EP3507417A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von nanofolien - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von nanofolien

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EP3507417A1
EP3507417A1 EP17764336.8A EP17764336A EP3507417A1 EP 3507417 A1 EP3507417 A1 EP 3507417A1 EP 17764336 A EP17764336 A EP 17764336A EP 3507417 A1 EP3507417 A1 EP 3507417A1
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EP
European Patent Office
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conveyor belt
drying
slurry
dried
main drying
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EP17764336.8A
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Bernd Suttner
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Sumet Technologies Ltd & Co KG
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Sumet Technologies Ltd & Co KG
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    • D21H25/00—After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
    • D21H25/04—Physical treatment, e.g. heating, irradiating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing Nanofo ⁇ materials according to the preamble of claim 1 and an apparatus therefor.
  • Plastic films and in particular thin plastic films who almost universally used as a packaging material this ⁇ on the one hand meets a shopping bags, on the other hand, but also films that are part of food packaging.
  • Disintegrating films which lead to nanoparticles made of plastic, have caused a significant concentration in the waters.
  • a method for producing a product from a nanofibers containing bioplastics is known.
  • a bio-plastic is meant, which is made lt Biopolyme ⁇ ren hergestel and contains lulosemaschinen the Nanozel.
  • the process for producing the containing of nanofibers Bio ⁇ plastic comprises applying and distributing a mass of bioplastic with nanofibers in a flowable state onto a surface of at least one moving in a Umlaufriehtung carrier and transporting on the upper f LAE che of At least one carrier applied and distributed mass of the bioplastic in the direction of rotation of the at least one carrier.
  • the bioplastic, which contains nanofibers is at least partially dried and, moreover, that the partially dried mass is detached from the surface.
  • a method for producing a Nanozel lulose Plantnschi cht is known.
  • the layer is applied directly to a surface of an art Stofftragmateri- than, so that the nanocellulose fibers form a thin ⁇ layer.
  • the nanocrystalline suspension is here applied to an impermeable fabric web, whereupon at ⁇ closing a first drying process begins, this drying process takes place with hot air.
  • After the first TRO ckenrind an additional fabric layer is placed on the upper ⁇ side of the film, said fabric layer preference ⁇ example is semipermeable, thereby forming a sandwich effect is to be generated.
  • the semipermeable fabric layer should be able to pass liquids and gases.
  • a second drying is carried out, wherein the three-day composite is rolled up on a cylindrical metal dryer. Heat is then passed from the dryer through the non-permeable fabric, the heat causing moisture in the nanocellulose film to evaporate and escape through the semi-permeable fabric layer.
  • the two layers of fabric are necessary to stabilize the nanocrystalline film.
  • the three-layer composite can also be performed on a number of more dryer units. Only after the second drying of the nanocrystalline film is gelled so far that the film without the impermeable Stützschient dried who ⁇ can. The second, semi-permeable support layer is still needed. Only after leaving the third drying stage is the film sufficiently durable that it can be further processed without a support layer. Here is of ⁇ After some that this process is very complicated, expensive apparatus required and a Oberflachennachbearbei- processing of the film is necessary.
  • the object of the invention is to provide a method for producing films, can be created with the environmentally friendly films on Ba ⁇ sis of renewable resources.
  • the object is achieved by a method of claim 1.
  • a film of nanocellulose is produced.
  • the base material nanocellulose or nanofibers made of cellulose is known.
  • a large-scale processing has not yet been done because attempts have failed, so that there were only manually produced thin ⁇ layers, but can not meet the requirements of a film.
  • such thin films have hitherto been produced manually and have been unevenly thick and also clearly too thick for use as a film. Apart from that, such thin films were more like a paper than a film.
  • nanofibers are dissolved in a suitable solvent.
  • a suitable solvent is desirable because of spe- cial nanofibers because they possess an activated Upper ⁇ surface.
  • the solvent may in this case be an organic ⁇ ULTRASONIC solvent or water or a mixture thereof. In particular, they may be alcohols or alcohol-water mixtures.
  • the container is formed with a corresponding agitator or the like.
  • gas can also be pumped through.
  • all methods are suitable, which are used in storage containers to prevent appropriate sedimentation.
  • the request from the reservoir can be done with conventional known metering pumps, in particular hose or eccentric screw pumps are suitable.
  • compressed air controlled containers can be used here.
  • the actual film is then passed through a slurry infiltration onto a carrier material.
  • the job is done via a doctor blade, which can be profiled.
  • a rod with Einschliff a corresponding blade-shaped outlet nozzle, a slot or o ner-called Siide die nozzle or volume-controlled on ⁇ support nozzles.
  • the layer thickness is controlled by the control of the volume or the control of the nozzle opening and the nozzle gap or the matching blade or blade.
  • the rate of conveyance of the carrier material also has an influence on this.
  • the carrier material is preferably a very smooth carrier material, in particular a belt conveyor, wherein the conveyor belt may be a metal or plastic belt.
  • a metal band is used as a band, z. B. a steel ⁇ band used, in particular a stainless steel strip, which is corrosion resistant.
  • a metal strip has thicknesses of 0.5 to 0.35 mm and, in the case of very large widths and very large conveyor roller diameters, can also reach a thickness of 1 mm or more.
  • suitable and known plastics are suitable, in particular PTFE tapes or PTFE coated tapes.
  • the vinasse In order to produce a thin film from the highly dispersed vinasse, which is thin at the time of application, the vinasse must be dried accordingly on the belt. However, due to the low solids content, this is a very sensitive process since such nanofiber slurries are very prone to blistering.
  • the drying consists of three drying components.
  • a first component is the heated carrier tape.
  • the strip is warmed up with heat rollers via heat pipes, in which case in particular metal strips are advantageous.
  • the temperature of the band is hereby adjusted to 40 to 95 ° C ⁇ .
  • a pre-drying by means of longitudinal and transverse arrange ⁇ ter short can be performed to medium wave infrared radiator, which is preferably provided a radiator battery, in which the individual emitters are separately controllable. It is advantageous if the air supply during the infrared predrying is adjustable, ie if a transverse or longitudinal flow is present, which can set a corresponding vapor pressure in the material or above the material.
  • the solvent vapor which results from the high liquid content of 95 to 99%, reliably dissipate so that it does not cause blistering or cooking or caking of the applied slurry.
  • the material is rewetted after drying gegebe ⁇ if appropriate., To a predetermined flexibility, a ⁇ observed. A complete drying of the material causes it to become relatively rigid and inflexible so that targeted flexibility can be set by re-wetting.
  • the subsequent moistening can be done in a steam or Nebei ⁇ comber case in which a predetermined relative air is humid adjusted stiffness and accordingly moisture is guided NAC.
  • the film After drying and, if necessary, rewetting, the film is removed from the carrier bed with the aid of doctor blades and subjected to edge trimming. The edge trimmed and peeled Fol ie is then wound, with a torque-controlled winding drive performs the reeling.
  • nano-materials such as nano-cellulose, which is not a plastic film in the usability by ⁇ , but is made from renewable resources, and is biodegradable.
  • This film is suitable both for laminates for the electrical industry, but also for food packaging, food packaging, replacement for plastic bags, gloves and the like.
  • the slip is applied in particular in a bed thickness of 1 to 20 mm and reaches after drying and stripping a thickness of 1 to 200 pm or more.
  • the thickness achieved is achieved in a very high uniformity
  • the film finally has, for example, a width of 1 m and 50 m of film per minute can be readily produced, which accommodates economic usability.
  • the device according to the invention for producing nanofoils 1 has a dispersing unit 2, wherein the dispersing unit 2 has a container 3 and a stirring or Aufschlagwerk 4.
  • the dispersing unit 2 has a feed for nanofiber material and a feed for corresponding solvents.
  • the stirring or Aufschlag Anlagen 4 is preferably an electromotive device 4 with a ent ⁇ speaking stirring or AufSchlagtechnik 5, wherein the stirring or AufSchlagtechnik 5 and the motor 4 are formed so that Um ⁇ rotational speeds of over 1,000 revolutions per minute possible
  • the agitator in this case stirs up the entire contents and dispersed.
  • Sufficiently dispersed material or the slip produced thereby can be transferred to a reservoir 6, wherein the reservoir 6 via corresponding Zuglasseinrich ⁇ lines for supplying the slurry from the dispersion 2 in the Vorratsbenzo 11er 6 has.
  • the reservoir 6 also sits a stirrer 7, which has a drive 8 and a corresponding stirrer 9, wherein these are dimensioned so that they hold the slurry in the dispersed, non-separated state.
  • the slurry can accordingly be supplied to an extruder 13.
  • the applicator 13 here is a squeegee, a slot or the like, and this extends over the width of the Anla ⁇ ge.
  • the slurry is poured onto a conveyor ⁇ ribbon 14 from the applicator mechanism 13, which moves according to the arrow Rich ⁇ tung 15th
  • a first roller 16 and a final roll 17 are at least ⁇ provided, between the rollers 16, 17 a plurality of further
  • Support and heating rollers 18 may be present.
  • the rollers 16, 17 are in this case with a partial circumference on the belt 14, while ⁇ three other rollers 18 preferably only in a relatively narrow range, the band 14 supporting the band fitting.
  • the rollers 16, 17, 18 are preferably all heatable, in particular electrically heated, formed, with temperatures between 40 and 85 ° of the belt 14 are adjustable.
  • a predrying device 19 is provided, wherein the predrying 19 is formed of a plurality of longitudinally to the direction 15 of the belt 14 arranged IR emitter units 20 and a plurality of transverse to the direction of the belt 14 IR emitters 21 forms.
  • radiators 20, 21 in each case obliquely or angled to the running direction 15 of the belt 14.
  • IR radiators with different distances to the strip surface.
  • the dryer unit Downstream of the pre-dryer 19 is the Trock ⁇ nerford 22, wherein the dryer unit comprises at least one, j edoch preferably has a plurality of infrared heaters 23, which may be arranged in a similar manner as the radiator of the Vortrock ⁇ voltage, but also selectively operating infrared radiators can, which can be preferably individually ⁇ controls.
  • the surface temperature of the slurry can be sampled and the heating intensity can be adjusted by the infrared radiator to a desired surface temperature, which can vary in particular from the input of the dryer unit to the outlet of the dryer unit.
  • the dryer unit 22 may also have a housing which prevents the uncontrolled access of ambient atmosphere, but allows a corresponding supply of air or another gas. With the air or gas, which is adjusted in terms of relative humidity so that it is able to certain amounts of To absorb moisture from the slurry 24, the Be ⁇ rich flowed above the slurry 24.
  • a Nachbe dampening device 25 which may be formed as a mist or moisture chamber or otherwise causes a defined rewet.
  • the film 26 shown thereby is pulled off the last roll 17, if necessary with a corresponding removal blade (not shown) and supported by a support roller 27. It then passes over a spreader roll 28 to a reel 29, where it is wound up accordingly.
  • an air ionization device or other means for reducing or eliminating the charge 30 may be present.
  • rollers 31 in particular be provided accordingly as tensioning rollers 31 in the region of the lower strand of the belt.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Folien bzw. Matten und Platten aus Nanofasern, insbesondere Folien bzw. Matten und Platten aus Zellulosenanofasern, wobei - Nanofasermaterial in Lösungsmittel dispergiert wird, wobei - der Feststoffanteil zwischen 1 und 4 Vol. -% liegt und der so erzeugte Schlicker über eine Auftragseinrichtung (13) auf ein sich in Förderrichtung (15) bewegendes Förderband (14) aufgebracht wird und - anschließend der aufgegossene Schlicker vorgetrocknet wird und - der vorgetrocknete Schlicker nach dem Vortrocknen der Haupttrocknung unterzogen wird und nach Erreichen eines vordefinierten Feuchtegehalts von dem Förderband abgenommen wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Nanofolien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Nanofo¬ lien nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung hierfür.
Kunststofffolien und insbesondere dünne Kunststofffolien wer den fast universell als Verpackungsmittel eingesetzt, dies be¬ trifft einerseits ein Einkaufstüten, andererseits aber auch Folien, die Bestandteil von Lebensmittelverpackungen sind .
Insbesondere durch Verpackungsrücknahmesysteme können Teile dieser Folien wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden o- der zumindest durch Verbrennen genutzt werden.
Es stellt sich jedoch mehr und mehr als globales Problem her¬ aus, dass insbesondere Einkaufstauschen aus Kunststoff in die Umwelt gelangen und aufgrund ihrer fehlenden Abbaubarkeit in massiver Weise in der Umwelt vorliegen und insbesondere auch in Gewässern, und hierbei nicht nur den Meeren, Probleme be-
Auch zerfallende Folien, die zu Nanopartikeln aus Kunststoff führen, haben eine erhebliche Konzentration in den Gewässern verursacht .
In den höher entwickelten Industrienationen versucht man dem durch Verpackungen aus Papier oder auch aus Fasern zu begeg¬ nen. Hierbei ist von Nachteil, dass diese zum Teil preislich nicht konkurrenzfähig sind und auch in sonstiger Weise weniger nachgefragt werden . Teilweise wird auch versucht, Kunststoffe im Verpackungsbe¬ reich durch Mais und andere Stärkesysteme zu verdrängen. Hier¬ bei ist jedoch von Nachteil, das s diese gegenüber Wasser nicht sehr dauerhaft sind.
Aus der AT 516198 AI ist ein Verfahren zur Herstellung eines Produkts aus einem Nanofasern enthaltenden Bioplastik bekannt. Hierbei wird ein Biokunststoff verstanden, der aus Biopolyme¬ ren hergestel lt wird und der Nanozel lulosefasern enthält. Das Verfahren zur Herstellung des aus Nanofasern enthaltenden Bio¬ plastik umfasst das Aufbringen und Verteilen einer Masse des Bioplastik mit Nanofasern in einem fließ fähigen Zustand auf eine Oberfläche zumindest eines sich in einer Umlaufriehtung bewegenden Trägers und das Transportieren der auf der Ober f lä- che des zumindest eines Trägers aufgebrachten und verteilten Masse des Bioplastik in Umlaufrichtung des zumindest einen Trägers. Zudem ist vorgesehen, dass das Bioplastik, welches Nanofasern enthält, zumindest teilweise getrocknet wird und zudem das die teilweise getrocknete Masse von der Oberfläche abgelöst wird.
Aus der US 2010/0124651 AI ist ein Verfahren zum Herstellen einer Nanozel lulosedünnschi cht bekannt. Hierbei wird die Schicht direkt auf eine Oberfläche eines Kunst Stofftragmateri- als aufgebracht, sodass die Nanozellulosefasern eine Dünn¬ schicht bilden. Die nanokristalline Suspension wird hierbei auf eine undurchlässige Gewebebahn aufgebracht, worauf an¬ schließend ein erster Trockenprozess beginnt, wobei dieser Trockenprozess mit Heißluft stattfindet. Nach dem ersten Tro- ckenprozess wird eine zusätzliche Gewebeschicht auf die Ober¬ seite des Films aufgelegt, wobei diese Gewebeschicht vorzugs¬ weise semipermeabel ist , wodurch ein Sandwicheffekt erzeugt werden soll. Die semipermeable Gewebelage soll in der Lage sein, Flüssigkeiten und Gase durchzulassen. Nachdem der nano- kristalline Film zwischen den beiden Gewebelagen eingebracht ist, wird eine zweite Trocknung durchgeführt, wobei der dreitägige Verbund auf einen zylindrischen metallischen Trockner aufgerollt wird. Vom Trockner wird dann Wärme durch das nicht- durchlässige Gewebe geführt , wobei die Wärme dazu führt, dass Feuchtigkeit in dem Nanozel lulosefilm verdampft und durch die halbdurchlässige Gewebelage entweicht . Die beiden Gewebelagen sind notwendig, um den nanokristallinen Film zu stabilisieren. Hierbei kann der drei lagige Verbund auch über eine Mehr zahl von Trocknereinheiten geführt werden . Erst nach der zweiten Trocknung ist der nanokristalline Film soweit geliert , dass der Film ohne die undurchlässige Stützschient getrocknet wer¬ den kann. Die zweite, halbdurchlässige Stützschicht wird aber weiter benötigt. Erst nach dem Verlassen der dritten Trock- nungsstufe ist der Film soweit t ragfähig, dass er ohne Stütz— schicht en weiterverarbeitet werden kann. Hierbei ist von Nach¬ teil, dass dieses Verfahren sehr aufwändig ist, einen hohen apparativen Aufwand benötigt und eine Oberflachennachbearbei- tung des Films notwendig ist.
Aus der US 2014/0255688 AI ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Films aus Nanozellulose bekannt, wobei dieser Film ebenfalls auf zumindest eine Oberfläche eines Stützmate¬ rials aufgebracht wird. In dieser Schrift wird eine Mehrzahl von Lösungsmitteln diskutiert, wobei die entsprechend erzeugte Suspension zwei bzw. 0, 25-2 Gew . -% Nanozellulose enthalten soll . Zusätzlich können Plast ifi zierer wie Glycol oder Sor- bitol verwendet werden. Der Film wird in einer solchen Weise auf die Tragschicht auf¬ gebracht , dass eine Dicke von 50-150 μκι erreicht wird. Anschließend erfolgt eine Trocknung mit Warmluft bei 60-95°C, vorzugsweise bei 80 °C . in der Praxis hat sich herausgestellt, dass bei diesem Verfah¬ ren durch die Heißlufttrocknung die Poren des Films oberflächlich verschlossen werden, sodass dieser nicht zuverlässig trocknet. Zudem hat sich dieses Verfahren in der Praxis schon deswegen nicht bewährt, weil die Schichtdicken in der Praxis tatsächlich über 150 μπι liegen und wirklich dünne Folien somit nicht herstellbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Folien zu schaffen, mit dem umweltverträgliche Folien auf Ba¬ sis nachwachsender Rohstoffe geschaffen werden können.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren des Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Es ist darüber hinaus eine Autgabe, eine Vorrichtung zum Her¬ stellen der Folien zu schaffen, welches im großindust riellen Maßstab die Erzeugung der Folien ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in hiervon abgängigen Unter- ansprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird eine Folie aus Nanozel lulose erzeugt. Grundsätzlich ist der Grundwerkstoff Nanozellulose bzw. Nano- faser aus Zellulose bekannt. Eine großtechnische Verarbeitung ist bislang aber nicht erfolgt , da Versuche hierzu fehlgeschlagen sind, sodass es lediglich manuell hergestellte Dünn¬ schichten gab, die aber die Anforderungen an eine Folie nicht erfüllen können. Insbesondere wurden derartige Dünnschichten bislang manuell erzeugt und sind ungleichmäßig dick und auch für die Verwendung als Folie deutlich zu dick gewesen . Davon abgesehen waren derartige Dünnschichten eher wie ein Papier als eine Folie.
Erfindungsgemäß werden Nanofasern in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst . Ein geeignetes Lösungsmittel ist wegen der spe- ziellen Nanofasern erwünscht, weil diese eine aktivierte Ober¬ fläche besitzen. Das Lösungsmittel kann hierbei ein organi¬ sches Lösungsmittel oder Wasser oder eine Mischung hieraus sein . Insbesondere kann es sich um Alkohole oder um Alkohol- Wasser-Mischungen handeln .
Es hat sich ergeben, dass ein Ansatz mit 1 bis 4 % Feststoffgehalt eine gute Dispergierbarkeit bei entsprechender Dichte ergibt. Der Feststoffgehalt kann auch in bestimmten Applikati¬ onen höher sein .
Dieser Ansatz wird durch Rühren bzw. Aufschlagen vollständig homogenisiert .
Hierbei ist es sinnvoll, mindestens 1.000 Umdrehungen pro Mi¬ nute an Drehzahl des Rührers vorzusehen und diesen Ansatz 24
Stunden, bevorzugt 48 Stunden, zu rühren.
Bei der Verwendung von Wasser wird zumindest deionisiertes Wasser, gegebenenfal ls destilliertes Wasser verwendet.
Nach der dementsprechenden Lösung der Nanofasern werden diese in einen Behälter als Vorratsbehälter eingeführt. Um eine Sedimentation und Trennung zu verhindern, ist der Behälter mit einem entsprechenden Rührwerk oder dergleichen ausgebildet. Unter anderem kann auch Gas hindurchgepumpt werden. Grundsätz- lieh sind alle Verfahren geeignet, die bei Vorratsbehältern angewendet werden, um entsprechende Sedimentationen zu verhindern . Die Abforderung aus dem Vorratsbehälter kann mit herkömmlichen bekannten Dosierpumpen erfolgen, wobei insbesondere Schlauchoder Exzenterschneckenpumpen geeignet sind. Ferner können hier druckluftgesteuerte Behälter eingesetzt werden. Auch bei der Zuführung der Schlempe ist wesentlich, dass keine Verdickun- gen, aber auch keine Entwässerung bzw. Trennungen stattfinden .
Um die eigent liehe Folie wird dann durch einen Schlickerauf- guss auf ein Trägermaterial eingeleitet . Der Auftrag erfolgt hierbei über ein Rakel, welches profiliert sein kann . Geeignet ist auch ein Stab mit Einschliff , eine entsprechende klingenförmige Auslassdüse, eine Schlitzdüse o- der erne sogenannte Siide-Die-Düse oder volumengesteuerte Auf¬ tragsdüsen .
Die Schichtdicke wird durch die Steuerung des Volumens bzw. die Steuerung der Düsenöffnung und des Düsenspalts oder des passenden Rakels bzw. Blades gesteuert. Einen Einfluss hierauf hat selbstverständlich auch die Abför- derungsgeschwindigkeit des Trägermaterials.
Das Trägermaterial ist vorzugsweise ein sehr glattes Trägermaterial, insbesondere ein Bandförderer, wobei das Förderband ein Metall- oder Kunststoffband sein kann.
Wird als Band ein Metallband verwendet, wird z . B . ein Stahl¬ band verwendet, insbesondere ein Edelstahlband, welches korrosionsbeständig ist . Ein solches Metallband besitzt hierbei Dicken von 0.5 bis 0,35 mm und kann bei sehr großen Breiten und sehr großen Förderwalzendurchmessern auch bis 1 mm Stärke oder darüber hinaus rei- chen .
Darüber hinaus sind selbstverständlich auch geeignete und bekannte Kunststoffe geeignet, insbesondere auch PTFE-Bänder bzw. PTFE beschichtete Bänder.
Um aus der hochdispergierten Schlempe, die zum Zeitpunkt des Auftragens dünnflüssig ist, eine dünne Folie zu produzieren, muss die Schlempe entsprechend auf dem Band getrocknet werden. Aufgrund der geringen Feststoffgehalte ist dies jedoch ein ausgesprochen empfindlicher Prozess, da derartige Nanofaser- schlempen sehr stark zu Blasenbildung neigen .
Insbesondere ist es wichtig, die Trocknungsarten zueinander einzustimmen und zudem auch auf die Schienenparameter wie Ge- schwindigkeit , Schichtdicke, Auftragsbreite und dergleichen abzustimmen .
Neben der Gefahr der Blasenbildung besteht bei diesen speziel¬ len Folien die Gefahr, dass sich starke innere Spannungen aus- bilden, welche die Folie in der Festigkeit stark mindern.
Erfindungsgemäß besteht die Trocknung aus drei Trocknungskomponenten . Eine erste Komponente ist das beheizte Trägerband. Das Band wird hierbei mit Heizwalzen über Wärmeleitungen aufgewärmt, wobei hierbei insbesondere Metallbänder von Vorteil sind. Die Temperatur des Bandes wird hierbei auf 40 bis 95°C einge¬ stellt .
Zeitlich nach dem Auftrag und gleichzeitig zu dem beheizten Band kann eine Vortrocknung mittels längs und quer angeordne¬ ter kurz- bis mittelwelliger Infrarotstrahler durchgeführt werden, wobei vorzugsweise eine Strahlerbatterie vorgesehen ist, bei der die einzelnen Strahler separat regelbar sind. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Luftzufuhr während der Infrarotvortrocknung regelbar ist, d.h. wenn eine Quer- oder Längsströmung vorhanden ist , welche einen entsprechenden Dampfdruck im Material bzw. oberhalb des Materials einstellen kann .
Hierzu kann es vorgesehen sein, das Band gekapselt in einen nach außen abgeschlossenen Raum zu führen, sodass eine geziel¬ te Belüftung möglich ist und die Wärmeabfuhr sowohl des durch das Förderband eingebrachten Wärme als auch der durch die Inf¬ rarotstrahler eingebrachten Wärme mit der entsprechenden Belüftung möglich ist.
Als Haupttrocknung wird nachfolgend mit mittelwelliger oder kurzwelliger Infrarotstrahlereinheiten mit hoher Leistungsdichte und einzelner Ansteuerbarkeit auf den vorgetrockneten Schlicker eingewirkt. Auch hierbei ist es außerordentlich wichtig, den Lösungsmitteldampf, der aus dem hohen Flüssiganteil von 95 bis 99 % herrührt, zuverlässig so abzuführen, dass es nicht zu einer Blasenbildung bzw. zum Kochen oder Anbacken des aufgetragenen Schlickers kommt.
Um dies zu gewährleisten, wird die zur Trocknung benötigte große Luftmenge gezielt mit diffusen Ausströmungen auf den Schlicker geführt, um keinerlei Druck auf den Schicker zu erzeugen. Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass eine zu direkte Luftführung auf das Material zu einer Wellenbildung im nassen Mater ial und beim trockenen Material zu Rissen führt .
Erfindungsgemäß wird das Material nach der Trocknung gegebe¬ nenfalls rückbefeuchtet., um eine vorgegebene Flexibilität ein¬ zustellen. Eine vollständige Trocknung des Materials führ dazu, dass dieses relativ starr und unflexibel wird, sodass über eine Nachbefeuchtung eine gezielte Flexibilität eingestellt werden kann.
Die Nachbefeuchtung kann hierbei in einer Dampf- bzw. Nebei¬ kämmer erfolgen, in der eine vorbestimmte relative Luft feuch figkeit eingestellt ist und dementsprechend Feuchtigkeit nac geführt wird .
Nach der erfolgten Trocknung und ggf. Wiederbefeuchtung wird die Folie mit Hilfe von Schaberklingen vom Trägerbett abgelöst und einer Randbeschneidung unterzogen. Die randbeschnittene und abgezogene Fol ie wird anschließend aufgewickelt, wobei ein drehmomentgesteuerter Wickelantrieb die Aufrollung durchführt .
Mit dem angegebenen Verfahren ist es möglich aus entsprechenden Nanomaterialen wie Nanozellulose eine Folie zu erzeugen, die einer Kunststofffolie in der Verwendbarkeit nicht nach¬ steht, jedoch aus nachwachsenden Rohstoffen besteht und biologisch abbaubar ist.
Diese Folie eignet sich hierbei sowohl für Laminate für die Elektroindustrie, aber auch für Lebensmittelverpackungen, Le- bensmittelumverpackungen, Ersatz für Kunststofftüten, Handschuhe und dergleichen. Der Schlicker wird dabei insbesondere in einer Bettdicke von 1 bis 20 mm aufgebracht und erreicht nach dem Trocken und Abziehen eine Dicke von 1 bis 200 pm oder mehr. Hierbei wird die erzielte Dicke in sehr hoher Gleichmäßigkeit erreicht, wobei die Folie abschließend beispielsweise eine Breite von 1 m hat und 50 m Folie pro Minute ohne Weiteres herstellbar sind, was einer wirtschaftlichen Verwertbarkeit entgegenkommt. Ferner ist es möglich, auf der Anlage Matten oder Platten aus Nanoma- terial herzustellen, wobei der Schlickerauftrag 20 bis 40 mm und höher sein kann, je nach Seitenbegrenzung.
Die Erfindung und insbesondere die verwendete Vorrichtung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Die einzige Fi¬ gur zeigt hierbei stark schematisiert eine entsprechende Vor- richtung in einer seitlichen Ansicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von Nanofolien 1 besitzt eine Dispergiereinheit 2, wobei die Dispergiereinheit 2 über einen Behälter 3 und ein Rühr- oder AufSchlagwerk 4 verfügt. Zudem besitzt die Dispergiereinheit 2 eine Zuführung für Nanofasermaterial und eine Zuführung für entsprechende Lösungsmittel. Die Rühr- oder Aufschlageinrichtung 4 ist dabei bevorzugt eine elektromotorische Einrichtung 4 mit einem ent¬ sprechenden Rühr- oder AufSchlagwerk 5, wobei das Rühr- oder AufSchlagwerk 5 und der Motor 4 so ausgebildet sind, dass Um¬ drehungsgeschwindigkeiten von über 1.000 Umdrehungen pro Minute möglich sind und zudem das Rührwerk hierbei den gesamten Inhalt aufrührt und dispergiert. Ausreichend dispergiertes Material bzw. der hierdurch erzeugte Schlicker kann in einen Vorratsbehälter 6 überführt werden, wobei der Vorratsbehälter 6 über entsprechende Zuführeinrich¬ tungen zum Zuführen des Schlickers aus der Dispergiereinheit 2 in den Vorratsbehä 11er 6 besitzt. Der Vorratsbehälter 6 be- sitzt ebenfalls ein Rührwerk 7, welches über einen Antrieb 8 und einen entsprechenden Rührer 9 verfügt, wobei diese so bemessen sind, dass sie den Schlicker im dispergierten, nicht getrennten Zustand halten.
Ober eine Schlauchführung 10, eine entsprechende Pumpe 11 und einen entsprechenden nachfolgenden Schlauch 12 kann der Schlicker dementsprechend einem Au ft ragswerk 13 zugeführt werden. Das Auftragswerk 13 ist hierbei ein Rakel, eine Schlitzdüse oder dergleichen und reicht hierbei über die Breite der Anla¬ ge. Aus dem Auftragswerk 13 wird der Schlicker auf ein Förder¬ band 14 aufgegossen, welches sich entsprechend der Pfeilrich¬ tung 15 bewegt. Zur Spannung des Förderbandes 14 sind zumin¬ dest eine erste Walze 16 und eine letzte Walze 17 vorgesehen, wobei zwischen den Walzen 16, 17 eine Mehrzahl von weiteren
Stütz- und Heizwalzen 18 vorhanden sein können . Die Walzen 16, 17 liegen hierbei mit einem Teilumfang an dem Band 14 an, wäh¬ rend dre weiteren Walzen 18 vorzugsweise nur rn einem relativ schmalen Bereich das Band 14 stützend am Band anliegend.
Die Walzen 16, 17, 18 sind vorzugsweise alle beheizbar, insbesondere elektrisch beheizbar, ausgebildet, wobei Temperaturen zwischen 40 und 85° des Bandes 14 einstellbar sind. Nach dem Auftragswerk 13 ist eine Vortrocknungseinrichtung 19 vorhanden, wobei die Vortrocknungseinrichtung 19 aus einer Mehrzahl von längs zur Laufrichtung 15 des Bandes 14 angeordneten IR-Strahlereinheiten 20 und einer Mehrzahl von quer zur Laufrichtung des Bandes 14 vorhandenen IR-Strahlern 21 ausge- bildet ist .
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Strahler 20, 21 jeweils schräg bzw. gewinkelt zur Laufrichtung 15 des Bandes 14 anzuordnen. Darüber hinaus ist es möglich, die IR-Strahler mit unterschiedlichen Abständen zur Bandoberfläche auszubilden . Ferner kann im Bereich der Vortrocknung 19 eine Umhausung
(nicht gezeigt ) der gesamten Vortrocknungseinrichtung 19 vorhanden sein, welche die Vortrocknung gegen die äußere Atmosphäre bzw. deren unkontrollierten Zutritt abschirmt, jedoch eine gezielte Belüftung, z . B . eine Querbelüftung durch ent- sprechende Düsen und entsprechende gegenüberliegende Absau¬ geinrichtungen vorsieht.
Der Vortrocknungseinrichtung 19 nachgeordnet ist die Trock¬ nereinheit 22, wobei die Trocknereinheit über zumindest einen, j edoch vorzugsweise über eine Mehrzahl an Infrarotstrahlern 23 verfügt, die in ähnlicher Weise wie die Strahler der Vortrock¬ nung angeordnet sein können, aber auch punktuell arbeitende Infrarotstrahler sein können, die vorzugsweise einzeln ange¬ steuert werden können.
Vorzugsweise kann die Oberflächentemperatur des Schlickers abgetastet werden und die Beheizungsintensität durch die Infrarotstrahler an eine gewünschte Oberflächentemperatur, die ins¬ besondere vom Eingang der Trocknereinheit zum Ausgang der Trocknereinheit variieren kann, angepasst sein.
Um einen definieren Dampfdruck oberhalb des Schlickers 24 einzustellen, kann die Trocknereinheit 22 ebenfalls über eine Umhausung verfügen, welche den unkontrollierten Zutritt von Um- gebungsatmoSphäre verhindert, jedoch eine entsprechende Zufuhr von Luft oder einem anderen Gas ermöglicht . Mit der Luft oder dem Gas, welches bezüglich der relativen Luftfeuchtigkeit so eingestellt ist, dass es in der Lage ist, bestimmte Mengen an Feuchtigkeit aus dem Schlicker 24 aufzunehmen, wird der Be¬ reich oberhalb des Schlickers 24 beströmt.
Wichtig ist hierbei, dass die Strömung diffus verläuft und nicht direkt auf die Oberfläche gerichtet ist, da eine direkte Beströmung der Oberfläche bei dem sehr feuchten Schlicker im Bereich des Einlau fs der Trocknereinheit 22 zu Welligkeiten führen kann und am Ausgang zu Rissen im Schlickermaterial, welches dann schon entsprechend dünn und folienartig ist.
An die Trocknereinheit 22 schließt sich eine Nachbe feuchtungs- einrichfung 25 an, die als Nebel- oder Feuchtigkeitskammer ausgebildet sein kann oder in sonstiger Weise eine definierte Rückbefeuchtung herbeiführt.
Hierfür kann es vorgesehen sein, den Feuchtegehalt des Schli- ckers vorzugsweise kontaktlos abzugreifen und die Befeuchtung entsprechend zu regeln . Die hierdurch erzeigte Folie 26 wird von der letzten Rolle 17 ggf. mit einer entsprechenden Abnehmklinge (nicht gezeigt) abgezogen und mit einer Stützrolle 27 gestützt. Sie läuft anschließend über eine Breitstreckwalze 28 zu einer Aufrollung 29, wo sie entsprechend aufgespult wird.
Da es bei der Herstellung der Folie dazu kommen kann, dass sich diese st at isch auflädt , kann nach dem Abnehmen der Folie 26 vom Förderband 14 eine Luftionisierungseinrichtung oder eine andere Einrichfung zur Verringerung oder Beseitigung der Aufladung 30 vorhanden sein .
Um das Förderband entsprechend zu führen und zu spannen, kön¬ nen dementsprechend weitere Rollen 31 insbesondere als Spannrollen 31 im Bereich des Untertrums des Bandes vorhanden sein. Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass erstmals in einer nachvollziehbaren, hochqualitativen Verfahrensweise eine flano- faserfolie mit großer Gleichmäßigkeit bezüglich der Dicke sowohl in der Länge als auch in der Breite herstellbar ist, wo¬ bei die Herstellung in Breiten ab 1 m und mit Geschwindigkeiten von 50 m pro Minute erfolgt, was eine wirtschaftliche Verwertung zulässt.
Bezugszeichen
1 Nanofolie
2 Dispergiereinheit
3 Behälter
4 Motor
5 AufSchlagwerk
6 Vorratsbehälter
7 Rührwerk
8 Antrieb
9 Rührer
10 Sehlauchführung
11 Pumpe
12 Schlauch
13 Auftragswerk
14 Förderband
1b Laufrichtung
16 Walze
17 Walze
18 Walze
19 Vort rocknungseinrichtung
20 Infrarotstrahler
21 Infrarotstrahler
22 Haupttrocknungseinrichtung
23 Infrarotstrahler
24 Schlicker
25 Wiederbefeuchtungseinrichtung
26 Folie
27 Stützrolle
28 Breitstreckwalze
29 Aufrollung
30 Aufladung
31 Rolle

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen von Folien bzw. Matten und Platten aus Nano fasern, insbesondere Folien bzw. Matten und Platten aus Zellulosenanofasern, wobei
- Nanofasermaterial in Lösungsmittel di spergiert wird, wobei
- der Feststoffantei 1 zwischen 1 und 4 Vol . -% liegt und der so erzeugte Schlicker über eine Auftragseinrichtung (13) auf ein sich in Förderrichtung (15) bewegendes Förderband {14) aufge¬ bracht wird und
- anschließend der aufgegossene Schlicker vorgetrocknet wird und
- der vorgetrocknete Schlicker nach dem Vortrocknen der Haupttrocknung unterzogen wird und nach Erreichen eines vordefi¬ nierten Feuchtegehalts von dem Förderband abgenommen wird, wo¬ bei dass die Vortrocknung mittels längs und/oder quer angeord¬ neter oder diagonal zur Laufrichtung des Förderbandes ( 14 ) an- geordneter Infrarotstrahler vorgetrocknet wird und die Haupttrocknung mit mittelwelligen und/oder kurzwelligen IR- Strahlereinheiten mit hoher Leistungsdichte durchgeführt wird, wobei die Infrarotstrahler einzeln oder gruppenweise angesteu¬ ert werden, wobei der Lösungsmitteldampf gezielt abgeführt wird und zudem zum Abführen der Feuchtigkeit Luft und/oder an¬ dere Gase bei der Haupttrocknung zugeführt werden und diffus in den Bereich der Haupttrocknung eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanofasermaterial in Wasser und/oder einem organischen Lö¬ sungsmittel und/oder Alkohol dispergiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker über ein Rakel, ein profiliertes Rakel , ei- nen Stab mit Einschlif f , eine Klingendüse, eine Schlitzdüse oder eine Slide-Die-Düse oder eine volumengesteuerte Auftragsdüse au f das Förderband (14) gegossen wird .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker auf ein glattes Förderband ( 14 ) aufgegossen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das Förderband auf 40 bis 95°C beheizt wird .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortrocknung in einem Gehäuse mit kontrollierter Gaszuführung oder Luft Zuführung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler einzeln ansteuerbar sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte Gas- oder Luftstrom be¬ züglich seiner relativen Feuchtigkeit und/oder Strömungsge- schwind!gkeit eingestellt ist .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Schlickermaferial nach der Haupttrocknung auf einen gewünschten Feuchtegehalt nachbe- feuchtet wird.
10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erzeugen von Folien aus Nanofasern, insbesondere Folien aus Zellulosenanofasern, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Förderband (14) vorhanden ist und das Förderband (14) mit Rollen (16, 17, 18, 31) entlang seiner Längsrichtung im Kreis als Ober- und Untertrum geführt wird, wobei in einem ersten Bereich mittels einer Auftragsvorrich- tung (13) zum Auftragen eines Folienschlickers auf das Förderband (14), wobei in Förderrichtung des Förderbandes (14) eine Vortrocknungseinrichtung (19) nachgeordnet ist, welche Infrarotstrahler (20, 21) umfasst, welche auf den aufgegossenen Schlicker (24) einwirken und in Förderrichtung (15) nachgeord- net eine Haupttrocknungseinrichtung (22) mit Infrarotstrahlern (23) vorhanden ist und wobei das Förderband im Bereich der Auflage des Schlickers (24) von Rollen (16, 17, 18,) gehalten wird, wobei zumindest Teile der Rollen beheizbar ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Haupttrocknungseinrichtung (22) in Förderrichtung (15) eine Wiederbefeuchtungseinrichtung (25) nachgeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dispergiereinrichtung (2) vorhanden ist, welche einen Behälter (3) und eine Rühreinrichtung (4, 5) umfasst, wobei die Rühreinrichtung so ausgebildet ist, dass sie mit mehr als 1.000 Umdrehungen pro Minute rühren kann.
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