DE102009013515A1

DE102009013515A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Schwammkörpern aus regenerierter Cellulose und ein Schwammkörper

Info

Publication number: DE102009013515A1
Application number: DE102009013515A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Hunger; Jörg Hausdorf; Heike Dr. Nowottnick; Niklas KVARNLÖF; Peter Lehnhardt
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-23
Also published as: SI2408346T1; US20120023690A1; RU2011142169A; HRP20180474T1; CA2755643A1; PT2408346T; CN102341024A; PL2408346T3; EP2408346A2; DK2408346T3; WO2010105806A2; EP2408346B1; WO2010105806A3; EP2408346B8; ES2661010T3

Abstract

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Schwammkörpern (1) aus regenerierter Cellulose unter Verwendung von zumindest teilweise agglomerierten Porenbildern aus Natriumsulfatdekahydrat bei dem zunächst eine Viskoselösung bereitgestellt wird, dieser Viskoselösung der Porenbildner zugemischt wird, die Viskoselösung auf einem sich kontinuierlich bewegenden Transportband abgelegt wird, wobei die Viskoselösung auf dem Transportband durch Bäder geführt wird, wodurch sich eine poröse Masse aus regenerierter Cellulose bildet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwammkörpern aus regenerierter Cellulose unter Verwendung von Porenbildnern aus Natriumsulfatdekahydrat bei dem zunächst eine Viskoselösung bereit gestellt wird, dieser Viskoselösung der Porenbildner zugemischt wird, die Viskoselösung auf einem Transportband abgelegt wird, wobei die Viskoselösung auf dem Transportband durch Bäder geführt wird, wodurch sich eine poröse Masse aus regenerierter Cellulose bildet und einen Schwammkörper, der nach dem Verfahren erhältlich ist.
Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 196 23 704 C1 bekannt Dort ist beschrieben, welche Verfahrensschritte allgemein erforderlich sind, um aus Cellulose einen Schwammkörper herzustellen. In verschiedenen Verfahrensschritten wird aus Zellstoff in einer Xanthogenierungsreaktion Viskose hergestellt. Diese wird mit Natriumsulfatdekahydrat, auch als Glaubersalz bekannt, als Porenbildner vermischt auf einem Transportband abgelegt und durch mehrere Bäder geführt, wobei das Xanthogenat aufgespalten und der Porenbildner herausgelöst wird. Dabei entsteht ein schwammartiges Gebilde.
Aus der DE 1 569 226 ist es bekannt, den Porenbildner zu großen Kristallen zu agglomerieren. Dabei wird der Porenbildner durch Zusammenpressen zu großen Kristallen kompaktiert. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Porenbildner aus Natriumsulfatdekahydrat, da dieses einen Schmelzpunkt von etwa 32°C aufweist und dabei in eigenem Kristallwasser schmilzt. Durch das Zusammenpressen schmelzen die miteinander zu verpressenden Kristalle teilweise auf, wodurch sich die einzelnen Kristalle miteinander verbinden, wobei die Verbindung nach Beendigung des Pressvorganges erhalten bleibt.
Schwammkörper können entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich hergestellt werden. Die kontinuierliche Herstellung ist zwar besonders effektiv, allerdings ist bei diesem Verfahren die maximale Dicke des Schwammkörpers bislang auf etwa 1 cm begrenzt. Derartig hergestellte Schwammkörper können als Rollenware weiterverarbeitet werden. Dies ermöglicht ein besonders effektiven Folgeprozess. Zum Herstellen dickerer Schwammkörper sind aber eine besonders geringe Transportgeschwindigkeit und eine besonders große Auftragsmenge erforderlich. Dabei besteht die Gefahr, dass die auf das Transportband abgelegte Viskose-Glaubersalz-Mischung in sich zusammensinkt und die Poren zusammenfallen, wodurch sich ein Schwammkörper mit geringer Dicke und hohem Raumgewicht ergibt. Das diskontinuierliche Verfahren erlaubt zwar die Herstellung größerer Schwammkörper, jedoch ist die Herstellung aufwendiger und kostenintensiver und der Schwammkörper muss allseitig zugeschnitten werden. Dadurch ergeben sich große Abfallmengen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Schwammkörpers aus regenerierter Cellulose zu entwickeln, welches eine kostengünstige Herstellung von Schwammkörpern mit großer Dicke erlaubt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 5 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Schwammkörpern aus regenerierter Cellulose unter Verwendung von zumindest teilweise agglomerierten Porenbildnern zunächst eine Viskoselösung bereit gestellt, dieser Viskoselösung der Porenbildner zugemischt, die Viskoselösung auf einem sich kontinuierlich bewegenden Transportband abgelegt, wobei die Viskoselösung auf dem Transportband durch Bäder geführt wird, wodurch sich eine poröse Masse aus regenerierter Cellulose bildet. Die mit dem Porenbildner versetzte Viskoselösung wird durch eine etwa auf 100°C erhitzte Flüssigkeit geführt. Dabei schmelzen die Porenbildner auf und durch die hohe Salzkonzentration koaguliert die Viskoselösung an der Grenzfläche und es bilden sich stabile Poren heraus. Des Weiteren wird die Viskose in Cellulose überführt und der Porenbildner wird aus dem sich nun gebildeten Schwammkörper herausgewaschen. Porenbildner im Sinne der Erfindung bestehen aus einem Alkali- oder Erdalkalisalz einer anorganischen Säure, wobei insbesondere Natriumsulfat und Magnesiumsulfat verwendbar sind, insbesondere kommt ein Porenbildnber Natriumsulfatdekahydrat in Frage. Dieser Porenbildner schmilzt bei 32°C im eigenen Kristallwasser auf. Diese Eigenschaft ermöglicht eine effektive Prozessführung zur Herstellung von Schwammkörpern. Die Verwendung von Natriumsulfatdekahydrat als Porenbildnet für den den vorbeschriebenen Prozess ist allgemein bekannt. Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung des Schwammkörpers durch Ablegen der Viskoselösung auf einem sich bewegenden Transportband kontinuierlich, so dass die Schwammkörper besonders effektiv und kostengünstig hergestellt werden können. Überraschenderweise wurde dabei festgestellt, dass die agglomerierten Porenbildner während der kontinuierlichen Fertigung mechanisch stabil sind. Es bilden sich verhältnismäßig große und dabei auch sehr gleichmäßige Poren, so dass Schwammkörper mit großer Dicke und einem besonders geringen Raumgewicht hergestellt werden können. Die großen agglomerierten Porenbildner können in großen Mengen der Viskoselösung beigemischt werden. So ist es möglich, einem Teil Viskoselösung 5 Teile Porenbildner beizumischen. Als Ergebnis ergibt sich ein Schwammkörper mit einem besonders geringen Raumgewicht. Es kann also bei guter Verwendbarkeit des Schwammkörpers Rohstoff und Energie eingespart werden. Dieser Kostenvorteil ergibt sich insbesondere auch bei der Herstellung dünner etwa 0,5 cm dicker Schwammtücher. Des Weiteren ist es nicht erforderlich die Transportgeschwindigkeit des Transportbandes zu verringern, um einen erfindungsgemäßen Schwammkörper großer Dicke herzustellen. Es ist auch denkbar, nur einen Teil der Porenbildner zu agglomerieren und einen weiteren Teil der Porenbildner in der ursprünglichen Korngröße der Viskoselösung beizumischen. Dabei erhält man eine Mischung verschieden großer Porenbildner, was zu verschieden großen Poren führt. Dabei können die feineren Porenbildner insbesondere Zwischenräume zwischen den großen Porenbildnern ausfüllen. So kann im Ergebnis ein Schwammkörper mit einer größeren Porosität hergestellt werden, als bei einer Verwendung von ausschließlich agglomerierten Porenbildnern möglich wäre. Der Viskoselösung können Zuschlagstoffe, insbesondere Baumwollfasern und Farbstoffen zugemischt werden, um bessere Festigkeitswerte und besondere Farbausgestaltungen des Schwammkörpers zu erhalten.
Der Porenbildner kann pelletiert werden. Pelletieren ist ein rein mechanisches Verfahren, um einzelne Porenbildner-Kristalle zu kompaktieren. Im Vergleich zu Kompaktierungs-Verfahren bei denen der Porenbildner zunächst aufgeschmolzen wird, um ihn dann in großen Einheiten zu kristallisieren, ist das Pelletieren ein Verfahren, welches besonders schnell ist und dabei einen geringen Energiebedarf aufweist. Je nach Ausgestaltung der Pelletiereinrichtung können Porenbildner-Pellets in verschiedenen Formen und Dimensionen hergestellt werden. Durch den Druck, den die Pelletiereinrichtung auf die Porenbildner ausübt, schmelzen die Porenbildner-Kristalle an den Korngrenzen auf und verbinden sich nach dem Rekristallisieren fest mit den benachbarten Porenbildner-Kristallen. Dabei ist es nicht erforderlich, zusätzlich Wärmeenergie zuzuführen. Im Sinne der Erfindung ist Pelletieren somit eine spezielle, nämlich rein mechanische Methode, der Kompaktierung. Kompaktierungsverfahren, bei denen eine Kompaktierung ein Aufschmelzen und anschließendes Kristallisieren des Porenbildners zu großen Einheiten umfasst, sind nicht Gegenstand dieses Anspruchs.
Der Porenbildner kann in stäbchenform vorliegen. Derartige Formen lassen sich besonders einfach herstellen. Beispielsweise können die Porenbildner dazu durch einen Siebkörper gepresst werden. Die Dicke und die Länge der kompaktierten Porenbildner können angepasst werden.
Der Porenbildner kann reiskornförmig vorliegen. Für die Stabilität des Schwammkörpers ist es vorteilhaft, wenn die Porenbildner und damit die aus den Porenbildnern gebildeten Poren abgerundet ausgebildet sind und keine scharfen Kanten aufweisen. In diesem Sinne ist es auch denkbar, die Porenbildner in anderen abgerundeten Geometrien herzustellen.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Schwammkörper weist eine Dicke bis zu 3 cm, bevorzugt bis zu 2 cm auf. Ein nach dem üblichen Verfahren mit kleinkristallinem Porenbildner hergestellter Schwammkörper weist eine maximale Dicke von etwa 1 cm auf. Um diese Dicke zu erreichen, ist es allerdings bei dem herkömmlichen Verfahren notwendig, die Transportgeschwindigkeit sehr stark zu reduzieren. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die kontinuierliche Herstellung von Schwammkörpern, die wesentlich dicker als 1 cm, nämlich bis zu 3 cm sind, wobei der erfindungsgemäße Schwammkörper ein besonders niedriges Raumgewicht aufweist.
Das Raumgewicht des Schwammkörpers kann zwischen 35 und 55 kg/m³ betragen. Als Raumgewicht wird die Dichte des porösen Schwammkörpers einschließlich der in dem Schwammkörper eingeschlossenen Poren bezeichnet. Das Raumgewicht wird auch als Rohdichte bezeichnet. Üblicherweise liegt das Raumgewicht eines Schwammkörpers der in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt wurde bei etwa 60 kg/m³ bei einer Dicke die typischerweise im Bereich kleiner als 1 cm liegt. Für den erfindungsgemäßen Schwammkörper ist somit je Volumeneinheit eine geringere Menge an Viskoselösung erforderlich. Derartige Schwammkörper mit geringem Raumgewicht weisen vorteilhafterweise eine besonders hohe Wasseraufnahmekapazität auf.
Der Schwammkörper kann wenigstens zwei Hauptseiten aufweisen. Derartige Schwammkörper sind im Wesentlichen flach ausgebildet, wie es beispielsweise von Schwammtüchern bekannt ist. Beide Hauptseiten können dabei Wischflächen bilden und mit der zu reinigenden Fläche in Kontakt gebracht werden.
Zumindest eine Hauptseite kann durch eine Haut gebildet sein. Eine derartige Haut bildet sich stets an der Grenzfläche des Schwammkörpers im Rohzustand bei einer Herstellung nach dem zuvor beschriebenen Verfahren. Insbesondere diskontinuierlich hergestellte Schwammkörper weisen eine derartige Haut häufig nicht auf, da die Schwammkörper allseitig zugeschnitten werden müssen. Bei diesen Schwammkörpern bildet die Schnittfläche die Grenzfläche. Bei dem erfindungsgemäßen Schwammkörper ist insbesondere vorteilhaft, dass dieser mit großer Dicke hergestellt werden kann, wobei die Hauptseiten von vornherein das gewünschte Profil aufweisen. Es ist lediglich erforderlich, den Schwammkörper an dessen Seiten auf die gewünschte Größe zuzuschneiden. Bei dem Schwammkörper mit Haut ist insbesondere vorteilhaft, dass durch die relativ geschlossene Oberfläche, der Schwammkörper mechanisch besonders stabil ist, einen angenehmen Griff hat, aber Wasser trotzdem gut aufnimmt.
Zumindest eine Hauptseite kann profiliert sein. Bei dem erfindungsgemäßen Schwammkörper erfolgt das Einprägen der Profilierung bereits beim Ablegen der Viskoselösung auf dem Transportband.
Zumindest eine Hauptseite kann mit einer Abrasivschicht versehen sein. Die Abrasivschicht kann dabei aufgesprüht oder auflaminiert werden, wobei sich das Aufsprühen der Abrasivschicht besonders einfach und effektiv in den Herstellprozess integrieren lässt. Die Abrasivschicht kann dabei aus einem Binder, beispielsweise einem Harz, und aus abrasiven Partikeln organischen und/oder anorganischen Ursprungs bestehen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Schwammkörpers werden nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Diese zeigen, jeweils schematisch:
1 ein Schwammtuch im Schnitt;
2 ein Schwammtuch mit einer abrasiven Beschichtung im Schnitt.
Ausführung der Erfindung
1 zeigt einen Schwammkörper 1, hergestellt aus regenerierter Cellulose. Die Herstellung des Schwammkörpers 1 erfolgt in einem kontinuierlichen Verfahren unter Verwendung von teilweise agglomerierten Porenbildnern aus Natriumsulfatdekahydrat. Dazu wurden die Porenbildner in einer Pelletiereinrichtung pelletiert, wobei die Walzen der Pelletiereinrichtung so ausgestaltet sind, dass die Porenbildner reiskornförmig vorliegen. Zur Herstellung des Schwammkörpers 1 wird zunächst nach dem bekannten Xanthogenierungverfahren eine Viskoselösung hergestellt. Dieser Viskoselösung wird der Porenbildner zugemischt, die Viskoselösung mit den beigemischen Porenbildner wird mittels eines Extruders auf einem sich kontinuierlich bewegenden Transportband abgelegt. Anschließend wird die Viskoselösung auf dem Transportband durch Bäder enthaltend heißes Wasser und gegebenenfalls Natronlauge geführt, Dabei schmelzen die Porenbildner auf, die Viskoselösung beginnt um die verflüssigten Porenbildner herum an zu koagulieren und es bildet sich eine poröse Masse aus regenerierter Cellulose.
Der nach diesem Verfahren hergestellte Schwammkörper 1 weist eine Dicke von 2,5 cm und ein Raumgewicht von 50 kg/m³ auf. Der Schwammkörper 1 ist ein flächiger Gegenstand mit zwei Hauptseiten 2, 3, die beide als Wischfläche verwendbar sind. Beide Hauptseiten 2, 3 werden durch die herstellungsbedingt entstandene Haut 4 begrenzt und eine Hauptseite 2 ist profiliert und weist eine Rillenstruktur auf.
2 zeigt einen Schwammkörper gemäß 1, wobei dieser Schwammkörper 1 auf einer Hauptseite 3 mit einer Abrasivschicht 5 versehen ist. Die Abrasivschicht 5 besteht aus einem Binder und anorganischen abrasiven Partikeln. Die Abrasivschicht 5 wurde mittels Sprühverfahren auf den Schwammkörper aufgetragen. in anderen Ausgestaltungen kann die Abrasivschicht 5 aus gebundenen Fasern bestehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19623704 C1 [0002]
- DE 1569226 [0003]

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Schwammkörpern (1) aus regenerierter Cellulose unter Verwendung von zumindest teilweise agglomerierten Porenbildnern bei dem zunächst eine Viskoselösung bereit gestellt wird, dieser Viskoselösung der Porenbildner zugemischt wird, die Viskoselösung auf einem sich kontinuierlich bewegenden Transportband abgelegt wird, wobei die Viskoselösung auf dem Transportband durch Bäder geführt wird, wodurch sich eine poröse Masse aus regenerierter Cellulose bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenbildner pelletiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenbildner in stäbchenform vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenbildner reiskornförmig vorliegt.
Schwammkörper hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwammkörper (1) eine Dicke bis zu 3 cm, bevorzugt bis zu 2 cm aufweist.
Schwammkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumgewicht des Schwammkörpers (1) zwischen 35 und 55 kg/m³ beträgt.
Schwammkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwammkörper (1) wenigstens zwei Hauptseiten (2, 3) aufweist.
Schwammkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Hauptseite (2, 3) durch eine Haut (4) gebildet ist.
Schwammkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Hauptseite (2, 3) profiliert ist.
Schwammkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Hauptseite (2, 3) mit einer Abrasivschicht (5) versehen ist.