DE4016489C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Hinzufügen thermoplastischer Fasern zu einer Zellstoffaser-Papiermasse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen thermoplastischer Fasern, wie z. B. Polyäthylenfasern, zu einer Zellstoffaser-Papiermasse, wobei das thermoplastische Fasermaterial und die Zellstoffaser-Papiermasse in eine Papiermühle eingeführt und dort zermahlen werden und bei dem die Mischung vergleichmäßigt wird. Die Erfindung betrifft fernerhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem in Fachkreisen bekannten Verfahren der oben genannten Art wird Polyäthylen in Blattform verwendet. Die Polyäthylen-Blätter werden mechanisch grob zermahlen und auf einem Förderband zu der Papiermühle gefördert, in die gleichzeitig Zellstoffaser-Papiermasse eingeblasen wird und in der die Fasern voneinander getrennt werden und die Mischung vergleichmäßigt wird.

Die Mischung von Zellstoffaser-Papiermasse und thermoplastischen Fasern wird als Aufsaugmittel in Suagkörpern verwendet, die für aufsaugende Wegwerfartikel bestimmt sind, wie z. B. für Wegwerfwindeln, Sanitärtüchern und Inkontinenz-Hilfen. Die Wirkung der thermoplastischen Fasern ist die, daß die mechanische Zugfestigkeit der Aufsaugkörper verbessert wird, wobei das Verhältnis der zugemischten Fasern sich üblicherweise im Bereich von 15 bis 20% bewegt, abhängig von den gewünschten Eigenschaften des betreffenden Produkts. Weil thermoplastische Fasern vier bis fünf mal teurer sind als Zellstoffasern, sind die Hersteller sehr darum bemüht, nicht mehr thermoplastische Fasern zu benutzen als die unbedingt notwendig sind. Aus diesem Grunde ist es wichtig, daß die thermoplastischen Fasern in die Papiermühle in genauen Mengen eingemessen werden. Bei dem bekannten Verfahren ist es jedoch schwierig, die thermoplastischen Fasern in genauen Mengen abzumessen, da der Feuchtigkeitsgehalt des verwendeten Polyäthylen-Materials schwankt und weil ein ungleichmäßiges Flächengewicht der Polyäthylen-Blätter das Endresultat beeinflussen kann. Es ist daher schwierig, die Gewichtsprozente von Wasser und thermoplastischen Fasern zu bestimmen, die in die Papiermühle eingeführt werden, wenn ein Polyäthylen-Material eines bestimmten Gewichts eingefüllt wird.

Aus der DE 40 12 157 A1 ist es bekannt, zur Herstellung eines Saugkörpers für ein Zellstoff-Hygieneprodukt aus Altpapier ein thermoplastisches Bindemittel zuzugeben, um eine Verarbeitung von Altpapierflocken trotz sehr kurzer Faserlänge zu ermöglichen. Auch hier ist es schwierig, die Gewichtsprozente von Wasser und dem thermoplastischen Bindemittel exakt zu bestimmen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht mithin darin, dieses Problem mit Hilfe eines Verfahrens und einer Vorrichtung zu lösen, die es möglich machen, beim Zufügen thermoplastischer Fasern zu den Zellstoffasern die thermoplastischen Fasern genau in die Papiermühle einzumessen, in der die Vergleichmäßigung der Mischung stattfindet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 gelöst. Da das thermoplastische Fasermaterial bestrebt ist, einen Gleichgewichtszustand mit seiner Umgebung aufrechtzuerhalten, nimmt das Material so lange Feuchtigkeit durch den Kapillareffekt auf, bis dieser Zustand erreicht ist. Dies ermöglicht es, die Feuchtigkeitsunterschiede des Fasermaterials, das in die gesteuerte Feuchtatmosphäre eingebracht wird, auszugleichen, so daß das Fasermaterial, das die Feuchtatmosphäre verläßt, danach einen konstanten Feuchtigkeitsgehalt aufweist. Das Fasergewicht des Fasermaterials, das die Feuchtatmosphäre verläßt, kann genau bestimmt werden, so daß das Fasermaterial, das der Papiermühle zugeführt werden soll, in genau abgemessenen Gewichtsmengen zugeführt werden kann.

Es wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 stellt schematisch den Fertigungsablauf zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dar und

Fig. 2 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung dar, die Teil des Fertigungsablaufes nach Fig. 1 ist und die dazu dient, eine gesteuerte Feuchtumgebung bereitzustellen sowie eine Vorrichtung zum Zuführen von thermoplastischem Fasermaterial in feuchtem Zustand von der Feuchtumgebung zu der Papiermühle, die Teil des Fertigungsablaufes ist.

Fig. 1 stellt sehr schematisch die Einzelvorrichtungen dar, die zusammen die Vorrichtung zum Zuführen von Polyäthylen-Fasern zu einer Zellstoffaser-Papiermasse bilden. Die Zellstoffasern werden über eine Rohrleitung in die Mischmühle eingeführt, in der die Zellstoffaser-Papiermasse mit Hilfe von Luft transportiert und in die Papiermühle entladen wird. Das Polyäthylen wird in die Station A in Form von Blättern eingebracht, die zur Zeit des Herstellungsvorganges einen Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 50% haben, die jedoch als Folge der Lagerung und des Transports einen schwankenden Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, und zwar wegen der verschiedenen Umgebungseinflüsse bei der Lagerung und beim Transport, denen die jeweiligen Blätter ausgesetzt gewesen waren. Die Polyäthylen-Blätter werden in der Station A grob mechanisch gemahlen, und zwar mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung, wie z. B. einer Hammermühle. Das grob entfaserte Polyäthylen-Material fällt danach auf einen geeigneten Förderer, z. B. einen Bandförderer, und wird mit Hilfe des Förderers in die Station B überführt. Das Polyäthylen-Material wird in der Station B einer Feuchtumgebung ausgesetzt. In dieser Umgebung nimmt das Polyäthylen-Material von der umgebenden Atmosphäre solange Wasser auf, bis ein Gleichgewichtszustand mit dieser Atmosphäre erreicht ist, wobei die trockneren Teile des Materials mehr Wasser aufnehmen als die feuchteren Teile. Als Folge davon haben alle Teile des Polyäthylen-Materials, das die Station verläßt, denselben Feuchtigkeitsgehalt, so daß das Fasergewicht dieses Materials genau bestimmt werden kann.

Fig. 2 stellt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Station B dar, in die das grob gemahlene Polyäthylen-Material von der Station A mit Hilfe eines Bandförderers 1 eingeführt wird. Das Abwurfende dieses Förderers ist oberhalb eines Zuführtrichters 2 angeordnet, der seinerseits mittig in einer Öffnung eines Behälters 3 angeordnet ist, der einen schrägen Boden 4 aufweist. Der Behälter 3 ist weiterhin mit einer sich seitlich erstreckenden Auslaßröhre 5 versehen, die parallel mit dem Boden 4 sich schräg nach oben erstreckt. Die Auslaßröhre hat die Form eines schräg verlaufenden Konus und wird nach oben hin in ihrem Durchmesser enger. Längs des Behälterbodens und auch etwas in der Auslaßröhre 5 hinein erstreckt sich eine Förderschnecke 6, die in geeigneter Weise in Drehung versetzt werden kann. Um die Behälteröffnung herum sind Sprühdüsen 7 angeordnet.

Der Behälter 3 ist in einem Tank 8 angeordnet, in den über ein Rohr 9 Wasser eingeführt werden kann. Die Druckseite einer Pumpe P ist mit den Sprühdüsen 7 verbunden, wohingegen die Saugseite der Pumpe mit dem Tank 8 verbunden ist. Eine Reihe von Löchern oder Schlitzen 10 in der Seitenwand des Behälters 3 bilden einen Überlauf zum Tank 8.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist die folgende:

Im Anfangszustand der Vorrichtung ist der Behälter 3 leer, und es ist auch keine Wasseroberfläche da, auf der sich das herabfallende Polyäthylen-Material sammeln könnte, da dieses Material leichter als Wasser ist.

Der Behälter 3 wird daher zunächst, wenn notwendig, entleert, wonach das Polyäthylen-Material in diesen Behälter eingeführt wird, und zwar von dem Förderer 1 über den Trichter 2 solange, bis der gesamte Boden 4 bedeckt ist. Darauf wird die Pumpe P, die eine veränderliche Verdrängungspumpe sein kann, betätigt. Die Pumpe wird so angetrieben, daß eine relativ kleine Wassermenge pro Zeiteinheit aus den Düsen 7 ausströmt. Das Polyäthylen-Material, das aus dem Trichter 2 fällt, gelangt auf diese Weise vor dem Hineinfallen in den Behälter durch eine Wasserbrause und fällt auf die Oberseite des vorher angelieferten Polyäthylen-Materials. Wenn so viel Polyäthylen-Material angeliefert worden ist, daß der Behälter 3 bis zur Höhe der Reihe von Löchern 10 in der Behälterwand gefüllt ist, dann wird die Zufuhr von Polyäthylen-Material unterbrochen, obwohl das Einsprühen von Wasser fortgesetzt wird. Nach einer bestimmten Zeitspanne hat das im Behälter vorhandene Polyäthylen-Material so viel Wasser aufgenommen, daß ein Sättigungspunkt erreicht ist und das Wasser, das danach noch auf das Material aufgesprüht wird, wird über die Reihe von Löchern 10 abgeführt.

Dies beendet die Anlaufphase des Vorganges und die Förderschnecke 6 und das Förderband 1 werden nun in Bewegung gesetzt. Durch die Auslaßröhre 5 wird nun eine kontinuierliche Länge eines Polyäthylen-Materials bzw. eines Polyäthylen-Stranges ausgebracht und fällt durch die Schwerkraft auf einen Förderer, oder, vorzugsweise direkt in die Mühle.

Die Zufuhr des Materials in den Behälter 3 muß selbstverständlich in geeigneter Weise gesteuert werden, und zwar so, daß sie der Abförderung des Materials durch die Röhre 5 entspricht. Dies kann, zum Beispiel, durch eine Steuerung der Förderergeschwindigkeit mit Hilfe eines im Trichter 2 angeordneten Füllstand-Sensors erreicht werden, mit dessen Hilfe die Höhe des Füllstandes im Trichter angezeigt werden kann.

Der Grund dafür, warum Wasser über eine relativ lange Zeitphase hinweg während der Anlaufphase eingebracht wird, ist der, daß es dem Aufnahmemechanismus des Polyäthylen-Materials ermöglicht werden soll, ausreichend wirksam zu werden, da diese Aufnahme oder das Einsaugen im wesentlichen durch Kapillarkräfte bewirkt wird. Nachdem die Aufnahmefähigkeit voll ausgenutzt worden ist, was aus der Tatsache hervorgeht, daß das Wasser danach über die Löcher 10 abfließt, ist das Material nicht mehr schwimmfähig (bouyant), sondern es hat im wesentlichen dieselbe Dichtigkeit wie Wasser, wobei es eine Konsistenz aufweist, die ähnlich der von Haferbrei ist. Die Zusammenhaltkräfte in diesem haferbreiähnlichen Material sind genügend groß, um das Material selbst dann zusammenzuhalten, wenn sich eine Wasseroberfläche oberhalb des Materials bilden sollte. Wenn die Anfangsphase abgeschlossen ist, wird der Wasserstrom aus den Düsen 7 so erhöht, daß ein Wasserüberschuß erreicht wird. Dieser Wasserüberschuß soll jedoch nicht größer sein als die Wassermenge, die über die Löcher 10 in der Behälterwand ablaufen kann.

Wie oben erwähnt, verengt sich die Auslaßröhre 5 an ihrem Auslaßende. Der äußere Umfang der Röhre 5 hat Perforationen 11, die längs der Unterseite der Röhre angebracht sind. Das Polyäthylen-Material wird auf diese Weise in dem Auslaßrohr zusammengedrückt und entwässert und das durch Druck herausgedrückte Wasser kann über die Perforationen 11 ablaufen. Der Feuchtigkeitsgehalt des Polyäthylen-Materials, das die Röhre 5 verläßt, ist folglich geringer als der im Behälter 3.

Beim Mischen der Zellstoffaser-Papiermasse und der Polyäthylen-Fasern in der Mischmühle besteht die Notwendigkeit, in der Mischung eine bestimmte Feuchtigkeit zu haben, um Probleme zu vermeiden, die durch das Entstehen statischer Elektrizität auftreten könnten. Aus diesem Grunde stellt es einen Vorteil dar, wenn das in die Mühle eingeführte Polyäthylen-Material, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahrender Fall ist, einen höheren Feuchtigkeitsgehalt hat, als dies bei dem bekannten Verfahren der Fall war, bei dem es notwendig war, Wasser in die Mühle einzuführen, um der entstehenden statischen Elektrizität entgegenzuwirken. In diesem Zusammenhang kann es erwähnt werden, daß die gleichförmige Mischung von Zellstoffasern und Bindefasern, die die Mühle verläßt, im allgemeinen einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 7 und 15% aufweist.

Da der Feuchtigkeitsgehalt der Zellulosefasern, die in die Mühle eingeführt werden, ebenfalls variieren kann, wird die Röhre 5 vorzugsweise so ausgeführt, daß der Feuchtigkeitsgehalt des Polyäthylen-Stranges, der die Röhre verläßt, verändert werden kann. Zu diesem Zweck kann der Teil der Röhre 5, der außerhalb der Förderschnecke 6 liegt, aus zwei zusammenwirkenden Teilen bestehen, und zwar aus einem unteren festen Teil mit halbkreisförmigem Querschnitt und einem oberen Teil mit U-förmigem Querschnitt, wobei der obere Teil, z. B. mit Hilfe eines Scharniers, in senkrechter Richtung verschwenkbar ist, so daß auf diese Weise das gemeinsame Querschnittsmaß der beiden Teile verändert werden kann; dies kann durch Aufbringen eines größeren oder kleineren Teils der Beine des U oberhalb der oberen Bestimmungslinie des unteren Querschnitts geschehen. Dies sollte so verstanden werden, daß andere Ausführungsarten ebenso möglich sind, um den Feuchtigkeitsgehalt des Materials zu steuern, der aus der Auslaßröhre ausgestoßen wird. Zum Beispiel könnten konische, rohrförmige Fortsätze am freien Ende der Ausbringröhre angeordnet werden.

Bei einer nicht dargestellten Variante der Vorrichtung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, hat der Behälter 3 einen waagerechten Boden und eine waagerechte Förderschnecke 6 und eine Auslaßröhre 5, die sich ebenfalls waagerecht erstreckt. Um das Entstehen einer freien Wasseroberfläche im Behälter 3 zu vermeiden, ist der Bodenteil des Behälters perforiert. Um die Zeit abzukürzen, die für eine vollständige Startphase benötigt wird, wird der Zufluß des durch die Düsen 7 angelieferten Wassers so gesteuert, daß ständig ein Wasserüberschuß auf das Polyäthylen-Material aufgebracht wird. Im Anschluß an das Auffüllen des Behälters 3 auf eine gegebene Füllhöhe kann die Beendigung der Startphase daraus ersehen werden, daß die aus dem Behälter 3 auslaufende Wassermenge gleich groß mit der Wassermenge ist, die pro Zeiteinheit durch die Düsen 7 angeliefert wird. Dieser Vergleich zwischen den erwähnten Mengen erfordert jedoch das Vorsehen einer relativ komplizierten und teuren Meßvorrichtung und folglich wird es bei dieser Variante vorgezogen, die Zeitdauer der Startphase empirisch festzulegen.

Das Polyäthylen-Material wird in die beschriebene Vorrichtung in einer solchen Umgebung eingebracht, daß seine innerliche Aufnahmefähigkeit voll ausgenutzt wird. Der Vorteil, der durch die Verwendung einer solchen Umgebung erzielt wird, ist der, daß es möglich ist, den Zeitpunkt zu bestimmen, bei dem die volle Aufsaugfähigkeit des Materials ausgenutzt wird, z. B. durch einen Vergleich der Wassermengen, die zu der Vorrichtung zugeführt und aus ihr pro Zeiteinheit abgeführt werden, oder dadurch, daß es dem Wasserfluß ermöglicht wird, über einen Überlauf zu laufen, um anzuzeigen, daß das Material nicht mehr in der Lage ist, mehr Wasser aufzunehmen. Die Umgebung muß jedoch nicht so sein, daß eine höchstmögliche Aufnahmefähigkeit erreicht wird, um ein Polyäthylen-Material mit gleichmäßigem Feuchtigkeitsgehalt zu erzielen. Um diesen Zustand zu erreichen, genügt es, eine feuchte Umgebung zu haben, die einen höheren Feuchtigkeitsgehalt hat als der Feuchtigkeitsgehalt in dem hereinkommenden Polyäthylen-Material und dieses Material in der genannten Umgebung für eine Zeitdauer zu belassen, die notwendig ist, um durch Absorption in einen Gleichgewichtszustand mit der Umgebung zu kommen, und zwar in allen Teilen des Materials. Wegen der anfänglich unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalte in dem ankommenden Material wird das Material jedoch unterschiedliche Wassermengen pro Zeiteinheit aus der Umgebung aufnehmen, und dies wiederum bedeutet, daß es notwendig ist, die pro Zeiteinheit zu der Feuchtumgebung zugeführten Wassermengen zu verändern, um die Kontinuität im Feuchtigkeitsgehalt der genannten Feuchtumgebung aufrechtzuerhalten. Als Folge davon wird die Verwendung einer Feuchtumgebung bevorzugt, in der es möglich ist, mit einem Wasserüberschuß zu arbeiten, um auf diese Weise eine Kontinuität der Feuchtumgebung zu ermöglichen, in die das Polyäthylen-Material, das in einfacher Weise gesichert werden soll, eingeführt wird.

Die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele können innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung verändert werden, insbesondere im Hinblick auf die Anordnung zum Schaffen der Feuchtatmosphäre. Das Polyäthylen-Material kann z. B. mit Wasser besprüht werden, während es noch auf dem Förderer ist; in diesem Falle sollte der Förderer perforiert sein. Ferner könnten andere Abfördermittel verwendet werden als Förderschnecken. Im Zusammenhang mit einer Variante der Anordnung kann Polyäthylen-Material von einer Grob-Mahl-Station durch ein Wasserbad zugeführt werden, und zwar mit Hilfe einer Förderschnecke, einer Schneckenpumpe o. ä. und es kann dann in einem konischen Entwässerungskanal zusammengedrückt werden. Da eine solche Zusammenpressung zur Vergleichmäßigung des Flüssigkeitsgehalts im ausgestoßenen Material beiträgt, wenn sie richtig bemessen ist, kann eine Anordnung dieser Art bei Abwesenheit einer Anfangsphase vorhanden sein.

Selbstverständlich können die thermoplastischen Bindefasern auch andere als Polyäthylen-Fasern sein.

Claims (6)

1. Verfahren zum Hinzufügen thermoplastischer Fasern, wie z. B. Polyäthylen-Fasern, zu einer Zellstoffaser-Papiermasse, wobei thermoplastisches Fasermaterial und Zellstoffaser-Papiermasse in eine Mühle eingeführt werden, in der die Fasern voneinander getrennt und die Mischung vergleichmäßig wird, gekennzeichnet durch das Einführen des thermoplastischen Fasermaterials in eine feuchtigkeitsgesteuerte Umgebung und durch nachfolgendes Einbringen des Materials in die Mühle in einem feuchten Zustand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte Umgebung durch Besprühen des thermoplastischen Fasermaterials mit Wasser während seines Vorbeilaufens zur Mühle erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte Umgebung durch Hindurchleiten des thermoplastischen Fasermaterials durch ein Wasserbad erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der feuchten Umgebung austretende thermoplastische Fasermaterial vor dem Einführen in die Mühle zusammengedrückt wird und daß das aus dem Material ausgepreßte Wasser abgeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Hinzufügen thermoplastischer Fasern, wie z. B. Polyäthylen-Fasern, zu einer Zellstoffaser-Papiermasse, bei dem thermoplastisches Fasermaterial und Zellstoffaser-Papiermasse in eine Mühle eingeführt werden, in der die Fasern voneinander getrennt werden und die Mischung vergleichmäßigt wird, wobei diese Vorrichtung eine pneumatische Einrichtung zum Transport der Zellstoffaser-Papiermasse in die Mischmühle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Anordnung B aufweist, die in der Lage ist, eine feuchte Umgebung zu schaffen, ferner Mittel zum Fördern des Fasermaterials zur Einrichtung B, und Mittel zum Zuführen des Fasermaterials in die feuchte Umgebung sowie Mittel zum Abführen des feuchten Fasermaterials aus der feuchten Umgebung und zum Einführen des Fasermaterials in die Mischmühle.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen des feuchten Fasermaterials aus der feuchten Umgebung Mittel zum Zusammendrücken des aus der Feuchtumgebung zugeführten Materials umfassen.