DE102016125699A1

DE102016125699A1 - Düsenanordnung, Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls, Verwendung derselben, Verfahren zur Plasmabehandlung eines Stoffs oder einer Kunststofffolie, plasmabehandelter Vliesstoff und Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102016125699A1
Application number: DE102016125699.4A
Authority: DE
Inventors: Syed Salman Asad; Andreas Liebert; Christian Buske
Original assignee: Plasmatreat GmbH
Current assignee: Plasmatreat GmbH
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düsenanordnung (42, 42', 42") für eine Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls (12) mit einem Einlass (48), durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl (12) in die Düsenanordnung (42, 42', 42") eingeleitet werden kann, und mit einem Kanal (56), der so mit dem Einlass (48) verbunden ist, dass ein durch den Einlass (48) in die Düsenanordnung (42, 42', 42") eingeleiteter Plasmastrahl (12) durch den Kanal (56) geleitet wird, wobei entlang des Kanals (56) mehrere Düsenöffnungen (62) in der Kanalwand vorgesehen sind, durch die ein durch den Kanal (56) geleiteter Plasmastrahl (12) aus der Düsenanordnung (42, 42', 42") austreten kann. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls (12) mit einer solchen Düsenanordnung, deren Verwendung, ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines Stoffs (72), den entsprechend plasmabehandelten Stoff (72) und einen Hygieneartikel (88) aufweisend eine Lage (86, 88) aus plasmabehandeltem Vliesstoff (72).

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenanordnung für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit einem Einlass, durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingeleitet werden kann, und mit einem Kanal, der so mit dem Einlass verbunden ist, dass ein durch den Einlass in die Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl durch den Kanal geleitet wird. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines Stoffs oder einer Kunststofffolie sowie einen plasmabehandelten Vliesstoff.
Bei der Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen (sogenannten Krankenauflagen) werden Lagen aus Vliesstoff, insbesondere sogenannte Aufnahmeschichten und Verteilerschichten eingesetzt, mit denen Flüssigkeit schnell von der Hautoberfläche in ein Absorbermaterial, typischerweise in eine Lage mit sogenannten Superabsorbern (superabsorbierenden Polymeren) geleitet werden soll. Die Verteilerschichten werden in der Praxis häufig auch als AQL (Acquisition Layer) oder ADL (Acquisition Distribution Layer) bezeichnet.
Diese Vliesstofflagen, insbesondere ADLs/AQLs, gibt es in unterschiedlichen Qualitäten. Die Qualität der Vliesstofflage ergibt sich aus der sogenannten Durchdringzeit von Flüssigkeiten (engl. (liquid) strike-through time), bestimmt nach ISO 9073-13:2006, die ein Maß für die Geschwindigkeit darstellt, mit der Flüssigkeit von der Vliesstofflage aufgenommen und weitergegeben wird. Je geringer die Durchdringzeit ist, desto besser ist die Funktion der Vliesstofflage in der Windel, Binde oder Auflage.
Da die Vliesstofflagen, insbesondere die ADLs/AQLs, einen erheblichen Anteil der Materialkosten der Windel, Binde oder Auflage ausmachen, werden für preisgünstige Produkte häufig Vliesstofflagen minderer Qualität mit hohen Durchdringzeiten verwendet, wodurch sich die Funktion der Windel, Binde oder Auflage verschlechtert. Für höherwertige Produkte werden Vliesstofflagen höherer Qualität verwendet. Diese sind jedoch zum einen teurer und weisen zum anderen ein höheres Flächengewicht auf, wodurch sich auch ein höherer Materialverbrauch und ein höheres Gewicht der Windel, Binde bzw. Auflage ergeben.
Es besteht ein Bedürfnis, die Durchdringzeiten von dünnen bzw. preisgünstigen Vliesstofflagen bzw. ADLs/AQLs zu verbessern, um auf diese Weise Windeln, Binden oder Auflagen guter Qualität preisgünstiger herstellen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen insbesondere die Durchdringzeit von Vliesstofflagen, insbesondere von ADLs/AQLs, verbessert werden kann.
Gemäß einer ersten Lehre wird diese Aufgabe bei einer Düsenanordnung für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit einem Einlass, durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingeleitet werden kann, und mit einem Kanal, der so mit dem Einlass verbunden ist, dass ein durch den Einlass in die Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl durch den Kanal geleitet wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass entlang des Kanals mehrere Düsenöffnungen in der Kanalwand vorgesehen sind, durch die ein durch den Kanal geleiteter Plasmastrahl aus der Düsenanordnung austreten kann.
Weiterhin wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit einem Entladungsraum, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, in dem Entladungsraum einen atmosphärischen Plasmastrahl zu erzeugen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Düsenanordnung der zuvor beschriebenen Art derart an den Entladungsraum angeschlossen ist, dass ein im Entladungsraum erzeugter Plasmastrahl in den Einlass der Düsenanordnung eingeleitet wird.
Es wurde erkannt, dass sich die Durchdringzeit von Vliesstoffen verbessern lässt, indem der Vliesstoff mit einem atmosphärischen Plasmastrahl behandelt wird. Es stellte sich jedoch heraus, dass aus dem Stand der Technik bekannte Plasmadüsen zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls für diesen Zweck schlecht geeignet sind, da die für Windeln, Binden und Auflagen verwendeten, dünnen Vliesstoffe sehr temperaturempfindlich sind und bei Einwirkung durch einen atmosphärischen Plasmastrahl schnell beschädigt werden, insbesondere reißen oder schmelzen. Auch eine Koronabehandlung bzw. eine Behandlung mit dielektrisch behinderter Entladung stellt keine sinnvolle Alternative dar, da diese durch die damit verbundenen Streamer und Entladungsfilamente zu Löchern in den Vliesstoffen führt, im Gegensatz zu einem Plasmastrahl nur sehr oberflächlich wirkt und nur eine geringe Reduzierung der Durchdringzeit bewirkt. Eine schonendere Behandlung wäre zwar mit Niederdruckplasma möglich, jedoch sind derartige Systeme teuer und lassen sich schlecht in Produktionsstraßen integrieren, insbesondere nicht mit dem typischerweise geforderten Produktionsdurchsatz.
Mit der zuvor beschriebenen Düsenanordnung und der zuvor beschriebenen Vorrichtung kann demgegenüber ein Plasmastrahl erzeugt werden, dessen Intensität einerseits ausreicht, um die Vliesstoffe derart zu behandeln, dass deren Durchdringzeit reduziert wird, und andererseits nicht zu stark ist, so dass die Vliesstoffe nicht beschädigt werden. In ähnlicher Weise haben sich die beschriebene Düsenanordnung und die beschriebene Vorrichtung auch als gut geeignet herausgestellt, um andere empfindliche Stoffe oder dünne Kunststofffolien mit Plasma zu behandeln, die durch einen Plasmastrahl aus einer konventionellen Plasmadüse beschädigt würden.
Die Düsenanordnung ist für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls vorgesehen. Die Düsenanordnung kann beispielsweise integral mit einer solchen Vorrichtung ausgebildet sein. Alternativ kann die Düsenanordnung auch als separates Bauteil ausgebildet sein, das zum Beispiel lösbar mit der übrigen Vorrichtung verbunden werden kann, zum Beispiel bei einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit austauschbarem Düsenkopf bzw. austauschbarer Düsenanordnung.
Die Düsenanordnung weist einen Einlass auf. Ist die Düsenanordnung beispielsweise als integraler Teil einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls ausgebildet, so kann es sich bei dem Einlass auch um einen lediglich gedachten Übergang von der übrigen Vorrichtung zur Düsenanordnung handeln, ohne dass eine körperliche Unterbrechung zwischen übriger Vorrichtung und Düsenanordnung vorliegen muss.
Durch den Einlass kann ein atmosphärischer Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingeleitet werden. Zu diesem Zweck ist die Düsenanordnung vorzugsweise derart mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls verbunden bzw. damit verbindbar, dass der Plasmastrahl im Betrieb durch den Einlass in die Düsenanordnung gelangt. Vorzugsweise weist die Düsenanordnung im Bereich des Einlasses entsprechende Kopplungsmittel auf wie zum Beispiel ein Gewinde, um die Düsenanordnung mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls zu verbinden.
Die Düsenanordnung weist einen Kanal auf, der so mit dem Einlass verbunden ist, dass ein durch den Einlass in die Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl durch den Kanal geleitet wird. Der Kanal kann zum Beispiel einen kreis- oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Entlang des Kanals sind mehrere Düsenöffnungen in der Kanalwand vorgesehen. Zu diesem Zweck weist der Kanal vorzugsweise einen im Wesentlichen geraden Kanalabschnitt auf, in dem die Düsenöffnungen hintereinander angeordnet sind. Die Anzahl der Düsenöffnungen kann bedarfsgemäß gewählt werden, wobei durch Erhöhung der Anzahl der Düsenöffnungen die Intensität der einzelnen Teilstrahlen reduziert werden kann. Vorzugsweise sind im Kanal jedoch mindestens fünf, weiter bevorzugt mindestens zehn Düsenöffnungen vorgesehen, um eine für die Behandlung empfindlicher Stoffe und Kunststofffolien geeignete Abschwächung der Teilstrahlintensitäten zu erreichen.
Durch die Düsenöffnung kann ein durch den Kanal geleiteter Plasmastrahl aus der Düsenanordnung austreten. Die Düsenöffnungen führen demnach aus dem Kanal nach außen. Der durch den Kanal geleitete Plasmastrahl dringt dann durch die Düsenöffnungen nach außen, so dass er in Form mehrerer Teilstrahlen aus der Düsenanordnung austritt. Durch diese Aufteilung des Plasmastrahls in mehrere Teilstrahlen wird einerseits erreicht, dass der Plasmastrahl über eine größere Breite wirken kann. Andererseits wird erreicht, dass die Intensität der einzelnen Teilstrahlen derart reduziert werden kann, dass empfindliche Stoffe, insbesondere Vliesstoffe, oder dünne Kunststofffolien durch die Teilstrahlen nicht beschädigt, aber gleichwohl effektiv plasmabehandelt werden können.
Die Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls weist einen Entladungsraum auf und ist dazu eingerichtet, in dem Entladungsraum einen atmosphärischen Plasmastrahl zu erzeugen. Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der DE 195 32 412 C2 .
Die Vorrichtung weist insbesondere ein Gehäuse, beispielsweise ein rohrförmiges Gehäuse auf, in dem der Entladungsraum vorgesehen ist.
Der atmosphärische Plasmastrahl wird in dem Entladungsraum vorzugsweise mittels einer elektrischen Entladung in einem Arbeitsgasstrom erzeugt. Durch die elektrische Entladung kommt es zur Anregung und partiellen Ionisierung des Arbeitsgases, so dass sich ein Plasma bildet, das durch den Arbeitsgasstrom als Plasmastrahl aus dem Entladungsraum austritt.
Zu diesem Zweck weist der Entladungsraum insbesondere einen Gaseinlass auf, durch den der Arbeitsgasstrom in den Entladungsraum gelangen kann. Für die elektrische Entladung ist im Entladungsraum vorzugsweise eine Innenelektrode angeordnet. Weiterhin ist vorzugsweise eine Außenelektrode vorgesehen, die zum Beispiel durch das Gehäuse selbst gebildet werden kann, beispielsweise durch ein als Gehäuse verwendetes Metallrohr.
An den Entladungsraum ist die zuvor beschriebene Düsenanordnung angeschlossen. Zu diesem Zweck können das Gehäuse und die Düsenanordnung korrespondierende Verbindungsmittel, beispielsweise Gewinde, aufweisen, mit der die Düsenanordnung derart an den Entladungsraum angeschlossen werden kann, dass ein im Entladungsraum erzeugter Plasmastrahl durch den Einlass der Düsenanordnung geleitet wird.
Gemäß einer zweiten Lehre wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch die Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Stoffs oder einer Kunststofffolie. Bei dem Stoff kann es sich insbesondere um einen Vliesstoff handeln.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines Stoffs oder einer Kunststofffolie unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung, bei dem mit der Vorrichtung ein atmosphärischer Plasmastrahl erzeugt wird, so dass der Plasmastrahl in Form mehrerer Teilstrahlen aus den Düsenöffnungen in der Kanalwandung austritt, und bei dem eine Oberfläche eines Stoffs oder einer Kunststofffolie mit den Teilstrahlen des Plasmastrahls beaufschlagt wird.
Durch die Aufteilung des Plasmastrahls in einzelne Teilstrahlen kann zum einen ein breiterer Bereich des Stoffs oder der Kunststofffolie gleichzeitig behandelt werden, so dass höhere Durchsätze bei der Plasmabehandlung erzielt werden können. Zum anderen ist eine Intensität der einzelnen Teilstrahlen erreichbar, so dass der Stoff bzw. die Kunststofffolie wirkungsvoll plasmabehandelt werden können, ohne sie zu beschädigen. Insbesondere kann erreicht werden, dass die Temperatur des Stoffs bzw. der Folie während der Plasmabehandlung durchgängig unter 100 °C oder sogar unter 50 °C liegt.
Zur Erzeugung des Plasmastrahls können als Arbeitsgas beispielsweise Luft, Wasserstoff-Stickstoff-Mischungen, Stickstoff oder Edelgase eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Stickstoff (N₂) oder Edelgase, insbesondere Argon, als Arbeitsgas eingesetzt, ggf. auch in Kombination, da auf diese Weise die Lebensdauer der Plasmaspezies im Plasmastrahl verlängert wird, so dass das Plasma auch nach Durchlaufen des Kanals noch eine ausreichend hohe Aktivität aufweist. Bei der Verwendung von Stickstoff als Arbeitsgas beträgt die Stickstoff-Konzentration im Arbeitsgas vorzugsweise mindestens 98 Gew.-%, insbesondere mindestens 99,5 Gew.- %.
Der zu behandelnde Stoff bzw. die Folie wird vorzugsweise bahnförmig bereitgestellt, beispielsweise von einer Rolle oder in einer Produktionsstraße, und an der Düsenanordnung vorbeigeführt, so dass die aus den Düsenöffnungen austretenden Teilstrahlen auf den Stoff bzw. die Folie gelangen.
Bei dem Stoff handelt es sich vorzugsweise um einen Vliesstoff, der insbesondere im Wesentlichen aus Kunstfasern, beispielsweise Polypropylen- oder Polyethylen-Fasern, aus Naturfasern, beispielsweise Baumwoll- oder Viskosefasern, und/oder aus anorganischen Fasern, beispielsweise Glasfasern, bestehen kann. Es hat sich herausgestellt, dass die Plasmabehandlung eines Vliesstoffs mit dem zuvor beschriebenen Verfahren bewirkt, dass sich an den einzelnen Fasern des Vliesstoffes funktionale Gruppen bilden, die die Hydrophilie der Fasern erhöht, so dass der Stoff Flüssigkeit besser aufnehmen kann.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Plasmabehandlung mit dem beschriebenen Verfahren dazu führt, dass die Dicke des Vliesstoffes zunimmt bei entsprechender Reduzierung der Dichte. In Versuchen wurden Dickenzunahmen um den Faktor fünf beobachtet. Es hat sich herausgestellt, dass dies zu einer kürzeren Durchdringzeit des Vliesstoffs führt. Dies lässt sich dadurch erklären, dass bei der Dickenzunahme und Dichtenabnahme sich Kapillare vermehrt im Wesentlichen senkrecht zur Stoffrichtung ausbilden, so dass Flüssigkeit schneller durch den Vliesstoff transportiert werden kann. Durch diese Effekte ergibt sich im Ergebnis eine kürzere Durchdringzeit des Vliesstoffes.
In Versuchen konnte mit der Plasmabehandlung eine Reduktion auf die Hälfte oder sogar auf ein Drittel der ursprünglichen Durchdringzeit des unbehandelten Vliesstoffes erreicht werden. Beispielsweise konnten durch die Plasmabehandlung mit einem dünnen preisgünstigen Vliesstoff mit einem Flächengewicht von 30 g/m² Durchdringzeiten erreicht werden, die denen eines hochwertigen Vliesstoffs mit 90 g/m² Flächengewicht entsprechen. Damit können mit dem Verfahren also leichte, preisgünstige Vliesstoffe mit guter Durchdringzeit hergestellt werden.
Entsprechend beträgt das Flächengewicht des Vliesstoffs, insbesondere des ADLs bzw. AQLs, vorzugsweise weniger als 90 g/m², insbesondere weniger als 50 g/m². Durch die beschriebene Plasmabehandlung dünner Vliesstoffe wird die Dicke der Vliesstoffe erhöht und deren Durchdringzeit verbessert, insbesondere auf Werte, die bisher nur von Vliesstoffen mit höherem Flächengewicht erreicht werden konnten. Die Dicke des Vliesstoffs beträgt vor der Plasmabehandlung vorzugsweise weniger als 5 mm.
In Versuchen hat sich zudem gezeigt, dass die durch die Plasmabehandlung hervorgerufene Dickenerhöhung des Vliesstoffes sehr stabil ist und sowohl über die Zeit als auch unter hohem Druck erhalten bleibt. In Versuchen blieben die Dicken der plasmabehandelten Vliesstoffe auch unter Drücken von 50.000 bis 300.000 Pa erhalten, was den typischen Drücken in einer Windelverpackung entspricht, da die Windeln beim Verpacken stark komprimiert werden. Nach Aufheben des Drucks nahmen die Vliesstoffe also wieder im Wesentlichen ihre vorherige Dicke nach der Plasmabehandlung an.
Weiterhin zeigte sich, dass die Eigenschaften der mit dem beschriebenen Verfahren plasmabehandelten Vliesstoffe über einen langen Zeitraum erhalten bleiben, insbesondere weil der Plasmastrahl tief in den Vliesstoff eindringt, während eine oberflächliche Koronabehandlung nur zu kurzzeitigen Effekten führt.
Entsprechend wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch einen plasmabehandelten Vliesstoff, insbesondere ADL bzw. AQL, hergestellt durch ein Verfahren mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Vliesstoffs und Plasmabehandeln des Vliesstoffs mit dem zuvor beschriebenen Verfahren. Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Hygieneartikel zur Aufnahme von Flüssigkeiten, insbesondere eine Binde, Windel oder Auflage, aufweisend eine Lage aus dem zuvor beschriebenen plasmabehandelten Vliesstoff. Derartige Hygieneartikel weisen aufgrund der verbesserten Durchdringzeit eine höhere Qualität bei gleichzeitig geringen Produktionskosten auf.
Ein mit dem beschriebenen Verfahren plasmabehandelter Vliesstoff lässt sich von unbehandelten Vliesstoffen gleicher Art insbesondere durch die durch die Plasmabehandlung hervorgerufene geringere Dichte und die durch die Plasmabehandlung hervorgerufene Hydrophilisierung durch die funktionalen Gruppen an den Fasern unterscheiden. Weist zum Beispiel ein ADL/AQL-Material normalerweise eine Dichte von 90 kg/m³ auf, so beträgt die Dichte des plasmabehandelten Materials insbesondere weniger als 45 kg/m³. Die Hydrophilisierung lässt sich durch die Messung des Kontaktwinkels von Wasser an den Fasern nachweisen. Dieser beträgt bei plasmabehandelten Vliesstoffen insbesondere weniger als 40° (gemessen direkt auf den Fasern des Vliesstoffs), während er bei unbehandelten Vliesstoffen darüber liegt. Die funktionalen Gruppen an den Fasern lassen sich auch direkt nachweisen, beispielsweise mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS).
Weiterhin ist das Verfahren zur Plasmabehandlung von Kunststofffolien geeignet. Durch die Plasmabehandlung von Folien können diese für einen nachfolgenden Bedruckungsvorgang oder ein Verkleben der Folien vorbereitet werden. Mit dem Verfahren wird eine gute Hydrophilisierung der Folienoberfläche erreicht, ohne dass die Folie beschädigt wird. Demgegenüber führten frühere Behandlungsversuche von Folien mit dielektrisch behinderten Entladungen nur zu geringeren Verbesserungen der Hydrophilisierung (auf max. 40 bis 55 mN/m). Die Verwendung konventioneller Plasmadüsen führte wegen der hohen thermischen Last häufig zur Beschädigung der Folien. Das Verfahren ist insbesondere für dünne Folien geeignet mit einer Dicke von vorzugsweise weniger als 0,1 mm, weiter bevorzugt weniger als 0,05 mm, insbesondere weniger als 0,02 mm.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Düsenanordnung, der Vorrichtung, der Verwendung, des Verfahrens, des plasmabehandelten Vliesstoffes und des Hygieneartikels zur Aufnahme von Flüssigkeiten beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen jeweils in entsprechender Weise für die Düsenanordnung, die Vorrichtung, die Verwendung, das Verfahrens, den plasmabehandelten Vliesstoff und den Hygieneartikel zur Aufnahme von Flüssigkeiten anwendbar sind. Weiterhin können die einzelnen Ausführungsformen auch untereinander kombiniert werden.
Bei einer Ausführungsform weist der Kanal einen geraden Abschnitt auf und die Düsenöffnungen sind in Erstreckungsrichtung des Kanals in der Kanalwand angeordnet. Auf diese Weise kann ein Vorhang aus nebeneinander angeordneten Teilstrahlen erzeugt werden, so dass ein Vliesstoff oder eine Folie gleichzeitig über eine große Breite behandelt werden kann.
Die Düsenöffnungen sind vorzugsweise über eine Länge des Kanals von mindestens 50 mm, vorzugsweise mindestens 80 mm angeordnet, um einen breiten Plasmavorhang zu erzeugen und die Intensität des Plasmastrahls auf einen größeren Bereich zu verteilen, so dass die thermische Belastung des behandelten Materials reduziert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Kanal beidseitig mit dem Einlass verbunden, so dass ein durch den Einlass in die Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl von beiden Seiten in den Kanal geleitet wird. Insbesondere weist der Kanal ein erstes und ein zweites Ende auf, die jeweils mit dem Einlass verbunden sind. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck ein Verteilerkanal zwischen dem Einlass und dem Kanal vorgesehen, durch den der Plasmastrahl zu beiden Enden des Kanals geleitet wird. Die beidseitige Einleitung des Plasmastrahls in den Kanal bewirkt eine gleichmäßigere Aufteilung der Plasmastrahlintensität auf die einzelnen Teilstrahlen. Insbesondere wird verhindert, dass die Intensität von einem Ende zum anderen Ende des Kanals kontinuierlich abnimmt. Dadurch lässt sich eine gleichmäßigere Plasmabehandlung erreichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Gaszuführung vorgesehen, um ein Gas, vorzugsweise Stickstoff, separat vom Plasmastrahl in den Kanal zu leiten. Zu diesem Zweck weist der Kanal vorzugsweise einen zusätzlichen Gaseinlass auf, an die eine Gasversorgung anschließbar ist. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens wird zusätzlich zum Plasmastrahl ein Gas, vorzugsweise Stickstoff, gesondert in den Kanal eingeleitet. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Kühlung des Plasmastrahls erreicht, so dass mit den aus den Düsenöffnungen der Düsenanordnung austretenden Teilstrahlen eine noch schonendere Behandlung, insbesondere von empfindlichen Vliesstoffen, möglich ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform entspricht der Durchmesser der Düsenöffnungen in der Kanalwandung höchsten einem Viertel des Kanaldurchmessers. Auf diese Weise wird ein übermäßiger Druckabfall im Kanal verhindert, so dass die Teilstrahlen eine gleichmäßigere Intensität aufweisen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weitet sich der Querschnitt des Kanals mit zunehmendem Abstand vom Einlass auf. Es wurde erkannt, dass durch diese Maßnahme einem Druckabfall im Kanal entgegengewirkt werden kann, so dass Teilstrahlen gleichmäßigerer Intensität erreicht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Düsenanordnung mehrteilig ausgebildet mit einem Düsenelement, das den Kanal mit den Düsenöffnungen umfasst, und mit einem Verteilerelement, das einen Verteilerkanal umfasst, durch den ein durch den Einlass eingeleiteter Plasmastrahl ein- oder beidseitig zum Kanal geleitet wird. Auf diese Weise lässt sich die Düsenanordnung leichter fertigen. Beispielsweise kann das Düsenelement eine in eine Oberfläche eingebrachte Nut aufweisen, die im zusammengebauten Zustand mit den übrigen Teilen der Düsenanordnung den Kanal bildet. Dadurch lässt sich der im Inneren der Düsenanordnung verlaufende Kanal einfacher herstellen. Das Verteilerelement kann beispielsweise zwei Teile aufweisen, die an der Oberfläche jeweils eine Nut aufweisen, wobei sich aus den Nuten im zusammengebauten Zustand der Verteilerkanal ergibt. Auch auf diese Weise lässt sich die Düsenanordnung leichter herstellen.
Der Verteilerkanal des Verteilerelements weist vorzugsweise einen Einlass und zwei mit dem Einlass verbundenen Auslässe auf, um den Plasmastrahl von dem einen Einlass zu beiden Enden des Kanals zu leiten.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Düsenanordnung einen Kühlkörper auf, insbesondere einen Kühlkörper mit Kühlrippen zur Luftkühlung. Auf diese Weise kann die mit dem Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingetragene Wärme besser nach außen abgegeben werden, so dass sich die Düsenanordnung nicht zu stark erwärmt. Weiterhin kann auf diese Weise auch die Temperatur der Teilstrahlen des Plasmastrahls reduziert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, einen atmosphärischen Plasmastrahl mittels einer bogenartigen Entladung in einem Arbeitsgas zu erzeugen, wobei die bogenartige Entladung durch Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung zwischen Elektroden erzeugbar ist. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens wird der atmosphärische Plasmastrahl mittels einer bogenartigen Entladung in einem Arbeitsgas erzeugt, wobei die bogenartige Entladung durch Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung zwischen Elektroden erzeugt wird.
Als Arbeitsgas wird vorzugsweise Stickstoff (N₂) oder ein Edelgas wie Argon (Ar) oder Helium (He) bzw. eine Stickstoff-Edelgas-Mischung verwendet.
Unter einer hochfrequenten Hochspannung wird typischerweise eine Spannung von 1 - 100 kV, insbesondere 1 - 50 kV, vorzugsweise 2 - 20 kV, bei einer Frequenz von 1-300 kHz, insbesondere 1 - 100 kHz, vorzugsweise 10 - 100 kHz, weiter bevorzugt 10 - 50 kHz verstanden. Auf diese Weise kann ein reaktiver Plasmastrahl erzeugt werden, der eine effektive Plasmabehandlung insbesondere von Vliesstoffen ermöglicht, so dass sich deren Durchdringzeit reduziert. Gleichzeitig weist ein derart erzeugter Plasmastrahl eine verhältnismäßig geringe Temperatur auf. Durch die zusätzliche Aufteilung des Plasmastrahls in mehrere Teilstrahlen wird dadurch eine Intensität der Teilstrahlen erreicht, die eine Beschädigung empfindlicher Materialien wie Stoffe und Kunststofffolien vermeidet.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine innerhalb des Entladungsraums angeordnete Innenelektrode auf. Zwischen der Innenelektrode und dem Gehäuse ist insbesondere eine hochfrequente Hochspannung anlegbar, um eine bogenartige Entladung in einem durch den Entladungsraum strömenden Arbeitsgas zu erzeugen, so dass sich ein Plasmastrahl ausbildet. Vorrichtungen mit einer solchen Innenelektrode ermöglichen die Erzeugung einer stabilen Entladung und demnach eines stabilen Plasmastrahls.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Vliesstoffs verwendet, insbesondere für die oder bei der Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen. Es hat sich gezeigt, dass die Vorrichtung insbesondere zur Plasmabehandlung von dünnen Vliesstoffen geeignet ist, wie sie bei der Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen verwendet werden, insbesondere vonADL bzw. AQL, da diese empfindlichen Materialien auf diese Weise effektiv plasmabehandelt werden können, ohne sie zu beschädigen oder zu zerstören.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Stoff oder die Kunststofffolie bahnförmig und wird an den Düsenöffnungen der Vorrichtung vorbei transportiert. Auf diese Weise lässt sich die Vorrichtung bzw. das Verfahren einfach in eine Prozessstrecke integrieren, beispielsweise in eine Prozessstrecke zur Herstellung von Vliesstoffen für Hygieneartikel bzw. in eine Prozessstrecke zur Herstellung von Hygieneartikeln selbst. Die nebeneinander liegenden Düsenöffnungen liegen vorzugsweise quer zur Transportrichtung, so dass der Stoff bzw. die Kunststofffolie über eine entsprechende Breite behandelt werden können. Auf diese Weise kann der Stoff bzw. die Kunststofffolie mit hohem Durchsatz plasmabehandelt werden. In Laborversuchen wurde bereits bei Einsatz einer einzigen Vorrichtung und einem Durchsatz von 60 m Vliesstoffbahn pro Minute eine Reduzierung der Durchdringzeit des Vliesstoffs um mehr als 25% erzielt. Durch den Einsatz mehrerer Vorrichtungen, beispielsweise von vier Vorrichtungen mit entsprechend vier Düsenanordnungen, lässt sich der Durchsatz zum Beispiel auf 240 m/min. steigern, so dass sich die typischen Produktionsdurchsätze bei der Herstellung von Vliesstoffen für Hygieneartikel erreichen lassen.
Es ist auch denkbar mit der Vorrichtung bzw. mit dem Verfahren im Prinzip fertig hergestellte Hygieneartikel wie Binden, Windeln oder Auflagen nachzubehandeln, um die gewünschte Qualitätsverbesserung der Hygieneartikel zu erreichen.
Der Stoff bzw. die Kunststofffolie können über die gesamte Breite plasmabehandelt werden. Alternativ kann der Stoff bzw. die Kunststofffolie auch nur über einen Teilbereich der Breite plasmabehandelt werden. Dies ist insbesondere bei Vliesstoffen für die Herstellung von Hygieneartikeln zur Aufnahme von Flüssigkeiten vorteilhaft. Wird beispielsweise nur ein Bereich in der Mitte des Vliesstoffs plasmabehandelt, während seitlich unbehandelte Streifen verbleiben, so kann aus diesem Vliesstoff eine Aufnahme- und Verteilungsschicht für eine Windel oder Binde hergestellt werden, die in der Mitte stark hydrophil ist, so dass sie Flüssigkeiten schnell aufnehmen kann, an den Seiten jedoch weniger hydrophil ist, so dass am Rand der Windel bzw. Binde keine Flüssigkeit nach außen treten kann. Das beschriebene Verfahren erlaubt demnach auch eine gezielte Plasmabehandlung einzelner Bereiche eines Vliesstoffs bzw. allgemein eines Stoffs oder einer Kunststofffolie.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Stoff bzw. die Kunststofffolie über zwei Walzen mit gleicher Drehgeschwindigkeit transportiert, wobei die Vorrichtung zwischen den beiden Walzen angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ wird der Stoff bzw. die Kunststofffolie im Bereich der Plasmabehandlung über einen Behandlungstisch, wie zum Beispiel eine Aluminiumplatte, geführt. Durch die zuvor genannten Maßnahmen können Zugkräfte auf den Stoff bzw. die Kunststofffolie während der Behandlung minimiert werden, wodurch sich eine Beschädigung des Stoffs bzw. der Kunststofffolie während der Plasmabehandlung vermeiden lässt. In Transportrichtung hinter dem Bereich der Plasmabehandlung kann eine Absaugung vorgesehen sein, um bei der Plasmastrahlerzeugung entstehende Stickoxide oder Ozon abzusaugen. Beispielsweise kann die Absaugung in den Behandlungstisch integriert sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Drehantrieb, der dazu eingerichtet ist, die Düsenanordnung im Betrieb um eine Drehachse zu rotieren. Auf diese Weise kann der Einwirkungsbereich der aus den Düsenöffnungen austretenden Teilstrahlen des Plasmastrahls vergrößert werden. Die Drehachse kann beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Kanals bzw. parallel zu den aus den Düsenöffnungen austretenden Teilstrahlen ausgerichtet sein, so dass die Teilstrahlen bei der Rotation der Düsenanordnung eine im wesentlichen kreisförmige Fläche überstreichen.
Alternativ kann die Drehachse auch im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsrichtung des Kanals ausgerichtet sein. Dies ermöglicht zum Beispiel auch eine Innenbehandlung einer Rohroberfläche.
Weitere Merkmale und Vorteile der Düsenanordnung, der Vorrichtung, der Verwendung, des Verfahrens, des Vliesstoffes und des Hygieneartikels ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.
Figurenliste

1 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls,
2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düsenanordnung sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls in Explosionsdarstellung,
3 das Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung aus 2 in Schnittdarstellung,
4 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und der Vorrichtung in Schnittdarstellung,
5 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und der Vorrichtung in Schnittdarstellung,
6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung und des erfindungsgemäßen Verfahrens,
7 eine Fotografie eines unbehandelten Vliesstoffes,
8 eine Fotografie eines plasmabehandelten Vliesstoffes als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen plasmabehandelten Vliesstoffs,
9a-b ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hygieneartikels,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Düsenkopfes und der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Düsenkopfes und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Im Folgenden werden zunächst der Aufbau und die Betriebsweise einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls beschrieben.
Die Vorrichtung 2 weist ein rohrförmiges Gehäuse 4 in Form eines Düsenrohrs aus Metall auf. Das Düsenrohr 4 weist an seinem einen Ende eine konische Verjüngung 6 auf, an dem ein auswechselbarer Düsenkopf 8 montiert ist, dessen Auslass eine Düsenöffnung 10 bildet, aus der im Betrieb der Plasmastrahl 12 austritt.
An dem der Düsenöffnung 10 entgegen gesetzten Ende ist das Düsenrohr 4 an eine Arbeitsgaszuleitung 14 angeschlossen. Die Arbeitsgaszuleitung 14 ist mit einer unter Druck stehenden Arbeitsgasquelle (nicht gezeigt) mit variablem Durchsatz verbunden. Im Betrieb wird ein Arbeitsgas 16 von der Arbeitsgasquelle durch die Arbeitsgaszuleitung 14 in das Düsenrohr 4 eingeleitet.
Im Düsenrohr 4 ist weiterhin eine Dralleinrichtung 18 mit einem Kranz von schräg in Umfangsrichtung angestellten Bohrungen 20 vorgesehen, durch die das im Betrieb in das Düsenrohr 4 eingeleitete Arbeitsgas 16 verdrallt wird.
Der stromabwärtige Teil des Düsenrohres 4 wird deshalb von dem Arbeitsgas 16 in Form eines Wirbels 22 durchströmt, dessen Kern auf der Längsachse des Düsenrohrs 4 verläuft.
Im Düsenrohr 4 ist weiterhin mittig eine Innenelektrode 24 angeordnet, die sich im Düsenrohr 4 koaxial in Richtung der Düsenöffnung 10 erstreckt. Die Innenelektrode 24 ist elektrisch mit der Dralleinrichtung 18 verbunden. Die Dralleinrichtung 18 ist durch ein Keramikrohr 26 elektrisch gegen das Düsenrohr 4 isoliert. Über eine Hochfrequenzleitung 28 wird an die Innenelektrode 24 eine hochfrequente Hochspannung angelegt, die von einem Transformator 30 erzeugt wird. Das Düsenrohr 4 ist über eine Erdungsleitung 32 geerdet. Durch die angelegte Spannung wird eine Hochfrequenzentladung in Form eines Lichtbogens 34 zwischen der Innenelektrode 24 und dem Düsenrohr 4 erzeugt. Dieser Bereich im Düsenrohr 4 stellt damit einen Entladungsraum 36 der Vorrichtung 2 dar.
Die Begriffe „Lichtbogen“, „Bogenentladung“ bzw. „bogenartige Entladung“ werden vorliegend als phänomenologische Beschreibungen der Entladung verwendet, da die Entladung in Form eines Lichtbogens auftritt. Der Begriff „Lichtbogen“ wird anderweitig auch als Entladungsform bei Gleichspannungsentladungen mit im Wesentlichen konstanten Spannungswerten verwendet. Vorliegend handelt es sich jedoch um eine Hochfrequenzentladung in Form eines Lichtbogens, also um eine hochfrequente bogenartige Entladung.
Aufgrund der drallförmigen Strömung des Arbeitsgases wird dieser Lichtbogen 34 im Wirbelkern im Bereich der Achse des Düsenrohrs 4 kanalisiert, so dass er sich erst im Bereich der Verjüngung 6 zur Wand des Düsenrohrs 4 verzweigt.
Das Arbeitsgas 16, das im Bereich des Wirbelkerns und damit in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens 34 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit rotiert, kommt mit dem Lichtbogen 34 in innige Berührung und wird dadurch zum Teil in den Plasmazustand überführt, so dass ein atmosphärischer Plasmastrahl 12 durch die Düsenöffnung 10 aus der Vorrichtung 2 austritt.
2 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düsenanordnung sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls in Explosionsdarstellung. 3 zeigt den Düsenkopf und die Vorrichtung in Schnittdarstellung.
Die Vorrichtung 40 umfasst die Düsenanordnung 42 und die Vorrichtung 2 aus 1, wobei anstelle des auswechselbaren Düsenkopfs 8 ein Anschlussstück 44 der Düsenanordnung 42 an das Düsenrohr 4 angeschlossen ist. Das Anschlussstück 44 weist einen konisch zulaufenden Innenkanal 46 auf, der den unteren Teil des Entladungsraums 36 der Vorrichtung 2 bildet. Im Betrieb tritt aus der unteren Öffnung 48 des Anschlussstücks 44 der Plasmastrahl 12 aus und in die weiteren Komponenten der Düsenanordnung 42 ein. Die untere Öffnung 48 kann demnach als Einlass der Düsenanordnung 42 angesehen werden.
Die Düsenanordnung 42 umfasst weiterhin ein aus zwei Teilen 50a-b zusammengesetztes Verteilerelement 50 sowie ein Düsenelement 52. In das Düsenelement 52 ist eine Nut 54 eingebracht, die im zusammengebauten Zustand der Düsenanordnung 42 wie in 3 dargestellt einen Kanal 56 mit einem ersten Ende 58 und einem zweiten Ende 60 bildet. In die Kanalwandung des Kanals 56 sind entlang des Kanals nebeneinander mehrere Düsenöffnungen 62 eingebracht.
Die Teile 50a-b des Verteilerelements 50 weisen jeweilige Nuten 64a-b auf, die im zusammengesetzten Zustand einen Verteilerkanal 66 bilden. Der Verteilerkanal weist eine Verzweigung 68 auf und verbindet den Einlass 48 sowohl mit dem ersten Ende 58 als auch mit dem zweiten Ende 60 des Kanals 56.
Wird im Betrieb mit der Vorrichtung 2 ein Plasmastrahl 12 erzeugt, so gelangt dieser durch den Einlass 48 am Anschlussstück 44 in den Verteilerkanal 66 und wird auf diese Weise zu beiden Enden 58, 60 des Kanals 56 und durch den Kanal 56 hindurch geleitet, so dass er in Form mehrerer Teilstrahlen 70 aus den Düsenöffnungen 62 aus der Düsenanordnung 42 heraustritt. Auf diese Weise wird ein Vorhang aus mehreren nebeneinander angeordneten Teilstrahlen 70 erzeugt, wobei die einzelnen Teilstrahlen 70 eine gegenüber dem Plasmastrahl 12 reduzierte Intensität aufweisen, mit der zum Beispiel ein an den Düsenöffnungen 62 vorbei geführter Vliesstoff 72 plasmabehandelt werden kann, ohne diesen zu beschädigen.
Dadurch dass der Plasmastrahl 12 über den Verteilerkanal 66 beidseitig in den Kanal 56 eingeleitet wird, wird erreicht, dass die einzelnen Teilstrahlen 70 eine relativ ähnliche Intensität aufweisen. Optional kann die Intensität der einzelnen Teilstrahlen 70 zusätzlich dadurch weiter vergleichmäßigt werden, dass der Kanal mit einem sich von beiden Enden 58, 60 zur Mitte des Kanals leicht aufweitenden Querschnitt ausgebildet wird, wodurch einem übermäßigen Druckabfall bei größeren Abständen zum Einlass 48 entgegenwirkt wird.
Die Düsenanordnung 42 weist weiterhin noch einen die übrigen Komponenten umgebenden Kühlkörper 74 aus Aluminium mit Kühlrippen 76 auf, durch den die durch den Plasmastrahl 12 in die Düsenanordnung 42 eingebrachte Wärmelast abgeführt werden kann.
4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und der Vorrichtung in Schnittdarstellung. Die Vorrichtung 40' und die Düsenanordnung 42' sind im Wesentlichen baugleich zu der Vorrichtung 40 bzw. der Düsenanordnung 42. Gleiche Teile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Düsenanordnung 42' unterscheidet sich von der Düsenanordnung 42 lediglich dadurch, dass der Kanal 56 so mit dem Einlass 48 verbunden ist, dass der Plasmastrahl von einer Seite in den Kanal 56 geleitet wird. Zu diesem Zweck sind das Verteilerelement 50' und das Düsenelement 52' wie in 4 dargestellt ausgebildet.
Um einem übermäßigem Druckabfall im Kanal 56 entgegenzuwirken und die Intensitäten der Teilstrahlen 70 zu vergleichmäßigen kann sich der Querschnitt des Kanals 56 mit zunehmendem Abstand vom Einlass 48 (d.h. in 4 von links nach rechts) optional leicht aufweiten.
5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und der Vorrichtung in Schnittdarstellung. Die Vorrichtung 40" und die Düsenanordnung 42" sind im Wesentlichen baugleich zu der Vorrichtung 40' bzw. der Düsenanordnung 42'. Gleiche Teile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Düsenanordnung 42" unterscheidet sich von der Düsenanordnung 42' lediglich dadurch, dass eine zusätzliche Gaszuführung 57 vorgesehen ist, durch die ein Gas 59 separat vom Plasmastrahl in den Kanal 56 eingeleitet werden kann. Zu diesem Zweck verläuft die Nut 54" wie in 5 dargestellt bis zum Rand des Düsenelements 52" und im Kühlkörper 74" ist eine Öffnung zur Einleitung des Gases 59 in den Kanal 56 vorgesehen. Durch das Einleiten des Gases 59, insbesondere Stickstoff, kann der Plasmastrahl im Kanal 56 zusätzlich gekühlt werden, so dass die aus den Düsenöffnungen 62 austretenden Teilstrahlen 70 eine sehr schonendere Behandlung von Vliesstoffen ermöglichen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung und des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung 40 kann insbesondere dazu verwendet werden, um empfindliche Vliesstoffe mit Plasma zu behandeln.
Zu diesem Zweck kann der bahnförmige Vliesstoff 72 wie in 3 - 5 dargestellt an den Düsenöffnungen der Vorrichtung 40 (bzw. alternativ auch 40' oder 40") vorbeigeführt werden, um den Vliesstoff 72 über seine gesamte Länge zu behandeln. Die Düsenöffnungen sind wie in 4 illustriert vorzugsweise quer zur Transportrichtung der Vliesstoffbahn 72 angeordnet, so dass der Vliesstoff 72 mit der Vorrichtung 40 über eine bestimmte Breite, wahlweise über die gesamte Breite oder eine Teilbreite der Vliesstoffbahn 72, behandelt werden kann.
Um die Belastung der Vliesstoffbahn 72 während der Plasmabehandlung weiter zu reduzieren, wird die Vliesstoffbahn 72 vor und hinter dem Behandlungsbereich 77 mit der Vorrichtung 40 jeweils über eine Rolle 78a-b geführt, die mit derselben Geschwindigkeit rotieren. Auf diese Weise werden Zugkräfte auf die Vliesstoffbahn 72 im Behandlungsbereich 77 reduziert. Zur weiteren Reduzierung der Zugkräfte ist ein Behandlungstisch 79 in Form einer Aluminiumplatte vorgesehen, über den die Vliesstoffbahn 72 im Behandlungsbereich 77 geführt wird. In Transportrichtung hinter der Behandlungsbereich 77 sind Absaugöffnungen 80 im Behandlungstisch 79 vorgesehen, durch die Ozon oder Stickoxide abgesaugt werden können, die bei der bevorzugten Verwendung von Stickstoff als Arbeitsgas für die Vorrichtung 2 bzw. 40 entstehen.
7 zeigt eine Fotografie eines unbehandelten Vliesstoffes von der Seite. Der Vliesstoff besteht aus einzelnen miteinander verschlungenen Fasern, insbesondere Kunststofffasern, die einen relativ kompakten Stoff ergeben. Der dargestellte Vliesstoff weist eine Dicke von ca. 1 mm auf.
8 zeigt eine Fotografie des Vliesstoffes aus 7, nachdem er mit der in 3 dargestellten Vorrichtung 40 plasmabehandelt wurde. 8 zeigt damit ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen plasmabehandelten Vliesstoffs. Der Vliesstoff weist nach der Plasmabehandlung eine stark vergrößerte Dicke von ca. 5 mm und entsprechend eine weniger kompakte Struktur geringerer Dichte auf. Es hat sich gezeigt, dass dies zu einer Verbesserung der Kapillarität des Vliesstoffs führt, so dass Flüssigkeiten besser durch den Stoff hindurch geleitet werden. Weiterhin wurde durch die Plasmabehandlung eine Hydrophilisierung der Fasern erreicht, so dass der Stoff Flüssigkeiten schneller aufnehmen kann.
Die 9a-b zeigen nun ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hygieneartikels zur Aufnahme von Flüssigkeiten in Aufsicht (9a) und im Schnitt (9b) entlang der in 9a mit „VIIb“ bezeichneten Schnittebene. Bei dem Hygieneartikel 82 handelt es sich vorliegend um eine Binde, ein entsprechender Aufbau ist jedoch auch bei einer Windel oder Auflage möglich.
Das Hygieneartikel 82 weist eine formgebende Außenschicht 83, eine Superabsorberschicht 84 (sog. Saugkern), eine Verteilerschicht (ADL/AQL) 86 aus plasmabehandeltem Vliesstoff, beispielsweise aus dem Vliesstoff 72 aus 4, eine Aufnahmeschicht 88 aus abschnittsweise plasmabehandeltem Vliesstoff und eine Baumwollschicht 90 als Abdeckschicht auf. Die Superabsorberschicht 84 kann beispielsweise Flüssigkeit absorbierendes Pulver aufweisen, insbesondere aus superabsorbierenden Polymeren.
Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung ist die Baumwollschicht mit der Hautoberfläche in Kontakt und sorgt für ein angenehmes Hautgefühl. Das darunter angeordnete Aufnahmevlies 88 ist nur in der Mitte 92 plasmabehandelt, während die Ränder 94 unbehandelt sind. Auf diese Weise weist das Aufnahmevlies 88 in der Mitte 92 hydrophile Eigenschaften auf, so dass Flüssigkeit gut in die darunter liegende Verteilerschicht 86 geleitet wird. An den Rändern 94 weist das Aufnahmevlies 88 hingegen hydrophobe Eigenschaften auf, wodurch verhindert wird, dass Flüssigkeit an den Rändern des Hygieneartikels 82 austritt. Die gezielte Plasmabehandlung in der Mitte 92 des Aufnahmevlieses 88 kann insbesondere die im Stand der Technik verwendete und prozesstechnisch aufwändigere Hydrophilisierung durch Aufbringen von Tensiden ersetzen.
Die unter dem Aufnahmevlies 88 angeordnete Verteilerschicht 86 verteilt die Flüssigkeit in der Fläche, so dass die Flüssigkeit dann über eine größere Fläche verteilt in den darunter liegenden Saugkern 84 gelangt. Durch die Plasmabehandlung des Aufnahmevlieses 88 kann die Flüssigkeit schneller von der Verteilerschicht 86 aufgenommen werden.
Durch die Verwendung des plasmabehandelten Vliesstoffs 72 für das Aufnahmevlies 88 und/oder die Verteilerschicht 86 können die Herstellungskosten des Hygieneartikels 82 gesenkt werden, da sich auch mit kostengünstigeren Vliesstoffen 72 Aufnahme- bzw. Verteilerschichten mit kurzer Durchdringzeit erreichen lassen.
Die 10 und 11 zeigen weitere Ausführungsbeispiele und mögliche Verwendungen der zuvor beschriebenen Vorrichtung.
Die in 10 dargestellte Vorrichtung 100 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie die Vorrichtung 40 aus 2, wobei die Vorrichtung 2 und das Anschlussstück 44 jedoch mittig der Düsenanordnung 42 positioniert sind und das Verteilerelement 50 der Düsenanordnung 42 einen entsprechend angepassten Verlauf des Verteilerkanals 66 aufweist. Alternativ kann die Vorrichtung 100 auch ähnlich wie die Vorrichtung 40' aus 4 oder wie die Vorrichtung 40" aus 5 ausgebildet sein.
Die Düsenanordnung 42 ist mittels eines Drehantriebs 102 um eine Achse senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Kanals 56 drehbar. Auf diese Weise kann mit den aus den Düsenöffnungen 62 austretenden Teilstrahlen 70 ein größerer Flächenbereich überstrichen werden, so dass die Vorrichtung 100 zur großflächigen Plasmabehandlung 100 eingesetzt werden kann. Insbesondere kann die Vorrichtung 100 zur Plasmabehandlung eines Stoffs, insbesondere Vliesstoffs, oder einer Kunststofffolie eingesetzt werden.
11 zeigt eine alternative Vorrichtung 110, die wiederum einen ähnlichen Aufbau aufweist wie die Vorrichtung 40 aus 2, wobei die Vorrichtung 2 und das Anschlussstück 44 jedoch seitlich an der Düsenanordnung 42 positioniert sind und das Verteilerelement 50 der Düsenanordnung 42 einen entsprechend angepassten Verlauf des Verteilerkanals 66 aufweist. Alternativ kann die Vorrichtung 110 auch ähnlich wie die Vorrichtung 40' aus 4 oder wie die Vorrichtung 40" aus 5 ausgebildet sein.
Die Düsenanordnung 42 ist mittels eines Drehantriebs 112 um eine Achse parallel zur Erstreckungsrichtung des Kanals 56 drehbar. Die Vorrichtung 110 kann ebenfalls zur Plasmabehandlung eines Stoffs, insbesondere Vliesstoffs, oder einer Kunststofffolie eingesetzt werden.
Weiterhin kann die Vorrichtung 110 auch zu anderen Zwecken verwendet werden. Insbesondere kann mit den aus den Düsenöffnungen 62 austretenden Teilstrahlen 70 ein rohrförmiges Bauteil von Innen mit Plasma beaufschlagt werden, beispielsweise um eine Rohrinnenwand mit Plasma zu behandeln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19532412 C2 [0018]

Claims

Düsenanordnung (42, 42', 42") für eine Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls (12), - mit einem Einlass (48), durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl (12) in die Düsenanordnung (42, 42', 42") eingeleitet werden kann, und - mit einem Kanal (56), der so mit dem Einlass (48) verbunden ist, dass ein durch den Einlass (48) in die Düsenanordnung (42, 42', 42") eingeleiteter Plasmastrahl (12) durch den Kanal (56) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, - dass entlang des Kanals (56) mehrere Düsenöffnungen (62) in der Kanalwand vorgesehen sind, durch die ein durch den Kanal (56) geleiteter Plasmastrahl (12) aus der Düsenanordnung (42, 42', 42") austreten kann.
Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (56) einen geraden Abschnitt aufweist, und die Düsenöffnungen (62) in Erstreckungsrichtung des Kanals (56) in der Kanalwand angeordnet sind.
Düsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (56) beidseitig mit dem Einlass (48) verbunden ist, so dass ein durch den Einlass (48) in die Düsenanordnung (42) eingeleiteter Plasmastrahl (12) von beiden Seiten in den Kanal (56) geleitet wird.
Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Düsenöffnungen (62) in der Kanalwandung höchsten einem Viertel des Kanaldurchmessers entspricht.
Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kanals (56) sich mit zunehmendem Abstand vom Einlass (48) aufweitet.
Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (42, 42', 42") mehrteilig ausgebildet ist mit einem Düsenelement (52, 52', 52"), das den Kanal (56) mit den Düsenöffnungen (62) umfasst, und mit einem Verteilerelement (50, 50'), das einen Verteilerkanal (66) umfasst, durch den ein durch den Einlass (48) eingeleiteter Plasmastrahl (12) ein- oder beidseitig zum Kanal (56) geleitet wird.
Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls (12), - mit einem Entladungsraum (36), - wobei die Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) dazu eingerichtet ist, in dem Entladungsraum (36) einen atmosphärischen Plasmastrahl (12) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Düsenanordnung (42, 42', 42") nach einem der Ansprüche 1 bis 6 derart an den Entladungsraum (36) angeschlossen ist, dass ein im Entladungsraum (36) erzeugter Plasmastrahl (12) in den Einlass (48) der Düsenanordnung (42, 42', 42") eingeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) dazu eingerichtet ist, einen atmosphärischen Plasmastrahl (12) mittels einer bogenartigen Entladung (34) in einem Arbeitsgas (16) zu erzeugen, wobei die bogenartige Entladung (34) durch Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung zwischen Elektroden (24, 4) erzeugbar ist.
Verwendung einer Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) nach Anspruch 7 oder 8 zur Plasmabehandlung eines Stoffs (72) oder einer Kunststofffolie.
Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) zur Plasmabehandlung eines Vliesstoffs (72) verwendet wird, insbesondere für die oder bei der Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen.
Verfahren zur Plasmabehandlung eines Stoffs, insbesondere eines Vliesstoffs (72), unter Verwendung einer Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) nach Anspruch 7 oder 8, - bei dem mit der Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) ein atmosphärischer Plasmastrahl (12) erzeugt wird, so dass der Plasmastrahl (12) in Form mehrerer Teilstrahlen (70) aus den Düsenöffnungen (62) in der Kanalwandung austritt, und - bei dem eine Oberfläche eines Stoffs (72) mit den Teilstrahlen (70) des Plasmastrahls (12) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff (72) bahnförmig ist und an den Düsenöffnungen (62) der Vorrichtung (40, 40', 40", 100, 110) vorbei transportiert wird.
Plasmabehandelter Vliesstoff (72), insbesondere ADL, hergestellt durch ein Verfahren mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Vliesstoffs (72), - Plasmabehandeln des Vliesstoffs (72) mit einem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12.
Hygieneartikel (82) zur Aufnahme von Flüssigkeiten, insbesondere Binde oder Windel, aufweisend eine Lage (86, 88) aus plasmabehandeltem Vliesstoff (72) nach Anspruch 13.