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Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen endloser Cellulosehydratfilmbahnen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen endloser Cellulosehydratfilmbahnen
mittels beheizter Trockenwalzen unter Zug.
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Bei der kontinuierlichen Herstellung von Filmen aus regenerierter
Cellulose ist es wichtig, daß beim Trocknen dem Schrumpfungsvorgang Rechnung getragen,
ein Verziehen oder Verwerfen vermieden und eine ebene Filmbahn erhalten wird. Indessen
ist diese Aufgabe sehr schwer zu lösen, weil der Cellulosehydratfilm beim Trocknen
in der Länge, Breite und Dicke schrumpft, was zu Deformationen führt. Für die weitere
Verarbeitung ist es aber zur Erzielung eines einwandfreien Laufs der Filmbahn in
den Verarbeitungs- und Behandlungsvorrichtungen von ausschlaggebender Bedeutung,
daß die Bahn nicht beutelig oder runzelig, sondern völlig eben ist.
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Die Ebenmäßigkeit wird bestimmt, indem man einen Film längs über
zwei in einem Abstand von etwa 4,572 m sorgfältig ausgerichtete, waagerechte und
parallele Tragwalzen oder Stäbe spannt, wobei die Filmenden fest eingespannt sind
und unter Zug gehalten werden. Etwa in der Mitte der Spannstrecke wird ein Querschnitt
des Films vermessen und die Abweichung von der geraden Horizontalen in Millimetern
bestimmt. Es hat sich gezeigt, daß Abweichungen von der Meßebene, insbesondere das
Durchhängen im mittleren Bahnteil, der Weiterverarbeitung in Maschinen zur Herstellung
von Beuteln, in Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen usw., außerordentlich hinderlich
ist. Auch sind auf fehlerhafte Herstellung zurückzuführende unregelmäßige beutelige
Kanten unerwünscht.
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Es ist bekannt, der Faltenbildung und dem Reißen der wenig zugfesten
feuchten Cellulosebahn beim Trocknen entgegenzuwirken, indem man die Bahn über einige
angetriebene Trockenwalzen führt, sie jedoch an dem Punkt, an dem sie zu schrumpfen
beginnt, über Leerlaufwalzen leitet und den Längszug dann nur noch durch eine Aufwickelvorrrichtung
ausübt. Dabei treten jedoch starke Beutelungen und lappige Ränder auf, Erscheinungen,
die wegen der Schrumpfung nicht zu vermeiden sind.
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Es ist weiter bekannt, Cellulosehydratfilmbahnen mittels beheizter
Trockenwalzen unter Zug kontinuierlich zu trocknen, wobei man die feuchte Bahn in
einer ersten Arbeitsstufe unter solcher Zugspannung über die Trockenwalzen führt,
daß eine Verformung eben vermieden und die Bahn in ihrer gesamten Breite der Trocknungstemperatur
ausgesetzt ist, so daß die Feuchtigkeitsverteilung im Bahnquerschnitt im wesentlichen
symmetrisch zu ihrer Längsachse verläuft. Mit dieser Arbeitsweise läßt sich zwar
die
Schrumpfung der Bahn herabsetzen, Runzelbildung und Verziehung werden aber nur
in geringem Umfang vermieden. Die Bahn weist dann nämlich zwischen den Kanten und
der Mitte Längenunterschiede auf, die sich daraus erklären, daß beim Trocknen die
auftretende Schrumpfung über die Bahnbreite nicht gleichmäßig ist.
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Dabei sind die Kanten der Filmbahn länger als die Filmbahn in ihrer
Mitte, wodurch die Ausbildung beuteliger Stellen und lappiger Ränder hervorgerufen
wird. Es gelang daher nicht, völlig ebene Bahnen herzustellen, die an keiner Stelle
infolge unregelmäßiger Schrumpfung beutelig sind und an den Rändern lappig erscheinen.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, das Verfahren zum kontinuierlichen
Trocknen endloser Cellulosehydratbahnen mittels beheizter Walzen unter Zug, wobei
die feuchte Bahn in einer ersten Arbeitsstufe unter solcher Zugspannung über die
Walzen geführt wird, daß eine Verformung eben vermieden und die Bahn in ihrer gesamten
Breite der Trockentemperatur ausgesetzt wird, so daß die Feuchtigkeitsverteilung
über die Breite der Bahn im wesentlichen symmetrisch zu ihrer Längsachse verläuft,
derart durchzuführen, daß man, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn an ihren Kanten
auf das 0,1- bis 0,5fache und in der Mitte auf das 0,3- bis 1,Sfache des Gewichtes
der wasserfreien Bahn vermindert ist, in einer zweiten Stufe den Längszug so weit
erhöht, daß die Bahn in der Bahnmitte etwa auf die Länge der Bahnkanten gereckt
wird und anschließend zu Ende trocknet.
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Diese Arbeitsweise brachte hinsichtlich der Ebenheit der Cellulosebahnen,
die in nichtfaseriger Form anfielen, einen erheblichen Fortschritt, jedoch entsprachen
die erhaltenen Bahnen hinsichtlich der »permanenten Schrumpfung« und der »De£ormationl
noch nicht den zu stellenden Ansprüchen. Die handelsübliche regenerierte Cellulose
weist innere Spannungen auf, die während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs mit der
Zeit zu einer permanenten Schrumpfung, einer Einbuße in den Abmaßen, führt.
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Wird z. B. eine Schachtel mit Süßwaren in einen solche Spannungen
aufweisenden Film eingepackt, so zieht sich die Filmhülle im Lauf der Zeit, beispielsweise
von einer Woche bis zu mehreren Monaten, allmählich zusammen und schrumpft eng auf
den Umriß der Packung auf. Dadurch wird das gefällige Aussehen der Packung beeinträchtigt,
die Packung verzogen, und häufig reißt oder platzt die Hülle, so daß sie ihren Zweck
nicht mehr erfüllen kann. Die bleibende Schrumpfung wird durch Feuchtigkeit beschleunigt,
wobei sich die Folie unter Feuchtigkeitsaufnahme dehnt und die Spannungen verschwinden.
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Wird die Folie dann aber wieder niedrigeren Feuchtigkeitsgraden ausgesetzt,
so schrumpft sie wieder zusammen, und zwar auf Abmessungen, die kleiner als die
ursprünglichen sind. Die Differenz zwischen der ursprünglichen Länge und der irreversiblen
Schrumpfung wird »permanente Schrumpfung« genannt. Sie unterscheidet sich von der
»Deformation«, der reversiblen Dimensionsänderung, die eine Cellulosefolie unter
dem Einfluß wechselnder Feuchtigkeitsgehalte erfährt. Die Deformation hängt von
dem jeweiligen Feuchtigkeitsgehalt ab. Der zu einer permanenten Schrumpfung führende
Spannungs ausgleich erfolgt bei steigendem Feuchtigkeitsgehalt schneller und geht
bei anderen oder konstanten Feuchtigkeitsverhältnissen langsamer vor sich. Die beiden
Erscheinungen sind am besten durch folgenden Versuch zu erläutern: Eine Probe regenerierten
Films wird bei 240 C in einer Atmosphäre von 35 0/o relativer Feuchtigkeit (RF)
konditioniert, also mit dieser Atmosphäre ins Gleichgewicht gebracht, d. h. so lange
darin belassen, bis der Feuchtigkeitsgehalt des Films konstant ist.
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Danach wird die Länge des Films gemessen, die gleich »a« sei.
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Dann wi?d der Film bei 350 C und 95 bis 100°/oRF konditioniert. Seine
Länge betrage danach »b«.
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Nun wird der Film bei 350C und 0 bis 50/oRF konditioniert. Seine
Länge sei dann »c«.
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Schließlich wird der Film wieder bei 240 C und 35 O/o RF konditioniert
Danach werde die Länge »d« gemessen.
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Die »Deformation« ist dann die Längendifferenz zwischen zwei Feuchtigkeitsgraden,
z. B. b-a oder b-c oder d-c.
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Die »permanente Schrumpfung« ist die Differenz zwischen der ursprünglichen
und de!sr endgültigen Länge bei 35 O/o RF und 240 C, also a-dj Nach der vorliegenden
Erfindung ist es nun möglich, endlose, ebene, nichtfaserige Cellulosebahnen in fortlaufender
Arbeitsweise aus gelförmiger, also wasserhaltiger, regenerierter Cellulose herzustellen,
die hinsichtlich der permanenten Schrumpfung oder der Deformation verbessert sind.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Ebenmäßigkeit und
entsprechend auch die Unebenheit der Bahn eine Funktion der in einem bestimmten
Stadium
des Trocknens aufgewandten Zugkraft ist, wenn die Feuchtigkeitsverteilung im Bahnquerschnitt
während des Trockenvorganges praktisch symmetrisch verläuft, d. h. der Feuchtigkeitsgrad
an Stellen gleichen Abstandes von den Bahnkanten annähernd gleich ist und die Kanten
trockner sind als die Mitte.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen
endloser Cellulosehydratfilmbahnen mittels beheizter Trockenwalzen unter Zug, wobei
die feuchte Bahn in einer ersten Arbeitsstufe unter solchem Längszug über die Walzen
geführt wird, daß eine Verformung der Bahnebene vermieden wird und die Bahn der
Trockentemperatur über ihre gesamte Breite so ausgesetzt wird, daß der Feuchtigkeitsgehalt
herabgesetzt und über die gesamte Breite der Bahn im wesentlichen symmetrisch zu
ihrer Längsachse verteilt ist, wobei die Bahnmitte feuchter als die Kanten ist,
und daß in einer zweiten Arbeitsstufe der Längszug so erhöht wird, daß die Bahnmitte
etwa auf dieselbe Länge wie die Bahnkanten gereckt wird, wonach zu Ende getrocknet
wird. Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten
Arbeitsstufe der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnkanten in einer ersten Trockenstufe
auf das 1,5- bis 2,5fache des Gewichtes der wasserfreien Cellulose vermindert wird,
dann der Längszug vermindert und die Bahn in einer zweiten Trockenstufe unter diesem
verminderten Zug getrocknet wird, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnkanten auf
das 0,1- bis O,Sfache und der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnmitte auf das 0,3- bis
1,5fache des Gewichtes der wasserfreien Cellulose gesunken ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung arbeitet man so, daß die
den herabgesetzten Längszug bewirkenden Trockenwalzen der zweiten Trockenstufe mit
einer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben werden, die um 0,5 bis 2°/o niedriger ist
als die der Walzengruppe der ersten Trockenstufe.
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Die für das Verfahren der Erfindung als kennzeichnend angesehenen
Maßnahmen unterscheiden sich von den Maßnahmen der bereits vorgeschlagenen Arbeitsweise
dadurch, daß das Trocknen der Cellulosebahnen in drei Stufen über drei Trockenwalzengruppen
durchgeführt wird, wobei außerdem an den Bahnkanten in der ersten Trockenstufe ein
wesentlich höherer Feuchtigkeitsgehalt eingestellt wird. Darüber hinaus erfolgt
vor der zweiten Trokkenstufe eine Verminderung des Längszuges und eine Trocknung
in der zweiten Trockenstufe unter diesem verminderten Zug. Durch diese neuen Maßnahmen
wird es möglich, außer der Erzielung absolut ebener und spannungsfreier Filmbahnen
eine Deformation und eine permanente Schrumpfung völlig zu vermeiden oder diese
störenden Erscheinungen zumindest stark herabzusetzen.
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Unter »Feuchtigkeitsverteilung längs des Bahnquerschnittes« wird
der Verlauf des Feuchtigkeitsgehaltes über die Bahnbreite, also senkrecht zur Laufrichtung,
verstanden. Er wird bestimmt, indem der Feuchtigkeitsgehalt von je 76 mm breiten,
nebeneinanderliegenden Streifen der Filmbahn ermittelt wird.
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Unter einem Zug, der ausreicht, eine Deformation der Bahn zu vermeiden,
ist der in der Längsrichtung der Bahn ausgeübte Zug zu verstehen, der einem Schrumpfen
während des Trocknens nicht entgegensteht, aber ausreicht, um eine Runzelbildung,
Beutelung oder Deformation der Bahn zu vermeiden.
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Unter Bahnkanten im Sinne der vorliegenden Erfindung sind die an
beiden Längskanten liegenden Streifen von je 76 bis 152 mm Breite zu verstehen,
während die Bahnmitte die verbleibende Fläche im Mittelteil der Bahn zwischen diesen
beiden Kantenstreifen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beim Trocknen endloser Bahnen
aus allen feucht gegossenen Cellulosefilmen, also aus Bädern gewonnenen, schrumpffähigen
Filmen angewandt werden. Es hat sich also besonders zweckmäßig für Viskosefilme
erwiesen, und die Erfindung soll daher im folgenden am Trocknen von aus dem Gel
regenerierter Cellulosehydratfilmen beschrieben werden.
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In den USA.-Patentschriften 1 548 864, 1601289 sind für den Großbetrieb
geeignete Verfahren zur fortlaufenden Herstellung von Cellulosehydratfilmen aus
Viskose beschrieben, die aus dem Schlitz eines Filmgießers austritt, in einem Fällbad
zu einer Bahn koaguliert wird, worauf der Film sogleich regeneriert, gewaschen,
entschwefelt, gebleicht, appretiert und getrocknet wird. Die trockene Filmbahn wird
dann zu Rollen aufgespult, die für die Bearbeitung, Lagerung und Weiterbehandlung
verwendet werden. Die Bahn liegt nach dem Appretierbad in Form eines Gels, also
völlig mit wäßriger Lösung gesättigt, vor.
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Sie enthält etwa das 3,0- bis 3,5fache des Gewichtes der wasserfreien
Cellulose an Wasser, das durch Trocknen weitgehend entfernt werden muß. Dabei schrumpft
der Film in seiner Länge, Breite und Dicke, so daß die Filmfläche abnimmt und der
Film runzelig und wellig wird. Um das zu vermeiden und eine Beeinträchtigung der
Transparenz zu verhüten, trocknet man die Bahn durch Leiten über eine Anzahl von
Heizwalzen, z. B. nach den USA.-Patentschriften 2 000 079, 2141377, die mit solchen
Geschwindigkeiten umlaufen, daß die Filmbahn in der Längs- und der Querrichtung
so gespannt wird, daß ein Einschrumpfen und eine Deformation vermieden wird. Auf
diesen Trockenvorgang bezieht sich die vorliegende Erfindung.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der Trockenvorrichtung; F i g. 2
stellt die Feuchtigkeitsverteilung längs des Bahnquerschnittes beim Eintritt der
Bahn in die erste Trockenwalzengruppe, beim Eintritt in die zweite und dritte Trockenwalzengruppe
und beim Austritt aus der Trockenvorrichtung graphisch dar.
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Auf der Ordinate ist das Verhältnis alb des Wassergehaltes zum Cellulosegehalt
im Film, also des Gewichtes der im Film enthaltenen Wassermenge zum Gewicht der
wasserfreien Cellulose, angegeben.
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Auf der Abszisse ist die Filmbreite dargestellt mit den BahnkantenA-B
und C-D und der Bahnmitte B-C. Bei I ist die Feuchtigkeitsverteilung im Bahnquerschnitt
beim Eintritt der Bahn in den Trockner dargestellt. Bei II ist die Feuchtigkeitsverteilung
bei Verminderung des Zuges, also beim Eintritt in die Stufe 2 der Walzen 4, bei
III bei Erhöhung des Längszuges, also nach Verlassen der zweiten und vor Eintritt
in die dritte Trocknungsstufe 5, und bei IV beim Austritt aus dem Trockner wiedergegeben.
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Wie in F i g. 1 veranschaulicht ist, wird eine gelförmige Filmbahn
F aus regenerierter Cellulose nach Verlassen des Appretier- oder Weichmacherbades
zwischen
zwei Abquetschwalzen oder Abstreichvorrichtungen 1 und 2 geführt, die den Überschuß
an Weichmacherfiüssigkeit entfernen. Dann läuft die Bahn F mit etwa der gleichen
Geschwindigkeit wie im Weichmacherbad in den Trockner ein. Die Bahn enthält dann
etwa die 0,3- bis 3,5fache Wassermenge, wie das Gewicht der trocknen Cellulose beträgt.
Zuerst wird die Filmbahn F über eine erste Gruppe von Trockenwalzen 3 geführt, die
mit einer Geschwindigkeit umlaufen, daß die Bahn in der Laufrichtung unter solcher
Spannung gehalten wird, daß gerade eben ein Verziehen oder Verwerfen der Bahn vermieden
wird. Die Trockenwalzen 3 werden gleichmäßig erhitzt. Auch wird warme Luft über
die Bahn so geleitet, daß sie eine gleichmäßige Trockentemperatur aufweist. Dadurch
wird erreicht, daß die Feuchtigkeitsverteilung längs des Bahnquerschnittes symmetrisch
ist, wie aus F i g. 2 hervorgeht. Sobald der Feuchtigkeitsgehalt an den Bahnkanten
auf etwa das 1,5- bis 2,5fache des Gewichtes der trockenen Cellulose vermindert
ist, wobei die Feuchtigkeitsverteilung im Bahnquerschnitt praktisch symmetrisch
zur Längsachse der Filmbahn verläuft, also die Bahnkanten trockener als die Bahnmitte
sind (11 in F i g. 2), folgt die zweite Trockenstufe.
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Die Filmbahn wird dazu über eine zweite Gruppe von Trockenwalzen4,
die zweite Trockenstufe, geleitet, die mit einer 0,5 bis 2 0/o niedrigeren Umfangsgeschwindigkeit
als die Walzen der Gruppe 1 angetrieben werden, so daß die in dem mit der gleichen
Fördergeschwindigkeit laufenden Film infolge der durch das Trocknen hervorgerufenen
Schrumpfungskräfte auftretenden Zugspannungen aufgehoben werden. In der zweiten
Trocknungsstufe wird der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnkanten weiter auf das 0,1-
bis 0,5fache und der der Bahnmitte auf das 0,3- bis 1,5-fache des Gewichtes der
trockenen Cellulose vermindert, wobei die Feuchtigkeitsverteilung im Filmquerschnitt
nach III gemäß F i g. 2 verläuft.
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Danach wird die Filmbahn in die dritte Trocknungsstufe eingeführt,
die aus den Trockenwalzen 5 besteht, die mit einer 0,5 bis 3,0 0/o größeren Umfangsgeschwindigkeit
laufen als die Walzen 4 der zweiten Gruppe. Dadurch wird der auf die Bahn ausgeübte
Zug erhöht, wodurch die noch feuchtere und plastischere Bahnmitte etwa auf die Länge
der bereits trockenen Bahnkanten gereckt wird, dann wird das Trocknen zu Ende geführt,
worauf alle Teile der Filmbahn praktisch dieselbe Länge aufweisen (IV in Fig. 2).
Die Bahn F verläßt nun die Trockenvorrichtung mit einem Feuchtigkeitsgehalt von
etwa dem 0,06fachen des wasserfreien Films und wird zu einer Filmrolle aufgespult.
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Wie erwähnt, muß die Feuchtigkeitsverteilung über dem Bahnquerschnitt
zu dem Zeitpunkt, in dem die Umfangsgeschwindigkeit der Trockenwalzen und damit
die Zugspannung gemindert und später erhöht wird, nahezu symmetrisch sein, und die
Bahnkanten müssen trockner als die Bahnmitte sein, was erreicht wird, wenn über
der gesamten Bahn eine gleichförmige Trockentemperatur herrscht.
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Die besten Werte für eine Verminderung oder Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit
und damit der Zugspannung sind auf die Filmdicke und den Weichheitsgrad der Filmbahn
abzustellen. Deshalb ist es wünschenswert, wenn man die Umfangsgeschwindigkeit der
Walzen vor und nach den Punkten kritischer Bahnfeuchtigkeit variieren kann.
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Die Filmrollen der getrockneten Cellulosebahn können gegebenenfalls
nach dem Beschichten in schmalere Rollen zerschnitten werden. Derartige schmale
Filmrollen haben vorzügliche ebene Bahnen, wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht.
Die Werte sind von nach den bekannten Verfahren mit kon-
stanter Umlaufgeschwindigkeit
der Trockenwalzen hergestellten Filmen (Alt) sowie von erfindungsgemäß hergestellten
Bahnen (Neu) ermittelt worden, wobei auch die Verbesserung der Deformation und hinsichtlich
der permanenten Schrumpfung erkennbar ist.
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Tabelle I Ebenheit der Filmbahnen
| Anteil mit 6 mm |
| Kantenabweichung |
| Trocken- Filmdicke Zahl der oder weniger in O/o |
| verfahren R llen Zugspannung |
| Rollen Zugspannung Zugspaimung |
| 0,178 kg/cm 0,250 kg/cm |
| Mikron Filmbreite Filmbreite |
| Alt 23 1856 60,6 84,4 |
| Neu 23 661 90,0 99,2 |
| Alt 25 122 - 67,7 |
| Neu 25 63 - 98,4 |
| Alt 35 436 - 30,0 |
| Neu 35 205 - 97,6 |
Daraus ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Filmbahnen, besonders die von
35 Mikron Dicke, weniger Ausfall zeigen als die nach den bekannten Verfahren getrockneten.
Wenn die Abweichung an den Kanten mehr als 6 mm bei einer Zugspannung von 0,250
kg/cm Filmbreite ausmacht, sind die Bahnen für die Weitervera'rbeitung auf den üblichen
Druck-, Falz-, Schweiß- und Verpackungsmaschinen unbrauchbar.
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Aus Tabelle II sind die Verbesserungen hinsichtlich der Deformations-
und Schrumpfungseigenschaften zu ersehen.
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Tabelle II Deformation und permanente Schrumpfung
| Trocknung Trocknung |
| ohne Ände- unter Zug- |
| rung der minderung |
| und |
| Zugspannung und |
| nach dem |
| Stand Reckung |
| der Technik gemäß der |
| Erfindung |
| A. Bahnquerschnitt |
| O/o Deformation (O/o D) 5,4 ovo D 3,9 °/0 D |
| O/o permanente 2,9 Wo pS 3,0 O/o pS |
| Schrumpfung (o/o pS) |
| B. Bahnlänge |
| O/o Deformation (°/o D) 3,4 ovo D 2,1 Wo D |
| O/o permanente 3,4 Wo pS 2,8 O/o pS |
| Schrumpfung (o/o pS) |
Patentansprüche: 1. Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen endloser Cellulosehydratfilmbahnen
mittels be-
heizter Trockenwalzen unter Zug, wobei die feuchte Bahn in einer ersten
Arbeitsstufe unter solchem Längszug über die Walzen geführt wird, daß eine Verformung
der Bahn eben vermieden wird und die Bahn der Trockentemperatur über ihre gesamte
Breite so ausgesetzt wird, daß der Feuchtigkeitsgehalt herabgesetzt und über die
gesamte Breite der Bahn im wesentlichen symmetrisch zu ihrer Längsachse verteilt
ist, wobei die Bahnmitte feuchter als die Kanten ist, und daß in einer zweiten Arbeitsstufe
der Längszug so erhöht wird, daß die Bahnmitte etwa auf dieselbe Länge wie die Bahnkanten
gereckt wird, wonach zu Ende getrocknet wird, dadurch gekennz e i c h n e t, daß
man in der ersten Arbeitsstufe den Feuchtigkeitsgehalt der Bahnkanten in einer ersten
Trockenstufe auf das 1,5- bis 2,5fache des Gewichtes der wasserfreien Cellulose
vermindert, dann den Längszug vermindert und die Bahn in einer zweiten Trockenstufe
unter diesem verminderten Zug trocknet bis der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnkanten
auf das 0,1- bis 0,5fache und der Feuchtigkeitsgehalt der Bahnmitte auf das 0,3-bis
1,Sfache des Gewichtes der wasserfreien Cellulose gesunken ist.