DE2731902A1

DE2731902A1 - Heizverfahren

Info

Publication number: DE2731902A1
Application number: DE19772731902
Authority: DE
Inventors: David Campbell Finlay-Maxwell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1978-01-19
Also published as: JPS5331243A; IT1079299B; FR2358802A1; GB1588513A

Description

DA-18 058

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft Verbesserungen cine3 Heizverfahrens und Verbesserungen im Hinblick auf das Erhitzen. Sie bezieht sich speziell auf ein Verfahren, bei dem ein System in einem Autoklaven, d.h., in einem Gefäß, in welchem Druck und/oder Vakuum kontrolliert werden können, dem Erhitzen durch Radiofrequenz bzw. Hochfrequenz unterworfen wird.

Es ist bekannt, in welcher Y/eise man das Hochfrequenzerhitzen auf Systeme in der flüssigen (feuchten) Phase anwenden kann, welche nicht eingeschlossen sind, es erfordert jedoch eine relativ lange Zeit, bis eine gleichmäßige Temperatur erreicht ist und es besteht die Tendenz, daß in Bereichen, die anfänglich weniger Flüssigkeit enthalten, während der Dauer, in der die feuchteren Bereiche bis zum Erreichen des Sättigungsdampfdrackes erhitzt werden, Verdampfung eintritt. Es ist außerdem unmöglich, genau Jede beliebige Temperatur aufrechtzuerhalten, die oberhalb oder unterhalb der Temperatur der normalen atmosphärischen Sättigung liegt.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß durch Anwendung des Hochfrequenz-Erhitzens auf ein System in einem Autoklaven die erforderliche Temperatur weit rascher erreicht werden kann. Außerdem kann die Temperatur sehr genau durch Kontrolle des Druckes bzw. des Vakuums aufrechterhalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Hochfrequenz-Erhitzen auf ein System in einem Autoklaven anwendet, welches eine Substanz mit relativ hoher Dielektrizitätskonstante enthält, die einen Dampf entwickelt, dessen Druck proportional der Temperatur ist, auf welche sie erhitzt wird.

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Unter "Substanz mit relativ hoher Dielektrizitätskonstante" soll eine Substanz mit einer Molekularstruktur verstanden werden, welche auf deis Hochfrequenz -Erhitzen anspricht, indem sie eine Temperaturerhöhung zeigt.

Die Substanz mit relativ hoher Dielektrizitätskonstante kann ursprünglich fest oder flüssig sein und geeignete Beispiele fUr solche Substanzen sind u.a. V/asser oder Blut.

Das erfindungagemäße Verfahren hat eine große Vielfalt von Anwcndungcmöglichkeiten und kann z.B. zur Behandlung von Bau- bzw. Nutzholz oder Leder, zum Flammfestmachen, Wasserfestmachen oder zur Sterilisation von Stoffen und insbesondere beim Färben von Fasern angewendet werden. Im Fall von Nutzholz wird das Hoehfrequenz-Erhitzen unter Vakuum angewendet, um die Feuchtigkeit zu entfernen, wonach z.B. Kreosot in den Autoklaven eingeführt wird und danach der Druck vermindert wird, so daß bewirkt wird, daß das Kreocot in den inneren Bereich des Nutzholzes eingesaugt wird und in die Bereiche eintritt, aus denen das Wasser verdampft wurde. Bei der Behandlung von Leder ist die Möglichkeit gegeben, zu gewährleisten, daß Jegliches vorliegendes Wasser durch Verdampfen entfernt wurde, wonach Behandlungen durchgeführt werden können, welche nur an trockenem Leder vorgenommen werden können und welche durch das Vorliegen von V/asser gestört würden. Zum Flammfestmachen müssen einige Chemikalien bei relativ hoher Temperatur in der Größenordnung von 120⁰C aufgetragen werden und dies kann erreicht \rerden_v indem der Autoklav unter Druck gehalten wird und die Temperatur durch Anwendung des Hochfrequenz-Erhitzens bis auf 120⁰C erhöht wird. Einige wasserfest machende Chemikalien erfordern eine Wärmebehandlung zum Aufschmelzen von Wachs und auch in diesem Fall kann dieses Erhitzen unter geregelten Autoklavenbedingungen durchgeführt werden. Bei der Sterilisation von Stoffen, wie z.B. Krankenhaus-Bettzeug oder Bettlaken, ermöglicht ein geringer Feuchtigkeitsgehalt dieser Stoffe und ihre Anordnung in einem Autoklaven, daß die Temperatur auf eine zum

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Abtöten der Bukt.er.lcn ausreichende Temperatur erhöht wird und bei dieser Temperatur während der erforderlichen Zeit geheilten wird. Die Stücke körnen dann durch Verminderung dos Autoklavendruckos getrocknet worden, während gleichzeitig das Hochfrequenz-Erhitzen .'».»gewendet wird, co da 13 die sterilisierten Stoffe in troekenera Zurrtand entnommen werden kör.vien.

tlbliche Farbosystcrrio zeigen verschiedene Nachteile, die nachstehend beschrieben werden :

Druckfärboi/aschinen sind eins relativ .schlechte. Mechanische Lösung des Probleias, ö'sQ Farbstoffe für ihre Fixierung hoho Temperaturen erfordern. Diese M.ir.chinr.n sind teuer und verbraucht-.·! große Mengen an Flüssigkeit und Energie, sowohl durch Erhitze)!, als auch durch Kühlen und in geringerem Maß für die Kreiülaufpumpen. Außerdem sind die Kaechinon bei kleinen Beschickungen sehr unwirtschaftlich und Probc-färbungc-n sind rchvierig durchzafuhren.

"Softflov;"-Maschinen (Maschinen mit sajiftcr Flüsr-lgkei t,'.-ptrömu.og) stellen einen Versuch dar, die uncrwüKachten Eicenschafton der DruckfUrbernaßchinen zu beseitigen, sie besitzen jodoch iuunex" Koch die meisten Machteile der Druckfärbema.ychinen. Die zu färbenden Teile v/crden in Bündel- oder Strcifenform mit Hilfe von Kurbeln transportiert und deren Erhitzung ist unwirtschaftlich. Wenn sie unter Druck gesetzt werden, ist die.^c:e Maßnahme teuer und unwirtschaftlich und es treten die gleichen Nachteile wie bei den Druckfärbemaschinen auf, insbesondere im Hinblick auf die Färbung.

Kettbnumfih-bemeschinon führen zu Schwierigkeiten durch Eindruck on aufgrund des hydrostatischen Druckes, e-olbst dann, wenn Belüftung angewendet wird. Häufig tritt ein ungleichmäßiges Eindringen an den Kanten und Webkanten auf und die Vorrichtungen haben hohen Würweverbrauch und hohen Energieverbrauch für die Pumpen.

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Klotzfüi-be-Systerce haben die Vorteile eines ausgezeichneten Baciverhältnisses (0,8/1 bis 1/1), einer ausgezeichneten Gleichmäßigkeit und V.'icderholbarlreit und haben nur geringen Energieverbrauch. Klotzf ärbe-Systesio sind jedoch mit den Nachteilen belastet, dfiß übliche Kaltklotzsysteroo (gemäß dem internationalen Wollsekretariat) auf die Anwendung bestimmter Farbstoffe beschrünkt sind» sie sind nicht befähigt, Chromfarbstoffe anzuwenden und cn ist- schwierig, in tiefen Farbtönen einzufärben. Auseerdem ist ein langer Zeitraum erforderlich, um Fehler im Hinblick auf den Farbton aufzufinden, der im allgemeinen in der Grössenordnung von 24 Stunden liegt.

Es wurde gefunden, daß durch den Einsatz eines Klotzfärbe-Systens und durch Anwendung des Hochfrequenz-Erhitzens auf den zu färbenden Ballen in einem Autoklaven ein größerer Bereich an Farbstoffen angewendet werden kann, daß die Färbedauer vermindert und die Temperatur exakt geregelt werden kann.

Durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher ein Verfahren zur Klotzfärbung, Sprühfärbung oder zum Bedrucken von Fasern zugänglich, bei dem Hochfrequenz zum Fixieren des Farbstoffes in einem Autoklaven angewendet wird, wobei der Ballen auf eine vorbestimiate Temperatur, beispielsweise 75°C bis 130⁰C, erhitzt wird.

Die Fasern können in Form von Stückware, gewebten, nlchtgewebten oder gestrickten und gewirkten Stoffen oder Garnen eingesetzt werden und diese Fasern können aus Natur- oder Synthesefasern, beispielsweise Protein-, Polyester-, Polyamid- oder Polyacrylfasern, insbesondere aus Baumwolle oder Wolle, bestehen.

Der Ballen kann vorteilhaft eine Rolle eines Stoffes auf einem Formteil mit niederer Elektrizitätskonstante, das beispielsweise einen Leistungsfaktor bei 1MHz von besser als 0,02 hat, dar-

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stellen, oder er kann aus aus einem losen Bündel bestehen, welches in einen Hohlbehälter niederer Dielektrizitätskonstante irit durchlöcherton Fndteilen zum Dampfdurchtritt gepackt ist. Gemäß einer weiteren Aucführungsform können Kammzüge auf ein Standard-Formteil aufgewickelt werden, das aus Materialien mit niederer Dielektrizitätskonstante gebildet ist.

Der Ballen oder das Bündel wird in das Gefäß eingelegt und dem Hochfrequenz-Erhitzen bis zum Erreichen des vorbestimmten Sättigungsdruckes unterworfen. Die Temperaturerhöhungsrate kann vorteilhaft in der Größenordnung von 25⁰C pro Minute liegen und hängt nur von der Größe des Ballens im Zusammenhang mit der Hochfrequenz-Abgabekapazltät des Generators ab.

Die Färbetemperatur kann mit einer Genauigkeit innerhalb von 1/2°C innerhalb des gesamten Ballens durch Regelung des Druckes aufrechterhalten v/erden.

Wenn die erforderliche Temperatur für die Färbung erreicht ist, kann die elektrische Energie abgeschaltet werden und die Strahlungsverluste können durch Einleiten von Wasserdampf während der Fi2:ierungGdauer ergänzt werden.

Danach kann die Temperatur durch Anwenden eines Vakuums mit geringen Kosten außerordentlich rasch vermindert werden, beispielsweise um etwa 7O⁰C. Der Ba:
sendem Trocknen entnommen.

weise um etwa 70⁰C. Der Ballen wird dann zum Waschen und anschlie·

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Stoff geklotzt werden, um ihn zur Vorbereitung für die Umdruckfärbung zu behandeln, und das Umdruckpapier kann gleichzeitig auf die Aufwickelrolle aufgegeben werden. Danach wird er zum Drucken in den Autoklaven eingeführt. Bei dieser Methode wird Jede Möglich-

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keit dor Diffusion des Druckiriurvtors beseitigt, die aufgrund von Bewegungsunterschieden zwischen ciera Stoff und dsm Papier leicht auftritt, was inanclu-ial bei üblichen J-fci;ohirien der Fall ist.

Die Probcfiirbung kann in einem kleinen Druckgefäß durchgeführt werden, indr.-w ein f&rb st off g et rankt er Streifen eingeführt und die Fixierimgiiternperatur in einer Rate erhöht v/ird, die vorteilhaft etwa 1ÜÜ°C pro I-Unuto beträgt. Nach der Fixierungßdnuor wird der getränkte Streifen durch gleichzeitige /mv/endi?^ von Vakuua und Hochfrequcnz-Erhitzen getrocknet, wodurch innerhalb von 2 bis 3 Minuten die Feststellung der zu erzeugenden Farbe uriaöglicht vird.

Die vorstellend beschriebene» Ausführungi.foriii des erfindung.sgoroäßen Verfahrens, d.h. die Färbung von Fasern oder Stoffen, zeigt die folgenden Vorteile :

(a) niedere Energiekosten;

(b) es treten keine Abwes/.:erproblerae auf, die mit der üblichen Entfernung der Trägerflüssigkeit verbunden sind;

(c) v/egon der geringen Menge an Flüssigkeit, die :;um Auswaschen des Stoffen in cufgerollter Form erforderlich ist, treten nur geringe Abv/asserschvriorigkeiten auf;

(d) minimaler Vasserverbrauch;

(e) es ist möglich, einen weiten Bereich von Farbstoffen anzuwenden, wodurch die Färbung praktisch aller Fasern ermöglicht wird;

(f) die Färbegei!chv.\i.ndigkeit kann außerordentlich stark erhöht werden, da übliche Zusätze normalerweise so ausgebildet sind, daß sie die Fixierung des Farbstoffes verzögern, um das Auftreten einer gleichmäßigen Färbung zu gestatten;

(g) verbesserte Bearbeitungsqualität wegen der Ausschaltung des Erfordern!ssep, den Stoff in Streifenform zu führen und wegen der wesentlich verminderten Dausr, während der das Material bei erhöhter Temperatur gehalten wird;

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(h) kleine Ballen lassen sich rascher erhitzen, wodurch dieses Zeitraums des Verfahrens Einsparungon an Energie und Zeit erreicht werden,
und

(i) die Färberoi erfordert praktisch keine zusätzliche Uaofterdampfbeschickung.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele verdeutlicht In jedem dieser Beispiele ist die Vorrichtung, die zur Ausbildung des Hochfrequenz-f elder, angewendet v/ird, ein Parnllelplcti.cnofon oder, gemäß einer anderen Ausführungεform, wird die konzentrische Strahlung angewendet, die von einem ^enti-alen Zapfen n: '¹ gerichtet ist. Die verwendete Stoxfiat-ü^c betrug in aller* 29,9 kg und es wurde ein 40 KW-Gcnervitor eingesetzt.

Nylonraaterial wurde mit einer Flotte imprägniert, die nachstehende Bestandteile enthielt :

AO g/kg Avilon Dark Brown GRV/ ((J.I. Acid Brown 202) 8 g/kg Eisessig

4 g/kg Solvitose Green OFA (Schölten)

ⁿ?n Material wurde geklotzt, so daß eine 100 Joige FlottenaiifnrJi.^e (liquor retention) erreicht wurde. Der Farbstoff wurde durch Erhitzen des Materials auf die Fixierurigstcrrtperatur von 100⁰C im Hochfrequcnzfeld fixiert und das Material wurde \/eitere 5 Minuten mit Hilfe von Wasserdampf bei dieser Temperatur gehalten.

Beisp_iel_2

Aus Acrylfasern bestehendes Material vurde mit einer Flotte getränkt, die folgende Bestandteile enthielt :

10 g/kg Maxi lon Red GRL (CI. Basic Red 46)

5 g/kg Indalca PAL

Der pH-Wert wurde mit Hilfe von Essigsaure auf 4,5 bis 5,0 eingestellt. Das Material wurde geklotzt, so daß eine 96 $iigc Flottc?iaufnähme erfolgte. Der Farbstoff wurde fixiert, indem man das Material im Hochfrequenzfeld auf die Fixierungstcinperntur von 100⁰C erhitzte und diese Temperatur wurde dann weitere 6 Minuten mit Hilfe von Wasserdampf aufrechterhalten.

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ORIGINAL INSPECTED Beispiel_3

Wollmaterial wurde mit einer Flotte imprägniert, die folgende Bestandteile enthielt :

30 g/kg Lanacron Scarlet s-2G (CI. Acid Red 383) 10 g/kg Eisessig

4 g/kg Solvitose Green OFA (Schölten)

Das Material wurde bei einer 85 ?£igen Flottenaufnahme geklotzt. Der Farbstoff wurde fixiert, indem die Temperatur im Hochfrequenzfeld auf 100⁰C erhöht und diese Temperatur dann weitere 4 Minuten mit Hilfe von Wasserdampf aufrechterhalten wurde.

Die zum Erreichen der Fixierungstemperatur erforderliche Zeit betrug in Beispiel 1 4,7 min, in Beispiel 2 4,5 min und in Beispiel 3 4,0 min.

Das erfinduiigsgcmäße Verfahren führt allgemein zu den nachstehend beschriebenen Vorteilen.

(1) Die Möglichlieit, jedes beliebige Material ohne Gewichtsverlust oder Danipfverlust zu erhitzen.

(2) Die Verkürzung der Dauer des Erhitzens aufgrund der Tatsache, daß sich der aus der flüssigen Phase erzeugte Dampf auf den kälteren Teilen der Beschickung wieder kondensiert und daß auf diese Weise die Wärmeverteilung gleichmäßiger gemacht wird.

(3) Wegen der Tatsache, daß praktisch keine latente Wärme erforderlich ist und nur die fühlbare Wärme zum Erhitzen des Ballens erforderlich ist, werden die unter (1) und (2) angegebenen Vorteile verstärkt.

(4) Temperaturen, die entweder unterhalb oder oberhalb der normalen Sättigungstemperaturen bei Atmosphärendruck liegen, können erreicht werden, indem geeignete Vakuum/Druck-Einstellungen durch überwachung des Dampfdruckens erfolgen, die dann wiederum die Temperatur des Ballens regeln. Dies ermöglicht das Aufrechterhalten einer außerordentlich hohen Genauigkeit der Wärmeregelung.

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(5) Verminderter Energieverbrauch, da lediglich die Schichten an der Außenseite der Beschickung frei sind und daher keine Wärraeverlusto, ausgenommen von den Außenbereichen auftreten, so daß ein verminderter Energieverbrauch auftritt, sobald die Temperatur erreicht ist. Diese geringen Energieverluste können durch periodische Anwendung einer geringen Menge an Hochfrequensenergie oder durch Einleiten von Wasserdampf ausgeglichen werden.

Wenn in der Vorrichtung, die zum Erzeugen des Hochfrequenzfeldes verwendet wird, ein zentraler Zapfen angewendet wird, so treten beträchtliche Schwierigkeiten bei der Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auf.

Die Energieverteilung über die Länge des Radiofrequenz aussendenden Elementes wird durch zwei wesentliche Faktoren beeinflußt, nämlich die Energie, die in der Beschickung absorbiert wird, während die Welle zum Ende hin wandert, und der Effekt der stehenden Wellen, der auftritt, wenn die Radiofrequenzwelle von dem offenen Ende des Elements reflektiert wird. Zur Lösung dieses Problems der ungleichmäßigen Verteilung wurde gefunden, daß der Durchmesser des inneren Strahlungserzeugers so ausgebildet werden soll, daß er in Richtung des offenen Endes eines kleinen Durchmesser annimmt und daß der Durchmesser sich in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlungsenergie erhöht, so daß der Durchmesser in Richtung der Spannungsverminderung längs des Strahlungserzeugers größer wird, wodurch die Strahlungsenergieverteilung innerhalb des umgebenden Ballens gleichmäßig gemacht wird.

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Claims

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SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜ E3E 1.-HOT¹F EBBINGHAUS FINCK

MARlAHIl FPl ATZ 2 A 3, MÜNCHFN OO t / J I >7 U 6

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14. JuIl 1977 DAVJD C/if-iPUKLL FI!:LA.x-MA.XV/WJ. DA-18 0!>8

Iiei?vrv:f ob

1 .j Ileizvor.fahi'ön unter Anv;ondung von Ilochl'requcn/., dadurch gekennzeichnet , daß man das Hochfrequenz-Erhitzen auf ein in einem Autoklaven befindliches Sy π tem anv/emdot, vrclchcs eine Substanz mit einer Molekül struktur enthält, die auf die Einv/lrkunfi flor no«hf2.*oqu.t-.n.i durch r-rhölivivig der Temperatur anspricht u.;kx die oinMi Dacipf entx.'J.ekelt, dcr.sen Druck proportional der Temperatur ist, auf die sie erhitzt wird.

2. Vcrf.'■·.!·rill nach Anr>pz\j.';b 1, d'-.dui-oh β e k e η η ζ e i c Ii η e t, daß die "abstan.:'. oj.n FestivLoff odci- eine Flücsigkeit ist.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ο k e η η -zeichnet, daß die Substanz Yna-ror .lot.

k. Vorfahren nach einen dor Anspruch'"; 1 bis J5» dadurch g c k ο η η ζ e i c h net , daß d^;:. ^/&!;i·,: Text:^ri.fu,;ern eiihr.^ dio nit cine·"¹) Farbstoff

5. Verft'ihrou nach ß.r.Spruch Λ, dadurcJi />; ο k e ιί η ζ e i ο h net, daß die Tci:tJJ.frtsorn in Γ'οΐ'ΐα vci £>tüc]:£ii.vi·, gewib^en, n.i Eev;c:btcn odor Eeatricktcn und ßcv/ii-kten Stoi'fci» ocVor vcoi Cri^'no^ vorliegen.

6. Vei'fiihx'en nach Anspruch 4 oder 5, clodurch g c k e η n zeichnet, daß die Tertilfaaern r.;türlio}ie oder syntlicti sehe Fac ciTi «ind.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche- h bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Textilfasorn Protein-, P0I3'-· ester-, Polyamid- oder Polyacrylfasern vorliegen.

8. Verfahren nach eine« der Ansprüche h bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Textllfaoern Baurnv/oll- oder Wollfasern vorließen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche Λ bio 8, dadurch Gekennzeichnet , daß der Ftuhntoff durch Erhitzen auf

eine Temperatur von 75 bis 13O⁰C auf den Fasern fixiert wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß man nach Erreichen der erforderlichen Temperatur das Hochfrequcnz-Erhitzen unterbricht und während der Fixierung eventuelle Strahlungsverluste durch Einleiten von Dampf ausgleicht.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ηε-.ch der Fixierung die Temperatur durch Anlegen eines Vakuums vermindert.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form von Kammzügen oder als Stoffrollo auf einem Formteil vorliegen, das bei 1 MHz einen Leistungsfaktor von mehr als 0,02 hat.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form eines losen Bündels vorliegen, das in einen hohlen Behälter gepackt ist, der bei 1 MIIz einen Leistungsfaktor von mehr als 0,02 hat und durchlöcherte Endteile zum Durchtritt von Wasserdampf aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenzfeld von einem zentralen Zapfen ausgeht, dessen Durchmesser in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlungsenergie sich in Richtung von dem offenen Ende hinweg erhöht.

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