DE102016205954A1

DE102016205954A1 - Verfahren und Anlage zum Herstellen eines flächigen imprägnierten Faserstoffproduktes

Info

Publication number: DE102016205954A1
Application number: DE102016205954.8A
Authority: DE
Inventors: Jukka Valkama; Tero Tervahartiala; Hans Grundberg; Heikki Sojakka; Petteri Piltonen; Kaarlo Niskanen; Magnus Norgren; Bo Westerlind
Original assignee: Duale Hochschule Baden-Wuerttemberg -Korperschaft Des Offentlichen Rechts-
Current assignee: Plafco Fibertech Fi Oy
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-11-02
Also published as: EP3239397B1; PT3239397T; EP3239397A1; PL3239397T3; ES2744811T3; DK3239397T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines flächigen imprägnierten Faserstoffproduktes, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Bereitstellen einer Faserstoffbahn, hergestellt aus einer Suspension, die eine Flüssigkeit sowie Cellulose enthält; – Imprägnieren des Faserstoffgebildes, enthaltend wenigstens einen der folgenden Stoffe: Urea, Thiourea, NaOH oder ein anderes Imprägniermittel, das Cellulose löst oder anlöst, bei einer Temperatur von minus 5 bis minus 18°C; – Neutralisieren der imprägnierten Faserstoffbahn; – Weiterverarbeiten der neutralisierten Faserstoffbahn zum Faserstoffprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet flächiger Faserstoffprodukte wie veredelter Papiere. Diese sind Ausgangsprodukt für Verpackungen von Waren, insbesondere von Lebensmitteln oder Kosmetika, jedenfalls von empfindlichen Gütern.
Papier und Karton sind bis heute die Basis solcher Verpackungen.
Die Verpackung hat eine Schutzfunktion. Sie schützt den Inhalt gegen Einflüsse von außen, so zum Beispiel gegen Schmutz, Bakterien, Zersetzung durch Licht, Eindringen von Feuchtigkeit. Die Verpackung muss ferner derart beschaffen sein, dass von ihr selbst keine nachteiligen Wirkungen auf ihren Inhalt ausgehen. Dies kann beispielsweise bei jeglicher Art von Plastik der Fall sein, sei es in Gestalt von Plastikfolie oder in Gestalt von Beschichtungen auf einem Substrat wie Papier oder Karton. Auch soll die Verpackung die Konsistenz des Inhaltes erhalten, zum Beispiel das Austreten von Feuchtigkeit in wässriger oder gas- oder dampfförmiger Form vermeiden.
Ein weiteres wichtiges Thema bei der Verpackung sind Gesichtspunkte der Umwelt. Die Verpackung muss umweltfreundlich sein. Sie muss sich kostengünstig und auf unschädliche Weise entsorgen lassen. Schließlich muss sie kostengünstig herstellbar sein.
Im Jahre 2013 betrug in Europa der Gesamtverbrauch an Verpackungen mit einer Plastik-Komponente 600000 t. Man ist bestrebt, einen möglichst großen Anteil dieser Menge zu ersetzen durch Verpackungen aus natürlichen Rohstoffen, die auf umweltfreundliche Weise herstellbar und biologisch abbaubar sind. Die Verbreitung solcher „grüner” Rohstoffe wird umso schneller durchsetzbar sein, je geringer deren Preis ist, und zwar wohlgemerkt für die Herstellung selbst als auch für die Entsorgung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage anzugeben, mit welcher die genannten Probleme gelöst werden, das heißt womit Verpackungsmaterialen herstellbar sind, die die eingangs genannte Schutzfunktion bezüglich des Inhaltes erfüllen, und die in jeder Beziehung kostengünstig sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der selbstständigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Anlage zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Faserproduktes.
2 zeigt in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einer ähnlichen Anlage mit einem Imprägnierbad und einem Waschbad.
3 zeigt in Seitenansicht eine Papiermaschine, in die Bestandteile einer erfindungsgemäßen Anlage integriert sind.
4 zeigt in Seitenansicht eine Papiermaschine mit einem Imprägnierbad und mit Neutralisationsdüsen.
5 veranschaulicht ein weiteres Prinzip des Imprägnierens einer Faserstoffbahn, umfassend zwei zueinander parallele Walzen, die einen Walzenspalt miteinander bilden.
6 zeigt eine Einrichtung ähnlich jener gemäß 5, jedoch zur einseitigen Beschichtung.
7 zeigt eine Einrichtung ähnlich jener gemäß der 5 und 6 mit Beschichtungsdüsen
8 veranschaulicht einen zweiten Erfindungsgedanken („Direktherstellung”), unter anderem umfassend ein Formwerkzeug in Explosionsdarstellung.
9 zeigt den Gegenstand von 8 in montiertem Zustand.
Die in 1 gezeigte Anlage umfasst ein Rollengestell 1. Man erkennt drei Rollen, die vertikal übereinander gelagert sind. Sie tragen jeweils eine unbehandelte Faserstoffbahn. Sie sind frei drehbar, sodass die einzelne Faserstoffbahn in Pfeilrichtung abrollbar ist.
Dem Rollengestell 1 ist eine Wanne 2 zur Aufnahme eines Imprägnierbades nachgeschaltet. Man erkennt Umlenkwalzen, über die die drei Faserstoffbahnen auf ihrem Wege vom Rollengestell 1 zur Wanne 2 und aus der Wanne 2 herausgeführt sind.
Die unbehandelten Faserstoffbahnen enthalten Cellulose oder Hemicellulose beliebiger Art, erzeugt aus jeglichen Pflanzen. Dabei kann die einzelne Bahn aus reiner Cellulose bestehen, aber auch aus Gemischen oder aus Stoffen wie Holzschliff, der u. a. Cellulose und Lignin enthält. Auch kann es sich um regenerierte Cellulose-Filamente, Filme, Gewebe, Nonwoven-Gebilde, Kompositfasern handeln, oder funktionale Materialien aus Protein/Cellulose, Chitin/Cellulose, Konjacglucomannan/Cellulose, nano-kristallisierte Partikel/Cellulose usw.
Das Imprägnierbad ist vorzugsweise eine Lösung aus Natriumhydroxid und Urea oder Thiourea, gegebenenfalls noch mit anderen Bestandteilen. Die Gewichtsanteile der genannten Stoffe am Gesamtgewicht der wässrigen Lösung liegen in den folgenden Bereichen:
Natriumhydroxid zwischen 3 und 18%, besser 5 und 15%, oder ein Bereich dazwischen.
Der Anteil an Thiourea oder Urea zwischen 2 und 12% oder besser 3 und 10% oder einem dazwischen liegenden Bereich.
Im Imprägnierbad findet ein teilweises Lösen (Anlösen) der Cellulose statt. Es handelt sich um einen Plastizifierprozess. Die Temperatur des Imprägnierprozesses liegt zwischen minus 0 und minus 20°C. Auch ist ein Bereich zwischen diesen beiden Werten denkbar, zum Beispiel zwischen minus 2 und minus 18°C, oder minus 10 und minus 15°C oder jeder andere dazwischen liegende Wert. Das Aufbringen der kalten Lösung auf die Faserstoffbahn führt zu einem raschen Anlösen des Faserstoffes. Die angelöste Cellulose füllt Zwischenräume zwischen den Partikeln der Faserstoffbahn, das heißt zwischen einander benachbarten Fasern, aus und schließt diese. Der Prozess steigert die Zugfestigkeit der Faserstoffbahn sowie deren Dehnbarkeit erheblich.
Tauchen die drei in 1 gezeigten einzelnen Faserstoffbahnen aus dem Imprägnierbad aus, so werden sie zu einer einzigen Bahn zusammengeführt – von diesem Zeitpunkt an mit dem Bezugszeichen „3” – versehen. Die imprägnierte Bahn 3 umschlingt nach dem Auftauchen aus dem Imprägnierbad eine erste, im Durchmesser kleinere Walze, und sodann eine zweite, im Durchmesser größere Walze. Die beiden Walzen bilden einen Walzenspalt, durch welchen die nunmehr imprägnierte Faserstoffbahn 3 hindurchläuft. Dabei kann ein gewisses Pressen im Walzenspalt stattfinden, womit wenigstens ein Teil der Imprägnierflüssigkeit aus der Faserstoffbahn 3 ausgepresst wird. Die beiden Walzen bilden somit eine Presse 4.
Der Presse 4 ist eine Waschstation 5 nachgeschaltet. Im vorliegenden Falle umfasst sie zwei Wannen, die mit einer neutralisierenden Waschflüssigkeit befüllt sind, beispielsweise mit Wasser. Die beiden Wannen können kontinuierlich von Waschflüssigkeit durchströmt sein, die an einer Stelle in die Wannen eintritt, und an einer anderen Stelle wieder austritt. Das am Ende austretende Wasser sollte neutral sein, somit einen pH-Wert von etwa 7 haben.
Der Waschstation 5 ist eine Trocknungsstation 6 nachgeschaltet. Hierbei wird die Faserstoffbahn 3 über beheizte Walzen geführt. Auf dem Wege durch die Trocknungsstation umschlingt die Faserstoffbahn 3 aufeinanderfolgend jede der hier gezeigten vier Walzen. Dabei wird im Wechsel zuerst die eine Seite der Faserstoffbahn mit Wärme beaufschlagt, und sodann die andere.
Der Trocknungsstation ist eine Endpresse 7 nachgeschaltet, und der Endpresse 7 wiederum eine Aufrolleinrichtung 8.
Das Ergebnis des Plastifizierens der Faserstoffbahn 3 in der in 1 gezeigten Anlage sowie in allen anderen möglichen Ausführungsbeispielen hängt im starken Maße von den Betriebsparametern des Prozesses ab.

– Die Temperatur des Imprägnierbades, so wie oben erwähnt, ist wichtig.
– Die Zusammensetzung des Bades spielt eine entscheidende Rolle.
– Die Verweilzeit der Faserstoffbahn im Imprägnierbad ist von großer Bedeutung. Sie kann bis zu 20 s betragen. Es ist wünschenswert, die in das Imprägnierbad einlaufende, unbehandelte Faserstoffbahn total zu durchtränken, sodass sie mit Imprägnierflüssigkeit gesättigt ist. Ist dies der Fall, so kann die Verweildauer dramatisch reduziert werden auf ganz wenige Sekunden. So kommen zwischen 3 und 7 s Verweildauer in Betracht. Im Extremfall kann die Verweildauer noch unter dem genannten Bereich liegen. Im Extremfall kann sie unter 1 s liegen. Die Kürze der Verweildauer hat den weiteren Vorteil, dass die Faserstoffbahn 3 mit hoher Geschwindigkeit die Anlage durchlaufen kann, und dass somit die Mengenleistung der Anlage in [t/24 h] relativ hoch, und damit die Herstellungskosten gering sind.
– Die Zugspannung, die auf die Faserstoffbahn 3 vor oder während oder nach dem Imprägnierprozess einwirkt. Die Zugspannung kann beispielweise wie folgt beeinflusst werden: In Wanne 2 sind die drei Einzelbahnen um Umlenkwalzen herumgeführt, und zwar jede Einzelbahn um zwei im Bad befindliche Umlenkwalzen. Durch Verändern der Position einer oder zweier Umlenkwalzen lässt sich die Zugspannung in der Faserstoffbahn verändern.
– Auch der Trockengehalt der Faserstoffbahn 3 beim Einlaufen in die Imprägnierstation kann von Bedeutung sein. Er wird im Allgemeinen bei 5–7% liegen.
– Die Imprägnierung und sonstige Behandlung kann in einer online-Papiermaschine oder Streichmaschine betrieben werden, aber auch in einer offline-Maschine der genannten Art.

Die in 2 gezeigte Anlage kann Bestandteil einer Papiermaschine sein, nämlich der Trockenpartie einer Papiermaschine. Die Trockenpartie umfasst eine Mehrzahl von Zylindern einer Trockenpartie einer Papiermaschine. Die Trockenzylinder sind wiederum von einer Faserstoffbahn 3 umschlungen, derart, dass sie eine Art Mäander bilden. Beim üblichen Betrieb einer Papiermaschine sind die Trockenzylinder von Heißdampf durchströmt, sodass die Mantelflächen der Zylinder eine hohe Temperatur annehmen und die feuchte Faserstoffbahn beim Umschlingen der Zylinder aufgeheizt und damit getrocknet wird.
Im vorliegenden Falle können die ersten vier Zylinder 6.1–6.4 an ein Kühlmittel angeschlossen werden, sodass die Faserstoffbahn nicht beheizt, sondern gekühlt wird.
Die Anlage weist weiterhin eine Wanne 2 zum Aufnehmen eines Imprägnierbades auf. In der Wanne befindet sich eine Presse 4, gebildet aus zwei parallel nebeneinander liegenden Presswalzen, die einen Pressspalt miteinander bilden. Die Presswalzen können sich im Imprägnierbad befinden. Sie können aber auch dem Imprägnierbad nachgeschaltet sein und sich somit unterhalb der Wanne 2 befinden.
Man erkennt weiterhin eine Waschstation 5, wiederum analog zur Waschstation 5 der Anlage gemäß 1.
Die nachgeschalteten drei Zylinder 6.5, 6.6, 6.7 sind dampfbeheizt, genau wie beim Normalbetrieb einer Papiermaschine.
Die Anlage arbeitet wie folgt: Zunächst durchläuft die Faserstoffbahn 3 die Kühlpartie, gebildet aus den vier gekühlten Zylindern 6.1, 6.2, 6.3, 6.4. Es müssen nicht alle vier gekühlt sein. Vielmehr kann es auch ausreichen, nur einen, zwei oder drei hiervon zu kühlen. Sodann läuft die Faserstoffbahn in die Wanne 2 (Imprägnierstation) ein, und hierbei durch den Walzenspalt der Presse 4. Sie wird dabei von Imprägniermittel, das sich in der Wanne 2 befindet, imprägniert und zugleich gepresst.
Die Waschstation 5 enthält Wasser oder ein anderes Neutralisierungsmittel. Hier findet wiederum eine Neutralisierung der Faserstoffbahn 3 statt. In den drei letzten Zylindern 6.5, 6.6 und 6.7 wird die imprägnierte Faserstoffbahn 3 getrocknet.
Das Integrieren einer erfindungsgemäßen Anlage in eine konventionelle Papiermaschine ist außerordentlich vorteilhaft. Eine existierende Papiermaschine ganz üblichen Baumusters lässt sich leicht umwandeln, sodass sie imprägnierte Faserstoffbahnen erzeugen kann. Dies ist möglich durch geringfügige Umbauten beziehungsweise Anbauten, nämlich einer Imprägnierwanne und einer Neutralisierwanne, sowie durch ein anderes Betreiben der Teile der Papiermaschine, nämlich der Zylinder. Ein Teil der Zylinder wird nicht mit Heißdampf beheizt, sondern mit einem Kühlmedium gekühlt. Es wird somit in den Zylindern 6.1–6.4 eine Vorkühlung erreicht. Eine weitere Abkühlung auf die genannten Temperaturen von bis zu minus 20°C kann durch entsprechendes Kühlen der Imprägnierflüssigkeit erzielt werden.
Auch die in 3 gezeigte Anlage stellt wiederum eine Kombination aus Teilen einer Papiermaschine und einer Anlage zum Imprägnieren einer Faserstoffbahn dar. In der Darstellung links wird auf einer Filzbahn eine Faserstoffbahn herangeführt, die zuvor in üblicher Weise erzeugt wurde, und zwar mittels eines sogenannten Stoffauflaufes und einer daran anschließenden Siebpartie. Die Faserstoffbahn wird durch eine erste Presse 4 hindurchgeführt, und zwar zwischen Filzbahnen 4.1 und 4.2. Die Faserstoffbahn wird sodann an eine Imprägnierstation abgegeben, wiederum umfassend eine Imprägnierwanne 2.
Dabei dient wiederum eine Filzschlaufe 2.1 zur Abnahme der Faserstoffbahn von der ersten Presse 4, zum Durchführen durch das Imprägnierbad und zum Überführen auf eine Filzbahn 40.1 einer zweiten Pressstation 40.
Es versteht sich, dass auch hier eine Kühlung der Faserstoffbahn vorgenommen werden muss, und zwar kurz vor dem Eintritt in das Imprägnierbad, oder während des Durchlaufens durch das Imprägnierbad.
Das Imprägnierbad hat den großen Vorteil, dass die zu behandelnde Faserstoffbahn mit Imprägniermittel voll und ganz getränkt wird. Ein Nachteil des Imprägnierbades besteht jedoch darin, dass durch die relativ große Masse des Bades die Kühlleistung ganz erheblich sein muss. Sie ist sehr energieaufwändig.
Es gibt zwei Alternativen, um den Prozess zu verbilligen durch Verringerung des Kühlaufwandes. Eine erste Alternative ist in 4 gezeigt. Hier sieht man eine Papiermaschine, umfassend eine erste Einheit 1 zum Bereitstellen einer Faserstoffbahn. Die Einheit 1 umfasst einen Stoffauflauf 1.1. Dieser hat – senkrecht zur Zeichenebene gesehen – eine Erstreckung gleich der Breite der zu erzeugenden Faserstoffbahn. Der Stoffauflauf injiziert eine Suspension aus Fasern in einen Spalt zwischen zwei Siebschlaufen 1.2 und 1.3 ein. Die Faserstoffbahn wird zwischen diesen beiden Siebschlaufen entwässert und am oberen Ende der Einheit 1 durch zwei Presswalzen hindurchgeführt. Die so gebildete Faserstoffbahn ist noch sehr feucht. Sie wird an eine Pressstation 4 mit zwei Presswalzen 4.1 und 4.2 abgegeben, wiederum geführt von Filzen zweier Filzschlaufen.
Die Faserstoffbahn gelangt sodann zu einer Trockenpartie 6 analog jener gemäß 2, mit fünf Trockenzylindern 5.1 bis 5.5.
Die entscheidende erfindungsgemäße Behandlung findet statt durch eine erste Düseneinheit 20. Die Düseneinheit umfasst eine Vielzahl von Düsen, die sich über die Breite der zu behandelnden Faserstoffbahn erstrecken – senkrecht zur Zeichenebene. Hier wird ein Imprägniermittel aufgebracht, indem es unmittelbar auf die Faserstoffbahn aufgespritzt wird. Das Imprägniermittel hat wiederum die oben zitierten sehr tiefen Temperaturen von zwischen minus 1° und minus 20°C.
Auf die Imprägnierdüsen 20 folgen Neutralisierdüsen 50, die in gleicher Weise wie die Imprägnierdüsen gestaltet sein können.
Es wird hiermit derselbe Effekt angestrebt wie mit dem Wannenprinzip. Das Düsenprinzip ist weit weniger aufwändig als das Wannenprinzip, weil sich der Kühlprozess lediglich auf das Kühlen des aufgespritzten Imprägniermittels beschränkt, somit auf eine vergleichsweise geringe Menge an Imprägniermittel.
Was für den Imprägnierprozess gilt, gilt auch für den Neutralisierprozess.
Die zweite Alternative einer Verringerung des Kühlaufwandes ist in den 5, 6 und 7 schematisch dargestellt. In den drei Figuren sind wiederum je zwei Walzen vorgesehen, die parallel nebeneinander angeordnet sind und miteinander einen Spalt bilden. In Figur 56 liegen die beiden Walzen in derselben Horizontalebene, sodass die Faserstoffbahn 3 senkrecht von oben nach unten durch den Spalt läuft. Hingegen befinden sich in 6 die beiden Walzen in unterschiedlichen Horizontalebenen, sodass die Faserstoffbahn unter einem Winkel gegen die Horizontale verläuft. Der Spalt kann ein Pressspalt sein, sodass die hindurchgeführte Faserstoffbahn 3 gleichzeitig einem Quetsch- oder Pressprozess unterworfen wird. Bei der Ausführungsform gemäß 5 wird in den Walzenspalt beidseits der Faserstoffbahn 3 ein Imprägniermittel aufgegeben. Dieses wird von der Faserstoffbahn 3 aufgenommen, indem sich die Faserstoffbahn damit vollsaugt. Das Quantum des Imprägniermittels im Spalt muss kontinuierlich nachgefüllt werden, was durch eine nicht dargestellte Zufuhreinheit geschieht. Die Faserstoffbahn wird somit bei der Ausführungsform gemäß 5 beidseitig mit Imprägniermittel getränkt.
Bei der Ausführungsform gemäß 7 sind die beiden Walzen wieder derart angeordnet, dass die Faserstoffbahn 3 unter einer gewissen Neigung gegen die Horizontale (und zugleich gegen die Vertikale) durch den Walzenspalt verläuft.
Dabei wird auf die Mantelfläche einer jeden Walze Imprägniermittel aufgetragen. Siehe die beiden Imprägnierdüsen 2.1, die sich über die gesamte Länge einer jeden Walze erstrecken. Die aufgetragene Schicht des Imprägniermittels wird beim Umlauf der Walzen zum Walzenspalt transportiert und dort auf beide Seiten der Faserstoffbahn 3 aufgetragen. Mit dieser Einrichtung lässt sich die Menge an Imprägniermittel besonders sparsam und genau dosiert auf die Faserstoffbahn 3 aufbringen. Die Auftragsdüsen 2.1 und damit auch das Imprägniermittel können gekühlt sein.
Bei der Ausführungsform gemäß 6 ist dies nicht der Fall. Hier wird nur die eine Seite der Faserstoffbahn getränkt.
Es versteht sich, dass auf den Imprägniervorgang ein Neutralisiervorgang folgen muss. Dieser ist hier nicht gezeigt.
Eine Faserstoffbahn, die imprägniert werden soll, kann gemäß der Erfindung auf jegliche Weise erzeugt werden, beispielsweise nach dem sogenannten Schaumverfahren. Dabei wird in einer Papiermaschine auf deren umlaufendes Siebband ein Schaum aus Wasser und cellulosehaltigen Materialen aufgegeben. Die übrigen Verfahrensschritte beziehungsweise Merkmale sind so gestaltet, wie in dieser Schrift angegeben. Eine Anlage, bei welcher von Cellulosefasern in Schaumform ausgegangen wird, weist somit die Merkmale auf, wie in den Ansprüchen angegeben, insbesondere eine Imprägniereinheit, eine Kühleinheit, gegebenenfalls eine Trockeneinheit und eine Neutralisationseinheit.
Zum Bilden einer Faserstoffbahn kann aber auch das sogenannte Air-Laid-Verfahren angewandt werden, wobei vorwiegend unter Mitwirkung von Luft kontinuierlich ein Fasergelege erzeugt wird, aus dem eine Faserstoffbahn gebildet wird.
Statt der genannten Imprägniersubstanzen können auch andere Stoffe verwendet werden, zum Beispiel Schwefelsäure, Phosphorsäure, Zinkchlorid, insbesondere ionische Flüssigkeiten oder Deep Eutectic Solvents (DES).
Verwendet man Zinkchlorid und/oder Schwefelsäure oder gewisse andere Lösungsmittel, so können auch Temperaturen über Null angewandt werden, beispielsweise zwischen 20°C und 80°C.
Ein weiterer Erfindungsgedanke ist eng mit dem bisher beschriebenen Gedanken verbunden. Auch hierbei ist das Endprodukt ein Behälter zum Aufnehmen von Lebensmitteln oder Kosmetika oder einem sonstigen Gut, das mit dem menschlichen oder tierischen Körper durch Einnehmen oder Auftragen in Berührung kommt.
Auch hier ist das Ausgangsmaterial ein flächiges Faserstoffprodukt, das Cellulose oder Hemicellulose enthält oder aus dieser besteht.
Der Grundgedanke enthält die folgenden Merkmale:

– Bereitstellen eines Formwerkzeuges, das eine formende Fläche aufweist;
– Auflegen eines flächigen, zunächst nicht imprägnierten Faserstoffbogens auf die formende Fläche;
– Aufbringen eines Imprägniermittels auf den Faserstoffbogen, um diesen zu einem festen Behälter auszuhärten;
– Auswaschen des Imprägniermittels aus dem Behälter;
– Trocknen des Behälters;
– Weiterbehandeln des Behälters.

Man hat es dabei somit mit einem Direktverfahren zu tun. Der Behälter kann jegliche Form aufweisen, somit kreisrund sein oder eckig oder oval oder rechteckig mit abgerundeten Ecken. Der flächige Faserstoffbogen hat am besten die Kontur, die die formende Fläche des Formwerkzeuges aufweist, in Draufsicht gesehen. Dabei ist der Ausdruck „Bogen” weit auszulegen. Es kann sich auch um eine Faserstoffbahn handeln, die aufgelegt und sodann beschnitten wird, um die genannte Kontur aufzuweisen.
Das Formwerkzeug kann hohl oder massiv sein. Die Hauptsache ist, dass es eine formende Fläche aufweist, die der Innenfläche des herzustellenden Behälters entspricht.
Die 8 und 9 veranschaulichen das Grundprinzip des genannten zweiten Gedankens („Direktherstellung”). Dabei handelt es sich um eine schematische Darstellung, beispielsweise einer Versuchseinrichtung für das Labor, nicht aber eine Anlage zur großtechnischen Herstellung.
Dabei zeigt 8 die Einrichtung in einer Explosionsdarstellung vor dem Zusammenbau, und 9 zeigt die Einrichtung nach dem Zusammenbau in Funktion.
In 8 erkennt man im Einzelnen Folgendes, von unten nach oben gesehen:

– eine Basis 60
– ein Formwerkzeug 61
– vorgesehene Luftkanäle 62 für das Formwerkzeug
– einen Faserstoffbogen 63
– eine perforierte Zwischenfolie 64, zum Beispiel ein Sieb, ein Netz oder ein Kunststoffgewebe
– eine Außenfolie 65.

Wie das Verfahren durchgeführt wird, ist in 9 veranschaulicht: Das Formwerkzeug 61 ist auf die Basis 60 aufgelegt und an dieser fixiert. Auf den Faserstoffbogen kann eine perforierte Zwischenfolie 64 aufgelegt werden, und zwar auf eine oder beide Seiten des Faserstoffbogens. Diese ist aber nicht unbedingt notwendig. Notwendig ist hingegen eine Außenfolie 65. Diese ist in montiertem Zustand an der Basis 60 rundum montiert, sodass ein flüssigkeitsdichter Zwischenraum 66 zwischen der formenden Fläche 61.1 des Formwerkzeuges 61 und der Außenfolie 65 besteht.
In den genannten Zwischenraum 66 ist ein Imprägniermittel aus einem Vorratsbehälter 67 einfüllbar. Das Einführen kann mittels einer nicht gezeigten Zufuhrpumpe vorgenommen werden, welche den Zwischenraum 66 mit Imprägniermittel füllt. Es ist aber auch denkbar, so wie hier gezeigt, dass an den Zwischenraum eine Saugpumpe 70 angeschlossen ist, und zwar über eine Leitung 71. Die Leitung 71 verzweigt sich in eine Leitung 72 und eine Leitung 73. Leitung 72 mündet in einem Sauggefäß 74. Das Sauggefäß 74 ist über eine Leitung 75 an die genannte Saugpumpe 70 angeschlossen
Vorratsbehälter 67 ist über eine Leitung 76 mit dem Zwischenraum 66 verbunden.
Die Anlage umfasst drei Ventile 80, 81, und 82. Sie arbeitet wie folgt: Die Ventile 80 und 81 sind geöffnet, während Ventil 82 geschlossen ist. Läuft Pumpe 70, so wird Imprägnierflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 67 angesaugt. Es gelangt sodann über die Leitung 76 und durch Ventil 80 in den Zwischenraum 66. Es füllt diesen voll und ganz aus, sodass der zunächst nicht imprägnierte Faserstoffbogen 63 von beiden Seiten voll und ganz von Imprägnierflüssigkeit durchtränkt wird. Jetzt kann man Ventil 81 schließen, und auch die Pumpe 70 für eine gewisse Zeitspanne abstellen. Der Zwischenraum 66 ist dann für eine gewisse Zeitspanne mit Imprägnierflüssigkeit gefüllt. Ist Ventil 81 während dieser Zeit offen, so gelangt Imprägnierflüssigkeit auch durch Ventil 82 sowie durch Leitung 73 zu Kanälen 62, sodass Imprägnierflüssigkeit an der formenden Fläche 61.1 des Formkörpers 60 austritt und den Faserstoffbogen auch von der Unterseite beauflagt.
Ist der Imprägniervorgang abgeschlossen, so werden die Ventile 80 und 81 geschlossen, aber Ventil 82 geöffnet. Pumpe 70 wird wieder in Betrieb gesetzt und besaugt den Zwischenraum 66, sodass Imprägnierflüssigkeit durch die Kanäle 62, durch Leitung 73, durch das offene Ventil 82 und durch die Leitung 72 in den Saugbehälter einströmen und schließlich durch die Leitung 75 abgesaugt werden.
Bei einem nachgeschalteten Wasch- oder Neutralisierschritt kann derselbe Vorgang ablaufen mit einem Wasch- oder Neutralisationsmittel. Auch hierbei wird der Zwischenraum 66 mit einer Wasch- oder Neutralisationsflüssigkeit beschickt, und nach einer gewissen Verweildauer wieder aus dem Zwischenraum 66 abgezogen.
Nach Beendigung des Wasch- oder Neutralisationsvorganges wird bei Anwendung von Zinkchlorid aus einer Heizeinrichtung 83 Wärme auf die gesamte Einheit – Außenfolie, perforierte Zwischenfolie, Faserstoffbogen und Formwerkzeug – aufgebracht. Werden NaOH/Harnstoff beziehungsweise NaOH/Thiourea statt Zinkchlorid angewandt, so entfällt die Heizeinrichtung 83. Stattdessen wird eine Kühleinrichtung eingesetzt. Schließlich wird der durch die Imprägnierung ausgehärtete Faserstoffbogen 63 freigelegt.
Alle Verfahrensschritte und alle Vorrichtungsmerkmale des ersten Erfindungsgedankens – Ansprüche 1 bis 14 sind auch anwendbar auf den zweiten Erfindungsgedanken – Ansprüche 15 bis 19. Dies betrifft beispielsweise – somit nicht nur – die Zusammensetzung des Imprägniermittels, die Dauer des Imprägniervorganges, die Temperatur während des Imprägnierprozesses (auch „Vulkanisierprozess” genannt).
Bezugszeichenliste

1: Bahnbildungseinheit
2: Wanne zum Aufnehmen eines Imprägnierbades
2.1: Auftragsdüse
3: Faserstoffbahn
4: Presse
5: Waschstation
6: Trockenstation
6.1–6.7: Trockenzylinder bzw. Kühlzylinder
7: Endpresse
8: Aufrolleinrichtung
20: Sprühdüsen für Imprägniermittel
40: Presse
50: Sprühdüsen für Neutralisationsmittel
60: Basis
61: Formwerkzeug
61.1: Formende Fläche
62: Vorgesehene Luftkanäle für das Formwerkzeug
63: Faserstoffbogen
64: Perforierte Zwischenfolie
65: Außenfolie
66: Zwischenraum
67: Vorratsbehälter
70: Saugpumpe
71: Leitung
72: Leitung
73: Leitung
74: Sauggefäß
75: Leitung
76: Leitung
80: Ventil
81: Ventil
82: Ventil
83: Heizeinrichtung

Claims

Verfahren zum Herstellen eines flächigen imprägnierten Faserstoffproduktes, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1 Bereitstellen einer Faserstoffbahn, hergestellt aus einer Suspension, die eine Flüssigkeit sowie Cellulose enthält, beziehungsweise hergestellt nach dem Air-Laid-Verfahren; 1.2 Imprägnieren des Faserstoffgebildes, enthaltend wenigstens einen der folgenden Stoffe: Urea, Thiourea, NaOH oder ein anderes Imprägniermittel, das Cellulose löst oder anlöst, bei einer Temperatur von minus 5 bis minus 18°C; 1.3 Neutralisieren/Waschen der imprägnierten Faserstoffbahn; 1.4 Weiterverarbeiten der neutralisierten Faserstoffbahn zum Faserstoffprodukt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren der Bahn durch deren Hindurchführen durch ein Imprägnierbad erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren durch Aufsprühen des Imprägniermittels auf wenigstens eine Seitenfläche der Faserstoffbahn erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren durch Hindurchführen der Faserstoffbahn durch einen Walzenspalt erfolgt, gebildet aus zwei parallel nebeneinander liegenden Walzen, die im Gegensinn umlaufen, wobei auf die Mantelflächen wenigstens einer der Walzen oder in den Walzenspalt Imprägniermittel aufgetragen und an die betreffende Seitenfläche der Faserstoffbahn abgegeben wird, oder wobei auf wenigstens eine der Flächen der Faserstoffbahn Imprägniermittel durch Düsen direkt aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Neutralisieren durch Hindurchführen der Faserstoffbahn durch ein Neutralisationsbad oder durch Aufsprühen eines neutralisierenden Mittels durch die Bahn erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn nach dem Neutralisieren getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Imprägnierens zwischen 1 und 10 s beträgt, vorzugsweise 2 bis 5 s, am besten unter 1 s.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn nach dem Neutralisieren oder Trocknen weiterverarbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Faserstoffbahn vor oder während oder nach dem Imprägnieren eine erhöhte Zugspannung aufgebracht wird.
Anlage zum Herstellen eines flächigen imprägnierten Faserstoffproduktes mittels eines oder mehrerer der Verfahrensschritte der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die folgenden Merkmale: 10.1 eine Bahnbildungseinheit zum Bilden einer Faserstoffbahn, die Cellulose enthält; 10.2 eine Imprägniereinheit zum Imprägnieren der Faserstoffbahn mittels eines Imprägniermittels, enthaltend wenigstens einen der folgenden Stoffe: Urea, Thiourea, NaOH, oder ein ähnliches Imprägniermittel, das Cellulose löst oder anlöst; 10.3 eine Kühleinheit, die das Imprägniermittel mittelbar oder unmittelbar auf minus 5 bis minus 18° beträgt; 10.4 eine Trockeneinheit zum Trocknen der imprägnierten Faserstoffbahn; 10.5 eine der Trockeneinheit vorgeschaltete oder nachgeschaltete Neutralisationseinheit zum Neutralisieren der imprägnierten Faserstoffbahn; 10.6 eine Einrichtung zum Weiterverarbeiten der neutralisieren Faserstoffbahn.
Anlage gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 11.1 die Imprägniereinheit und die Neutralisiereinheit sind Bestandteil einer Papiermaschine, oder einer Offline-Maschine; 11.2 die Imprägniereinheit ist zwischen Bahnbildungseinheit und Neutralisiereinheit geschaltet; 11.3 die Neutralisiereinheit ist der Imprägniereinheit nachgeschaltet.
Anlage nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägniereinheit ein Tauchbad mit einem darin enthaltenen Imprägniermittel zum Hindurchführen der Faserstoffbahn umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 13.1 die Imprägniereinheit umfasst zwei Walzen, die parallel zueinander angeordnet sind und einen Walzenspalt zum Hindurchführen der Faserstoffbahn miteinander bilden; 13.2 es ist eine Zufuhreinheit zum Zuführen von Imprägniermittel auf die Mantelfläche wenigstens einer der beiden Walzen oder in den Walzenspalt vorgesehen; 13.3 die Kühleinheit ist mit der Zuführeinheit zum unmittelbaren Kühlen des Imprägniermittels funktional verbunden.
Anlage gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnbildungseinheit eine Air-Laid-Einheit oder eine Aufschäumungseinheit umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Behälters zum Aufnehmen von Lebensmitteln oder Kosmetika oder sonstigem Gut, das mit dem menschlichen oder tierischen Körper durch Einnehmen oder Auftragen in Berührung kommt, umfassend eine Innenfläche und eine Außenfläche, gemäß Anspruch 1, mit den folgenden Verfahrensschritten: 15.1 Bereitstellen eines Formwerkzeuges, das eine formende Fläche aufweist; 15.2 und/oder Auflegen eines flächigen, imprägnierten oder nicht imprägnierten Faserstoffbogens auf die formende Fläche eines Formwerkzeuges; 15.3 Aufbringen eines Imprägniermittels auf den Faserstoffbogen, um diesen zu einem festen Behälter auszuhärten; 15.4 Auswaschen des Imprägniermittels aus dem Behälter; 15.5 Trocknen des Behälters; 15.6 Weiterbearbeiten des Behälters.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 16.1 auf wenigstens eine Seite des Faserstoffbogens wird eine Imprägniermitteldurchlässige Folie wie ein Kunststoffgewebe oder ein Netz oder ein Sieb aufgelegt; 16.2 die Folie wird an ihren Rändern mit dem Formwerkzeug fest verbunden, sodass zwischen diesen beiden ein flüssigkeitsdichter Zwischenraum verbleibt; 16.3 in den Zwischenraum wird ein Imprägniermittel eingeleitet, das den Zwischenraum ausfüllt; 16.4 sodann wird das Imprägniermittel entleert; 16.5 danach wird ein Neutralisationsmittel in den Zwischenraum eingeleitet und aus diesem wieder entfernt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägniermittel wenigstens einen der folgenden Stoffe umfasst: Urea, Thiourea, NaOH oder ein anderes Imprägniermittel, das Cellulose löst oder anlöst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Imprägniervorgang bei einer Temperatur von minus 5° bis minus 18° erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Imprägnierens zwischen 1 und 40 s beträgt, vorzugsweise 2 bis 5 s oder unter 1 s.