DE2317401B2 - Verfahren zum aufschaeumen einer ein oberflaechenaktives mittel enthaltenden faserdispersion und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschäumen einer ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden Faserdispersion für die Herstellung von nicht gewebtem Fasermaterial durch Gas sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem aus der französischen Patentschrift 1449737 bekannten Verfahren der obengenannten Art wird die ein oberflächenaktives Mittel enthaltende Faserdispersion durch eine Rührvorrichtung aufgeichäumt, durch die die Faserdispersion einer kräftigen Scherwirkung ausgesetzt wird. Die Faserdispersion wird unmittelbar darauf dem Sieb einer Papiermalchine zugeleitet.

Aus der deutschen Offenlcgungsschrift 2053 184 ist es bekannt, eine Faserdispersion mit einem Gasanteil tu verarbeiten und die Dispersion durch mehrere Rohre von verengtem Querschnitt zu leiten. Bei dieiem bekannten Verfahren werden die Gasbläschen durch Einleiten eines Gas- oder Dampfstromes erfceuet. Die Gasbläschen zwingen dabei die Fasern zu einer Flotierung in der Nähe der freien Oberfläche, wodurch eine Verdichtung der Dispersion erreicht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt der Gasanteil mindestens 55 % und enthält die Dispersion ein oberflächenaktives Mittel. Bei der aus dieser Entgegenhaltung bekannten Vorrichtung bilden die Rohre mit verengtem Querschnitt einen Mehrrohr-Verteiler zur Beruhigung der Strömung. Bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgeinä-

ßen Verfahrens wird die Faserdispersion dagegen durch die Vielzahl von Rohren aus einer Einlaß-Sammelleitung in eine Auslaß-Sammelleitung geleitet und weist jedes Rohr an dem der Einlaß-Sammelleitung zugewandten Ende mindestens einen inneren Bereich

von verlängertem Querschnitt auf. Während bei dem bekannten Verfahren und der zu seiner Durchführung dienenden Vorrichtung zunächst eine stark verdünnte Dispersion hergestellt wird, die dann durch Flotation verdichtet und unmittelbar darauf der Maschine zur Herstellung der nicht gewebten Faserbahn zugeführt wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die geschäumte Dispersion in einer Sammelleitung abgeleitet.

Aus der britischen Patentschrift 997539 ist die Verwendung eines Rohres mit mehreren inneren Bereichen von verringertem Querschnitt bekannt. Durch diese Ausbildung soll in der Dispersion eine Turbulenz erzeugt werden, die verhindert, daß die Fasern Klumpen bilden. Im Gegensatz zur vorliegenden Er-

findung enthält die Dispersion kein oberflächenaktives Mittel und wird die Dispersion unmittelbar einer Walze zugeführt, auf der die Fasern verdichtet werden. Diese bekannte Vorrichtung dient außerdem dazu, eine einmal erzeugte Faserdispersion aufrechtzuerhalten, während die vorliegende Erfindung die Herstellung der Faserdispersion betrifft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufschäumen einer ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden Faserdispersion zu schaffen, wobei die Fasern nach dem Aufschäumen der Dispersion keine Klumpen bilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine Faserdispersicn mit einem Gasanteil von mindestens 55% verarbeitet und dadurch Turbulenz innerhalb der Faserdispersion auslöst, daß man die Faserdispersion aus einer Einlaß-Sammelleitung durch eine Vielzahl von Rohren in eine Auslaß-Sammelleitung leitet, wobei jedes der Rohre der Durchgang eines kleinen Volumens der Dispersior zuläßt und an dem der Einlaß-Sammelleitung zugewandten Ende mindestens eine im inneren Bereich von verengtem Querschnitt aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrich tung zur Durchführung dieses Verfahrens, die dadurcl gekennzeichnet ist, daß die Einlaß-Sammelleitunj und die Auslaß-Sammelleitung kreisförmige Gehäuse sind, die durch eine Vielzahl von radial abstehendei Rohren gebildet sind, von denen jedes den Durchganj eines kleinen Volumens der durch die Einlaß-Sam melleitung zugeführten Dispersion zuläßt und an den der Einlaß-Sammelleitung zugewandten Ende minde stens einen inneren Bereich von verengtem Quer schnitt aufweist, der dazu dient, innerhalb des Rohre eine Turbulenz auszulösen, wobei vor der Einlaß Sammelleitung eine Pumpe angeordnet ist, die geeig net ist, die Dispersion durch die Rohre in die Auslaß Sammelleitung und aus dieser heraus zu pumpen.

Vorzugsweise bildet jedes Rohr zwischen der Aus

laß-Sammelleitung und dem inneren Bereich des Rohres eine Rohrschlange.

Vorzugsweise wird jede der inneren Bereiche ferner durch einen in einem Rohr angeordneten Einsatz gebildet.

Aus der französischen Patentschrift 1449737 und der deutschen Offenlegungsschrift 2053184 ist die Verwendung einer Gasbläschen enthaltenden Faserdispersion an sich bekannt. Die Anmelderin hat jedoch gefunden, daß die Faserdispersion zur Vermeidung der Bildung von Faserklumpen einen Gasanteil von mindestens 55 Volumprozent und vorzugsweise unter 75 Volumprozent enthalten muß. Der im Einzelfall optimale Gasanteil, der zur Erzielung einer möglichst gleichförmigen Dispersion erforderlich ist, hängt im allgemeinen von der Form, der Größe, den physikalischen Eigenschaften und der Konzentration der Fasern ab. Das Verhältnis zwischen der Größe der Fasern und dem arithmetischen Mittelwert des Durchmessers der Gasblasen kann ebenfalls für die Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Dispersion von Bedeutung sein. Es hat sich gezeigt, daß unabhängig vom Gasanteil die Fasern normalerweise nur in der Flüssigkeit zwischen den Gasblasen vorhanden sind und nicht in die Gasblasen selbst eindringen. Die Gleichförmigkeit der Dispersion wird somit, abgesehen vom Gasanteil auch durch die Anzahl, die Form und die Größe der in der Dispersion enthaltenden Gasblasen bestimmt. Durch das erfindungsgtmäße Verfahren zum Aufschäumen einer Faserdispersion wird diesen Bedingungen weitgehend Rechnung getragen.

Beträgt der Volumenanteil des Gases im geschäumten flüssigen Medium weniger als 55%, so ist das Gas in verhältnismäßig wenigen Blasen mit verhältnismäßig großem Durchmesser enthalten, welche das Medium in Flüssigkeitstaschen unterteilen, in denen sich die Fasern sammeln; da die Viskosität der Flüssigkeit (normalerweise Wasser) verhältnismäßig niedrig ist, können sich die Fasern frei bewegen und flocken daher innerhalb der Flüssigkeitstaschen aus.

Ist der Volumenanteil des Gases im geschäumten flüssigen Medium größer als etwa 75% und weisen die Gasblasen eine im wesentlichen gleichmäßige Größenverteilung auf, so ist die Packungsdichte der Blasen so hoch, daß die Blasen aus ihrer normalerweise kugelförmigen Gestalt in vielflächig geformte Blasen deformiert werden. In einem derartige Blasen enthaltenden Medium erzeugen Oberflächenspannungen in den Ebenen der zwischen den Blasen liegenden Schichten Kräfte, welche gegen die Schnittlinie der Schichten und zu den Schnittpunkten der Schichten gerichtet sind. Diese Kräfte bewegen die Fasern in die Schnittlinien der Schichten, und die Fasern werden in Bündeln in diesen Schnittlinien ausgerichtet.

Jedoch ist auch bei der Verwendung eines geschäumten flüssigen Mediums mit einem Volumprozentanteil von Gas oberhalb 75% ein gewisses Ausmaß an Faserklumpenbildung vorhanden; nichtsdestoweniger kann die gesamte Faserdispersion in einer Bahn, die unter Verwendung eines derartigen Schaums hergestellt wurde, besser sein als sie unter Verwendung von Wasser allein als Dispersionsmedium bei der gleichen Fasergewichtskonsistenz erhalten werden kann.

Untersuchungen haben ergeben, daß bei einer Erhöhung des Volumenanteils an Gas in einem geschäumten flüssigen Medium 1. sich die Anzahl der Gasblasen pro Volumeneinheir. des Mediums erhöht, 2. der arithmetische Mittelwert der Gasblasendurchmesser abnimmt und 3. sich der Bereich der Gasblascndurchmesser verringert. Die günstigen Viskositätseigenschaften der erfindungsgemäß erhaltenen geschäumten flüssigen Medien beruhen nicht allein auf der Anzahl der pro Volumeneinheit enthaltenen Gasblasen, sondern auch auf der im wesentlichen

ίο gleichförmigen Größe der Blasen.

Die Einwirkung auf die Viskosität des Mediums durch die Größenverteilung der Blasen beruht mutmaßlich darauf, daß der Volumenanteil des Gases, der für eine dichte Packung der Blasen erforderlich ist, kleiner wird, wenn die Blasen eine im wesentlichen gleichförmige Größenverteilung aufweisen.

Die chemischen Eigenschaften des oberflächenaktiven Mittels sind nicht kritisch, vorausgesetzt, daß das Mittel ein geschäumtes flüssiges Medium mit den gewünschten Eigenschaften erzeugen kann. Das oberflächenaktive Mittel kann anionisch, kationisch oder nicht-ionisch vorliegen. Geeignete oberflächenaktive Mittel sind u. a. Octylphenoxypolyäthoxyäthanol und Dodecylbenzolsulfonat von im Handel erhältlicher Qualitä*.

Der arithmetische Mittelwert des Blasendurchmessers im geschäumten flüssigen Medium kann ermittelt werden, indem ein Objektträger für ein Mikroskop, derauf —17° C abgekühlt ist, in das Medium getaucht wird und anschließend der Objektträger mit einer Probe des gefrorenen Mediums entnommen und in das Kühlabteil eines Mikroskops gegeben wird. Mikrophotographien mit beispielsweise einer Vergrößerung von 100 ermöglichen es, den arithmetischen Mittclwert der sichtbaren Blasen zu bestimmen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß eine Probe des Mediums aus dem Innern der Masse des Mediums entnommen wird und daß nicht lediglich die äußere Schicht der Blasen untersucht wird.

Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Vorrichtung zwischen einer Quelle von Luft und Fasern, die in ein oberflächenaktives Mittel enthaltendem Wasser dispergiert sind, einerseits und einer durchlässigen Auflagerfläehe andererseits angeordnet werden kann, auf welcher die in der Vorrichtung gebildete geschäumte Faserdispersion entwässert wird, ohne daß eine Pumpeinrichtung zwischen der Vorrichtung und der durchlässigen Auflagerfläche erforderlich ist, welche die Eigen-

So schäften der geschäumten Faserdispersion beeinträchtigen könnte. Die geschäumte Faserdispersion kann von der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels eines einfachen Strömungsverteilers unmittelbar der durchlässigen Auflagerfläche zugeführt werden, wobei der Strömungsverteiler beispielsweise aus einem Rohr besteht, welches derarf^eformt ist, daß es die aus der Vorrichtung austretende Strömung auf die Breite der durchlässigen Auflagerfläche verbreitert: sie besteht jedoch vorzugsweise aus einem üblicher Stoffauflauf einer Papiermaschine, der geschlossen oder offen sein kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in dei Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend nähci beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in Draufsicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 in Endansicht die Vorrichtung von Fig. 1 Fig. 3 im Schnitt eine Verbindung zwischen dei

Einlaß-Sammelleitung und einem schaumbildenden Rohr,

Fig. 4 in schematischer Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 5 im Schnitt schematisch einen Teil der Vorrichtung von Fig. 4 und

Fig. 6 in einem Blockschaltbild einen Teil eines Systems zur Herstellung von nicht gewebtem Fasermaterial, welches die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist die Vorrichtung eine Anzahl von schaumbildenden Rohren 1 auf, wovon jedes mindestens einen inneren Bereich verringerten Querschnitts aufweist, der durch einen rohrförmigen Einsatz 2 gebildet wird, der einen kreisförmigen oder einen beliebigen anderen Querschnitt aufweisen kann. Eine Einlaß-Sammelleitung, die durch ein Einlaßrohr 3 gebildet wird und eine Auslaß-Sammelleitung, die durch ein Auslaßrohr 4 gebildet wird, werden miteinander durch die schaumbildenden Rohre 1 verbunden.

Das Einlaßrohr 3 und das Auslaßrohr 4 können einen Innendurchmesser von 15 cm aufweisen, um eine Strömung von 3000 l/Min, zu ermöglichen, während die schaumbildenden Rohre einen Innendurchmesser von 18 mm und die rohrförmigen Einsätze einen Innendurchmesser von 12 mm aufweisen. Die schaumbildenden Rohre 1 gemäß dieser Ausführungsform bestehen aus geradlinigen Rohren, welche sich zwischen dem Einlaßrohr 3 und dem Auslaßrohr 4 im wesentlichen parallel zueinander im Abstand voneinander erstrecken, wobei die Länge der schaumbildenden Rohre etwa 3 m und der Abstand zwischen den Achsen der schaumbildenden Rohre etwa 16 cm beträgt.

Das Einlaßrohr 3 und das Auslaßrohr 4 sind mit Anschlußflanschelementen 5 versehen, wobei ein Ende eines schaumbildenden Rohres 1 in einem Ansatz 6 eines jeden Anschlußflanschelementes gemäß Fig. 1 befestigt ist. Jedes Ende eines schaumbildenden Rohres ist in seinem zugehörigen Ansatz 6 gemäß Fig. 3 mittels zweier zusammenwirkender Hülsen 7 und 8 befestigt, wobei die innere Hülse 7 mit einem Ende des Rohres 1 und mit der äußeren Hülse 8 verbunden ist, und die äußere Hülse 8 am Ansatz 6 befestigt ist.

Jedes Ende des Einlaßrohres 3 und des Auslaßrohres 4 weist mit öffnungen versehene Flanschelemente 9 auf, damit gegenüberliegende Enden der Rohre gemeinsam jeweils an ein Einlaßrohr und ein Auslaßrohr in der nachfolgend beschriebenen Weise angeschlossen werden können.

Einige der schaumbildenden Rohre 1, und zwar gemäß der Fig. 1 jedes zweite Rohr, sind mit Ein-AusVentilen 10 ausgestattet, durch welche der Durchsatz durch die Vorrichtung gesteuert werden kann. In der in den F i g. 4 und 5 schematisch dargestellten Ausf ührungsform werden die Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen durch Gehäuse 11,12 gebildet, wobei sich jedes schaumbildende Rohr 1 seitlich von einem Gehäuse weg erstreckt und bei 13 eine Rohrschlange bildet, die an ihren Enden jeweils mit dem Einlaßgehäuse bzw. dem Auslaßgehäuse verbunden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausf ührungsform sind die Gehäuse 11, 12 kreisförmig, und die schaumbildenden Rohre erstrecken sich in radialer Richtung von den Gehäusen weg.

Jedes Ende eines je:den der schaumbildenden Rohre ist mit einem Gehäuse 11, 12 durch ein von Hand betätigbares Ventil 14 verbunden, welches an einen Rohransatz 15 angeschlossen ist, der sich seitlich vom Gehäuse weg erstreckt. Die rohrförmigen Einsätze 2 sind in dieser Ausl'ührungsform mit den Ventilen 14 verbunden und die schaumbildenden Rohre 1, die aus biegsamen Rohren bestehen können, sind gemäß Fig. 5 über die Einsätze 2 gesteckt.

ίο Ein Ende 16 des Einlaßgehäuses 11 ist offen, um eine Einströmung einer Dispersion von Luft und Fasern in einer ein oberflächenaktives Mittel aufweisenden Flüsigkeit in das Gehäuse zu gestatten und das Ende des Gehäuses, welches dem offenen Ende gegenüberliegt, wird gemäß Fig. 5 durch einen Verschluß verschlossen, welcher einen konischen Körper 17 aufweist, der sich in das Gehäuse 17 erstreckt, um die Bildung von Lufttaschen im Einlaßgehäuse 11 zu verhindern und eine im wesentlichen gleichmäßige Strömung durch die schaumbildenden Rohre 11 zu erzielen. Ein Ende des Gehäuses 12 ist ebenfalls offen, um das Ausströmen der geschäumten Faserdispersion aus dem Gehäuse zu gestatten.

Bei dieser Ausführungsform können 48 schaumbildende Rohre 1 in vier Reihen von jeweils 12 Rohren angeordnet sein und die Gehäuse 11,12 werden vorzugsweise unabhängig abgestützt, so daß wenig oder keine Schwingungen zwischen der Einlaß-Sammelleitung und der Auslaß-Sammelleitung übertragen werden. Im allgemeinen wird vor der Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines beliebigen Erzeugnisses die Anzahl der schaumbildenden Rohre durch Betätigung der Ventile 14 ausgewählt. Falls erwünscht, kann die Anzahl der im Gebrauch befindlichen schaumbildenden Rohre auch während des Betriebs der Vorrichtung durch Betätigung der Ventile 14 verändert werden.

Beim Betrieb der Vorrichtung gemäß den Fig. 4 und 5 wird die der Einlaß-Sammelleitung 11 zugeführte Mischung von Luftfasern und oberflächenaktiven Mitteln im wesentlichen gleichmäßig in jedem schaumbildenden Rohr 1 verteilt und die rohrförmigen Einsätze 2 erzeugen in der Mischung eine Turbulenz, welche zur Bildung einer geschäumten Faserdispersion mit den vorausgehend genannten gewünschten Eigenschaften führt.

Fig. 6 zeigt schematised die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem System zur Herstellung von nicht gewebrem Fasermaterial. Das System weist eine geschlossene, im Leitungszug angeordnete Mischvorrichtung 18 auf, beispielsweise einen geschlossenen Behälter mit einem drehbaren Rührer, in welchem eine Eingangsdispersion von Luft und Fasern in Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, welches ein oberflächenaktives Mittel enthält, gebildet wird. Von der Mischvorrichtung 18 gelangt die Dispersion unter Druck, welcher etwa 1,75 bis 2,1 atü beträgt, mit Hilfe einer Pumpe 19 zu einem Einlaßrohr 20 und zur Einlaß-Sammelleitung 3 oder 11. Die schäumte Faserdispersion verläßt die Auslaß-Sammelleitung 4 oder 12 über ein Auslaßrohr 23 und wird einer durchlässigen Auflagerfläche 24 in Form eines Siebs einer Fourdrinier-Papiermaschine zugeführt. Die geschäumte Faserdispersion wird mit Hilfe eines der Unterseite der Auflagerfläche 24 zugeführten Vakuums entwässert, wobei das Vakuum durch ein Vakuumsystem 25 geliefert wird. Ein Teil der Flüssigkeit, die sich im allgemeinen im geschäumten Zustand be-

findet und die von der geschäumten Faserdispersion auf der durchlässigen Auflagerfläche 24 abgezogen wird, wird mit Hilfe einer Pumpe 26 durch eine Leitung 27 zu der Mischvorrichtung 18 zur Wiederverwendung zurückgeführt, und weiteres Fasermaterial, entweder in trockener Form oder als Dispersion wird der Mischvorrichtung 18 durch ein Rohr 28 zur Dispersion in der wiederverwendeten Flüssigkeit zugeführt. Druckluft wird einer Dosiervorrichtung 21 von einem Kompressor 22 oder einer entsprechenden Einrichtung zugeführt und diese liefert dosierte Luftmengen in das Rohr 28. Die abgegebene Luftmenge wird von der Dosiervorrichtung 21 angegeben und wird derart eingestellt, daß die zu bildende Faserdispersion den erforderlichen Volumenanteil von Luft >5 enthält, welche zur Bildung einer geschäumten Faserdispersion mit den vorausgehend beschriebenen gewünschten Eigenschaften führt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde vorausgehend in Verbindung mit der Herstellung einer geschäumten Faserdispersion ausgehend von einer ursprünglich im wesentlichen ungeschäumtcn Dispersion von Fasern in einer ein oberflächenaktives Mittel und Luft enthaltenden Flüssigkeit beschrieben; es ist offensichtlich, daß die in Verbindung mit Fig. 6 beschriebene Mischvorrichtung eine gewisse Schaumbildung der durch die Vorrichtung hindurchtretenden Mischung erzeugt, wobei die Vorrichtung gemäß der Erfindung in gesteuerter Weise dazu dient, eine geschäumte Faserdispersion mit den erforderlichen Eigenschaften zu erzeugen.

Aus der Beschreibung der Wiederverwendung der Flüssigkeit, die von der geschäumten Faserdispersion auf der durchlässigen Auflagerfläche abgezogen wird welche Flüssigkeit im wesentlichen in einem geschäumten Zustand ist, ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung oder die beschriebener Mischvorrichtungen auch mit einer Faserdispersion ir einem geschäumten Zustand versorgt werden können wiewohl nicht in einem geschäumten Zustand, wie ei für die Zuführung der Dispersion zur durchlässiger Auflagerfläche erforderlich ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufschäumen einer ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden Faserdispersion für die Herstellung von nicht gewebtem Fasermaterial durch Gas, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Faserdispersion mit einem Gasanteil von mindestens 55% verarbeitet und dadurch Turbulenzen innerhalb der Faserdispersion auslöst, daß man die Faserdispersion aus einer Einlaß-Sammelleitung durch eine Vielzahl von Rohren in eine Auslaß-Sammelleitung leitet, wobei jedes der Rohre den Durchgang eines kleinen Volumens der Dispersion zuläßt und an dem der Einlaß-Sammelleitung zugewandten Ende mindestens einen inneren Bereich von verringertem Querschnitt aufweist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß-Sammelleitung (11) und die Auslaß-Sammelleitung (12) kreisförmige Gehäuse sind, die durch eine Vielzahl von radial abstehenden Rohren (1) verbunden sind, von denen jedes den Durchgang eines kleinen Volumens der durch die Einlaß-Sammelleitung (11) zugeführten Dispersion zuläßt und an dem der Einlaß-Sammelleitung zugewandten Ende mindestens einen inneren Bereich (2) von verringertem Querschnitt aufweist, der dazu dient, innerhalb des Rohres (1) eine Turbulenz auszulösen, wobei vor der Einlaß-Sammelleitung (11) eine Pumpe (19) angeordnet ist, die geeignet ist, die Dispersion durch die Rohre (1) in die Auslaß-Sammelleitung (12) und aus dieser heraus zu pumpen,

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (1) zwischen der Auslaß-Sammelleitung (12) und dem inneren Bereich des Rohres eine Rohrschlange (13) bildet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der inneren Bereiche durch einen in einem Rohr (1) angeordneten Einsatz (2) gebildet wird.