EP3239397B1

EP3239397B1 - Verfahren und anlage zum herstellen eines flächigen imprägnierten faserstoffproduktes

Info

Publication number: EP3239397B1
Application number: EP17168108.3A
Authority: EP
Inventors: Jukka Valkama; Tero Tervahartiala; Hans Grundberg; Heikki Sojakka; Petteri Piltonen; Kaarlo Niskanen; Magnus Norgren; Bo Westerlind
Original assignee: Plafco Fibertech Oy
Current assignee: Plafco Fibertech Oy
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: EP3239397A1; ES2744811T3; DK3239397T3; PT3239397T; DE102016205954A1; PL3239397T3

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet flächiger Faserstoffprodukte wie veredelter Papiere. Diese sind Ausgangsprodukt für Verpackungen von Waren, insbesondere von Lebensmitteln oder Kosmetika, jedenfalls von empfindlichen Gütern.
Papier und Karton sind bis heute die Basis solcher Verpackungen.
Die Verpackung hat eine Schutzfunktion. Sie schützt den Inhalt gegen Einflüsse von außen, so zum Beispiel gegen Schmutz, Bakterien, Zersetzung durch Licht, Eindringen von Feuchtigkeit. Die Verpackung muss ferner derart beschaffen sein, dass von ihr selbst keine nachteiligen Wirkungen auf ihren Inhalt ausgehen. Dies kann beispielsweise bei jeglicher Art von Plastik der Fall sein, sei es in Gestalt von Plastikfolie oder in Gestalt von Beschichtungen auf einem Substrat wie Papier oder Karton. Auch soll die Verpackung die Konsistenz des Inhaltes erhalten, zum Beispiel das Austreten von Feuchtigkeit in wässriger oder gas- oder dampfförmiger Form vermeiden.
Ein weiteres wichtiges Thema bei der Verpackung sind Gesichtspunkte der Umwelt. Die Verpackung muss umweltfreundlich sein. Sie muss sich kostengünstig und auf unschädliche Weise entsorgen lassen. Schließlich muss sie kostengünstig herstellbar sein.
Im Jahre 2013 betrug in Europa der Gesamtverbrauch an Verpackungen mit einer Plastik-Komponente 600 000 t. Man ist bestrebt, einen möglichst großen Anteil dieser Menge zu ersetzen durch Verpackungen aus natürlichen Rohstoffen, die auf umweltfreundliche Weise herstellbar und biologisch abbaubar sind. Die Verbreitung solcher "grüner" Rohstoffe wird umso schneller durchsetzbar sein, je geringer deren Preis ist, und zwar wohlgemerkt für die Herstellung selbst als auch für die Entsorgung.
WO 2008/084 139 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Verpackungsmaterial mit verbessertem Festigkeits- und Barriereeigenschaften für Lebensmittel. Dieses umfasst die Behandlung einer Faserstoffbahn mit einer Flüssigkeit, die Cellulose anlöst. Dabei geht es um wässrige Lösungen von Alkalien, Säuren sowie deren Salzen.
DE 502 129 A beschreibt das Auftragen von Flüssigkeiten auf Faserstoffbahnen in Tauchbädern oder in Walzenspalten oder durch Düsen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage anzugeben, mit welcher die genannten Probleme gelöst werden, das heißt womit Verpackungsmaterialen herstellbar sind, die die eingangs genannte Schutzfunktion bezüglich des Inhaltes erfüllen, und die in jeder Beziehung kostengünstig sind. Das Endprodukt soll eine hohe Festigkeit haben und gleichzeitig porenfrei und dicht sein, sodass es für das zu verpackende Gut einen möglichst lang dauernden Schutz bietet.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren beziehungsweise mit einer Anlage gemäß der selbständigen Ansprüche gelöst.
Die Erfinder sind von folgenden Fakten ausgegangen:
Ein auf einer Papiermaschine erzeugtes Papierblatt weist Poren auf, die zwischen den einzelnen Fasern verbleiben. Die Poren können dadurch verschlossen werden, dass der Papierstoffsuspension Füllstoffe zugegeben werden. Damit werden Zwischenräume zwischen einander benachbarten Fasern verschlossen. Der Füllstoff ist jedoch nicht gleichmäßig im Faserstoffblatt verteilt. Vielmehr kommt es zu lokalen Anhäufungen, aber auch zu Bereichen, in denen wenig oder zumindest zu wenig Füllstoff vorhanden ist. Ist zu viel Füllstoff vorhanden, so bedeutet dies eine Verschwendung an dem verhältnismäßig teuren Füllstoff, und ist zu wenig Füllstoff vorhanden, so sind die Poren zwischen den Cellulosefasern offen, was dazu führt, dass das Endprodukt keinen perfekten Schutz des verpackten Gutes bietet.
Gemäß der Erfindung werden die Fasern beziehungsweise cellulosehaltiges Material angelöst, nicht aber aufgelöst. Man beachte, dass unter dem Ausdruck "Fasern" im Rahmen der Erfindung ganz allgemein cellulosehaltiges Material verstanden wird, da es nicht unbedingt Faserstruktur aufweist. Wenn hier von Fasern die Rede ist, so ist hierunter auch mikrofibrillierte oder nanokristallene Cellulose zu verstehen. Beim Anlösen entsteht ein gewisses Quantum gelöster Cellulose. Dieses Quantum füllt die Zwischenräume zwischen einander benachbarten Fasern aus. Die Poren im fertigen Faserstoffprodukt verschwinden damit. Dieser Prozess wird durch das erfindungsgemäße Pressen perfektioniert. Das Pressen muss stattfinden während dem Imprägnieren. So findet es während des Imprägnierens statt, das heißt während der Anwesenheit von Imprägniermittel. Entscheidend ist, dass das Pressen die Nassfestigkeit des Produktes erhöht.
Auch spielt die Zeitspanne des Imprägnierens eine Rolle. Ist die Imprägnierdauer zu gering, so reicht die Menge der in Lösung gegangenen Cellulose nicht aus, um die Zwischenräume zwischen einander benachbarten Fasern vollständig auszufüllen. Dies ist bei verschiedenen Verwendungsarten des Endproduktes nachteilig, z.B. bei Verwendung als Verpackungsmaterial. Andere Verwendungen sind denkbar, zum Beispiel als Baumaterial. Ist die Imprägnierdauer zu lang, so entsteht ein geschlossener Film aus gelöster Cellulose. Dieser führt zu einem Cellulosefilm oder einer Cellulosefolie als Endprodukt. Das Endprodukt weist eine gewisse Brüchigkeit auf.
Generell gilt folgendes: Das Imprägniermittel kann stets nur eine begrenzte Menge von Cellulose lösen oder anlösen. Lässt man eine größere Menge von Imprägniermittel eine lange Zeit auf die Bahn aus Cellulosefasern einwirken, beispielsweise mehrere Tage, so entsteht der genannte Cellulosefilm. Die lange Imprägnierdauer bedeutet außerdem eine lange Dauer des Produktionsprozesses.
Die Produkteigenschaften werden durch einen solchen Prozess nicht besser, sondern eher schlechter.
Die wesentlichen Merkmale der Erfindung lassen sich wie folgt definieren:

Der Imprägnierprozess findet bei mit Imprägniermittel durchtränkter oder benetzter Faserstoffbahn statt, am besten in tauchendem Zustand;
Beim Imprägnierprozess wird die Faserstoffbahn gepresst, am besten in tauchendem Zustand;
Der Imprägnierprozess ist auf eine Höchstdauer beschränkt;
Der Imprägnierprozess wird bei einer bestimmten Temperatur durchgeführt, bei Verwendung von Harnstoff oder Thioharnstoff oder NaOH oder deren Metallsalzen in der Kälte, und zwar zwischen -5 bis -18° C.

Der Stand der Technik sowie die Erfindung sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:

Figur 1: zeigt in perspektivischer Darstellung eine Anlage gemäß dem Stande der Technik zum Herstellen eines Faserproduktes.
Figur 2: zeigt in Seitenansicht eine Papiermaschine gemäß dem Stand der Technik.
Figur 3: zeigt in Seitenansicht eine Papiermaschine mit einem Imprägniereinheit und mit Neutralisationsdüsen gemäß dem Stand der Technik.
Figur 4: zeigt in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Anlage mit einem Imprägnierbad und einem Waschbad.
Figur 5: veranschaulicht ein weiteres erfindungsgemäßes Prinzip des Imprägnierens einer Faserstoffbahn, umfassend zwei zueinander parallele Walzen, die einen Walzenspalt miteinander bilden.
Figur 6: zeigt eine Einrichtung gemäß der Erfindung, ähnlich jener gemäß Fig. 5, jedoch zur einseitigen Beschichtung.
Figur 7: zeigt wiederum eine Walzenpresse, durch deren Walzenspalt eine Faserstoffbahn hindurchgeführt wird. Es wird Imprägniermittel auf beide Seiten der Faserstoffbahn aufgebracht, und zwar durch Sprühdüsen. Die Sprühdüsen können aus einem einzigen Schlitz gebildet sein, somit eine Schlitzdüse darstellen.

Die in Figur 1 gezeigte, bekannte Anlage umfasst ein Rollengestell 1. Man erkennt drei Rollen, die vertikal übereinander gelagert sind. Sie tragen jeweils eine unbehandelte Faserstoffbahn. Sie sind frei drehbar, sodass die einzelne Faserstoffbahn in Pfeilrichtung abrollbar ist.
Dem Rollengestell 1 ist eine Wanne 2 zur Aufnahme eines Imprägnierbades nachgeschaltet. Man erkennt Umlenkwalzen, über die die drei Faserstoffbahnen auf ihrem Wege vom Rollengestell 1 zur Wanne 2 und aus der Wanne 2 herausgeführt sind.
Die unbehandelten Faserstoffbahnen enthalten Cellulose oder Hemicellulose beliebiger Art, erzeugt aus jeglichen Pflanzen. Dabei kann die einzelne Bahn aus reiner Cellulose bestehen, aber auch aus Gemischen oder aus Stoffen wie Holzschliff, der u.a. Cellulose und Lignin enthält. Auch kann es sich um regenerierte Cellulose-Filamente, Filme, Gewebe, Nonwoven-Gebilde, Kompositfasern handeln, oder funktionale Materialien aus Protein/Cellulose, Chitin/Cellulose, Konjacglucomannan/Cellulose, nano-kristallisierte Partikel/Cellulose usw.
Die in Figur 2 gezeigte, bekannte Anlage kann Bestandteil einer Papiermaschine sein, gegebenenfalls in abgewandelter Form nämlich der Trockenpartie einer Papiermaschine. Die Trockenpartie umfasst eine Mehrzahl von Zylindern einer Trockenpartie einer Papiermaschine. Die Trockenzylinder sind wiederum von einer Faserstoffbahn 3 umschlungen, derart, dass sie eine Art Mäander bilden. Beim üblichen Betrieb einer Papiermaschine sind die Trockenzylinder von Heißdampf durchströmt, sodass die Mantelflächen der Zylinder eine hohe Temperatur annehmen und die feuchte Faserstoffbahn beim Umschlingen der Zylinder aufgeheizt und damit getrocknet wird.
Auch die in Figur 3 gezeigte, bekannte Anlage stellt wiederum eine Kombination aus Teilen einer Papiermaschine und einer Anlage zum Imprägnieren einer Faserstoffbahn dar. In der Darstellung links wird auf einer Filzbahn eine Faserstoffbahn herangeführt, die zuvor in üblicher Weise erzeugt wurde, und zwar mittels eines sogenannten Stoffauflaufes und einer daran anschließenden Siebpartie. Die Faserstoffbahn wird durch eine erste Presse 4 hindurchgeführt, und zwar zwischen Filzbahnen 4.1 und 4.2. Die Faserstoffbahn wird sodann an eine Imprägnierstation abgegeben, wiederum umfassend eine Imprägnierwanne 2. Dabei dient wiederum eine Filzschlaufe 2.1 zur Abnahme der Faserstoffbahn von der ersten Presse 4, zum Durchführen durch das Imprägnierbad und zum Überführen auf eine Filzbahn 40.1 einer zweiten Pressstation 40.
Die bekannten Anlagen gemäß der Figuren 1 bis 3 arbeiten nicht nach dem erfindungsgemäßen Prinzip. Es fehlen die erfindungsgemäßen Merkmale, nämlich

das Imprägnieren in tauchendem Zustand der Faserstoffbahn;
das Pressen der Faserstoffbahn während des tauchenden Zustandes;
das Imprägnieren bei den genannten Temperaturbereichen;
das Durchführen des Imprägnierprozesses während einer Höchstdauer.

Die genannten erfindungsgemäßen Merkmale werden angewandt bei den Ausführungen gemäß der Figuren 4 bis 7, nämlich

Verwenden einer Lösung aus Natriumhydroxid oder Harnstoff oder Thioharnstoff, oder einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Stoffe bei Tauchen des Faserstoffes, bei gleichzeitiger Pressung des Faserstoffes, bei Minustemperaturen und während der angegebenen kurzen Imprägnierdauer.

Die bekannten Anlagen gemäß der Figuren 1 bis 3 können mit den erfindungsgemäßen Anlagen gemäß der Figuren 4 bis 7 zusammengeschaltet werden.
Die Gewichtsanteile der genannten Stoffe am Gesamtgewicht der wässrigen Lösung liegen in den folgenden Bereichen:

Natriumhydroxid zwischen 3 und 18 %, besser 5 und 15 %, oder ein Bereich dazwischen.
Der Anteil an Thioharnstoff oder Harnstoff zwischen 2 und 12 % oder besser 3 und 10 % oder einem dazwischen liegenden Bereich.

Im Imprägnierbad findet bei den hier genannten Stoffen ein teilweises Lösen (Anlösen) der Cellulose statt. Es handelt sich um einen Plastifizierprozess. Die Temperatur des Imprägnierprozesses liegt zwischen minus 0 und minus 20° C. Auch ist ein Bereich zwischen diesen beiden Werten denkbar, zum Beispiel zwischen minus 2 und minus 18° C, oder minus 10 und minus 15° C oder jeder andere dazwischen liegende Wert. Das Aufbringen der kalten Lösung auf die Faserstoffbahn führt zu einem raschen Anlösen des Faserstoffes. Die angelöste Cellulose füllt Zwischenräume zwischen den Partikeln der Faserstoffbahn, das heißt zwischen einander benachbarten Fasern, aus und schließt diese. Der Prozess steigert die Zugfestigkeit der Faserstoffbahn sowie deren Dehnbarkeit erheblich.
Das Ergebnis des Plastifizierens der Faserstoffbahn 3 in den Anlagen gemäß den Figuren 4 bis 7 hängt im starken Maße von den Betriebsparametern des Prozesses ab:

Die Temperatur des Imprägnierbades, so wie oben erwähnt, ist wichtig.
Die Zusammensetzung des Bades spielt eine entscheidende Rolle.
Die Verweilzeit der Faserstoffbahn im Imprägnierbad ist von großer Bedeutung. Sie kann bis zu 60 s betragen. Es ist wünschenswert, die in das Imprägnierbad einlaufende, unbehandelte Faserstoffbahn total zu durchtränken, sodass sie mit Imprägnierflüssigkeit gesättigt ist. Ist dies der Fall, so kann die Verweildauer dramatisch reduziert werden auf ganz wenige Sekunden. So kommen zwischen 3 und 7 s Verweildauer in Betracht. Im Extremfall kann die Verweildauer noch unter dem genannten Bereich liegen. Im Extremfall kann sie unter 1 s liegen. Die Kürze der Verweildauer hat den weiteren Vorteil, dass die Faserstoffbahn 3 mit hoher Geschwindigkeit die Anlage durchlaufen kann, und dass somit die Mengenleistung der Anlage in [t/24 h] relativ hoch, und damit die Herstellungskosten gering sind.
Die Zugspannung, die auf die Faserstoffbahn 3 vor oder während oder nach dem Imprägnierprozess einwirkt. Die Zugspannung kann beispielweise wie folgt beeinflusst werden: In Wanne 2 sind die drei Einzelbahnen um Umlenkwalzen herumgeführt, und zwar jede Einzelbahn um zwei im Bad befindliche Umlenkwalzen. Durch Verändern der Position einer oder zweier Umlenkwalzen lässt sich die Zugspannung in der Faserstoffbahn verändern.
Auch der Trockengehalt der Faserstoffbahn 3 beim Einlaufen in die Imprägnierstation kann von Bedeutung sein. Er wird im Allgemeinen bei 5 - 7 % liegen.
Die Imprägnierung und sonstige Behandlung kann in einer online-Papiermaschine oder Streichmaschine betrieben werden, aber auch in einer offline-Maschine der genannten Art.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage gemäß Figur 4 können die ersten vier Zylinder 6.1 - 6.4 an ein Kühlmittel angeschlossen werden, sodass die Faserstoffbahn nicht beheizt, sondern gekühlt wird.
Die Anlage weist weiterhin eine Wanne 2 zum Aufnehmen eines Imprägnierbades auf. In der Wanne befindet sich eine Presse 4, gebildet aus zwei parallel nebeneinander liegenden Presswalzen, die einen Pressspalt miteinander bilden. Die Presswalzen liegen somit im Imprägnierbad. Die erhöhte Zugspannung wird dadurch erzeugt, dass eine von der Faserstoffbahn umschlungene Walze eine höhere Drehzahl hat als eine vorgeschaltete Walze, die ebenfalls von der Faserstoffbahn umschlungen ist. Die Drezahldifferenz kann z.B. zwischen 0,1 und 3% liegen.
Man erkennt weiterhin eine Waschstation 5.
Die nachgeschalteten drei Zylinder 6.5, 6.6, 6.7 sind dampfbeheizt, genau wie beim Normalbetrieb einer Papiermaschine. Die Zylinder sind normale Trockenzylinder, die ein- und ausgeschaltet oder gekühlt werden können.
Die Anlage arbeitet wie folgt: Zunächst durchläuft die Faserstoffbahn 3 die Kühlpartie, gebildet aus den vier gekühlten Zylindern 6.1, 6.2, 6.3, 6.4. Es müssen nicht alle vier gekühlt sein. Vielmehr kann es auch ausreichen, nur einen, zwei oder drei hiervon zu kühlen jedenfalls sollten jene Walzen gekühlt sein, auf die das Imprägniermittel aufgetragen wird. Sodann läuft die Faserstoffbahn in die Wanne 2 (Imprägnierstation) ein, und hierbei durch den Walzenspalt der Presse 4. Sie wird dabei von Imprägniermittel, das sich in der Wanne 2 befindet, imprägniert und zugleich gepresst.
Die Waschstation 5 enthält Wasser oder ein anderes Neutralisierungsmittel. Hier findet wiederum eine Neutralisierung der Faserstoffbahn 3 statt. In den drei letzten Zylindern 6.5, 6.6 und 6.7 wird die imprägnierte Faserstoffbahn 3 getrocknet.
Das Integrieren einer erfindungsgemäßen Anlage in eine konventionelle Papiermaschine ist außerordentlich vorteilhaft. Eine existierende Papiermaschine ganz üblichen Baumusters lässt sich leicht umwandeln, sodass sie imprägnierte Faserstoffbahnen erzeugen kann. Dies ist möglich durch geringfügige Umbauten beziehungsweise Anbauten, nämlich einer Imprägnierwanne und einer Neutralisierwanne, sowie durch ein anderes Betreiben der Teile der Papiermaschine, nämlich der Zylinder. Ein Teil der Zylinder kann mit einem Kühlmittel gekühlt werden. Es wird somit in den Zylindern 6.1 - 6.4 eine Vorkühlung erreicht. Eine weitere Abkühlung auf die genannten Temperaturen von bis zu minus 20° C kann durch entsprechendes Kühlen der Imprägnierflüssigkeit erzielt werden.
Es versteht sich, dass auch hier eine Kühlung der Faserstoffbahn vorgenommen werden muss, und zwar kurz vor dem Eintritt in das Imprägnierbad, oder während des Durchlaufens durch das Imprägnierbad.
Das Imprägnierbad hat den großen Vorteil, dass die zu behandelnde Faserstoffbahn mit Imprägniermittel voll und ganz getränkt wird. Ein Nachteil des Imprägnierbades besteht jedoch darin, dass durch die relativ große Masse des Bades die Kühlleistung ganz erheblich sein muss. Sie ist sehr energieaufwändig.
Es gibt zwei Alternativen, um den Prozess zu verbilligen durch Verringerung des Kühlaufwandes. Eine erste Alternative ist in Figur 4 gezeigt. Hier sieht man eine Papiermaschine, umfassend eine erste Einheit 1 zum Bereitstellen einer Faserstoffbahn. Die Einheit 1 umfasst einen Stoffauflauf 1.1. Dieser hat - senkrecht zur Zeichenebene gesehen - eine Erstreckung gleich der Breite der zu erzeugenden Faserstoffbahn. Der Stoffauflauf injiziert eine Suspension aus Fasern in einen Spalt zwischen zwei Siebschlaufen 1.2 und 1.3 ein. Die Faserstoffbahn wird zwischen diesen beiden Siebschlaufen entwässert und am oberen Ende der Einheit 1 durch zwei Presswalzen hindurchgeführt. Die so gebildete Faserstoffbahn ist noch sehr feucht. Sie wird an eine Pressstation 4 mit zwei Presswalzen 4.1 und 4.2 abgegeben, wiederum geführt von Filzen zweier Filzschlaufen.
Die Faserstoffbahn gelangt sodann zu einer Trockenpartie 6 analog jener gemäß Figur 2, mit fünf Trockenzylindern 5.1 bis 5.5.
Die entscheidende erfindungsgemäße Behandlung findet statt durch eine erste Düseneinheit 20. Die Düseneinheit umfasst eine Vielzahl von Düsen, die sich über die Breite der zu behandelnden Faserstoffbahn erstrecken - senkrecht zur Zeichenebene. Hier wird ein Imprägniermittel aufgebracht, indem es unmittelbar auf die Faserstoffbahn aufgespritzt wird. Das Imprägniermittel hat wiederum die oben zitierten sehr tiefen Temperaturen von zwischen minus 1° und minus 20° C.
Auf die Imprägnierdüsen 20 folgen Neutralisierdüsen 50, die in gleicher Weise wie die Imprägnierdüsen gestaltet sein können.
Es wird hiermit derselbe Effekt angestrebt wie mit dem Wannenprinzip. Das Düsenprinzip ist weit weniger aufwändig als das Wannenprinzip, weil sich der Kühlprozess lediglich auf das Kühlen des aufgespritzten Imprägniermittels beschränkt, somit auf eine vergleichsweise geringe Menge an Imprägniermittel. Auf jeden Fall soll sich ein Sumpf aus Imprägniermittel bilden. Siehe die Figuren 5 bis 7.
Was für den Imprägnierprozess gilt, gilt auch für den Neutralisierprozess.
In den Figuren 5, 6 und 7 sind je zwei Walzen vorgesehen, die parallel nebeneinander angeordnet sind und miteinander einen Spalt bilden. In Figur 5 liegen die beiden Walzen in derselben Horizontalebene, sodass die Faserstoffbahn 3 senkrecht von oben nach unten oder von unten nach oben durch den Spalt läuft. Hingegen befinden sich in Figur 6 die beiden Walzen in unterschiedlichen Horizontalebenen, sodass die Faserstoffbahn unter einem Winkel gegen die Horizontale verläuft. Der Spalt kann ein Pressspalt sein, sodass die hindurchgeführte Faserstoffbahn 3 gleichzeitig einem Quetsch- oder Pressprozess unterworfen wird. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 wird in den Walzenspalt beidseits der Faserstoffbahn 3 ein Imprägniermittel aufgegeben. Dieses wird von der Faserstoffbahn 3 aufgenommen, indem sich die Faserstoffbahn damit vollsaugt. Das Quantum des Imprägniermittels im Spalt muss kontinuierlich nachgefüllt werden, was durch eine nicht dargestellte Zufuhreinheit geschieht. Die Faserstoffbahn wird somit bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 beidseitig mit Imprägniermittel getränkt.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 7 sind die beiden Walzen wieder derart angeordnet, dass die Faserstoffbahn 3 unter einer gewissen Neigung gegen die Horizontale (und zugleich gegen die Vertikale) durch den Walzenspalt verläuft. Dabei wird auf die Mantelfläche einer jeden Walze Imprägniermittel aufgetragen. Siehe die beiden Imprägnierdüsen 2.1, die sich über die gesamte Länge einer jeden Walze erstrecken. Die aufgetragene Schicht des Imprägniermittels wird beim Umlauf der Walzen zum Walzenspalt transportiert und dort auf beide Seiten der Faserstoffbahn 3 aufgetragen. Mit dieser Einrichtung lässt sich die Menge an Imprägniermittel besonders sparsam und genau dosiert auf die Faserstoffbahn 3 aufbringen. Die Auftragsdüsen 2.1 und damit auch das Imprägniermittel können gekühlt sein.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 ist dies nicht der Fall. Hier wird nur die eine Seite der Faserstoffbahn getränkt.
Bei der Walzenpresse gemäß Figur 7 wird wiederum eine Faserstoffbahn 3 durch den Walzenspalt hindurchgeführt. Es ist jeder Walze eine Sprühdüse 2.1 zugeordnet. Diese kann auch eine Schlitzdüse sein. Sie kann ein Rohr umfassen, das parallel zu den Walzenachsen verläuft und einen Schlitz aufweist, der sich über die Arbeitsbreite der Walze erstreckt und Imprägniermittel der Mantelfläche der Walze zuführt.
Es versteht sich, dass auf den Imprägniervorgang ein Neutralisiervorgang folgen muss. Dieser ist hier nicht gezeigt.
Eine Faserstoffbahn, die imprägniert werden soll, kann gemäß der Erfindung auf jegliche Weise erzeugt werden, beispielsweise nach dem sogenannten Schaumverfahren. Dabei wird in einer Papiermaschine auf deren umlaufendes Siebband ein Schaum aus Wasser und cellulosehaltigen Materialen aufgegeben. Die übrigen Verfahrensschritte beziehungsweise Merkmale sind so gestaltet, wie in dieser Schrift angegeben. Eine Anlage, bei welcher von Cellulosefasern in Schaumform ausgegangen wird, weist somit die Merkmale auf, wie in den Ansprüchen angegeben, insbesondere eine Imprägniereinheit, eine Kühleinheit, gegebenenfalls eine Trockeneinheit und eine Neutralisationseinheit.
Zum Bilden einer Faserstoffbahn kann aber auch das sogenannte Air-Laid-Verfahren angewandt werden, wobei vorwiegend unter Mitwirkung von Luft kontinuierlich ein Fasergelege erzeugt wird, aus dem eine Faserstoffbahn gebildet wird.
Es gibt verschiedene Arten, die Temperatur des Imprägnierprozesses einzustellen. Führt man zum Imprägnieren die Faserstoffbahn beispielsweise durch ein Tauchbad, so kann das Imprägniermittel selbst gekühlt oder erwärmt werden. Auch können die beteiligten maschinenbaulichen Elemente in eine entsprechende Temperatur versetzt werden, beispielsweise bei Anwendung einer Walzenpresse die Walzen. Auch kann die gesamte Imprägniereinheit von einem Gehäuse umschlossen sein, das entweder kühlt oder erwärmt.
Bei jeglichen Bauarten von Imprägniereinheiten kann das Imprägniermittel im Kreislauf geführt werden. Dies gilt zum Beispiel für die Imprägniereinheit mit einer Tauchwanne. Es gilt auch für jene Imprägniereinheiten, die in den Figuren 5 bis 7 dargestellt sind, mit zwei Walzen, die einen Walzenspalt miteinander bilden.
Im Laufe der Betriebsdauer tritt stets ein Verlust von Imprägniermittel auf. So wird ein wesentlicher Anteil des Imprägniermittels von der Faserstoffbahn aufgenommen. Ein weiterer Teil verdunstet. Bei den Imprägniereinheiten gemäß der Figuren 5 bis 7 wird ein weiterer Anteil des Imprägniermittels am Austritt aus dem Walzenspalt von der Faserstoffbahn mitgenommen. Dieser Anteil kann in einer Wanne aufgefangen und wieder zum Eintritt des Walzenspaltes zurückgeführt werden. Bei einem solchen Rezyklierverfahren (Kreislaufschaltung) wird das Imprägniermittel im Laufe einer gewissen Betriebsdauer mit gelöster Cellulose angereichert. Das Maß der Anreicherung kann gemessen werden. Anhand des Messergebnisses können die Zusammensetzung des Imprägniermittels oder dessen Durchsatz (Menge pro Zeiteinheit) geregelt werden.
Auch ist es denkbar, für die Faserstoffbahn verschiedene Cellulosesorten zu verwenden, die eine unterschiedliche Löslichkeit aufweisen. Damit lässt sich die Qualität des Endproduktes variieren.
Bei dem Verfahren sowie bei der Anlage gemäß der Erfindung kann eine einzige Faserstoffbahn behandelt werden. Jedoch können auch zwei oder mehrere Bahnen gleichzeitig behandelt werden. Eine solche Mehrzahl von Faserstoffbahnen kann beispielsweise gemeinsam durch ein Tauchbad hindurchgeführt werden, oder gemeinsam durch eine Neutralisationseinheit, oder durch eine Imprägniereinheit mit zwei Walzen, die parallel zueinander angeordnet sind und einen Walzenspalt bilden. Wie beschrieben, kann eine Anlage der beschriebenen Art - Ansprüche 11 bis 15 - mehrere Stationen oder Einheiten umfassen, z.B.

Eine Blattbildungseinheit (natürlich nicht bei offline-Maschinen)
Eine Imprägniereinheit
Eine Presseinheit
Eine Kühleinheit
Eine Presse zum abschließenden Pressen der Faserstoffbahn innerhalb der Imprägniereinheit.

Wird eine Mehrzahl von Faserstoffbahnen verwendet, so können einzelne Faserstoffbahnen nicht sämtliche der genannten Stationen durchlaufen, sondern beispielsweise nur die Imprägniereinheit.
Es können auch mehrere der genannten Einheiten oder Stationen vorgesehen werden, die in Reihe geschaltet sind.
Die einzelnen Verfahrensmerkmale oder Vorrichtungsmerkmale, die in dieser Anmeldung beschrieben sind, lassen sich in beliebiger Weise miteinander kombinieren. Dies gilt für sämtliche Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt sind, aber auch für jene, die in den Ansprüchen nicht erfasst sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines flächigen imprägnierten Faserstoffproduktes, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
1.1 Bereitstellen einer Faserstoffbahn, die Cellulose enthält;

1.2 Imprägnieren der Faserstoffbahn mit einem celluloselösenden Imprägniermittel;

1.3 das Imprägnieren wird durchgeführt durch vollständiges Benetzen oder durch Eintauchen der Faserstoffbahn in das Imprägniermittel;

1.4 das Imprägnieren wird durchgeführt bei gleichzeitigem Pressen der Faserstoffbahn im Imprägniermittel;

1.5 der Imprägniervorgang dauert maximal 60 s;

1.6 das Imprägniermittel enthält wenigstens einen der folgenden Stoffe: Harnstoff, Thioharnstoff, NaOH oder deren Metallsalzen;

1.7 die Temperatur im Pressbereich liegt bei 0 bis minus 20° C.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die weiteren Verfahrensschritte:
2.1 Neutralisieren/Waschen der imprägnierten Faserstoffbahn;

2.2 Weiterverarbeiten der neutralisierten Faserstoffbahn zum Faserstoffprodukt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren der Faserstoffbahn durch deren Hindurchführen durch ein Tauchbad erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren durch Aufsprühen des Imprägniermittels auf wenigstens eine Seitenfläche der Faserstoffbahn erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen der Faserstoffbahn durch deren Hindurchführen durch einen Walzenspalt erfolgt, gebildet aus zwei parallel nebeneinander liegenden Walzen, die im Gegensinn umlaufen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Mantelflächen wenigstens einer der Walzen oder in den Walzenspalt Imprägniermittel aufgetragen und an die betreffende Seitenfläche der Faserstoffbahn abgegeben wird, oder wobei auf wenigstens eine der Flächen der Faserstoffbahn Imprägniermittel durch Düsen direkt aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Neutralisieren durch Hindurchführen der Faserstoffbahn durch ein Neutralisationsbad oder durch Aufsprühen eines neutralisierenden Mittels durch die Faserstoffbahn erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn nach dem Neutralisieren getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn nach dem Neutralisieren oder Trocknen weiterverarbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Faserstoffbahn vor oder während oder nach dem Imprägnieren eine Zugspannung aufgebracht wird.
Anlage zum Herstellen eines flächigen imprägnierten Faserstoffproduktes mittels eines oder mehrerer der Verfahrensschritte der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die folgenden Merkmale:
11.1 eine Bahnbildungseinheit zum Bilden einer Faserstoffbahn, die Cellulose enthält;

11.2 eine Imprägniereinheit zum Imprägnieren der Faserstoffbahn mittels eines celluloselösenden Imprägniermittels;

11.3 eine Presseinheit zum Pressen der Faserstoffbahn;

11.4 eine Kühleinheit zum mittelbaren oder unmittelbaren Kühlen des Imprägniermittels auf 0 bis minus 20° bei Verwendung eines basischen Imprägniermittels wie Harnstoff, Thioharnstoff, NaOH oder deren Metallsalze;

11.5 eine Presse zum Pressen der Faserstoffbahn, angeordnet innerhalb der Imprägniereinheit.
Anlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
12.1 eine einer Trockeneinheit vorgeschaltete oder nachgeschaltete Neutralisationseinheit zum Neutralisieren der imprägnierten Faserstoffbahn;

12.2 eine Einrichtung zum Weiterverarbeiten der neutralisieren Faserstoffbahn.
Anlage gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
13.1 die Imprägniereinheit und die Neutralisiereinheit sind Bestandteil einer Papiermaschine, oder einer Offline-Maschine;

13.2 die Imprägniereinheit ist zwischen Bahnbildungseinheit und Neutralisiereinheit geschaltet;

13.3 die Neutralisiereinheit ist der Imprägniereinheit nachgeschaltet.
Anlage nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägniereinheit ein Tauchbad mit einem darin enthaltenen Imprägniermittel zum Hindurchführen der Faserstoffbahn umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
15.1 die Imprägniereinheit umfasst zwei Walzen, die parallel zueinander angeordnet sind und einen Walzenspalt zum Hindurchführen der Faserstoffbahn miteinander bilden;

15.2 es ist eine Zufuhreinheit zum Zuführen von Imprägniermittel auf die Mantelfläche wenigstens einer der beiden Walzen oder in den Walzenspalt vorgesehen;

15.3 die Kühleinheit ist mit der Zuführeinheit zum unmittelbaren Kühlen des Imprägniermittels funktional verbunden.