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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Behandeln
eines Bandes aus Naturfasern wie z. B. Baumwollfasern und betrifft insbesondere
den Verfahrensschritt, bei dem die Fasern gewaschen werden, um die chemischen
Substanzen, mit denen das Band vorher für seine Aufbereitung imprägniert wurde,
zu entfernen.
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Für die Erzeugung beispielsweise von hydrophiler Baumwolle aus
Rohbaumwolle geht man zunächst so vor, daß durch mechanische Mittel Blätter, Stiele
oder andere Fremdkörper aus der Ernte entfernt werden. Anschließend werden die
Fasern von ihrer Umhüllung aus Wachs- und Fettstoffen durch eine chemische
Behandlung in Form eines Auskochvorganges befreit, der darin besteht, daß ein mit
den Rohfasern gebildetes Band mittels beispielsweiser einer Lösung auf Sodabasis,
mit der es durch Aufheizen in einem Verdampfer zur Reaktion gebracht wird,
imprägniert wird. Nach der Behandlung wird das Band neutralisiert und anschließend
mit Wasser gewaschen. Je nach Bedarf kann es erforderlich sein, die Fasern zu
bleichen und/oder zu schlichten. Zum Bleichen werden die Fasern mit einer Lösung aus
Wasserstoffperoxid in Kontakt gebracht, die man bei einer geeigneten Temperatur
einwirken läßt, ehe die Fasern erneut neutralisiert und mit Wasser gewaschen
werden.
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Das Auskochen und Bleichen erfolgt chargenweise in die Lösung
enthaltenden Behältern. Indessen wurden in den letzten Jahren kontinuierliche
Behandlungsverfahren zwecks Verringerung der Kosten entwickelt, da es sich um die
Herstellung hydrophiler Baumwolle in großen Mengen handelt. So hat die Anmelderin ein
kontinuierliches Verfahren angegeben, mit dem sich ein Band herstellen läßt, das
eine gewisse Kohäsion besitzt, die es möglich macht, das Band so wie es ist für
bestimmte Anwendungen - paketierte Baumwolle, Verbände oder kosmetische
Tü
cher beispielsweise - zu benutzen, ohne das Band nochmals mechanisch bearbeiten,
d. h. für die Kardierung reißen oder in anderer Weise zu einem Band formen zu
müssen.
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Ein solches Verfahren ist in der französischen Patentanmeldung FR-A-
2660942 beschrieben.
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Bei diesem Verfahren werden die Verfahrensschritte Imprägnieren mit
verschiedenen Auskochlösungen, Bleichen oder Neutralisationswaschen in der Weise
durchgeführt, daß die Lösungen an das Band in Form von Flüssigkeitssstreifen unter
Bedingungen abgegegeben werden, die gleichzeitig eine Steuerung der Menge der
von dem Band mitgenommenen Flüssigkeit, wie auch eine homogene
Imprägnierung desselben, erlauben. Hierdurch werden der allgemeine Wirkungsgrad des
Verfahrens wie auch die Qualität des Produktes nach der Behandlung verbessert, dessen
Eigenschaften von einer Produktion zur anderen kaum variieren. Das Aufbringen
einer Flüssigkeit in dieser Form stellt gleichzeitig eine gewisse Konsolidierung des
Bandes sicher, und zwar insbesondere wegen der Energie der ihm zugeführten
Flüssigkeit.
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Man hat versucht, dieses Verfahren, insbesondere den Wirkungsgrad des
Waschvorganges, zu verbessern, denn es sind große Mengen an Wasser
erforderlich, um die chemischen Stoffe, insbesondere die Tenside, zu entfernen, die in der
Anfangsphase bei der Imprägnierung der Rohbaumwolle erforderlich sind. Das
Waschen vor dem Ausrüsten oder auch vor dem Endtrocknen ist in diesem
Zusammenhang besonders wichtig, denn es ist wünschenwert, den Anteil an Reststoffen soweit
wie möglich zu reduzieren, insbesondere im Hinblick auf den Codex
(Arzneimittelvorschriften). Außerdem darf der Waschvorgang in dem beständigen Bestreben, die
Qualität der Produkte ohne Erhöhung der Kosten zu erhalten und wenn möglich
noch zu verbessern, die mechanischen Eigenschaften des Bandes im Verlauf seiner
Behandlung nicht verändern. Dies gilt nur, wenn man es nach dem Trocknen, ohne
es nochmals bearbeiten zu müssen, bei den üblichen Anwendungen als hydrophile
Baumwolle oder als Abschminktücher verwenden möchte. Aus dem Dokument FR-
A-2054010 ist eine solche Vorrichtung bekannt, die Wasserstrahlen zum Waschen
der Fasern benutzt.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Behandeln von natürlichen
Zellulosefasern, insbesondere Baumwollfasern, mit den folgenden Schritten: Ablegen der
Fasern auf einer kontinuierlichen Ablaufbahn zur Herstellung eines Bandes von 100
bis 800 g/m², Imprägnieren mit einer Behandlungslösung, Behandeln und dann
Waschen mittels einer wässrigen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das
Waschen durch Aufbringen der Flüssigkeit mittels Strahlen erfolgt, die gegen eine Seite
des Bandes senkrecht zu seiner Ablaufrichtung mit einer Energie von 2 bis 60 kwh
pro Tonne des behandelten Produktes gerichtet sind.
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Die Strahlen werden von Strahldüsen erzeugt, wie sie in der Technik der
hydrodynamischen Bindung von Vliesen eingesetzt werden. Jede Strahldüse besitzt
beispielsweise eine Kammer länglicher Form, die über ihrer Länge von einer Platte
verschlossen wird, die mit einer großen Anzahl von Löchern kleinen Durchmessers
in der Größenordnung von 100 um in einer oder mehreren Reihen perforiert ist. Die
Kammer wird mit einer Druckflüssigkeit beaufschlagt, die durch die Öffnungen in
Form paralleler feiner Strahlen entsprechenden Durchmessers austritt. So besteht bei
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Strahldüse aus zwei Reihen von
Löchern eines Durchmessers von 120 um, die einen Abstand von 0,6 mm haben, eine
Energie von 2 bis 58 kwh/T dissipieren, und eine Menge an Waschwasser von 9 bis
41 m³ pro Tonne des behandelten Produktes verteilen. Diese Energien entsprechen
Gebrauchsdrücken der Strahldüsen zwischen 5 und 50 bar.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Strahlen zum Waschen eines
Bandes verwendet, dessen Flächengewicht bis 800 g/m², also über die
Flächengewichte von Vliesen, für die sie üblicherweise benutzt werden, gehen kann.
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Das zu liefernde Energieniveau hängt von der Dicke des Bandes und seinem
Flächengewicht ab. Vorzugsweise ist die auf das Band übertragene Energie kleiner
als 40 kwh/T. Das ist beispielsweise bei einem Band von 250 g/m² der Fall.
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Überraschenderweise zeigt sich, daß sich mit dem Verfahren ein in mehrerer
Hinsicht vorteilhaftes Ergebnis erzielen läßt:
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- Der Wirkungsgrad des Waschvorganges wird gegenüber einem Waschen
durch bloßes Zuführen von Flüssigkeit deutlich verbessert. Für sehr schwache
Energieniveaus von 2, 2 kwh/T wird die Höhe des Schaumes gleich Null, und der Anteil
an lösbaren Substanzen verringert sich auf 30 bis 50%. Diese beiden Indikatoren
sind repräsentativ für die Restmenge der Behandlungssubstanzen.
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- Handelt es sich um eine einfache Behandlung eines Faserbandes, durch die
ein "konsolidiertes" Band hergestellt werden soll, das ohne weitere Umformung
außer einem Schneiden und Konditionieren direkt als hydrophile Baumwolle in
Paketform oder als Verband, absorbierendes Tampon oder Abschminktuch verwendet
werden soll, so ist es wichtig, die Dicke des Bandes durch diese Waschart nicht zu
stark zu reduzieren. Die Ergebnisse zeigen in überraschender Weise, daß in dem
definierten Energiebereich die Dicke des fertigen Produktes, das den Prozeß nach dem
Trocknen verläßt, im wesentlichen kostant bleibt und derjenigen entspricht, die sie
bei dem Verfahren hat, bei dem das Waschen durch Flüssigkeitsstreifen erfolgt.
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- Trotz der geringen Energie der Strahlen wird in gewissem Ausmaß die
Widerstandsfähigkeit des Bandes erhöht. Insbesondere der Pillingwiderstand und der
Oberflächenzustand werden deutlich verbessert. Anscheinend erzeugt die
Behandlung mit Strahlen eine Verstärkung des Bandes in den oberen Lagen, ohne jedoch
die darunter liegenden Lagen zu beeinträchtigen. Dieses Verfahren ist besonders
vorteilhaft bei mehrlagigen Bändern, die ein zentrales Band aufweisen, das auf
aerodynamischem Wege zwischen zwei Kardierflors gebildet wird, gemäß der
französischen Patentanmeldung FR-A-2701039.
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Gemäß einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß der
Flüssigkeitsdurchsatz zwischen 8 und 40 m³ pro Tonne Baumwolle liegt.
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Insbesondere ist dieser Durchsatz begrenzt auf 8 m³/T entsprechend geringen
Energieniveaus von weniger als 10 kwh/T, insbesondere für Baumwollbänder, die
als hydrophile Baumwolle in Paketform verwendet werden sollen. Tatsächlich
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laubt dieser Durchsatz bereits ein wirksames Waschen des Bandes, und in diesem
Fall sucht man keine Verbesserung des mechanischen Widerstandes des Bandes.
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Bei Abschminktüchern beispielsweise erlaubt der Einsatz eine Energie von 4
bis 30 kwh/T eine Verbesserung der Widerstandseigenschaften ohne Verringerung
der Dicke des Bandes.
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Gemäß einem weiteren Merkmal werden die Strahlen in gleicher Weise auf
der der ersten Seite entgegengesetzten Seite aufgebracht. Auf diese Weise entsteht
ein Produkt, dessen Oberflächenzustand auf beiden Seiten der gleiche ist; es ist
symmetrisch.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden in das Band bis zu
30% Synthesefasern bzw. Kunstfasern eingearbeitet. Diese Fasern werden
vorteilhafterweise mit den Zellulosefasern vor Beginn der Behandlung gemischt. Es kann
sich hierbei um irgendwelche Fasern handeln, wie sie im Bereich der gewebten und
nicht gewebten Textilien bekannt sind.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile gehen aus der Beschreibung eines die
Erfindung nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen hervor, in denen:
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- Fig. 1 in schematischer Weise eine Anlage zum kontinuierlichen
Auskochen und Weichen von Baumwollfasern gemäß dem Stand der Technik darstellt;
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- Fig. 1a das Detail der Waschstation gemäß der Erfindung darstellt;
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- Fig. 2 ein Diagramm ist, das den Einfluß der pro Tonne des behandelten
Produktes aufgebrachten Energiemenge darstellt, die auf das Band durch die
Wasserstrahlen über seine Dicke in mm aufgebracht wird;
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- Fig. 3 ein Diagramm ist, das den Einfluß des Durchsatzes pro Tonne des
behandelten Produktes auf die Höhe des Schaumes H in mm sowie den Anteil an
löslichen Substanzen S in Prozenten bezogen auf die Fasern darstellt;
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- Fig. 4 und 5 Diagramme sind, die den Einfluß der Menge der durch die
Wasserstrahlen auf das Band übertragenen Energie pro Tonne des behandelten
Produktes auf den Reißwiderstand in Maschinenrichtung bzw. quer dazu darstellt;
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- Fig. 6 ein Diagramm ist, das den Einfluß der Energiemenge pro Tonne des
behandelten Produktes auf den Widerstand (in cN) gegen eine Entlaminierung eines
mehrlagigen Faserbandes gemäß der Lehre der französischen Patentanmeldung FR-
A-2701040 darstellt.
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Wie dies in dieser Figur zu sehen ist, kann die Anlage eine erste Station zur
Bildung eines Bandes aus Rohfasern aufweisen, die vorher geöffnet, mechanisch
gereinigt und ggfs. gemischt wurden, wenn sie unterschiedlichen Ursprungs sind.
Die Mittel zur Bandbildung können irgendeine dem Fachmann bekannte Form
haben: mechanisch (Karde) und/oder pneumatisch. Eine spezielle Bandform ist in der
Patentanmeldung FR-A-2701039 oder FR-A-2701040 beschrieben, in denen das
Band zwei aus Kardenflor gebildete Lagen beidseitig zu einer auf pneumatischem
Wege hergestellten zentralen Lage aufweist. So wird ein Band von 100 bis 800 g/m²
entsprechend der ins Auge gefaßten Anwendung auf dem Trum eines Förderers
abgelegt, der es mit konstanter und vorgegebener Geschwindigkeit von beispielsweise
30 m/min zu einer Imprägnierstation 4 fördert. Diese kann so wie in der
Patentanmeldung FR-A-2660942 ausgebildet sein, wobei jedoch jedes andere
Imprägniermittel ebenfalls im Rahmen des vorliegenden Verfahrens liegt.
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Das Band, das mit einer Abkochlösung (Soda und einem Benetzungsmittel)
beaufschlagt ist, wird einem auf eine Temperatur von ungefähr 100º erhitzten
Verdampfer 5 zugeführt, wo es während der für die Reaktion erforderlichen Zeit
verweilt, wobei es aufgrund einer geeigneten Speicherungsmöglichkeit kontinuierlich
ausgebildet bleibt. Die Verweildauer hängt von der Lösung und dem
Abbauverhältnis ab. Anschließend wird das Band gewaschen (gespült), und man entfernt aus
ihm die Auskochflüssigkeit in der folgenden Station 6.
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Wenn die Fasern gebleicht werden sollen, wird das hydrophile ausgekochte
Band bei 8 mit einer Bleichlösung imprägniert, die beispielsweise
Wasserstoffperoxid enthält, und dann wird das Band erneut einem auf ungefähr 100ºC erhitzten
Verdampfer 10 zugeführt, in dem es solange verweilt, wie dies für den
Bleichvorgang erforderlich ist.
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Anschließend erfolgt das Waschen und Neutralisieren bei 12, um jegliche
Spuren des Reaktionsmittels zu entfernen. Die Flüssigkeiten werden entfernt, und
das Band wird in einem Ofen 14 getrocknet, der vorzugsweise mit Querluft arbeitet.
Falls erforderlich, kann man in einem folgenden Schritt oder vor dem Trocknen die
Fasern durch dem Fachmann bekannt Mittel schlichten. Das bei dem Verfahren sich
ergebende Band kann unmittelbar für die Herstellung hydrophiler Baumwolle oder
irgendeine andere Anwendung, bei dem die Baumwolle mit der Haut in Berührung
gelangt, verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung wird der Waschvorgang vor dem Trocknen
vorteilhafterweise mittels Strahlen einer Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser, durchgeführt,
wie dies bei der Herstellung von Vliesen durch hydraulisches Verwirbeln der
Fasern, bekannt unter der Bezeichnung "jetlace", eingesetzt wird. Man kann
beispielsweise eine von der Firma PERFOJET gelieferte Anlage verwenden.
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So besitzt die in Fig. 1a dargestellte Station 100 zum Waschen durch
Wasserstrahlen eine Verwirbelungsdüse 105, die quer zu dem Band verläuft und die
Wasserstrahlen eines hohen Drucks auf seine Oberfläche richtet. Die Wasserstrahlen
haben einen kleinen Durchmesser von 120 um, Abstände von 0,6 mm, und sie sind
in zwei parallelen Reihen angeordnet, die geringfügig zueinander beabstandet sind.
Die Flüssigkeit dringt durch das Faserband und das permeable Trägerband hindurch.
Sie wird durch einen quer verlaufenden Schlitz parallel zur Reihe der Strahlen
angesaugt, die mit einem Saugzugkasten 110 kommunizieren. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel besitzt die Anlage eine zweite Strahldüse 115 für die
Behandlung der gegenüberliegenden Seite des Bandes. Das Band wird auf einen
metallischen Zylinder 120 abgelegt, der um eine senkrecht zur Abzugsrichtung des Bandes
verlaufende Achse gedreht wird; der Zylinder ist porös und beispielsweise mit
einem feinen metallischen Blech bedeckt. Die Verwirbelungsdüse 115 wird längs
einer Erzeugenden des Zylinders angeordnet. Die Strahldüsen 105 und 115 werden
von einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe gespeist.
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Ein Saugzugkasten 125 ist im Inneren des Zylinders angeordnet und nimmt
das aus der Strahldüse 115 kommende Wasser auf. Das Band wird um den Zylinder
so geführt, daß es an der Stelle der Strahlen für den Waschvorgang durchläuft, und
es wird dann wieder von dem Förderer aufgenommen. Es wird dann zu einem unter
starkem Unterdruck stehenden Schlitz geführt, um die Flüssigkeiten zu entfernen,
bevor es in einem Ofen mit heißer Querluft getrocknet wird, beispielsweise wie bei
der vorbekannten Anlage. Schließlich wird das Band wieder aufgenommen, um
beispielsweise geschnitten und zusammengelegt zu werden.
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Es wurden Versuche an einem Baumwollband von 250 g/m² durchgeführt,
welches aus einem zentralen Band auf pneumatischem Wege hergestellt wurde,
welches von zwei isotropen Kardenflors eingehüllt ist. Dieses Band wurde vorher
gebleicht und getrocknet gemäß einem Verfahren des Standes der Technik.
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Die Dicke des Bandes beträgt 4,5 mm, gemessen unter einer Last von 5
g/cm². Es enthält noch Tensidprodukte geringer Menge, die man in der Weise
nachweist, daß mit durch die französische Pharmazie, 10. Ausgabe,
vorgeschriebenen Methoden die Höhe des gebildeten Schaumes gemessen wird und hieraus sein
Anteil an löslichen Substanzen in dem Wasser bestimmt wird. Für das bei dem
Versuch verwendete Band betrugen diese Werte 1 mm bzw. 0,3%.
Einfluß der Energie auf die Dicke des bei dem Prozeß entstehenden
Produktes:
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Nach dem Durchgang durch die Wasserstrahlen mit einer geregelten
Abzugsgeschwindigkeit von 30 m/min, wobei der Beaufschlagungsdruck der
Verwirbelungsdüse zwischen 0 und 50 bar entsprechend Energien von 0 bis 57 kwh/T und
Wasserdurchsätzen von 8,9 bis 42 m³/T variiert wurde, wurde die Dicke des Bandes
unter einer Last von 5 g/cm² gemessen, und die Werte sind in einem Diagramm (s.
Fig. 2) festgehalten. Es zeigt sich, daß die Dicke des Bandes im wesentlichen
konstant bleibt bis zu einer Energie von ungefähr 40 kwh/T; danach beginnt sie
abzufallen.
Wirkungsgrad der Behandlung:
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Man ließ das Band mit einer geregelten Abzugsgeschwindigkeit von 30
m/min unter den Wasserstrahlen durchlaufen. Der Beaufschlagungsdruck der
Wirbeldüse wurde zwischen 0 und 50 bar entsprechend Energien von 0 bis 57 kwh/T
und Wasserdurchsätzcn von 8, 9 bis 42 m³/T variiert. Das Vorhandensein von
Restsubstanzen wurde gemäß den Methoden des Codex verifiziert, indem die Höhe des
Schaums und der Anteil wasserlöslicher Substanzen gemessen wurden; diese Werte
sind in einem Diagramm (s. Fig. 3) festgehalten, bei dem auf der Abszisse der
Wasserdurchsatz pro Tonne des behandelten Produktes und auf der Ordinate einerseits
die Schaumhöhe in mm und andererseits der Anteil wasserlöslicher Substanzen in
Prozenten des Baumwollgewichtes aufgetragen wurden.
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Es zeigt sich, daß die Schaumhöhe 0 mm bei 8,9 m³/T bzw. 2,2 kwh/T
erreicht und daß der Anteil löslicher Substanzen gleichzeitig auf 0,1% reduziert ist.
Einfluß der Energie auf den Widerstand in Maschinenrichtung des Bandes:
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Man ließ das Band von 250 g/m² unter den Wasserstrahlen (mit einer Düse
pro Seite) mit einer geregelten Abzugsgeschwindigkeit von 30 m/min durchlaufen,
und man variierte den Beaufschlagungsdruck der Verwirbelungsdüse zwischen 0
und 50 bar entsprechend Energien von 0 bis 57 kwh/T und Wasserdurchsätzen von
8,9 bis 42 m³/T. Es wurde sein Widerstand in Maschinenrichtung (in Newton) für
größer werdende Energiewerte untersucht, indem aus dem Band geschnittene
Proben auf einem Gerät INSTRON bis zum Reißen gezogen wurden. Die Größen des
Versuches sind wie folgt:
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- Relativgeschwindigkeit der Backen von Instron: 100 mm/min.
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- Breite der Probe: 40 mm;
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- Länge der Probe: 100 mm.
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Diese Werte wurden auf der Ordinate eines Diagramms (s. Fig. 4)
aufgetragen, während auf der Abszisse die Energie in kwh/T, bezogen auf die Tonne des
behandelten Produktes, aufgetragen wurde.
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Wie man sieht, steigt der Widerstand in Maschinenrichtung bis zu 25 kwh/T
nur wenig an und vergrößert sich anschließend.
Einfluß der Energie auf den Widerstand in Maschinenrquerrichtung:
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Man ging wie oben vor, und man hat den Widerstand in
Maschinenquerrichtung (in Newton) gemessen und diese Werte in einem Diagramm (s. Fig. 5)
festgehalten.
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Wie ersichtlich, steigt der Widerstand in Maschinenquerrichtung bis zu 4,4
kwh/T stark an und wächst dann schwächer bis 25,6 kwH/T, um von neuem deutlich
anzusteigen bis zu 57 kwh/T.
Einflüsse der Energie auf den Entlaminierwiderstand der Oberflächenlage:
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Es wurde der Fall untersucht, daß das Band mehrlagig ist, wie in der oben
erwähnten Patentanmeldung FR-A-2701039 beschrieben. Das Band wurde durch
Wasserstrahlen wie vorher behandelt. Es wurde die Kraft gemessen, die erforderlich
ist, um eine der Oberflächenlagen von der zentralen Lage zu trennen. Der Versuch
wurde auf einem Gerät INSTRON durchgeführt. Die Größen des Versuchs sind die
gleichen wie oben beschrieben:
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Die Werte des Entlaminierwiderstandes, ausgedrückt in cN, wurden auf der
Ordinate eines Diagramms festgehalten, auf deren Abszisse die unterschiedlichen
Werte der Energie der Strahlen aufgetragen wurden, mit denen das Band behandelt
wurde (s. Fig. 6).
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Wie sich zeigt, wächst der Ablösewiderstand, ausgehend von 15 kwh/T, stark
an.
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Mit diesen Versuchen wurde somit gezeigt, daß das erfindungsgemäße
Verfahren einen effektiven Waschvorgang erlaubt, ohne die Struktur des Bandes zu
verändern, wobei gleichzeitig eine Verbesserung seines Widerstandes erzielt wurde.
Für die Herstellung von hydrophiler Baumwolle in Paketform, wurde ein
Energieniveau zwischen 2 und 10 kwh/T und ein Durchsatz von vorzugsweise zwischen 8
und 22 m³ pro Tonne des behandelten Produktes gewählt. Für die Herstellung von
Produkten wie Abschminktücher, die einen gewissen Zusammenhalt haben müssen,
wird der mechanische Widerstand des Bandes dadurch vergrößert, daß man sich
vorzugsweise zwischen 10 und 40 kwh/T bewegt, während der Durchsatz zwischen
8 und 37 m³ pro Tonne des behandelten Produktes liegt.
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In der folgenden Tabelle wurden die gemessenen Werte festgehalten.
BAND 250 g/m² GESCHWINDIGKEIT von 30 m/mn mit 2 Düsen - 1 pro Seite
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rsm: Widerstand in Maschinenrichtung
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RSM: mittlerer Widerstand in Maschinenrichtung
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rst: Widerstand in Querrichtung
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RST: mittlerer Widerstand in Querrichtung
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eP: Dicke unter Last von 5 g/cm² bzw. 20 g/cm²