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Verfahren zur Herstellung von hornartigen Schichtkörpern Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hornartigen Schichtkörpern durch Aufwickeln
von mit wäßrigen Lösungen von kolloidalen Eiweißstoffen getränktem Papier auf einen
Dorn und bezweckt die Erzielung von Produkten so hoher Härte und Dichte, daß die
einzelnen Schichten nicht mehr voneinander unterschieden oder gar getrennt werden
können, und zwar ohne Zuhilfenahme von äußerlich wirkenden mechanischen Mitteln.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß -man den Dorn erst nach völligem
Erstarren des Bindemittels und Trocknen der Papierrolle entfernt. Hierbei findet
zunächst zufolge der Koagulation des kolloidalen Eiweißstoffes ein festes Aufschrumpfen
des Schichtkörpers auf den Dorn statt, von welchem er sich jedoch beim nachfolgenden
Trocknen wieder löst, um nunmehr in sich selbst zusammenzuschrumpfen. Diese Wirkung
wird besonders begünstigt, wenn erfindungsgemäß der Eiweißstoff vor der völligen
Trocknung der Rolle in an sich bekannter Weise unlöslich gemacht wird, beispielsweise
mittels Formaldehyd. Die vor dem Trocknen notwendige Gelatinierung des kolloidalen
Eiweißstoffes wird besonders dadurch begünstigt, wenn erfindungsgemäß bei Verwendung
einer heißen Leimlösung zum Tränken des Papiers die Rolle durch Eintauchen in vorzugsweise
etwa auf 7° gekühlte Flüssigkeit abgekühlt wird. Vorteilhaft kühlt man die imprägnierte
Papierbahn vor dem Aufwickeln durch Aufblasen von Luftstrahlen ab. Zur Herstellung
flacher Schichtkörper wird erfindungsgemäß die geschichtete Rolle nach dem Abnehmen
vom Dorn in der Längsrichtung aufgeschnitten und flachgepreßt.
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Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von hornartigen Schichtkörpern,
wie sie zum Ersatz für Leder oder für Kunstmassen zur Herstellung von Knöpfen Verwendung
finden, hat man die mit Leim getränkten Papierlagen stets einem hohen äußeren Druck
und gegebenenfalls einer gleichzeitigen Erhitzung unterworfen, um die erwünschte
Härte und Dichte zu erhalten. Dies setzt jedoch die Verwendung von besonderen Preßeinrichtungen
voraus, wodurch die Anlage-und Betriebskosten erhöht und das Verfahren erschwert
wird. Dies gilt auch für ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern,
wie Papierfässern, wobei der noch feuchte Schichtkörper vom Wickeldorn abgestreift
und einer Formpressung unterwerfen wird. Man hat zwar auch geformte Schichtkörper
aus Papier, z. B. Spulen, hergestellt, bei welchen keine äußere Pressung angewendet,
aber die Schichtkörper noch vor dem Trocknen von den Wickeldornen abgenommen wurden.
Hierbei werden jedoch keine harten und homogenen Körper erzielt.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. z einen schematischen senkrechten Längsschnitt
eines geheizten Tränkbades mit Vorrichtungen, um das zu behandelnde Papier durch
das Bad laufen zu lassen,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt
des Abkühlungs- und Härtungsbades mit eingesetztem Schichtkörper, Fig. 3 eine schematische
Skizze der beiden.' , Hälften eines zerschnittenen rohrförmige Schichtkörpers, _-#-Fig.:,
eine schematische Ansicht ähnlich: wie Fig. i für eine Abänderung des Verfahrens
und Fig.5 einen schematischen Querschnitt eines Härtungsbades, in dem eine Anzahl
Rohre gehärtet wird.
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In den Zeichnungen bezeichnet i o eine Tränkanlage. Die Anlage besteht
aus einem in einen Behälter 12 eingesetzten Bad i i. Der Behälter 12 enthält ein
geeignetes Heizmittel 13. Gewünschtenfalls kann der Behälter 12 auf Trägern 1.4
ruhen. Das Bad i i enthält ein Tränkmittel 15 aus kolloidalem Eiweißstoff, wie z.
B. Lehn, Gelatine, ,Casein, getrocknetes Blut, Albumin o. dgl., die in Wasser gelöst
sind. Das Bad wird vorzugsweise heiß benutzt.
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Die Anlage umfaßt ferner nicht dargestellte Vorrichtungen, um eine
Papierrolle 16 aus beispielsweise Zellstoff- oder Lumpenpapier zu tragen.
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Das Papier 17 wird durch das Bad 15 geführt, indem es über eine Führungsrolle
18 und unter Eintauchrollen i g und 2o und dann über eine größere Führungsrolle
21 läuft, die außerdem dazu dient, einen Teil der überschüssigen Tränkflüssigkeit
auszudrücken, die an dem Papierband haftet. Das freie Ende des Bandes ist an dem
Aufwickelzylinder 22 befestigt, der durch die mittels geeigneter, nicht dargestellter
Vorrichtungen angetriebenen Treibwalzen 23 und 24 gedreht wird.
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Der Aufwickelzylinder kann zuerst mit paraffinimprägniertem Papier
oder einem anderen geeigneten, nicht haftenden Blatt bedeckt werden und ruht auf
den Walzen 23 und 2.4. Beim Aufwickeln des Papierbandes auf diesen Zylinder wird
ein großer Teil der Tränkflüssigkeit ausgequetscht. Das Papier wird auf diesen Zylinder
gewickelt, bis die gewünschte Anzahl von Schichten erreicht ist. Dann wird das Papierband
abgetrennt und der Zylinder 22 mit dem Papier in ein Abkühl- bzw. Abschreck- und
Härtungsbad 25 (Fig. ?) übergeführt. Das Bad 25 besteht aus einem Behälter 26 mit
offenen Lagern 27 an seinen Enden zur Aufnahme der Achse 28 des Aufwickelzylinders
22.
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Gewünschtenfalls kann der Behälter 26 auf Trägern 29 ruhen. Der Behälter
26 enthält ein Abkühl- bzw. Abschreckbad 30. Dieses Bad kann entweder nur kaltes
Wasser sein oder aus einer kalten Lösung von Salz, Alaun, Formaldehyd, Paraldehyd,
Chromaten, Bichromaten oder anderen geeigneten Koagulierungsmitteln bestehen. Das
Bad wird während des Abschreckens, das unmittelbar nach dem Aufwickeln vorgenommen
wird, auf einer .." emperatur von etwa 7° gehalten. Das Erg@bnis dieses Abkühlens
in Gegenwart eines oagulierungsmittels besteht in der Bildung "'einer gelartigen
Masse von koaguliertem Kolloid, das die Fasern der Masse einbettet.
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Um diese gelartige Masse unlöslich zu machen, kann sie mit Chromalaun,
Tannin, Bichromat oder Pottasche, Formaldehyd oder einem anderen geeigneten Härtungsmittel
behandelt werden. In der Praxis werden die oben genannten Härtungsmittel direkt
dem Kühlbad zugesetzt, um das Material gleichzeitig mit der Koagulierung zu härten.
Es ist jedoch selbstverständlich, daß die Härtung oder Koagulierung durch Überführen
des geschichteten Papiers und des Zylinders, auf welchem es gebildet wurde, aus
dem Koagulierungsbad in ein neues Bad bewirkt werden kann, das lediglich aus den
gewünschten Härtungsmitteln und einem geeigneten Lösungsmittel besteht.
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Die vereinigte. Kühlung und Härtung kann also in demselben Bad und
gleichzeitig erfolgen, und zwar in einer bereits vorbereiteten Vorratslösung von
Härtungsmitteln, z. B. Formaldehyd usw., wie oben beschrieben, die nach Abkühlung
der Lösung ständig wieder benutzt wird.
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Anstatt das von dem Papier mitgeführte Kolloid in z Härtungsbad zu
kühlen und dadurch in Gelform überzuführen, kann es, wie obenerwähnt, in einem besonderen
Bad gekühlt werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig, das Härtungsbad unter
Raumtemperatur zu kühlen, obwohl vorzugsweise die Temperatur des Härtungsbades unter
2.4° gehalten werden soll. Anstatt das Kolloid in einem Bad in Gelform überzuführen,
kann der Schichtkörper vor dem Härten eine Zeitlang in der freien Luft stehen, bis
das Kolloid wenigstens teilweise durch Kühlung und teilweise durch Verdunstung der
Feuchtigkeit koaguliert ist, um eine die Schichten durchdringende und sie miteinander
verbindende homogene Masse zu bilden. Wie später noch genauer beschrieben wird,
kann die Überführung in Gelform wenigstens teilweise vor der Aufwicklung des Papierbandes
erfolgen. Auch ist es nicht notwendig, ein flüssiges Härtungsbad zu benutzen, sondern
es kann auch ein gasförmiges Härtungsmittel Verwendung finden.
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Nach genügender Härtung und Trocknung wird der Zylinder mit dem geschichteten
Papier 31 parallel zur Achse des Zylinders in Segmente zerschnitten (Fig.3), die
mit Dampf oder Feuchtigkeit erweicht, flachgepreßt und wiederum getrocknet werden.
Es
hat sich gezeigt, daß die von einer Tonne Papier absorbierte Menge von Wasser und
kolloidaler Masse infolge der Schrumpfkraft einen genügenden Druck bis zur völligen
Trockenheit erzeugt, um die verbleibende gehärtete Masse- auf etwa 80()/Q ihrer
ursprünglichen Dicke schrumpfen zu lassen. Die Masse verliert also durch dieses
Verfahren '/;, ihrer ursprünglichen Dicke. Dies führt zu einer Erhöhung .der Dichte
oder des spezifischen Gewichts der Papiermasse von o,8o9 auf 1,192 oder um 50°/0
ohne Zuhilfenahme eines mechanischen Druckes.
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Das Produkt ist hart, hornähnlich und wasserfest etwa wie das bekannte
Vulkanfiber. Es hat keine Neigung, an den Kanten sich zu spalten, ist ungewöhnlich
zäh und mit sehr viel geringeren Kosten herstellbar als andere hartfasrige Papiere.
Während die bekannten Verfahren oft Wochen brauchen, um das Endprodukt zu erzeugen,
ist das vorliegende Verfahren in wenigen Tagen beendet.
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Die Abänderung des Verfahrens gemäß Fig. 4. ist ganz ähnlich wie das
vorstehend beschriebene Verfahren. Hierbei wird jedoch das Papierband nicht in das
Bad eingetaucht, sondern auf der Oberfläche der kolloidalen Lösung schwimmend gehalten,
so daß es keinen großen Überschuß der Lösung aufnimmt. Ferner wird wenigstens eine
teilweise Überführung in Gelform unmittelbar vor dem Aufwickeln bewirkt. Die kolloidale
Lösung 34 (Fig. 4.) befindet sich in einem Behälter 35 mit einem Mantel 36,
der ein geeignetes Heizmittel 37 enthält. Ein Papierband 38 läuft von einer Rolle
39 über eine Rolle 40 und dann unter einem Paar Schwimmrollen 41 hindurch, die das
Papier gegen die Fläche der kolloidalen Lösung drücken. Die Schwimmrollen werden
von Armen 4.2 getragen, die drehbar an dem Behälter 35 befestigt sind, und seitliche
Arme 43, die an den Armen 4.2 befestigt sind, tragen Stellschrauben 44, die sich
gegen die Oberkante des Behälters 35 legen. Diese Stellschrauben bestimmen die Tiefe,
mit welcher die Rollen in den Behälter hineinreichen, und sie sind einstellbar,
um Änderungen des Flüssigkeitsspiegels zu gestatten, so daß das Papier in schwimmendem
Zustand auf der Fläche der Lösung gehalten werden kann.
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Das Band 38 läuft beim Austritt aus dem Behälter unter einen Schaber
45 und über einen weiteren Schaber 4.6, so daß überschüssige Lösung entfernt wird
und das Band nur die Menge zurückhält, die tatsächlich in dem Papierkörper absorbiert
ist. Die Schaber sind um einen gemeinsamen Mittelpunkt einstellbar, um ihre Schabewirkung
auf das Band zu regeln und die Spannung auf das Band zu ändern, wenn es auf den
Aufwickeldornläuft. GeeigneteVorrichtungen47dienen dazu, um die Schaber in jeder
gewünschten Stellung festzuhalten.
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Das Band wird auf einen Dorn 5o gewickelt, der auf einem Walzenpaar
51 ruht und von ihnen angetrieben wird, genau so wie die Trommel 22 auf den Walzen
23 und 24. (Fig. i). Bei der Herstellung röhrenförmiger Körper jedoch ist der Durchmesser
der Aufwickeltrommel oder des Dorns für gewöhnlich sehr viel geringer als derjenige,
der hei der Herstellung von flachen Platten benutzt wird. Infolgedessen dient eine
Druckwalze 53, die sich auf den Dorn 5o oder die Schicht auf ihm legt, dazu, den
genügenden Zug für die Walzen 51 zu liefern, um den Dorn zu drehen und das getränkte
Band auf ihm aufzuwickeln. Die Druckwalze 53 kann in senkrechten Führungen gleiten
und ist mit Gegengewichten 55 verbunden (von denen eine in Fig. 4. dargestellt ist),
die den Druck auf die aufgewickelte Masse steuern. Die Gegengewichte sind abnehmbar
mit der Druckwalze verbunden, so daß sie durch andere Gewichte verschiedener Schwere
ersetzt werden können. Dadurch ist dafür gesorgt, daß der Druck auf die aufgewickelte
Masse geändert werden kann, und zusammen mit den einstellbaren Schabern bilden die
auswechselbaren Gegengewichte Einrichtungen, um die Dichte zu regeln, mit welcher
das getränkte Band auf den Dorn gewickelt wird.
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Zwischen den Schabern und der Aufwickeltrommel oder dem Dorn ist ein
Paar Leitungen 57 auf gegenüberliegenden Seiten des Bandes angeordnet. Durch die
Leitungen wird Luft gepreßt und mittels Düsen gegen das Band gerichtet. Die Trocknungs-
und Kühlwirkung dieser Luftdüsen veranlaßt eine anfängliche teilweise Überführung
des kolloidalen Tränkmittels in Gelform, so daß es klebrig wird und die Schichten
miteinander verbindet.
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Nachdem eine genügende Anzahl von Schichten auf den Dorn gewickelt
ist, wird das Band abgeschnitten. Obwohl auf dem Dorn befindliche Schichtkörper
sofort in ein Kühl- und Härtungsbad eingetaucht werden können, ist es vorzuziehen,
sie eine Zeitlang stehen zu lassen, um eine stärkere Verankerung der kolloidalen
Masse im Schichtkörper zu gestatten. Der Schichtkörper wird dann in ein Härtungsbad
eingetaucht, um die kolloidale Masse unlöslich zu machen, worauf die Trocknung ohne
äußeren Druck erfolgt. Fig. 5 zeigt einen Behälter 6o, der mit einer Härtungslösung
61 gefüllt und in dem eine Anzahl von Schichtkörpern 62 eingetaucht ist. Der Behälter
ist mit geeigneten Vorrichtungen
versehen, um die Härtungslösung
auf der gewünschten Temperatur zu halten, insbesondere im Sommer. Gemäß der Zeichnung
ist eine Rohrschlange 63 in dem Behälter angeordnet, durch welche gewünschtenfalls
ein Kühlmittel zirkulieren kann.
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Die Schichtkörper bleiben während des ganzen Verfahrens auf den Dornen,
bis sie völlig trocken sind. Hierdurch wird nicht nur eine gleichmäßige Trocknung
sichergestellt, so daß das Endprodukt frei von Verzerrung und Verwerfung ist, sondern
es wird auch ein dichteres Produkt erhalten. Beim Schrumpfen umfassen die Schichtkörper
den Dorn sehr dicht unter Hervorrufung einer Spannung, die sehr viel größer ist
als diejenige, die durch Aufwickeln des Bandes auf den Dorn erreicht werden kann.
Man erzielt so ein dichteres Produkt, als es erzielt werden kann, wenn der Schichtkörper
ohne den Dorn getrocknet wird. Die Verdichtungswirkung ist besonders deutlich in
den frühen Stufen des Koagulierens und Trocknens, weil diese Vorgänge von außen
nach innen fortschreiten. Wenn die Außenseite des Schichtkörpers sieh der vollkommenen
Trocknung nähert, sucht die Schrumpfung des inneren Teils die innere Fläche nach
außen zu ziehen, so daß sie den festen Sitz auf dem Dorn löst, bis der Schichtkörper
von dem Dorn mit verhältnismäßig geringer Kraft entfernt werden kann. Dieselbe Schrumpfwirkung
wird auch bei der Herstellung von Platten ausgenutzt, um ein möglichst dichtes Produkt
zu erhalten.
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Selbstverständlich kann auch die vorangehende teilweise überführung
in Gelform vor dem Aufwickeln ebensogut beim Herstellen von Platten benutzt werden
wie bei der Herstellung von Röhren.
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Ferner kann gewünschtenfalls das Kolloid auf die Papierbahn gebracht
werden, indem ihre Flächen durch geeignete Vorrichtungen besprüht werden. Dadurch
ist es möglich, das übliche Kolloidbad 15 gemäß Fig. r oder 34 gemäß Fig.
4 fortfallen zu lassen, wobei die Papierbahn über geeignete Walzen geführt wird
und die Sprühvorrichtung an geeigneten Stellen angeordnet wird, um beide Seiten
zu besprühen. Ferner ist es natürlich möglich, die Vorrichtung gemäß Fig: 4 abzuändern,
so daß sie Sprühdüsen hat, um die oberen Flächen der Papierbahn zu behandeln, wenn
sie zwischen den Walzen 41 gestreckt wird; während die untere Fläche der Bahn in
Berührung mit dem Kolloidbad 34 ist.
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Es ist zweckmäßig, die Trommeln oder Dorne mit Paraffin oder mit paraffingetränktem
Papier zu überziehen. Andernfalls muß die Fläche des Wickelzylinders derart sein,
daß die behandelte Masse nicht an ihr festklebt. Eine polierte Messingfläche hat
sich bewährt.