhteydessä kaiken tyyppisiä selluloosamassoja puuhiokkeista -selluloosaan.The term "cellulosic material" as used herein means all types of cellulosic pulps from wood chips to cellulose.

Että materiaali on "pysyvästi liekinkestävä", tarkoittaa sitä, että materiaali vähintään kolme tuntia kestävän veteenupotuksen ja kuivauksen jälkeen, kun se asetetaan alttiiksi bunsen-polttimen liekille, ei ylläpidä liekkiä eikä myöskään salli mitään ei-toivottua jälkihehkumista. Että materiaali on väliaikaisesti liekinkestävä, merkitsee sitä, että materiaalin liekinkestävyys katoaa, kun materiaali joutuu alttiiksi liotukselle, eikä se täytä pysyvälle iie-kinkestävyydelle asetettuja vaatimuksia.The fact that the material is "permanently flame-retardant" means that the material, after immersion and drying for at least three hours when exposed to the flame of a bunsen burner, does not maintain a flame and also does not allow any unwanted afterglow. The fact that the material is temporarily flame-retardant means that the flame-retardancy of the material is lost when the material is exposed to soaking and does not meet the requirements for permanent flame-retardant resistance.

Tunnetut menetelmät selluloosapitoisen materiaalin tekemiseksi liekinkestäväksi rakentuvat periaatteelle, että jo valmiit, kui- 2 68099 vatut tuotteet erillisessä vaiheessa kyllästetään liekinsuojäävällä kemikaalilla ja kuivataan sen jälkeen uudelleen. Sellaisten tekijöiden, kuten tuotteiden muodon, tiheyden, pinnanlaadun, jne. johdosta liittyy siihen kuitenkin suuria vaikeuksia ja tietyissä olosuhteissa on käytännössä mahdotonta saavuttaa liekinsuojaavan kemikaalin riittävän tasainen jakaantuminen tuotteeseen. Vastaavista syistä liittyy sitä seuraavaan kuivaukseen myös usein suuria ongelmia.The known methods for making a cellulosic material flame-resistant are based on the principle that the already finished, dried products are impregnated with a flame-retardant chemical in a separate step and then re-dried. However, due to factors such as the shape, density, surface quality, etc. of the products, it presents great difficulties and in certain circumstances it is practically impossible to achieve a sufficiently even distribution of the flame retardant chemical in the product. For similar reasons, subsequent drying is often associated with major problems.

Tämän keksinnön tarkoitus on aikaansaada liekinkestävä materiaali, jossa liekinkestävä kemikaali on tasaisesti jaettu selluloosamate-riaalin sisään.It is an object of the present invention to provide a flame retardant material in which a flame retardant chemical is evenly distributed within a cellulosic material.

Keksinnön toinen tarkoitus on aikaansaada liekinkestävä selluloosa-pitoinen materiaali, mikä materiaali aina toivomuksen mukaan tehdään pysyvästi tai väliaikaisesti liekinkestäväksi yksinkertaistetulla menetelmällä, jossa on kyllästysvaihe ennen selluloosapitoi-sen materiaalin kuivausta, mikä täytyy tapahtua siitä riippumatta, halutaanko liekkisuojata selluloosapitoinen materiaali vai ei. Liekinsuojausvaihe sisältyy siis yhteenliittyvänä osana selluloosa-pitoisen materiaalin valmistukseen, mikä materiaali sitten muotoillaan eri tavoin riippuen tarkoitetusta lopullisesta käytöstä. Tämä merkitsee sitä, että tunnettuihin menetelmiin verrattuna voidaan täysin eliminoida yksi Icuivausvaihe.Another object of the invention is to provide a flame-retardant cellulosic material, which material is always desired to be permanently or temporarily flame-retardant by a simplified process having an impregnation step before drying the cellulosic material, whether or not a flame retardant cellulosic material is desired. The flame protection step is thus included as an integral part in the production of the cellulosic material, which material is then shaped in different ways depending on the intended end use. This means that, compared to known methods, one drying step can be completely eliminated.

Esitetyt edut saavutetaan tämän keksinnön mukaan siten, että etupäässä vesipitoinen, selluloosapitoinen materiaali kyllästetään liekinsuojäävällä kemikaalilla, joka on liuotettu tai suspendoitu veteen, että kyllästetty materiaali hajotetaan, esim. revitään, ja mahdollisesti kuohkeutetaan sekä että tällä tavalla saatu materiaali laitetaan kuivaukseen ja mahdollisesti kovetukseen systeemissä, jossa on lämmin, etupäässä pyörteinen kaasuvirtaus, joka samalla kuljettaa selluloosapitoista materiaalia kuivaus- (ja kovetus-) systeemin sisällä.The advantages presented according to the present invention are achieved in that the primarily aqueous cellulosic material is impregnated with a flame retardant chemical dissolved or suspended in water, the impregnated material is decomposed, e.g. torn, and optionally fluffed, and the material thus obtained is dried and optionally cured. with a warm, predominantly turbulent gas flow which at the same time conveys the cellulosic material inside the drying (and curing) system.

Kyllästys liekinkestävällä kemikaalilla voi tapahtua tunnetulla tavalla, jolloin on oleellista, että kyllästys tapahtuu siten, että saadaan kemikaalin tasainen jakaantuminen selluloosapitoisen materiaalin sisällä. Jotta lisätään kyllästysaineen tunkeutumakykyä, tl ') 68099 voidaan lisätä pinta-aktiivista ainetta. Kyllästysaine, eli liekin-suojaava kemikaali tai useiden erilaisten kemikaalien yhdistelmä, on tällöin liuotettuna tai suspendoituna veteen. Keksintöä ei ole rajoitettu liekinsuojaavan kemikaalin mihinkään erityiseen tyyppiin, mutta on tietenkin sopivaa valita sellaisia kemikaaleja, jotka eivät aiheuta häiriöitä kuivauksessa ja mahdollisesti kove-tuksessa käytettävään lämpötilaan tai aiheuta ympäristöepäpuhtauk-sia. Esimerkkejä sopivista liekinsuojäävistä kemikaaleista ovat fosforihapot, amidofosforihapot, airnnoniumfos- faatit, ammoniumsulfaatit, aimnoniumsulfamaatit, ammoniumamidofos-faatit, ammoniumamidopolyfosfaatit, ammoniumpolyfosfaatit, boori-happo, natriumboraatit, aluminiumhydroksidi, ammoniumkloridi, am-moniumbromidi, kaliumaluminiumsulfaatti, antimonioksidi yhdessä halogeenin kanssa, fosfaatit tai .fosforihappo yhdessä karbamidin kanssa, liekinsuojaavan kemikaalin konsentraation täytyy olla riittävä liekinkestävän materiaalin aikaansaamiseksi ja liekinsuo jaavan kemikaalin tehokas määrä nousee tavallisesti arvoon noin 5-60 paino-% laskettuna kuivasta massasta.Impregnation with a flame-retardant chemical can take place in a known manner, in which case it is essential that the impregnation takes place in such a way as to obtain an even distribution of the chemical within the cellulosic material. In order to increase the penetration of the impregnating agent, a surfactant can be added. The impregnating agent, i.e. a flame-retardant chemical or a combination of several different chemicals, is then dissolved or suspended in water. The invention is not limited to any particular type of flame retardant chemical, but it is, of course, suitable to select chemicals which do not interfere with the temperature used for drying and possibly curing or which cause environmental contaminants. Examples of suitable liekinsuojäävistä chemicals are phosphoric acids, amidofosforihapot, airnnoniumfos- phosphates, ammonium sulfate, aimnoniumsulfamaatit, ammoniumamidofos-phosphates, ammoniumamidopolyfosfaatit, ammonium, boron acid, sodium borate, aluminum hydroxide, ammonium chloride, am bromide, kaliumaluminiumsulfaatti, antimony oxide in combination with a halogen, phosphates or .fosforihappo together with urea, the concentration of the flame retardant chemical must be sufficient to provide a flame retardant material, and the effective amount of the flame retardant chemical usually rises to about 5-60% by weight based on the dry mass.

Ennenkuin kastettu tai kyllästetty materiaali menee kuivaussysteemiin, on tärkeää, että materiaali laitetaan mekaaniseen hajotukseen, kuten repimiseen ja mahdollisesti kuohkeutukseen, niin että se saa sopivan muodon kuivaussysteemissä tapahtuvaa jatkokäsittelyä varten.Before the dipped or impregnated material enters the drying system, it is important that the material be subjected to mechanical disintegration, such as tearing and possibly fluffing, so that it acquires a suitable shape for further processing in the drying system.

Kyllästetty ja sopivassa määrin hienonnettu, selluloosapitoinen materiaali viedään sitten kuivaussysteemiin, jossa se kohtaa lämpimän kaasuvirran, jonka virtausnopeus ylittää sisäänmenevän materiaalin leijuntanopeuden. On sopivaa, että kuivaussysteemissä oleva kaasuvirta on pyörteinen ja että kuidut selluloosapitoisessa materiaalissa ovat pääasiassa vapaana olevien kuitujen muodossa.The impregnated and appropriately comminuted cellulosic material is then introduced into a drying system where it encounters a warm gas stream whose flow rate exceeds the fluidization rate of the incoming material. It is suitable that the gas flow in the drying system is turbulent and that the fibers in the cellulosic material are mainly in the form of free fibers.

Jotta kuivausta ja mahdollista kovetusta voidaan ohjata ja säätää, on sopivaa järjestää lämmityselin, kuten öljypoltin, yhteen tai useampaan kohtaan kuivaussysteemissä, samoin kuin poistaa vesihöyry, mikä muodostuu selluloosapitoista kuitumateriaalia lämmitettäessä. Vesihöyryn erottaminen selluloosapitoisesta kuitumateriaalista voi edullisesti tapahtua sykloonityyppisessä separaattorissa. Järjestämällä tällä tavalla yksi tai useampia kuivauslaitteita ja yksi tai useampia separaattoreita kuivaussysteemiin voidaan 4 68099 edullisella tavalla ohjata ja säätää läimnitys-kuivaus-(kovetus)-prosessia selluloosapitoisessa kuitumateriaalissa ja sovittaa kuivaus ja kovetus käytetyn selluloosapitoisen lähtömateriaalin, lie-kinsuojaavan kemikaalin sekä saadun tuotteen halutun lopullisen käytön mukaan.In order to control and regulate the drying and possible curing, it is suitable to provide a heating element, such as an oil burner, at one or more points in the drying system, as well as to remove water vapor formed when heating the cellulosic fibrous material. The separation of water vapor from the cellulosic fibrous material can advantageously take place in a cyclone-type separator. By arranging in this way one or more drying devices and one or more separators in the drying system, the dilution-drying (curing) process in the cellulosic fibrous material can be advantageously controlled and adjusted and the drying and curing of the spent cellulosic starting material pro rata.

Eräs kuivauslaitetyyppi, mikä toimii esitetyn periaatteen mukaan, on niin kutsuttu hiutalekuivain. Tätä kuivauslaitetta käytetään erilaisten massojen kuivaamiseen, mutta sitä ei ole tähän mennessä milloinkaan käytetty liekkisuojatun selluloosamateriaalin kuivaamiseen.One type of dryer that works according to the principle presented is the so-called flake dryer. This dryer is used to dry various pulps, but has never before been used to dry flame-retardant cellulosic material.

Tämän keksinnön mukaisessa kuivausmenetelmässä muodostuu liekin-suojaavan aineen ja selluloosakuitujen yhdistelmä ja saadaan kuituinen selluloosapitoinen materiaali, joka on liekinkestävä olematta pysyvästi liekinkestävä, mikä monia tarkoituksia varten on täysin tyydyttävä. Jos kuitenkin halutaan valmistaa materiaali, joka on pysyvästi liekinkestävä, käytetään tiettyjä liekinsuojääviä aineita, kuten fosforihappoa tai ammoniumfosfaatteja karbami-din kanssa tai amidoxosforihappojen ammoniumsuoloja tai amidopoly-fosforihappoja mahdollisesti karbamidin kanssa ja toimitaan vielä lisää kohotetussa lämpötilassa lruivausvaiheen loppuosaan liitetyssä kovetusvaiheessa reaktion, eli kovetuksen, aikaansaamiseksi kuitujen ja liekinsuojaavan aineen välillä, lämpötilat kaivauksen ja mahdollisesti kovetuksen aikana kuten myös viipyrrisaika kuivaus- (ja kovetus-)systeemissä vaihtelevat tietenkin riippuen käytetystä selluloosapitoisesta lähtömateriaalista, liekinsuojäävästä kemikaalista ja halutusta lopputuotteesta ja ne voidaan yksinkertaisin kokein määrätä jokaista yksittäistä tapausta varten.The drying process of the present invention forms a combination of a flame retardant and cellulosic fibers to obtain a fibrous cellulosic material that is flame resistant without being permanently flame resistant, which is completely satisfactory for many purposes. However, if it is desired to produce a material which is permanently flame-retardant, certain flame retardants such as phosphoric acid or ammonium phosphates with urea or ammonium salts of amidoxosphoric acids or amidopoly-phosphoric acids are optionally reacted with the urea and further between the fibers and the flame retardant, temperatures during excavation and possibly curing as well as residence time in the drying (and curing) system will, of course, vary depending on the cellulosic feedstock used, flame retardant chemical and desired end product and can be determined by simple experiments.

Tätä keksintöä valaistaan lisää seuraavilla esimerkeillä:The present invention is further illustrated by the following examples:

Esimerkki 1Example 1

Kolmella kuivausvaiheella varustettuun hiutalekuivaimeen vietiin täysin valkaistusta selluloosasta muodostuva massarata perinteisellä tavalla kaivaukseen. Vedenpoistopuristimen jälkeen, mutta ennen karkea- ja hienorepimisvaiheita kyllästettiin massa 50-pro-senttisella ammoniumpolyfosfaattiliuoksella suihkuttamalla siten, että se sisälsi 25 % anmoniumpolyfosfaattia laskettuna lruivapai- " 5 ---------- 68099 nosta laskettuna kuivasta massasta. Noin 1 minuutti liekinsuoja-aineen lisäyksen jälkeen otettiin näyte ulostulevasta kuivatusta massasta, mikä oli liekinkestävä. Mitään poikkeuksellisuuksia tuotantoprosessissa ei voitu huomata.A pulp dryer made of fully bleached cellulose was introduced into a flake dryer equipped with three drying steps in a conventional manner. After the dewatering press, but before the coarse and fine tearing steps, the pulp was impregnated with a 50% ammonium polyphosphate solution by spraying so that it contained 25% of ammonium polyphosphate, calculated on the dry mass. About 1 minute. after the addition of the flame retardant, a sample of the effluent dried pulp was taken, which was flame resistant.No exceptions in the production process could be observed.

Esimerkki 2Example 2

Esimerkin 1 koe toistettiin, mutta liekinsuoja-aineen lisäys oli noin 15%.The experiment of Example 1 was repeated, but the addition of flame retardant was about 15%.

Ulosotettu massa osoitti tyydyttävää liekinkestävyyttä.The extracted mass showed satisfactory flame resistance.

Esimerkki 5Example 5

Esimerkin 1 koe toistettiin, mutta lisättiin noin 205^ ammoniumsul-famaattia laskettuna kuivapainosta laskettuna kuivasta massasta. Uiosotetulla massalla oli tyydyttävä liekinkestävyys.The experiment of Example 1 was repeated, but about 205% of ammonium sulfamate based on dry weight was added. The floated pulp had satisfactory flame resistance.

Esimerkki AExample A

Liuotusastiaan, jossa oli 60 osaa vettä, lisättiin voimakkaasti sekoittaen 20 osaa hienoksijaettua hoorihappoa ja 20 osaa hienoksija-ettua "booraksia. Seos lämmitettiin lämpötilaan 60°C noin 2 tunnin ajaksi, jolloin suurehko osa lisättyä pulveria liukeni.To a dissolution vessel containing 60 parts of water were added with vigorous stirring 20 parts of finely divided chloric acid and 20 parts of finely divided borax. The mixture was heated to 60 ° C for about 2 hours, at which time most of the added powder dissolved.

Samalla tavalla kuin esimerkissä 1 lisättiin seos määrään 20?ό asti laskettuna kuivapainosta laskettuna kuivasta massasta.In the same manner as in Example 1, the mixture was added to an amount of up to 20% by dry weight based on dry mass.

Uiosotetulla massanäytteellä oli hyvä liekinkestävyys.The floated pulp sample had good flame resistance.

Esimerkki 5Example 5

Vedetön reaktiotuote NH3-P2O5 (valmistettu polttamalla alkuaine-fosforia kuivalla ilmalla pääasiassa kaasumaisen 72^5:ri valmistamiseksi, joka saatettu välittömästi reagoimaan UH^rn kanssa, jota oli ylimäärä PgO^in kanssa reagoivaan määrään verrattuna ja erottamalla reaktiotuote valkoisen pulverin muodossa), joka sisälsi 6,5% anidi-typpeä, liuotettiin veteen väkevyyteen 50%, minkä jälkeen pH asetettiin arvoon 6,5 lisäämällä ammoniumhydroksidiliuosta. Samalla tavalla kuin esimerkissä 1 lisättiin liuosta märään 20% (ajateltu kuivana) laskettuna kuivasta massasta.Anhydrous reaction product NH3-P2O5 (prepared by burning elemental phosphorus with dry air to produce a mainly gaseous 72 ^ 5 which was reacted immediately with an excess of UH ^ in excess of the amount reacting with PgO4 and separating the reaction product in the form of a white powder) which containing 6.5% anide nitrogen, was dissolved in water to a concentration of 50%, after which the pH was adjusted to 6.5 by adding ammonium hydroxide solution. In the same manner as in Example 1, the solution was added to a wet volume of 20% (calculated as dry).

Ulosotettu massanäyte osoittautua hyvin liekinkestäväksi.The extracted pulp sample proves to be very flame resistant.

6809968099

Esimerkki 6Example 6

Koe suoritettiin samalla tavalla kuin esimerkissä 5, mutta sillä erolla, että lämpötiloja hiutalekuivaimen kolmessa kuivausvaihees-sa lisättiin yli normaalin. Muuten käytetyillä edellytyksillä mitattiin seuraavat lähtölämpötilat kaasulle eri kuivausvaiheissa:The experiment was performed in the same manner as in Example 5, but with the difference that the temperatures in the three drying steps of the flake dryer were increased above normal. Under the other conditions used, the following outlet temperatures for the gas were measured at different drying stages:

kuivausvaihe 1 noin 100 °Cdrying step 1 about 100 ° C

kuivausvaihe 2 noin 140 °Cdrying step 2 about 140 ° C

kuivausvaihe 3 noin 180 °Cdrying step 3 about 180 ° C

Ulosotettu massa osoitti pysyvät liekinkestävyysominaisuudet.The extracted mass showed permanent flame resistance properties.

Claims (4)

7 680997 68099 1. Menetelmä kuituisen, liekinkestävän, selluloosapitoisen materiaalin valmistamiseksi kyllästämällä tulenkestävällä kemikaalilla, joka on liuotettu tai suspendoitu veteen, tunnettu siitä, että materiaali kyllästyksen jälkeen hajotetaan ja mahdollisesti kuidutetaan kuivana sekä 5 tällä tavalla saatu materiaali kuivataan hiutalekuivalmessa ja mahdollisesti kovetetaan.A process for producing a fibrous, flame-retardant, cellulosic material by impregnation with a refractory chemical dissolved or suspended in water, characterized in that the material is decomposed and optionally fiberized after impregnation, and the material thus obtained is dried in a flake-dry state and optionally cured. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään vesipitoista, selluloosapitoista materiaalia. 10Process according to Claim 1, characterized in that an aqueous, cellulosic material is used. 10 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että systeemissä muodostuva vesihöyry erotetaan selluloosapitoi-sesta materiaalista ja poistetaan systeemistä.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the water vapor generated in the system is separated from the cellulosic material and removed from the system. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että kyllästetty eelluloosapitoinen materiaali hajotetaan niin, että se kuivaus- (kovetus-)tapahtuman aikana on pääasiassa vapaana olevien kuitujen muodossa.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the impregnated cellulosic material is decomposed so that it is mainly in the form of free fibers during the drying (curing) process.