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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Waschmittelproduktes mit einem Folienbeutel, der zumindest eine Beutelkammer mit einer Waschmittelzubereitung umfasst, wobei der Folienbeutel aus einer wasserlöslichen Folie gebildet ist.
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Es sind zunehmend für eine Einmalanwendung vorportionierte Waschmittel und/oder Geschirrspülmittel in Gebrauch, wobei das vorportionierte Mittel in eine Folie aus wasserlösliche Material verpackt ist, sodass die Einmalportionen bequem gemeinsam mit der Wäsche bzw. dem Geschirr in die Waschmaschine bzw. die Geschirrspülmaschine gegeben werden können.
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Problematisch ist bei der Herstellung derartiger Folienbeutel, dass diese nach der Füllung der Folien mit einer Waschmittel- oder Geschirrspülmittelzubereitung und der Versiegelung aus dem Folienverbund herausgeschnitten werden müssen. Das Schneiden erfolgt derzeit mit Messern bzw. Rollschneidern, wobei diese jedoch keine gebogenen Schneidlinien zulassen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Waschmittelproduktes mit einem Folienbeutel anzugeben, das den beschriebenen Nachteil nicht aufweist und dass die Herstellung auch komplex geformter Folienbeutel erlaubt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Waschmittelproduktes mit einem Folienbeutel umfassend zumindest eine Beutelkammer, welche von einer wasserlöslichen Folie umschlossen ist und eine Waschmittelzubereitung enthält, angegeben, wobei das Verfahren zunächst die Bereitstellung einer ersten wasserlöslichen Folie und einer zweiten wasserlöslichen Folie umfasst. Die erste wasserlösliche Folie wird beispielsweise in einem Tiefziehprozess unter Ausbildung mindestens einer Kavität ausgeformt und die mindestens eine gebildete Kavität wird mit einer Waschmittelzubereitung befüllt. Dabei wird in im Prinzip bekannter Weise ein Formwerkzeug verwendet, das Vertiefungen in denjenigen Bereichen aufweist, in denen Beutelkammern gebildet werden sollen. Ferner weist das Formwerkzeug Mittel auf, um die erste wasserlösliche Folie auf der Oberfläche des Formwerkzeugs mittels Vakuum bzw. Unterdruck zu fixieren.
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Anschließend wird die zweite wasserlösliche Folie auf die befüllte erste wasserlösliche Folie aufgelegt und die dadurch gebildete zumindest eine Beutelkammer mittels des Formwerkzeugs unter Ausbildung eines Folienverbunds geschlossen. Das Schließen der Beutel, und die Ausbildung des Folienverbunds erfolgt dabei typischerweise durch die Anwendung von Wärme und/oder Druck oder durch feuchte Versiegelung.
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Anschließend wird zumindest ein Folienbeutel ausgeformt, der zumindest eine Beutelkammer umfasst, wobei das Ausformen durch Laserschneiden mit einer vorgegebenen Kontur aus dem Folienverbund erfolgt. Dabei schließt die Kontur die zumindest eine Beutelkammer ein und bildet nach erfolgtem Laserschneiden den äußeren Rand des Folienbeutels.
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Das Laserschneiden erfolgt dabei mit einer flächenbezogenen Energiedichte I, wobei I = P/(d*w)*n gilt und P die Laserleistung, d der Durchmesser des Laserfokus', w die Lineargeschwindigkeit des Laserfokus' und n die Anzahl der Passierzyklen sind, wobei P, d, w und/oder n derart gewählt werden, dass I ≥ 50 J/cm2 gilt.
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Unter einer Waschmittelzubereitung und einem Waschmittelprodukt werden hier und im Folgenden auch Reinigungsmittel für die Geschirrspülmaschine und ähnliche Anwendungen verstanden, bei denen zumindest ein Reinigungsmittel in eine Reinigungsmaschine zudosiert wird.
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Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass durch die geeignete Wahl der Parameter P, d, w und n sichergestellt wird, dass die flächenbezogene Energiedichte I ausreichend ist, um ein zufriedenstellendes Schneideergebnis zu erhalten. Dabei wird von einem zufriedenstellenden Schneideergebnis ausgegangen, wenn der zumindest eine Folienbeutel vollständig entlang der vorgegebenen Kontur ausgeschnitten und somit vom Rest der Folie getrennt ist.
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Wie sich herausgestellt hat und wie durch umfangreiche Untersuchungen gezeigt werden konnte, ist die flächenbezogene Energiedichte I ein geeignetes Kriterium, um die Güte des Schneidergebnisses vorherzusagen. Dabei kann bei einer flächenbezogenen Energiedichte I oberhalb von 50 J/Quadratmeter von einem zufriedenstellenden Schneideergebnis ausgegangen werden. Um die flächenbezogene Energiedichte I gerade geeignet einzustellen, werden die einzelnen Parameter Laserleistung, Durchmesser des Laserfokus, Lineargeschwindigkeit des Laserfokus und Anzahl der Passierzyklen geeignet gewählt.
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Wie sich herausgestellt hat, hat die Lineargeschwindigkeit des Laserfokus', auch als Vorschubgeschwindigkeit des Laserfokus' zu bezeichnen und definiert als die Geschwindigkeit, mit der sich der Laserfokus über die Oberfläche des Folienverbundes entlang der Kontur bewegt, einen verhältnismäßig großen Einfluss auf das Schneidergebnis. Je größer die Lineargeschwindigkeit des Laserfokus ist, umso schlechter ist das Schneidergebnis.
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Die Anzahl der Passierzyklen ist definiert als die Anzahl der Male, die der Laserfokus über einen bestimmten Abschnitt der Kontur geführt wird. Beispielsweise kann der Laserfokus lediglich einmal entlang der Kontur geführt werden. Er kann jedoch auch mehrere Male um die Beutelkammer herumgeführt werden und bei jedem Durchgang auf die Folie einwirken, sodass die Güte des Schneidergebnisses mit zunehmender Anzahl der Passierzyklen zunimmt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden P, d, w und/oder n derart gewählt werden, dass 100J/cm2 ≥ I ≥ 50 J/cm2 gilt. Wie sich herausgestellt hat, wird das Schneidergebnis oberhalb von einer flächenbezogenen Energiedichte I von etwa 80 J/cm2, zumindest jedoch 100 J/cm2 nicht mehr verbessert. Im Gegenteil kann es bei höheren Energieeinträgen dazu kommen, dass das Aussehen des Folienbeutels und/oder sein Geruch sich verschlechtern.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Laserschneiden mittels eines gepulsten Laserstrahls und es gilt und I ≥ 54 J/cm2. Unter einem gepulsten Laserstrahl wird hier und im Folgenden ein Laserstrahl verstanden, dessen Intensität über die Zeit nicht konstant ist, sondern sich periodisch ändert. Wie sich herausgestellt hat, ist das Schneidergebnis bei Verwendung eines gepulsten Laserstrahls oberhalb von 54 J/cm2 zufriedenstellend, so dass der Wert von I ≥ 54 J/cm2 als Kriterium genutzt werden kann, um die Schneidgüte vorherzusagen. Typischerweise wird die Anzahl n der passierten Zyklen bei der Verwendung eines gepulsten Laserstrahls n=1 gewählt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Laserschneiden mittels eines Laserstrahls mit konstanter Leistung und es gilt I ≥ 58 J/cm2. Wie sich herausgestellt hat, sollte bei der Verwendung eines Laserstrahls mit zeitlich konstanter Leistung eine etwas höhere Untergrenze für die flächenbezogene Energiedichte von 58 J/cm2 gewählt werden, um mit Sicherheit ein zufriedenstellendes Schneidergebnis zu erhalten.
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Als erste und zweite wasserlösliche Kunststofffolie kann insbesondere PVA (Polyvinylalkohol) aufweisende Folie verwendet werden. PVA-Folien sind bereits heute für wasserlösliche Folienbeutel im Einsatz und konnten in Versuchen mit dem beschriebenen Verfahren zuverlässig geschnitten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die erste wasserlösliche Folie bis nach der Durchführung des Laserschneidens mittels Vakuum bzw. Unterdruck in dem Formwerkzeug fixiert. Wie sich herausgestellt hat, ist dies vorteilhaft, weil die Fixierung eine besonders sichere und verlässliche Führung des Laserfokus' erlaubt.
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Das Schließen der Beutelkammer kann insbesondere durch Heißsiegelung oder durch Wassersiegelung erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform werden pro Folienbeutel zwei oder mehr Kavitäten ausgebildet und diese durch ausschließlich flüssige Waschmittelzubereitungen gefüllt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Aufsicht auf einen Folienbeutel, der aus einem Folienverbund auszuschneiden ist;
- 2: schematisch eine Schnittansicht eines Laserschneidprozesses gemäß dem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Waschmittelproduktes mit einem Folienbeutel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Güte des Schneideergebnisses mit einem zeitlich konstanten Laserstrahl gegen die verwendete flächenbezogene Energiedichte aufgetragen ist und
- 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Güte des Schneideergebnisses mit einem gepulsten Laserstrahl gegen die verwendete flächenbezogene Energiedichte aufgetragen ist.
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Die 1 und 2 zeigen Zwischenprodukte eines Verfahrens zur Herstellung eines Waschmittelproduktes mit einem Folienbeutel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Folienbeutel 1 weist in der gezeigten Ausführungsform zwei voneinander getrennte Beutelkammern 2 auf, die beispielsweise unterschiedliche Komponenten eines Waschmittels enthalten können.
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Wie in 2 im Querschnitt sichtbar ist, umfasst der Folienbeutel 1 eine erste wasserlösliche Folie 6 und eine darauf angeordnete zweite wasserlösliche Folie 7, die außerhalb der Beutelkammern 2 zu einem Folienverbund 3 verschweißt sind und im Bereich der Beutekammer 2 eine Waschmittelzubereitung 5 zwischen sich einschließen.
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Um den Folienbeutel 1 aus dem ihn umgebenden Folienverbund 3 zu trennen, wird er entlang der Kontur 4 ausgeschnitten. Das Schneiden erfolgt dabei mittels eines Laserstrahls 9, der auf die Oberseite 8 des Folienverbundes 3 gerichtet wird und der mit einer Lineargeschwindigkeit w entlang der Kontur 4 geführt wird. Der Laserfokus des Laserstrahls 9 hat einen Durchmesser d. Falls der Laserstrahl 9 sämtliches Material des Folienverbunds 3 entlang der Kontur 4 verdampft, ist der Folienbeutel 1 vollständig aus dem ihn umgebenden Folienverbund 3 ausgeschnitten.
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3 zeigt Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines Waschmittelproduktes mit einem Folienbeutel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Schritt 10 des Verfahrens wird eine erste wasserlösliche Folie, insbesondere eine PVA-Folie, in ein Formwerkzeug eingelegt. Das Formwerkzeug weist typischerweise Vertiefungen in denjenigen Bereichen auf, in denen Beutelkammern gebildet werden sollen. Häufig weist ein derartiges Formwerkzeug eine ganze Matrix von Folienbeutelpositionen auf, wobei an jeder dieser Position ein Folienbeutel gebildet wird. Anschließend werden die gleichzeitig hergestellten Folienbeutel entlang der Konturen ausgeschnitten und somit voneinander und von Randbereichen der Folien getrennt.
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Ist die erste wasserlösliche Folie in das Formwerkzeug eingelegt, so wird ein Vakuum bzw. Unterdruck auf der Unterseite der Folie erzeugt, sodass diese auf dem Formwerkzeug bzw. in seinen Vertiefungen fixiert wird.
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In einem zweiten Schritt 20 wird die erste wasserlösliche Folie mit der Waschmittelzubereitung befüllt. Die Waschmittelzubereitung kann insbesondere flüssig, jedoch auch pulverförmig oder fest sein.
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In dem Schritt 30 wird eine zweite wasserlösliche Folie auf die erste aufgelegt und die beiden Folien werden in bestimmten Bereichen außerhalb der gebildeten Beutelkammern durch die Einwirkung von Wärme und/oder Druck versiegelt, sodass sich ein Folienverbund ausbildet.
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In einem Schritt 40 erfolgt das Ausformen zumindest eines Folienbeutels durch Laserschneiden einer vorgegebenen Kontur aus dem Folienverbund wie in 2 gezeigt.
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In einem anschließenden Schritt 50 wird das Vakuum bzw. der Unterdruck auf der Unterseite der ersten wasserlöslichen Folie gelöst, so dass der zumindest eine Folienbeutel aus dem Formwerkzeug entnommen werden kann.
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Die 4 und 5 zeigen jeweils ein Diagramm, in dem die Güte des Schneideergebnisses mit einem zeitlich konstanten bzw. gepulsten Laserstrahl gegen die verwendete flächenbezogene Energiedichte aufgetragen ist.
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Die Güte des Schneideergebnisses (Laser Cutting Efficiency, LCE) ist in einer Skala von 1 bis 5 aufgetragen, wobei 5 ein zufriedenstellendes Schneideergebnis mit vollständig voneinander getrennten Folienbeuteln bezeichnet und 0 ein Schneideergebnis ohne sichtbare Schnitte im Folienverbund bezeichnet.
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Die Schneidversuche wurde mit einem CO2-Laser mit einer maximalen Leistung von 120 Watt und einer Wellenlänge von 10,6 µm gemacht. Die verwendete Folie aus PVA und PVA-Copolymeren hatte eine Dicke von 88 µm. Der zu schneidende Folienverbund hatte somit eine Dicke von 176 µm.
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Daraus ergibt sich eine volumenbezogene und damit, bei vorausgesetzter Linearität, schichtdickenunabhängige Energiedichte I* = I /1,76 µm.
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Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist das Ergebnis oberhalb einer flächenbezogenen Energiedichte I von 54 J/cm2 im kontinuierlichen Modus bzw. 58 J/cm2 im gepulsten Modus zufriedenstellend. Damit ergeben sich volumenbezogene Energiedichten I* von 3068 J/cm3 im kontinuierlichen Modus bzw. 3295 J/cm3 im gepulsten Modus für ein zufriedenstellendes Schnittergebnis.
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Wie sich herausgestellt hat, hatten mit gepulstem Laserstrahl geschnittene Folienbeutel auch nach einiger Zeit noch einen stark verbrannten Geruch. Mit einem kontinuierlichen Laserstrahl geschnittene Folienbeutel hingegen zeigten einen solchen nachteiligen Geruch nur kurz nach dem Schneiden, er verflog jedoch im Laufe weniger Tage.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Folienbeutel
- 2
- Beutelkammer
- 3
- Folienverbund
- 4
- Kontur
- 5
- Waschmittelzubereitung
- 6
- erste wasserlösliche Folie
- 7
- zweite wasserlösliche Folie
- 8
- Oberseite
- 9
- Laserstrahl
- 10
- Schritt
- 20
- Schritt
- 30
- Schritt
- 40
- Schritt
- 50
- Schritt
- d
- Durchmesser
- w
- Lineargeschwindigkeit
