EP3560301A1 - Düsenanordnung und vorrichtung zur erzeugung eines atmosphärischen plasmastrahls - Google Patents

Düsenanordnung und vorrichtung zur erzeugung eines atmosphärischen plasmastrahls

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EP3560301A1
EP3560301A1 EP17835848.7A EP17835848A EP3560301A1 EP 3560301 A1 EP3560301 A1 EP 3560301A1 EP 17835848 A EP17835848 A EP 17835848A EP 3560301 A1 EP3560301 A1 EP 3560301A1
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EP
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channel
nozzle
cross
plasma jet
plasma
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EP17835848.7A
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EP3560301B1 (de
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Syed Salman ASAD
Andreas LIEBERT
Christian Buske
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Plasmatreat GmbH
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Publication date
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    • H05H1/24—Generating plasma
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    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
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    • H05H2240/20—Non-thermal plasma
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2245/00—Applications of plasma devices
    • H05H2245/40—Surface treatments

Definitions

  • the invention relates to a nozzle arrangement for a device for producing an atmospheric plasma jet with an inlet through which an atmospheric plasma jet can be introduced into the nozzle arrangement, and with a channel which is so connected to the inlet that one through the inlet into the
  • Nozzle arrangement introduced plasma jet is passed through the channel.
  • the invention also relates to a device for generating an atmospheric plasma jet.
  • the invention further relates to a method for plasma treatment of a fabric or a plastic film and a plasma-treated nonwoven fabric.
  • Receiving layers and distribution layers are used, with which liquid is to be passed quickly from the skin surface in an absorbent material, typically in a position with so-called superabsorbent (superabsorbent polymers).
  • the distribution layers are often referred to in practice as AQL (Acquisition Layer) or ADL (Acquisition Distribution Lay er).
  • Penetration time of liquids (liquid) strike-through time determined according to ISO 9073-13: 2006, which represents a measure of the speed with which liquid is taken up and passed on from the nonwoven fabric layer. The lower the Penetration time is, the better the function of the nonwoven fabric layer in the diaper, bandage or pad.
  • nonwoven fabric layers particularly the ADLs / AQLs
  • low cost, low quality nonwoven fabric layers are often used, thereby degrading the function of the diaper, sanitary napkin, or overlay.
  • higher quality nonwoven fabrics are used. These are, however, on the one hand more expensive and on the other hand have a higher basis weight, which also results in a higher material consumption and a higher weight of the diaper, bandage or edition.
  • the present invention is therefore based on the object to provide an apparatus and a method with which in particular the penetration time of nonwoven fabric layers, in particular of ADLs / AQLs, can be improved.
  • this object is achieved in a nozzle arrangement for an apparatus for generating an atmospheric plasma jet with an inlet through which an atmospheric plasma jet can be introduced into the nozzle assembly, and with a channel, which is connected to the inlet, that through
  • a plurality of nozzle openings are provided in the channel wall along the channel, through which a plasma jet directed through the channel can exit the nozzle arrangement.
  • the object is in a device for generating a
  • atmospheric plasma jet with a discharge space wherein the device is arranged to generate an atmospheric plasma jet in the discharge space, according to the invention achieved in that a nozzle arrangement of the type described above is connected to the discharge space such that a plasma jet generated in the discharge space is introduced into the inlet of the nozzle assembly.
  • a plasma jet can be generated, the intensity of which on the one hand is sufficient to treat the nonwovens in such a way that their
  • Nonwovens are not damaged.
  • the disclosed nozzle assembly and apparatus have also been well-suited
  • the Nozzle arrangement or the device preferably used for the plasma treatment of substances or films, in particular plastic films or metal foils.
  • the nozzle arrangement is intended for a device for generating an atmospheric plasma jet.
  • the nozzle arrangement may for example be formed integrally with such a device.
  • the nozzle arrangement can also be designed as a separate component which, for example, can be detached from the rest
  • Device can be connected, for example, in a device for
  • the nozzle assembly has an inlet.
  • the nozzle assembly is an integral part of an atmospheric device
  • Formed plasma jet so it may be at the inlet to a mere imaginary transition from the rest of the device to the nozzle assembly, without a physical interruption between other device and
  • Nozzle arrangement must be present.
  • an atmospheric plasma jet can be introduced into the nozzle arrangement.
  • the nozzle arrangement is preferably so with an apparatus for generating an atmospheric plasma jet
  • the nozzle arrangement has corresponding coupling means, such as a thread, for connecting the nozzle arrangement to a device for generating an atmospheric plasma jet.
  • the nozzle assembly has a channel connected to the inlet such that a plasma jet introduced through the inlet into the nozzle assembly is directed through the channel.
  • the channel can, for example, a circular or
  • the channel preferably has semicircular cross-section.
  • a plurality of nozzle openings are provided in the channel wall.
  • the channel preferably has a substantially straight line
  • the number of nozzle openings can be selected as required, whereby the intensity of the individual partial beams can be reduced by increasing the number of nozzle openings.
  • at least five, more preferably at least ten orifices are provided in the channel to a sensitive for the treatment of materials, preferably sensitive substances and films,
  • the nozzle openings may, for example, be circular, oval, slit-like or also have a different geometry.
  • a plasma jet directed through the channel can emerge from the nozzle arrangement.
  • the nozzle openings thus lead out of the channel to the outside.
  • the plasma jet guided through the channel then penetrates through the
  • the plasma jet can act over a greater width.
  • the intensity of the individual partial beams can be reduced in such a way that sensitive substances, in particular nonwovens, or thin plastic or metal foils are not damaged by the partial beams, but can nevertheless be effectively plasma-treated.
  • the device for generating an atmospheric plasma jet has a discharge space and is adapted to generate an atmospheric plasma jet in the discharge space. Such devices are basically known from the prior art, for example from DE 195 32 412 C2.
  • the device has in particular a housing, for example a tubular housing, in which the discharge space is provided.
  • the atmospheric plasma jet is preferably generated in the discharge space by means of an electrical discharge in a working gas flow. By the electric discharge, it comes to the excitation and partial ionization of the working gas, so that a plasma forms, which exits through the working gas flow as a plasma jet from the Entiadungsraum.
  • the discharge space in particular has a gas inlet, through which the working gas flow can reach the discharge space.
  • an inner electrode is preferably arranged in the discharge space.
  • an outer electrode is preferably provided which can be formed, for example, by the housing itself, for example by a metal tube used as a housing.
  • the nozzle arrangement described above is connected.
  • the housing and the nozzle arrangement may have corresponding connecting means, for example threads, with which the nozzle arrangement can be connected to the discharge space in such a way that an in
  • Discharge space generated plasma jet is passed through the inlet of the nozzle assembly.
  • the abovementioned object is furthermore achieved according to the invention by the use of the previously described apparatus for the plasma treatment of a material, in particular a substance or a film, in particular a plastic film or a metal foil.
  • the fabric may in particular be a nonwoven fabric.
  • the above object is achieved according to the invention by a method for plasma treatment of a substance or a film, in particular a plastic film or metal foil, using the previously described
  • Device in which the device generates an atmospheric plasma jet is so that the plasma jet emerges in the form of a plurality of partial beams from the nozzle openings in the channel wall, and in which a surface of a substance or a film, in particular a plastic film or metal foil, with the partial beams of the plasma jet is acted upon.
  • Plasma treatment can be achieved.
  • an intensity of the individual partial beams can be achieved so that the substance or the film, in particular the plastic film or the metal foil, can be effectively plasma-treated without damaging it.
  • the temperature of the substance or of the film during the plasma treatment is consistently below 100 ° C. or even below 50 ° C.
  • the plasma jet for example, air
  • Hydrogen-nitrogen mixtures nitrogen or noble gases are used.
  • nitrogen (2) or noble gases in particular argon, as
  • the nitrogen concentration in the working gas is preferably at least 98% by weight, in particular at least 99.5% by weight.
  • the material to be treated in particular the substance to be treated or the film is preferably provided in web form, for example by a roller or in a production line, and passed by the nozzle assembly, so that the partial beams exiting from the nozzle openings on the material, in particular on the fabric or get the film.
  • the fabric is preferably a nonwoven fabric, which may in particular consist essentially of synthetic fibers, for example polypropylene or polyethylene fibers, of natural fibers, for example cotton or viscose fibers, and / or of inorganic fibers, for example glass fibers. It has been found that the plasma treatment of a nonwoven fabric with the previously
  • the described method causes functional groups to form on the individual fibers of the nonwoven fabric, which increases the hydrophilicity of the fibers, so that the substance can absorb liquid better. Furthermore, it has been shown that the plasma treatment with the described method results in that the thickness of the nonwoven fabric increases with a corresponding reduction in the density. In experiments, thickness increases by a factor of five were observed. It has been found that this leads to a shorter penetration time of the nonwoven fabric. This can be explained by the fact that in the thickness increase and density decrease, capillaries increasingly form substantially perpendicular to the material direction, so that liquid can be transported through the nonwoven fabric more quickly. These effects result in a shorter penetration time of the nonwoven fabric as a result. In experiments, with the plasma treatment, a reduction to half or even to one third of the original breakthrough time of the untreated
  • Nonwoven fabric can be achieved. For example, through the plasma treatment with a thin low-priced nonwoven fabric having a basis weight of 30 g / m 2, penetration times could be achieved which correspond to those of a high-quality nonwoven fabric with 90 g / m 2 basis weight. Thus, with the method so lightweight, inexpensive nonwoven fabrics can be produced with good penetration time.
  • the weight per unit area of the nonwoven is preferably less than 90 g / m 2 , in particular less than 50 g / m 2 .
  • the described plasma treatment of thin nonwoven fabrics increases the thickness of the nonwoven fabrics and improves their penetration time, in particular to values that have hitherto only been achieved of higher basis weight nonwovens.
  • the thickness of the nonwoven fabric before the plasma treatment is preferably less than 5 mm.
  • a plasma-treated nonwoven fabric in particular ADL or AQL, prepared by a method comprising the following steps: providing a nonwoven fabric and
  • Plasma treating the nonwoven fabric by the method described above Furthermore, the above object is achieved by a hygiene article for receiving liquids, in particular a bandage, diaper or pad, comprising a layer of the plasma-treated nonwoven fabric described above. Due to the improved penetration time, such hygiene articles have a higher quality coupled with low production costs.
  • a nonwoven fabric which has been plasma-treated with the described method can be distinguished from untreated nonwovens of the same type, in particular by the nonwoven fabric
  • Plasma treatment induced hydrophilization by the functional Differentiate groups on the fibers If, for example, an ADL / AQL material normally has a density of 90 kg / m 3 , the density of the
  • plasma-treated material in particular less than 45 kg / m 3 .
  • Hydrophilization can be detected by measuring the contact angle of water on the fibers. This amounts to plasma-treated nonwovens.
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • Plastic films or metal foils suitable. By the plasma treatment of films, these can be prepared for a subsequent printing process or a gluing of the films. The process achieves good hydrophilization of the film surface without damaging the film. In contrast, previous attempts at treatment of films with dielectrically impeded discharges led to only minor improvements in hydrophilization (to a maximum of 40 to 55 mN / m). The use of conventional plasma nozzles often led to damage of the films because of the high thermal load.
  • the method is particularly suitable for thin films having a thickness of preferably less than 0.1 mm, more preferably less than 0.05 mm, in particular less than 0.02 mm.
  • Nozzle assembly the device, the use, the method, the
  • the channel has a straight section and the nozzle openings are in the extension direction of the channel in the channel wall
  • the nozzle openings are preferably arranged over a length of the channel of at least 50 mm, preferably at least 80 mm, to a wide
  • the channel is connected to the inlet on both sides, so that a plasma jet introduced through the inlet into the nozzle arrangement is directed from both sides into the channel.
  • Channel a first and a second end, which are respectively connected to the inlet.
  • a distribution channel is provided between the inlet and the channel, through which the plasma jet is directed to both ends of the channel.
  • the two-sided introduction of the plasma jet into the channel causes a more uniform distribution of the plasma beam intensity on the individual partial beams.
  • the intensity is prevented from continuously decreasing from one end to the other end of the channel. This allows a more even
  • a gas supply is provided to direct a gas, preferably nitrogen, separately from the plasma jet into the channel.
  • the channel preferably has an additional gas inlet, to which a gas supply can be connected.
  • a gas, preferably nitrogen is introduced separately into the channel in addition to the plasma jet. In this way, an additional cooling of the plasma jet is achieved, so that with the from the nozzle openings of the nozzle assembly emerging part beams an even more gentle treatment, especially of delicate nonwovens, is possible.
  • the diameter of the nozzle openings in the channel wall corresponds to a maximum of a quarter of the channel diameter. In this way, an excessive pressure drop is prevented in the channel, so that the partial beams have a more uniform intensity.
  • the cross-section of the channel widens with increasing distance from the inlet. It was recognized that through this
  • Measure a pressure drop in the channel can be counteracted, so that partial beams of uniform intensity can be achieved.
  • the nozzle arrangement is designed in several parts with a nozzle element which comprises the channel with the nozzle openings, and with a distributor element which comprises a distribution channel through which a plasma jet introduced through the inlet is guided on one or both sides to the channel.
  • a nozzle element which comprises the channel with the nozzle openings
  • a distributor element which comprises a distribution channel through which a plasma jet introduced through the inlet is guided on one or both sides to the channel.
  • the nozzle assembly can be made easier.
  • the nozzle element may have a groove introduced into a surface, which in the
  • the distributor element may, for example, have two parts which each have a groove on the surface, resulting in the grooves in the assembled state of the distribution channel. Also in this way, the nozzle assembly can be made easier.
  • the distributor channel of the distributor element preferably has an inlet and two outlets connected to the inlet for directing the plasma jet from the one inlet to both ends of the channel.
  • the nozzle arrangement has a heat sink, in particular a heat sink with cooling fins for air cooling. In this way, the heat introduced by the plasma jet into the nozzle arrangement can be emitted better to the outside, so that the nozzle arrangement does not become too hot. Furthermore, in this way, the temperature of the partial beams of the plasma jet can be reduced.
  • the cross-section of the channel in the region of a nozzle opening is shaped such that a notional center plane lying midway between a notional first tangent plane of the cross section through the nozzle opening and a fictitious second tangent plane of the cross section parallel thereto and parallel to the first tangent plane runs, the cross section in a first cross-sectional area at the nozzle opening and a second
  • Cross-sectional area of the first cross-sectional area of the cross-sectional area of the second cross-sectional area is different, preferably by at least 5%, in particular by at least 10%.
  • Channel cross section in the range from a nozzle opening to half its height above the nozzle opening on a different cross-sectional area than in the remaining area of the channel cross-section.
  • the channel preferably has in the range of several elements
  • Nozzle openings have a corresponding cross-section, preferably along its course from the first to the last nozzle opening.
  • the channel cross-section is divided by a fictitious midplane. This fictitious
  • Center plane is not really present but serves only the definition of the first and second cross-sectional area whose cross-sectional areas are compared with each other.
  • the fictitious midplane runs in the middle between a fictional first
  • the mid-plane between two planes is understood to mean that the midplane has the same distance from the first and the fictitious second tangent plane.
  • a tangent plane of the cross section is understood to mean a plane which touches the cross section of the channel but does not intersect. The first tangent plane of the cross section passes through the
  • Nozzle opening i. through the point where the nozzle opening meets the channel.
  • the second tangent plane faces the first tangent plane.
  • the cross section of the channel is therefore between the first and the second
  • the cross section of the channel has two opposite circular segments with different radii.
  • Such a cross section can be, for example, simply by two mutually offset, parallel holes
  • Plasma beam intensity can be achieved on the individual partial beams. If the cross section of the channel has, for example, two opposite circular segments with different radii, then the nozzle opening is preferably in the region of Circular segment arranged with the smaller radius, in particular in its vertex.
  • the nozzle arrangement is designed in several parts with a first part, in the surface of which a first recess is introduced, and with a second part, in the surface of which a second recess is introduced, wherein the first and the second part abut each other such that the first and second recesses face each other and form the channel.
  • the first recess forms a first part of the channel cross section
  • the second recess forms a second part of the channel cross section. If the two depressions are arranged opposite one another, this results in the entire cross section of the channel.
  • This embodiment allows a particularly simple production of the channel. This is particularly advantageous if the channel has an asymmetrical cross-section, for example corresponding to one of the previously described
  • Embodiments having a first and second cross-sectional area having different cross-sectional areas, or when the channel has a, for example, tapered cross-section changing along its extension direction.
  • the nozzle arrangement may also have further parts.
  • the first part of the nozzle arrangement may be, for example, a
  • Act die element that includes the nozzle openings.
  • the nozzle openings then preferably depart from the first recess.
  • the second part of the nozzle arrangement may, for example, be a distributor element which comprises a distribution channel through which a plasma jet introduced through the inlet is conducted on one or both sides of the channel.
  • the first part of the nozzle arrangement has a recess with Kreissegment- shaped cross-section with a first radius and the second Part of the nozzle assembly has a recess with circular segment-shaped
  • Cross-section with a second radius which differs from the first radius.
  • the juxtaposed first and second recesses then result in a cross section of two opposite circle segments of different radii.
  • the second radius is smaller than the first radius.
  • the device is adapted to an atmospheric plasma jet by means of an arc-like discharge in a
  • the arc-like discharge can be generated by applying a high-frequency high voltage between electrodes.
  • the atmospheric pressure a high-frequency high voltage between electrodes.
  • the working gas used is preferably nitrogen (N2) or a noble gas such as argon (Ar) or helium (He) or a nitrogen-inert gas mixture.
  • a high-frequency high voltage is typically a voltage of 1-100 kV, in particular 1-50 kV, preferably 2-20 kV, at a frequency of 1-300 kHz, in particular 1-100 kHz, preferably 10-100 kHz, more preferably 10 - 50 kHz understood.
  • a reactive plasma jet can be generated, which enables effective plasma treatment, in particular of nonwovens, so that their penetration time is reduced.
  • a plasma jet generated in this way has a comparatively low temperature.
  • the device has a within the
  • Discharge space arranged inner electrode. Between the inner electrode and In particular, a high-frequency high voltage can be applied to the housing in order to generate an arc-like discharge in a working gas flowing through the discharge space, so that a plasma jet is formed.
  • a high-frequency high voltage can be applied to the housing in order to generate an arc-like discharge in a working gas flowing through the discharge space, so that a plasma jet is formed.
  • Devices with such an inner electrode allow the generation of a stable discharge and thus a stable plasma jet.
  • the apparatus is used for the plasma treatment of a nonwoven fabric, in particular for or in the manufacture of diapers, sanitary napkins or pads. It has been found that the device is particularly suitable for the plasma treatment of thin nonwoven fabrics, as in the
  • the material in particular the substance or the film, in particular the plastic film or metal foil, is web-shaped and is transported past the nozzle openings of the device. In this way, the device or the method can be easily integrated into a process line, for example in a process line for the production of nonwovens for
  • Hygiene articles or in a process line for the production of hygiene articles themselves are preferably transverse to the transport direction, so that the fabric or the plastic film can be treated over a corresponding width. In this way, the substance or the
  • Plastic film with high throughput plasma treatment In laboratory tests, a reduction of the penetration time of the nonwoven fabric by more than 25% was achieved even with the use of a single device and a throughput of 60 m nonwoven web per minute.
  • the material, in particular the substance or the film, in particular the plastic film or metal foil can be plasma-treated over the entire width.
  • the material, in particular the substance or the film, in particular plastic film or metal foil can also be plasma-treated only over a partial area of the width. This is particularly advantageous for nonwovens for the production of hygiene articles for receiving liquids. For example, if only one area in the middle of the nonwoven fabric is plasma treated while laterally untreated strips remain, then a nonwoven fabric receiving and spreading layer can be made which is highly hydrophilic in the center so as to quickly absorb liquids can, but is less hydrophilic on the sides, so that at the edge of the diaper or bandage no liquid can escape to the outside.
  • the described method therefore also allows a targeted
  • Plasma treatment of individual areas of a nonwoven fabric or generally a fabric or a plastic film Plasma treatment of individual areas of a nonwoven fabric or generally a fabric or a plastic film.
  • a region of the fabric, in particular nonwoven fabric is preferably plasma-treated in the case of the hygiene article for receiving and / or distributing liquid to be fabricated, in particular for passing a liquid to a layer arranged below the region of the fabric, in particular one Superabsorbent layer, is provided.
  • the layer of plasma-treated nonwoven fabric is plasma-treated in a region which is provided for receiving and / or distributing liquid, in particular for passing a liquid to a layer arranged below this region, in particular a superabsorber layer Area in the middle a diaper or a bandage, for example, between hydrophobic or
  • liquid-impermeable areas is arranged.
  • the substance or the film in particular plastic film or metal foil, is transported via two rollers at the same rotational speed, the device being arranged between the two rollers.
  • the substance or the film in particular the
  • Plastic film or metal foil in the field of plasma treatment on a treatment table, such as an aluminum plate out. Due to the aforementioned measures, tensile forces on the substance or the film, in particular the plastic film or metal foil, can be minimized during the treatment, as a result of which damage to the substance or the film, in particular the film
  • a suction can be provided in order to suck off nitrogen oxides or ozone generated during plasma jet generation.
  • the suction can be integrated into the treatment table.
  • the device comprises a rotary drive, which is set up to rotate the nozzle arrangement in operation about an axis of rotation.
  • a rotary drive which is set up to rotate the nozzle arrangement in operation about an axis of rotation.
  • the axis of rotation may, for example, be aligned substantially perpendicular to the direction of extent of the channel or parallel to the partial beams emerging from the nozzle openings, so that the partial beams sweep over a substantially circular area during the rotation of the nozzle arrangement.
  • the axis of rotation can also be substantially parallel to
  • Extension direction of the channel to be aligned allows, for example, an internal treatment of a pipe surface.
  • the material, in particular the substance or the film is acted upon in the atmospheric pressure region by the partial beams of the plasma jet. It has been recognized that even delicate materials such as, for example, fabrics, in particular nonwovens, or film, in particular plastic or metal foil, can be treated without damage in the atmospheric pressure range with the partial beams emerging from the nozzle arrangement. As a result, in particular, an arrangement of the material to be acted upon and / or the nozzle arrangement in a vacuum chamber can be dispensed with.
  • Nozzle arrangement a treatment also sensitive materials in
  • Atmospheric pressure is allowed, can be dispensed with a vacuum chamber for the material to be treated, so that the method can be performed easily and inexpensively.
  • the method can be performed inline, i. within a continuously operated process line, as there are no on and off interrupting operations
  • Ausschleusevor réelle in a vacuum or vacuum chamber are required.
  • a nozzle assembly for a device for producing an atmospheric plasma jet having an inlet through which an atmospheric plasma jet can be introduced into the nozzle assembly, and having a channel which is connected to the inlet such that one through the inlet into the
  • Jet array introduced plasma jet is passed through the channel, wherein along the channel a plurality of nozzle openings are provided in the channel wall through which a guided through the channel plasma jet can emerge from the nozzle assembly.
  • Nozzle assembly according to embodiment 1 or 2 wherein the channel is connected on both sides with the inlet, so that a through the inlet into the
  • Jet array introduced plasma jet is passed from both sides into the channel.
  • Nozzle arrangement according to one of embodiments 1 to 3 wherein the diameter of the nozzle openings in the channel wall corresponds to a maximum of a quarter of the channel diameter.
  • a nozzle assembly according to any one of embodiments 1 to 4 wherein the cross-section of the channel widens with increasing distance from the inlet.
  • Nozzle arrangement according to one of embodiments 1 to 5 wherein the
  • Multi-part nozzle arrangement is formed with a nozzle member which includes the channel with the nozzle openings, and with a distributor element comprising a distribution channel through which a plasma jet introduced through the inlet is guided on one or both sides of the channel.
  • Cross-sectional area divides with respect to the nozzle opening, and wherein the cross-sectional area of the first cross-sectional area of the cross-sectional area of the second cross-sectional area is different, preferably by at least 5%, in particular by at least 10%.
  • Nozzle arrangement according to one of embodiments 1 to 8, wherein the nozzle arrangement is formed in several parts with a first part, in the surface of a first recess is introduced, and with a second part, in the surface of a second recess is introduced, wherein the first and the second Part abut each other such that the first and the second recess facing each other and form the channel.
  • a device for generating an atmospheric plasma jet with a discharge space wherein the device is adapted to, in the
  • Discharge space to produce an atmospheric plasma jet and wherein a nozzle assembly according to one of the embodiments 1 to 9 is connected to the discharge space such that a plasma jet generated in the discharge space is introduced into the inlet of the nozzle assembly.
  • Arc-like discharge by applying a high-frequency high voltage between electrodes can be generated.
  • Plasma treatment of a material preferably a substance or a film, in particular a plastic film or a metal foil.
  • a material preferably a substance or a film, in particular a plastic film or a metal foil.
  • Plasma treatment of a nonwoven fabric is used, in particular for or in the manufacture of diapers, sanitary napkins or pads.
  • Process for the plasma treatment of a material preferably a material, in particular a nonwoven fabric, or a film, in particular a
  • Plastic film or a metal foil using a device according to embodiment 10 or 11, in which with the device
  • atmospheric plasma jet is generated so that the plasma jet emerges in the form of a plurality of partial beams from the nozzle openings in the channel wall, and in which a surface of a material, preferably a substance or a film, in particular a plastic film or a metal foil, is acted upon by the partial beams of the plasma jet ,
  • a material preferably a substance or a film, in particular a plastic film or a metal foil
  • Plasma-treated nonwoven fabric in particular ADL, produced by a
  • hygiene article for receiving liquids in particular napkin or diaper, comprising a layer of plasma-treated nonwoven fabric according to
  • 1 shows a device for generating an atmospheric plasma jet
  • Fig. 2 shows an embodiment of the nozzle arrangement according to the invention and an embodiment of the device according to the invention for generating an atmospheric plasma jet in
  • Fig. 3 shows the embodiment of the nozzle assembly
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of the nozzle assembly
  • Device in sectional view shows a further alternative embodiment of the nozzle arrangement and the device in sectional view
  • Fig. 8 is a photograph of a plasma-treated nonwoven fabric as
  • FIG. 10 shows a further embodiment of the invention
  • Fig. 11 shows a further embodiment of the invention
  • Fig. 12 shows a further embodiment of the invention
  • Fig. 15a-c channel cross sections of the nozzle assemblies from the experiments.
  • the structure and operation of a device for generating an atmospheric plasma jet will first be described below.
  • the device 2 comprises a tubular housing 4 in the form of a metal nozzle tube.
  • the nozzle tube 4 has at its one end a conical taper 6, on which a replaceable nozzle head 8 is mounted, the outlet of which forms a nozzle opening 10, from which the plasma jet 12 exits during operation.
  • a working gas inlet 14 At the nozzle opening 10 opposite end of the nozzle tube 4 is connected to a working gas inlet 14.
  • the working gas supply line 14 is connected to a variable flow rate pressurized working gas source (not shown).
  • a working gas 16 is introduced from the working gas source through the working gas supply line 14 into the nozzle tube 4.
  • a swirl device 18 is further provided with a ring of obliquely engaged in the circumferential direction of holes 20 through which the introduced during operation in the nozzle tube 4 working gas 16 is twisted.
  • the downstream part of the nozzle tube 4 is therefore traversed by the working gas 16 in the form of a vortex 22, whose core extends on the longitudinal axis of the nozzle tube 4.
  • an inner electrode 24 is further centrally located, which extends in the nozzle tube 4 coaxially in the direction of the nozzle opening 10.
  • the inner electrode 24 is electrically connected to the twisting device 18.
  • the swirl device 18 is electrically insulated from the nozzle tube 4 by a ceramic tube 26.
  • a high-frequency line 28 is a high-frequency to the inner electrode 24
  • Nozzle tube 4 is grounded via a grounding line 32. By the applied voltage, a high-frequency discharge in the form of an arc 34 between the Inner electrode 24 and the nozzle tube 4 is generated. This area in the nozzle tube 4 thus represents a discharge space 36 of the device 2.
  • arc arc discharge
  • arc discharge arc discharge
  • the working gas 16 which rotates in the region of the vortex core and thus in the immediate vicinity of the arc 34 with high flow velocity, comes into intimate contact with the arc 34 and is thereby partially transferred to the plasma state, so that an atmospheric plasma jet 12 through the nozzle opening 10th exits the device 2.
  • FIG. 2 now shows an embodiment of the nozzle arrangement according to the invention and an embodiment of the device according to the invention for generating an atmospheric plasma jet in an exploded view.
  • Fig. 3 shows the nozzle head and the device in a sectional view.
  • the device 40 comprises the nozzle arrangement 42 and the device 2 from FIG. 1, wherein, instead of the replaceable nozzle head 8, a connection piece 44 of the nozzle arrangement 42 is connected to the nozzle tube 4.
  • the fitting 44 has a tapered internal channel 46, which is the lower part of the
  • Discharge space 36 of the device 2 forms. In operation, comes out of the bottom Opening 48 of the connector 44 of the plasma jet 12 from and into the other components of the nozzle assembly 42 a. Accordingly, the lower opening 48 may be considered as an inlet of the nozzle assembly 42.
  • the nozzle assembly 42 further includes one of two parts 50a-b
  • Nozzle member 52 is a groove 54 is introduced, which forms a channel 56 having a first end 58 and a second end 60 in the assembled state of the nozzle assembly 42 as shown in Fig. 3.
  • a plurality of nozzle openings 62 are introduced alongside the channel side by side.
  • the parts 50a-b of the distributor element 50 have respective grooves 64a-b which in the assembled state form a distributor channel 66.
  • the distribution channel has a branch 68 and connects the inlet 48 to both the first end 58 and the second end 60 of the channel 56.
  • a plasma jet 12 When a plasma jet 12 is generated in operation with the device 2, it passes through the inlet 48 at the connector 44 in the distribution channel 66 and is thus passed to both ends 58, 60 of the channel 56 and through the channel 56, so that it emerges from the nozzle arrangement 62 in the form of a plurality of partial beams 70 from the nozzle openings 62. In this way, a curtain of several juxtaposed partial beams 70 is generated, wherein the individual
  • Partial beams 70 have a reduced intensity with respect to the plasma jet 12, with which, for example, a nonwoven fabric 72 guided past the nozzle openings 62 can be plasma-treated without damaging it.
  • the intensity of the individual partial beams 70 can be further evened out by the fact that the channel with a slightly widening from both ends 58, 60 to the center of the channel cross-section is formed, whereby an excessive pressure drop is counteracted at greater distances to the inlet 48.
  • the nozzle arrangement 42 also has a cooling body 74 of aluminum with cooling ribs 76 surrounding the other components, through which the heat load introduced into the nozzle arrangement 42 by the plasma jet 12 can be dissipated.
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of the nozzle assembly and the device in a sectional view.
  • the device 40 'and the nozzle assembly 42' are substantially identical to the device 40 and the nozzle assembly 42.
  • the same parts are each provided with the same reference numerals.
  • the nozzle assembly 42 'differs from the nozzle assembly 42 only in that the channel 56 is connected to the inlet 48, that the
  • Plasma jet is directed from one side into the channel 56.
  • the distributor element 50 'and the nozzle element 52' are formed as shown in FIG. 4.
  • the cross-section of the channel 56 may optionally slightly expand with increasing distance from the inlet 48 (i.e., left to right in Fig. 4).
  • Fig. 5 shows an alternative embodiment of the nozzle assembly and the device in a sectional view.
  • the device 40 "and the nozzle assembly 42" are substantially identical to the device 40 'and the nozzle assembly 42'. Identical parts are each provided with the same reference numerals.
  • the nozzle arrangement 42 "differs from the nozzle arrangement 42 'only in that an additional gas supply 57 is provided, through which a gas 59 can be introduced into the channel 56 separately from the plasma jet 5, the groove 54 "extends as far as the edge of the nozzle element 52" and in the cooling body 74 ", an opening is provided for introducing the gas 59 into the channel 56.
  • the gas 59 in particular nitrogen
  • the plasma jet be additionally cooled in the channel 56, so that from the
  • Nozzle openings 62 exiting partial beams 70 allow a very gentle treatment of nonwovens.
  • Fig. 6 shows an embodiment of the use according to the invention and of the method according to the invention.
  • the device 40 can be used to treat sensitive nonwoven fabrics with plasma.
  • the web-shaped nonwoven fabric 72 can be guided past the nozzle openings of the device 40 (or alternatively also 40 'or 40 "), as illustrated in Figures 3 - 5, to treat the nonwoven fabric 72 over its entire length as illustrated in Fig. 4 preferably transverse to
  • Transport direction of the nonwoven web 72 is arranged so that the nonwoven fabric 72 can be treated with the device 40 over a certain width, optionally over the entire width or a partial width of the nonwoven web 72.
  • the nonwoven web 72 is guided in front of and behind the treatment area 77 with the device 40 in each case via a roller 78a-b, which is connected to the same
  • a treatment table 79 is provided in the form of an aluminum plate over which the
  • Nonwoven web 72 is guided in the treatment area 77.
  • suction openings 80 are provided in the treatment table 79, can be sucked through the ozone or nitrogen oxides, which arise in the preferred use of nitrogen as a working gas for the device 2 and 40 respectively.
  • the device 40 allows a damage-free treatment of sensitive materials such as the nonwoven web 72 even under atmospheric pressure, the device can be operated as shown in Fig. 6 without a vacuum chamber. In particular, inline operation, in particular within a continuous process line, is possible because no infeed and outfeed operations are required.
  • Fig. 7 shows a photograph of an untreated nonwoven fabric from the side.
  • Nonwoven fabric consists of individual intertwined fibers, in particular plastic fibers, which give a relatively compact material.
  • the illustrated nonwoven fabric has a thickness of about 1 mm.
  • FIG. 8 shows a photograph of the nonwoven fabric of FIG. 7 after being plasma treated with the apparatus 40 shown in FIG. Fig. 8 thus shows
  • Embodiment of the plasma-treated nonwoven fabric according to the invention has a greatly increased thickness of about 5 mm and correspondingly a less compact structure of lower density. It has been found that this leads to an improvement in the capillarity of the nonwoven fabric, so that liquids are better passed through the fabric. Furthermore, the plasma treatment achieved a hydrophilization of the fibers, so that the substance can absorb liquids faster.
  • FIGS. 9a-b now show an exemplary embodiment of a device according to the invention
  • Hygiene article for receiving liquids in a plan view (FIG. 9 a) and in section (FIG. 9 b) along the sectional plane designated "IXb" in FIG. 9 a
  • Hygiene article 82 is in the present case a bandage, a corresponding structure is also possible with a diaper or edition.
  • the hygiene article 82 has a shaping outer layer 83, a
  • Superabsorbent layer 84 (so-called absorbent core), a distribution layer (ADL / AQL) 86 of plasma-treated nonwoven fabric, for example, from the nonwoven fabric 72 of FIG. 4, a receiving layer 88 of nonwoven fabric treated in sections and a Cotton layer 90 as a cover on.
  • the superabsorber layer 84 may comprise, for example, liquid-absorbent powder, in particular superabsorbent polymers. When used as intended, the cotton layer with the
  • the receiving fleece 88 arranged underneath is plasma-treated only in the middle 92, while the edges 94 are untreated. In this way, the receiving web 88 has hydrophilic properties in the center 92, so that liquid is conducted well into the underlying distribution layer 86. On the edges 94, however, the receiving fleece 88 has hydrophobic properties, thereby preventing liquid from leaking at the edges of the hygiene article 82.
  • the targeted plasma treatment in the center 92 of the receiving fleece 88 can in particular replace the hydrophilization used in the prior art and more complex in terms of process technology by the application of surfactants.
  • the distribution layer 86 arranged below the receiving fleece 88 distributes the
  • Hygiene article 82 can be reduced, since even with less expensive nonwovens 72 receiving or distribution layers can be achieved with a short penetration time.
  • FIGS. 10 and 11 show further embodiments and possible uses of the device described above.
  • the device 100 shown in Fig. 10 has a similar construction as the device 40 of Fig. 2, wherein the device 2 and the connector 44, however, are positioned centrally of the nozzle assembly 42 and the distributor element 50 of the nozzle assembly 42 has a correspondingly adapted course of the distributor channel 66 has.
  • the device 100 may also be similar to the device 40 'of FIG. 4 or the device 40 "of FIG. 5.
  • the nozzle arrangement 42 is rotatable by means of a rotary drive 102 about an axis perpendicular to the extension direction of the channel 56. In this way, with the emerging from the nozzle openings 62 partial beams 70, a larger surface area are swept over, so that the device 100 for large-scale
  • Plasma treatment 100 can be used.
  • Plastic film can be used.
  • FIG. 11 shows an alternative device 110, which again has a similar construction to the device 40 from FIG. 2, wherein the device 2 and the
  • connecting piece 44 are positioned laterally on the nozzle arrangement 42 and the distributor element 50 of the nozzle arrangement 42 has a correspondingly adapted profile of the distribution channel 66.
  • the device 110 may also be similar to the device 40 'of FIG. 4 or the device 40 "of FIG. 5.
  • the nozzle assembly 42 is rotatable about an axis parallel to the direction of extension of the channel 56 by means of a rotary drive 112.
  • the device 110 can likewise be used for the plasma treatment of a substance, in particular a nonwoven fabric, or a plastic film.
  • the device 110 may also be used for other purposes.
  • a tubular member from the inside are subjected to plasma, for example, to treat a pipe inner wall with plasma.
  • Fig. 12 shows a further embodiment of the invention
  • Nozzle arrangement and the device according to the invention are substantially identical to the device 40' and the nozzle assembly 42 'of Fig. 4. The same parts are each the same
  • the nozzle assembly 42 "" differs from the nozzle assembly 42 'in that the nozzle member 52 "' has a first channel-shaped recess 120 and the nozzle
  • Distributor element 50 "'have a second channel-shaped recess 122, wherein the distributor element 50"' and the nozzle element 52 "'abut each other such that the first and the second channel-shaped recess 120 and 122 opposite each other and the channel 56' 'form.
  • Recesses 120 and 122 are shaped accordingly.
  • the nozzle openings 62 depart from the first recess 120.
  • each of the first and second channel-shaped recesses 120, 122 may have a semicircular cross-section of the same radius such that the channel 56 "'has a circular cross-section.
  • 122 may, for example, decrease continuously in the direction of extent of the channel 56 '"so that a channel 56'" of decreasing cross-section results
  • Such a cross-section of the channel 56 '' can be made much cheaper and easier by the two recesses 120, 122 than at a channel in solid material.
  • FIGS. 13a-c show three further possible cross sections 124 ', 124 "and 124".
  • Nozzle assembly The figures show the sake of clarity, only the Section plane without representation of edges lying behind.
  • the nozzle arrangements respectively correspond to the nozzle arrangement 42 "'of FIG. 12, wherein the first recess and the second recess as well as the channel 56"' formed thereby each have one of the cross sections 124 ', 124 "or 124' illustrated in FIGS. 13a-c "' having.
  • the schematic cross-sectional representations in FIGS. 13a-c correspond in each case to the sectional plane designated "XIII" in FIG. 12.
  • FIG. 13 a shows a first depression 120 'in the nozzle element 52' "and a second depression 122 'in the distributor element 50"', each having a semicircular cross-section, wherein the semicircle diameter of the second depression 122 'is greater than that
  • FIG. 13a further shows the fictitious first tangent plane 130 of the cross-section 124 'through the nozzle opening 62 and the fictitious second tangent plane 132 opposite and parallel thereto.
  • the first tangent plane 132 passes through the mouth of the nozzle opening 62 into the channel and tangentially to the depression 124 or to the cross section 124 '. Tangential here means that the first
  • Tangency plane 124 the channel cross section 124 'touched, but this does not cut.
  • FIG. 13b likewise shows a first depression 120 "in the nozzle element 52" 'and a second depression 122 "in the distributor element 50"', each having a semicircular shape
  • Tangent plane 130 and 132 and the notional center plane 134 which divides the cross-section 124 "into a first cross-sectional area 126" at the nozzle opening 62 and into a second cross-sectional area 128 "opposite the nozzle opening 62.
  • the different semicircular radii of the two cavities 120" and 122 Fig. 13c shows a first depression 120 "'in the nozzle member 52"' of triangular cross-section and a second depression 122 "'in the manifold member 50'" semicircular cross-section, so that the cross-section shown in Fig. 13c 124 '' results.
  • the fictitious first and second tangent planes 130 and 123 and the notional center plane 134 are also shown in FIG.
  • the position of the fictitious center plane 134 is basically independent of the
  • Channels 56 "' achieve a more even distribution of the plasma power to the partial beams emerging from the individual nozzle openings 62.
  • Particularly good results were achieved when the cross-sectional area of the second cross-sectional area with respect to the nozzle opening 62 larger than the cross-sectional area of the first cross-sectional area, so that the embodiments shown in Figs. 13a and 13c are particularly preferred.
  • Experiments have been carried out that have the advantages of asymmetric
  • FIG. 14a-c show photographs taken from Figs.
  • Fig. 15a-c shows the associated channel cross-sections 140, 142, 144 of the nozzle arrangements respectively used for the experiments. The nozzle arrangements are respectively arranged at the top in FIGS. 14a-c; the
  • FIGS. 14a-c actually show the photographic negatives, so that the actually luminous partial beams are dark and the dark surroundings are bright.
  • FIG. 14a shows the photograph of the partial beams of a nozzle arrangement with a circular channel cross-section 140 corresponding to FIG. 15a.
  • Each depression has a semicircular shape with one
  • FIG. 14b shows the photograph of the partial beams from a nozzle arrangement with an asymmetrical channel cross-section 142 corresponding to FIG. 15b.
  • FIG. 14c shows the photograph of the partial beams from a nozzle arrangement with an asymmetrical channel cross section 144 corresponding to FIG. 15c.
  • a comparison of the photographs in Fig. 14a-c shows that the intensity of the plasma jet in the asymmetrical channel cross sections 142 and 144 (see Fig. 14b-c) is better distributed to the sub-beams emerging from the nozzle openings 62 than in the symmetrical channel cross-section 140 (see Fig. 14a). This manifests itself in particular in the lengths of the visible luminous regions of the partial beams (dark in FIGS. 14a-c), which is quite different in FIG. 14a. So are the visible areas of the
  • Partial rays in Figure 14a on the left side are significantly shorter than on the right side.
  • a particularly uniform distribution of the plasma jet to the partial beams was achieved with the channel cross-section 142 (see Fig. 14b), in which the second
  • Cross-sectional area has a larger cross-sectional area than the first

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') für eine Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls (12) mit einem Einlass (48), durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl (12) in die Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') eingeleitet werden kann, und mit einem Kanal (56, 56"'), der so mit dem Einlass (48) verbunden ist, dass ein durch den Einlass (48) in die Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') eingeleiteter Plasmastrahl (12) durch den Kanal (56) geleitet wird, wobei entlang des Kanals (56, 56"') mehrere Düsenöffnungen (62) in der Kanalwand vorgesehen sind, durch die ein durch den Kanal (56, 56"') geleiteter Plasmastrahl (12) aus der Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') austreten kann. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls (12) mit einer solchen Düsenanordnung, deren Verwendung, ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines Stoffs (72), den entsprechend plasmabehandelten Stoff (72) und einen Hygieneartikel (88) aufweisend eine Lage (86, 88) aus plasmabehandeltem Vliesstoff (72).

Description

DÜSENANORDNUNG UND VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINES
ATMOSPHÄRISCHEN PLASMASTRAHLS
Die Erfindung betrifft eine Düsenanordnung für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit einem Einlass, durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingeleitet werden kann, und mit einem Kanal, der so mit dem Einlass verbunden ist, dass ein durch den Einlass in die
Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl durch den Kanal geleitet wird. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines Stoffs oder einer Kunststofffolie sowie einen plasmabehandelten Vliesstoff.
Bei der Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen (sogenannten
Krankenauflagen) werden Lagen aus Vliesstoff, insbesondere sogenannte
Aufnahmeschichten und Verteilerschichten eingesetzt, mit denen Flüssigkeit schnell von der Hautoberfläche in ein Absorbermaterial, typischerweise in eine Lage mit sogenannten Superabsorbern (superabsorbierenden Polymeren) geleitet werden soll. Die Verteilerschichten werden in der Praxis häufig auch als AQL (Acquisition Layer) oder ADL (Acquisition Distribution Lay er) bezeichnet.
Diese Vliesstofflagen, insbesondere ADLs/AQLs, gibt es in unterschiedlichen
Qualitäten. Die Qualität der Vliesstofflage ergibt sich aus der sogenannten
Durchdringzeit von Flüssigkeiten (engl, (liquid) strike-through time), bestimmt nach ISO 9073-13:2006, die ein Maß für die Geschwindigkeit darstellt, mit der Flüssigkeit von der Vliesstofflage aufgenommen und weitergegeben wird. Je geringer die Durchdringzeit ist, desto besser ist die Funktion der Vliesstofflage in der Windel, Binde oder Auflage.
Da die Vliesstofflagen, insbesondere die ADLs/AQLs, einen erheblichen Anteil der Materialkosten der Windel, Binde oder Auflage ausmachen, werden für preisgünstige Produkte häufig Vliesstofflagen minderer Qualität mit hohen Durchdringzeiten verwendet, wodurch sich die Funktion der Windel, Binde oder Auflage verschlechtert. Für höherwertige Produkte werden Vliesstofflagen höherer Qualität verwendet. Diese sind jedoch zum einen teurer und weisen zum anderen ein höheres Flächengewicht auf, wodurch sich auch ein höherer Materialverbrauch und ein höheres Gewicht der Windel, Binde bzw. Auflage ergeben.
Es besteht ein Bedürfnis, die Durchdringzeiten von dünnen bzw. preisgünstigen Vliesstofflagen bzw. ADLs/AQLs zu verbessern, um auf diese Weise Windeln, Binden oder Auflagen guter Qualität preisgünstiger herstellen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen insbesondere die Durchdringzeit von Vliesstofflagen, insbesondere von ADLs/AQLs, verbessert werden kann.
Gemäß einer ersten Lehre wird diese Aufgabe bei einer Düsenanordnung für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit einem Einlass, durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingeleitet werden kann, und mit einem Kanal, der so mit dem Einlass verbunden ist, dass ein durch den Einlass in die Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl durch den Kanal geleitet wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass entlang des Kanals mehrere Düsenöffnungen in der Kanalwand vorgesehen sind, durch die ein durch den Kanal geleiteter Plasmastrahl aus der Düsenanordnung austreten kann.
Weiterhin wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Erzeugung eines
atmosphärischen Plasmastrahls mit einem Entladungsraum, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, in dem Entladungsraum einen atmosphärischen Plasmastrahl zu erzeugen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Düsenanordnung der zuvor beschriebenen Art derart an den Entladungsraum angeschlossen ist, dass ein im Entladungsraum erzeugter Plasmastrahl in den Einlass der Düsenanordnung eingeleitet wird.
Es wurde erkannt, dass sich die Durchdringzeit von Vliesstoffen verbessern lässt, indem der Vliesstoff mit einem atmosphärischen Plasmastrahl behandelt wird. Es stellte sich jedoch heraus, dass aus dem Stand der Technik bekannte Plasmadüsen zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls für diesen Zweck schlecht geeignet sind, da die für Windeln, Binden und Auflagen verwendeten, dünnen Vliesstoffe sehr temperaturempfindlich sind und bei Einwirkung durch einen atmosphärischen Plasmastrahl schnell beschädigt werden, insbesondere reißen oder schmelzen. Auch eine Koronabehandlung bzw. eine Behandlung mit dielektrisch behinderter Entladung stellt keine sinnvolle Alternative dar, da diese durch die damit verbundenen Streamer und Entladungsfilamente zu Löchern in den Vliesstoffen führt, im Gegensatz zu einem Plasmastrahl nur sehr oberflächlich wirkt und nur eine geringe Reduzierung der Durchdringzeit bewirkt. Eine schonendere Behandlung wäre zwar mit
Niederdruckplasma möglich, jedoch sind derartige Systeme teuer und lassen sich schlecht in Produktionsstraßen integrieren, insbesondere nicht mit dem
typischerweise geforderten Produktionsdurchsatz.
Mit der zuvor beschriebenen Düsenanordnung und der zuvor beschriebenen
Vorrichtung kann demgegenüber ein Plasmastrahl erzeugt werden, dessen Intensität einerseits ausreicht, um die Vliesstoffe derart zu behandeln, dass deren
Durchdringzeit reduziert wird, und andererseits nicht zu stark ist, so dass die
Vliesstoffe nicht beschädigt werden. In ähnlicher Weise haben sich die beschriebene Düsenanordnung und die beschriebene Vorrichtung auch als gut geeignet
herausgestellt, um andere empfindliche Stoffe, dünne Kunststofffolien oder dünne Metallfolien mit Plasma zu behandeln, die durch einen Plasmastrahl aus einer konventionellen Plasmadüse beschädigt würden. Entsprechend wird die Düsenanordnung oder die Vorrichtung vorzugsweise zur Plasmabehandlung von Stoffen oder Folien, insbesondere Kunststofffolien oder Metallfolien, verwendet.
Die Düsenanordnung ist für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls vorgesehen. Die Düsenanordnung kann beispielsweise integral mit einer solchen Vorrichtung ausgebildet sein. Alternativ kann die Düsenanordnung auch als separates Bauteil ausgebildet sein, das zum Beispiel lösbar mit der übrigen
Vorrichtung verbunden werden kann, zum Beispiel bei einer Vorrichtung zur
Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit austauschbarem Düsenkopf bzw. austauschbarer Düsenanordnung.
Die Düsenanordnung weist einen Einlass auf. Ist die Düsenanordnung beispielsweise als integraler Teil einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen
Plasmastrahls ausgebildet, so kann es sich bei dem Einlass auch um einen lediglich gedachten Übergang von der übrigen Vorrichtung zur Düsenanordnung handeln, ohne dass eine körperliche Unterbrechung zwischen übriger Vorrichtung und
Düsenanordnung vorliegen muss.
Durch den Einlass kann ein atmosphärischer Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingeleitet werden. Zu diesem Zweck ist die Düsenanordnung vorzugsweise derart mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls
verbunden bzw. damit verbindbar, dass der Plasmastrahl im Betrieb durch den Einlass in die Düsenanordnung gelangt. Vorzugsweise weist die Düsenanordnung im Bereich des Einlasses entsprechende Kopplungsmittel auf wie zum Beispiel ein Gewinde, um die Düsenanordnung mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls zu verbinden.
Die Düsenanordnung weist einen Kanal auf, der so mit dem Einlass verbunden ist, dass ein durch den Einlass in die Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl durch den Kanal geleitet wird. Der Kanal kann zum Beispiel einen kreis- oder
halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Entlang des Kanals sind mehrere Düsenöffnungen in der Kanalwand vorgesehen. Zu diesem Zweck weist der Kanal vorzugsweise einen im Wesentlichen geraden
Kanalabschnitt auf, in dem die Düsenöffnungen hintereinander angeordnet sind. Die Anzahl der Düsenöffnungen kann bedarfsgemäß gewählt werden, wobei durch Erhöhung der Anzahl der Düsenöffnungen die Intensität der einzelnen Teilstrahlen reduziert werden kann. Vorzugsweise sind im Kanal jedoch mindestens fünf, weiter bevorzugt mindestens zehn Düsenöffnungen vorgesehen, um eine für die Behandlung empfindlicher Materialien, vorzugsweise empfindlicher Stoffe und Folien,
insbesondere Kunststofffolien oder Metallfolien, geeignete Abschwächung der Teilstrahlintensitäten zu erreichen. Die Düsenöffnungen können beispielsweise kreisförmig, oval, schlitzartig ausgebildet sein oder auch eine andere Geometrie aufweisen.
Durch die Düsenöffnung kann ein durch den Kanal geleiteter Plasmastrahl aus der Düsenanordnung austreten. Die Düsenöffnungen führen demnach aus dem Kanal nach außen. Der durch den Kanal geleitete Plasmastrahl dringt dann durch die
Düsenöffnungen nach außen, so dass er in Form mehrerer Teilstrahlen aus der Düsenanordnung austritt. Durch diese Aufteilung des Plasmastrahls in mehrere Teilstrahlen wird einerseits erreicht, dass der Plasmastrahl über eine größere Breite wirken kann. Andererseits wird erreicht, dass die Intensität der einzelnen Teilstrahlen derart reduziert werden kann, dass empfindliche Stoffe, insbesondere Vliesstoffe, oder dünne Kunststoff- oder Metallfolien durch die Teilstrahlen nicht beschädigt, aber gleichwohl effektiv plasmabehandelt werden können. Die Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls weist einen Entladungsraum auf und ist dazu eingerichtet, in dem Entladungsraum einen atmosphärischen Plasmastrahl zu erzeugen. Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der DE 195 32 412 C2. Die Vorrichtung weist insbesondere ein Gehäuse, beispielsweise ein rohrförmiges Gehäuse auf, in dem der Entladungsraum vorgesehen ist. Der atmosphärische Plasmastrahl wird in dem Entladungsraum vorzugsweise mittels einer elektrischen Entladung in einem Arbeitsgasstrom erzeugt. Durch die elektrische Entladung kommt es zur Anregung und partiellen Ionisierung des Arbeitsgases, so dass sich ein Plasma bildet, das durch den Arbeitsgasstrom als Plasmastrahl aus dem Entiadungsraum austritt.
Zu diesem Zweck weist der Entladungsraum insbesondere einen Gaseinlass auf, durch den der Arbeitsgasstrom in den Entladungsraum gelangen kann. Für die elektrische Entladung ist im Entladungsraum vorzugsweise eine Innenelektrode angeordnet.
Weiterhin ist vorzugsweise eine Außenelektrode vorgesehen, die zum Beispiel durch das Gehäuse selbst gebildet werden kann, beispielsweise durch ein als Gehäuse verwendetes Metallrohr. An den Entladungsraum ist die zuvor beschriebene Düsenanordnung angeschlossen. Zu diesem Zweck können das Gehäuse und die Düsenanordnung korrespondierende Verbindungsmittel, beispielsweise Gewinde, aufweisen, mit der die Düsenanordnung derart an den Entladungsraum angeschlossen werden kann, dass ein im
Entladungsraum erzeugter Plasmastrahl durch den Einlass der Düsenanordnung geleitet wird.
Gemäß einer zweiten Lehre wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch die Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Materials, insbesondere eines Stoffs oder einer Folie, insbesondere einer Kunststofffolie oder einer Metallfolie. Bei dem Stoff kann es sich insbesondere um einen Vliesstoff handeln.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines Stoffs oder einer Folie, insbesondere einer Kunststofffolie oder Metallfolie, unter Verwendung der zuvor beschriebenen
Vorrichtung, bei dem mit der Vorrichtung ein atmosphärischer Plasmastrahl erzeugt wird, so dass der Plasmastrahl in Form mehrerer Teilstrahlen aus den Düsenöffnungen in der Kanalwandung austritt, und bei dem eine Oberfläche eines Stoffs oder einer Folie, insbesondere einer Kunststofffolie oder Metallfolie, mit den Teilstrahlen des Plasmastrahls beaufschlagt wird.
Durch die Aufteilung des Plasmastrahls in einzelne Teilstrahlen kann zum einen ein breiterer Bereich des Stoffs oder der Folie, insbesondere der Kunststofffolie oder der Metallfolie, gleichzeitig behandelt werden, so dass höhere Durchsätze bei der
Plasmabehandlung erzielt werden können. Zum anderen ist eine Intensität der einzelnen Teilstrahlen erreichbar, so dass der Stoff bzw. die Folie, insbesondere die Kunststofffolie oder die Metallfolie, wirkungsvoll plasmabehandelt werden können, ohne sie zu beschädigen. Insbesondere kann erreicht werden, dass die Temperatur des Stoffs bzw. der Folie während der Plasmabehandlung durchgängig unter 100 °C oder sogar unter 50 °C liegt.
Zur Erzeugung des Plasmastrahls können als Arbeitsgas beispielsweise Luft,
Wasserstoff-Stickstoff-Mischungen, Stickstoff oder Edelgase eingesetzt werden.
Vorzugsweise werden Stickstoff ( 2) oder Edelgase, insbesondere Argon, als
Arbeitsgas eingesetzt, ggf. auch in Kombination, da auf diese Weise die Lebensdauer der Plasmaspezies im Plasmastrahl verlängert wird, so dass das Plasma auch nach Durchlaufen des Kanals noch eine ausreichend hohe Aktivität aufweist. Bei der Verwendung von Stickstoff als Arbeitsgas beträgt die Stickstoff- Konzentration im Arbeitsgas vorzugsweise mindestens 98 Gew.-%, insbesondere mindestens 99,5 Gew.- %.
Das zu behandelnde Material, insbesondere der zu behandelnde Stoff bzw. die Folie wird vorzugsweise bahnförmig bereitgestellt, beispielsweise von einer Rolle oder in einer Produktionsstraße, und an der Düsenanordnung vorbeigeführt, so dass die aus den Düsenöffnungen austretenden Teilstrahlen auf das Material, insbesondere auf den Stoff bzw. die Folie gelangen. Bei dem Stoff handelt es sich vorzugsweise um einen Vliesstoff, der insbesondere im Wesentlichen aus Kunstfasern, beispielsweise Polypropylen- oder Polyethylen-Fasern, aus Naturfasern, beispielsweise Baumwoll- oder Viskosefasern, und/oder aus anorganischen Fasern, beispielsweise Glasfasern, bestehen kann. Es hat sich herausgestellt, dass die Plasmabehandlung eines Vliesstoffs mit dem zuvor
beschriebenen Verfahren bewirkt, dass sich an den einzelnen Fasern des Vliesstoffes funktionale Gruppen bilden, die die Hydrophilie der Fasern erhöht, so dass der Stoff Flüssigkeit besser aufnehmen kann. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Plasmabehandlung mit dem beschriebenen Verfahren dazu führt, dass die Dicke des Vliesstoffes zunimmt bei entsprechender Reduzierung der Dichte. In Versuchen wurden Dickenzunahmen um den Faktor fünf beobachtet. Es hat sich herausgestellt, dass dies zu einer kürzeren Durchdringzeit des Vliesstoffs führt. Dies lässt sich dadurch erklären, dass bei der Dickenzunahme und Dichtenabnahme sich Kapillare vermehrt im Wesentlichen senkrecht zur Stoffrichtung ausbilden, so dass Flüssigkeit schneller durch den Vliesstoff transportiert werden kann. Durch diese Effekte ergibt sich im Ergebnis eine kürzere Durchdringzeit des Vliesstoffes. In Versuchen konnte mit der Plasmabehandlung eine Reduktion auf die Hälfte oder sogar auf ein Drittel der ursprünglichen Durchdringzeit des unbehandelten
Vliesstoffes erreicht werden. Beispielsweise konnten durch die Plasmabehandlung mit einem dünnen preisgünstigen Vliesstoff mit einem Flächengewicht von 30 g/m2 Durchdringzeiten erreicht werden, die denen eines hochwertigen Vliesstoffs mit 90 g/m2 Flächengewicht entsprechen. Damit können mit dem Verfahren also leichte, preisgünstige Vliesstoffe mit guter Durchdringzeit hergestellt werden.
Entsprechend beträgt das Flächengewicht des Vliesstoffs, insbesondere des ADLs bzw. AQLs, vorzugsweise weniger als 90 g/m2, insbesondere weniger als 50 g/m2. Durch die beschriebene Plasmabehandlung dünner Vliesstoffe wird die Dicke der Vliesstoffe erhöht und deren Durchdringzeit verbessert, insbesondere auf Werte, die bisher nur von Vliesstoffen mit höherem Flächengewicht erreicht werden konnten. Die Dicke des Vliesstoffs beträgt vor der Plasmabehandlung vorzugsweise weniger als 5 mm.
In Versuchen hat sich zudem gezeigt, dass die durch die Plasmabehandlung hervorgerufene Dickenerhöhung des Vliesstoffes sehr stabil ist und sowohl über die Zeit als auch unter hohem Druck erhalten bleibt. In Versuchen blieben die Dicken der plasmabehandelten Vliesstoffe auch unter Drücken von 50.000 bis 300.000 Pa erhalten, was den typischen Drücken in einer Windelverpackung entspricht, da die Windeln beim Verpacken stark komprimiert werden. Nach Aufheben des Drucks nahmen die Vliesstoffe also wieder im Wesentlichen ihre vorherige Dicke nach der Plasmabehandlung an.
Weiterhin zeigte sich, dass die Eigenschaften der mit dem beschriebenen Verfahren plasmabehandelten Vliesstoffe über einen langen Zeitraum erhalten bleiben, insbesondere weil der Plasmastrahl tief in den Vliesstoff eindringt, während eine oberflächliche Koronabehandlung nur zu kurzzeitigen Effekten führt.
Entsprechend wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch einen plasmabehandelten Vliesstoff, insbesondere ADL bzw. AQL, hergestellt durch ein Verfahren mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Vliesstoffs und
Plasmabehandeln des Vliesstoffs mit dem zuvor beschriebenen Verfahren. Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Hygieneartikel zur Aufnahme von Flüssigkeiten, insbesondere eine Binde, Windel oder Auflage, aufweisend eine Lage aus dem zuvor beschriebenen plasmabehandelten Vliesstoff. Derartige Hygieneartikel weisen aufgrund der verbesserten Durchdringzeit eine höhere Qualität bei gleichzeitig geringen Produktionskosten auf.
Ein mit dem beschriebenen Verfahren plasmabehandelter Vliesstoff lässt sich von unbehandelten Vliesstoffen gleicher Art insbesondere durch die durch die
Plasmabehandlung hervorgerufene geringere Dichte und die durch die
Plasmabehandlung hervorgerufene Hydrophilisierung durch die funktionalen Gruppen an den Fasern unterscheiden. Weist zum Beispiel ein ADL/AQL-Material normalerweise eine Dichte von 90 kg/m3 auf, so beträgt die Dichte des
plasmabehandelten Materials insbesondere weniger als 45 kg/m3. Die
Hydrophilisierung lässt sich durch die Messung des Kontaktwinkels von Wasser an den Fasern nachweisen. Dieser beträgt bei plasmabehandelten Vliesstoffen
insbesondere weniger als 40° (gemessen direkt auf den Fasern des Vliesstoffs), während er bei unbehandelten Vliesstoffen darüber liegt. Die funktionalen Gruppen an den Fasern lassen sich auch direkt nachweisen, beispielsweise mittels
Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS).
Weiterhin ist das Verfahren zur Plasmabehandlung von Folien, insbesondere
Kunststofffolien oder Metallfolien, geeignet. Durch die Plasmabehandlung von Folien können diese für einen nachfolgenden Bedruckungsvorgang oder ein Verkleben der Folien vorbereitet werden. Mit dem Verfahren wird eine gute Hydrophilisierung der Folienoberfläche erreicht, ohne dass die Folie beschädigt wird. Demgegenüber führten frühere Behandlungsversuche von Folien mit dielektrisch behinderten Entladungen nur zu geringeren Verbesserungen der Hydrophilisierung (auf max. 40 bis 55 mN/m). Die Verwendung konventioneller Plasmadüsen führte wegen der hohen thermischen Last häufig zur Beschädigung der Folien. Das Verfahren ist insbesondere für dünne Folien geeignet mit einer Dicke von vorzugsweise weniger als 0,1 mm, weiter bevorzugt weniger als 0,05 mm, insbesondere weniger als 0,02 mm.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Düsenanordnung, der Vorrichtung, der Verwendung, des Verfahrens, des plasmabehandelten Vliesstoffes und des Hygieneartikels zur Aufnahme von Flüssigkeiten beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen jeweils in entsprechender Weise für die
Düsenanordnung, die Vorrichtung, die Verwendung, das Verfahrens, den
plasmabehandelten Vliesstoff und den Hygieneartikel zur Aufnahme von Flüssigkeiten anwendbar sind. Weiterhin können die einzelnen Ausführungsformen auch untereinander kombiniert werden. Bei einer Ausführungsform weist der Kanal einen geraden Abschnitt auf und die Düsenöffnungen sind in Erstreckungsrichtung des Kanals in der Kanalwand
angeordnet. Auf diese Weise kann ein Vorhang aus nebeneinander angeordneten Teilstrahlen erzeugt werden, so dass ein Vliesstoff oder eine Folie gleichzeitig über eine große Breite behandelt werden kann.
Die Düsenöffnungen sind vorzugsweise über eine Länge des Kanals von mindestens 50 mm, vorzugsweise mindestens 80 mm angeordnet, um einen breiten
Plasmavorhang zu erzeugen und die Intensität des Plasmastrahls auf einen größeren Bereich zu verteilen, so dass die thermische Belastung des behandelten Materials reduziert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Kanal beidseitig mit dem Einlass verbunden, so dass ein durch den Einlass in die Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl von beiden Seiten in den Kanal geleitet wird. Insbesondere weist der
Kanal ein erstes und ein zweites Ende auf, die jeweils mit dem Einlass verbunden sind. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck ein Verteilerkanal zwischen dem Einlass und dem Kanal vorgesehen, durch den der Plasmastrahl zu beiden Enden des Kanals geleitet wird. Die beidseitige Einleitung des Plasmastrahls in den Kanal bewirkt eine gleichmäßigere Aufteilung der Plasmastrahlintensität auf die einzelnen Teilstrahlen. Insbesondere wird verhindert, dass die Intensität von einem Ende zum anderen Ende des Kanals kontinuierlich abnimmt. Dadurch lässt sich eine gleichmäßigere
Plasmabehandlung erreichen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Gaszuführung vorgesehen, um ein Gas, vorzugsweise Stickstoff, separat vom Plasmastrahl in den Kanal zu leiten. Zu diesem Zweck weist der Kanal vorzugsweise einen zusätzlichen Gaseinlass auf, an die eine Gasversorgung anschließbar ist. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens wird zusätzlich zum Plasmastrahl ein Gas, vorzugsweise Stickstoff, gesondert in den Kanal eingeleitet. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Kühlung des Plasmastrahls erreicht, so dass mit den aus den Düsenöffnungen der Düsenanordnung austretenden Teilstrahlen eine noch schonendere Behandlung, insbesondere von empfindlichen Vliesstoffen, möglich ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform entspricht der Durchmesser der Düsenöffnungen in der Kanalwandung höchsten einem Viertel des Kanaldurchmessers. Auf diese Weise wird ein übermäßiger Druckabfall im Kanal verhindert, so dass die Teilstrahlen eine gleichmäßigere Intensität aufweisen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weitet sich der Querschnitt des Kanals mit zunehmendem Abstand vom Einlass auf. Es wurde erkannt, dass durch diese
Maßnahme einem Druckabfall im Kanal entgegengewirkt werden kann, so dass Teilstrahlen gleichmäßigerer Intensität erreicht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Düsenanordnung mehrteilig ausgebildet mit einem Düsenelement, das den Kanal mit den Düsenöffnungen umfasst, und mit einem Verteilerelement, das einen Verteilerkanal umfasst, durch den ein durch den Einlass eingeleiteter Plasmastrahl ein- oder beidseitig zum Kanal geleitet wird. Auf diese Weise lässt sich die Düsenanordnung leichter fertigen. Beispielsweise kann das Düsenelement eine in eine Oberfläche eingebrachte Nut aufweisen, die im
zusammengebauten Zustand mit den übrigen Teilen der Düsenanordnung den Kanal bildet. Dadurch lässt sich der im Inneren der Düsenanordnung verlaufende Kanal einfacher herstellen. Das Verteilerelement kann beispielsweise zwei Teile aufweisen, die an der Oberfläche jeweils eine Nut aufweisen, wobei sich aus den Nuten im zusammengebauten Zustand der Verteilerkanal ergibt. Auch auf diese Weise lässt sich die Düsenanordnung leichter herstellen.
Der Verteilerkanal des Verteilerelements weist vorzugsweise einen Einlass und zwei mit dem Einlass verbundenen Auslässe auf, um den Plasmastrahl von dem einen Einlass zu beiden Enden des Kanals zu leiten. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Düsenanordnung einen Kühlkörper auf, insbesondere einen Kühlkörper mit Kühlrippen zur Luftkühlung. Auf diese Weise kann die mit dem Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingetragene Wärme besser nach außen abgegeben werden, so dass sich die Düsenanordnung nicht zu stark erwärmt. Weiterhin kann auf diese Weise auch die Temperatur der Teilstrahlen des Plasmastrahls reduziert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Querschnitt des Kanals im Bereich einer Düsenöffnung derart geformt, dass eine fiktive Mittelebene, die in der Mitte zwischen einer fiktiven ersten Tangentenebene des Querschnitts durch die Düsenöffnung und einer dieser gegenüberliegenden und zu der ersten Tangentenebene parallelen fiktiven zweiten Tangentenebene des Querschnitts verläuft, den Querschnitt in einen ersten Querschnittsbereich an der Düsenöffnung und einen zweiten
Querschnittsbereich gegenüber der Düsenöffnung teilt, wobei sich die
Querschnittsfläche des ersten Querschnittsbereichs von der Querschnittsfläche des zweiten Querschnittsbereichs unterscheidet, vorzugsweise um mindestens 5%, insbesondere um mindestens 10 %.
Es wurde festgestellt, dass sich durch eine solche Asymmetrie des Kanalquerschnitts eine gleichmäßigere Aufteilung der Plasmastrahlintensität auf die einzelnen
Teilstrahlen erreichen lässt. Bei der beschriebenen Asymmetrie weist der
Kanalquerschnitt im Bereich von einer Düsenöffnung bis zu seiner halben Höhe über der Düsenöffnung eine andere Querschnittsfläche auf als im übrigen Bereich des Kanalquerschnitts.
Die Ausführungsform definiert den Querschnitt des Kanals im Bereich einer
Düsenöffnung. Der Kanal weist jedoch vorzugsweise im Bereich mehrerer
Düsenöffnungen einen entsprechenden Querschnitt auf, vorzugsweise entlang seines Verlaufs von der ersten bis zur letzten Düsenöffnung. Der Kanalquerschnitt wird durch eine fiktive Mittelebene geteilt. Diese fiktive
Mittelebene ist nicht real vorhanden sondern dient lediglich der Definition des ersten und zweiten Querschnittsbereichs, deren Querschnittsflächen miteinander verglichen werden.
Die fiktive Mittelebene verläuft in der Mitte zwischen einer fiktiven ersten
Tangentenebene des Querschnitts durch die Düsenöffnung und einer dieser gegenüberliegenden und zu der ersten Tangentenebene parallelen fiktiven zweiten Tangentenebene des Querschnitts. Unter der Mitte zwischen zwei Ebenen wird verstanden, dass die Mittelebene zur ersten und zur fiktiven zweiten Tangentenebene den gleichen Abstand aufweist. Unter einer Tangentenebene des Querschnitts wird eine Ebene verstanden, die den Querschnitt des Kanals berührt, jedoch nicht schneidet. Die erste Tangentenebene des Querschnitts verläuft durch die
Düsenöffnung, d.h. durch die Stelle, an der die Düsenöffnung auf den Kanal trifft. Die zweite Tangentenebene liegt der ersten Tangentenebene gegenüber. Der Querschnitt des Kanals befindet sich demnach zwischen der ersten und der zweiten
Tangentenebene. Wie die Mittelebene sind auch die erste und die zweite
Tangentenebene fiktiv und dienen der Definition der ebenfalls fiktiven Mittelebene. Bei einer Ausführungsform weist der Querschnitt des Kanals zwei gegenüberliegende Kreissegmente mit verschiedenen Radien auf. Ein solcher Querschnitt lässt sich zum Beispiel einfach durch zwei zueinander versetzte, parallele Bohrungen mit
verschiedenen Bohrdurchmessern herstellen. Dadurch können die Herstellungskosten gering gehalten werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Querschnittsfläche des zweiten
Querschnittbereichs größer als die Querschnittsfläche des ersten Querschnittbereichs. Auf diese Weise konnte eine besonders gleichmäßige Aufteilung der
Plasmastrahlintensität auf die einzelnen Teilstrahlen erreichen werden. Weist der Querschnitt des Kanals beispielsweise zwei gegenüberliegende Kreissegmente mit verschiedenen Radien auf, so ist die Düsenöffnung vorzugsweise im Bereich des Kreissegments mit dem geringeren Radius angeordnet, insbesondere in dessen Scheitelpunkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Düsenanordnung mehrteilig ausgebildet mit einem ersten Teil, in dessen Oberfläche eine erste Vertiefung eingebracht ist, und mit einem zweiten Teil, in dessen Oberfläche eine zweite Vertiefung eingebracht ist, wobei das erste und das zweite Teil derart aneinander anliegen, dass die erste und die zweite Vertiefung einander gegenüberliegen und den Kanal bilden. Auf diese Weise bildet die erste Vertiefung einen ersten Teil des Kanalquerschnitts und die zweite Vertiefung einen zweiten Teil des Kanalquerschnitts. Sind die beiden Vertiefungen einander gegenüber angeordnet, so ergibt sich der gesamte Querschnitt des Kanals.
Diese Ausführungsform erlaubt eine besonders einfache Herstellung des Kanals. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Kanal einen asymmetrischen Querschnitt aufweist, beispielsweise entsprechend einer der zuvor beschriebenen
Ausführungsformen mit einem ersten und zweiten Querschnittsbereich, die verschiedene Querschnittsflächen aufweisen, oder wenn der Kanal einen sich entlang seiner Erstreckungsrichtung verändernden, beispielsweise verjüngenden Querschnitt aufweist. Neben dem ersten und zweiten Teil kann die Düsenanordnung auch noch weitere Teile aufweisen.
Bei dem ersten Teil der Düsenanordnung kann es sich beispielsweise um ein
Düsenelement handeln, das die Düsenöffnungen umfasst. Die Düsenöffnungen gehen dann vorzugsweise von der ersten Vertiefung ab.
Bei dem zweiten Teil der Düsenanordnung kann es sich beispielsweise um ein Verteilerelement handeln, das einen Verteilerkanal umfasst, durch den ein durch den Einlass eingeleiteter Plasmastrahl ein- oder beidseitig zum Kanal geleitet wird. Bei einer Ausführungsform weist das erste Teil der Düsenanordnung eine Vertiefung mit Kreissegment- förmigem Querschnitt mit einem ersten Radius auf und das zweite Teil der Düsenanordnung weist eine Vertiefung mit Kreissegment-förmigem
Querschnitt mit einem zweiten Radius auf, der sich vom ersten Radius unterscheidet. Die aneinander gelegten ersten und zweiten Vertiefungen ergeben dann einen Querschnitt aus zwei gegenüberliegenden Kreissegmenten unterschiedlicher Radien. Vorzugsweise ist der zweite Radius kleiner als der erste Radius.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, einen atmosphärischen Plasmastrahl mittels einer bogenartigen Entladung in einem
Arbeitsgas zu erzeugen, wobei die bogenartige Entladung durch Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung zwischen Elektroden erzeugbar ist. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens wird der atmosphärische
Plasmastrahl mittels einer bogenartigen Entladung in einem Arbeitsgas erzeugt, wobei die bogenartige Entladung durch Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung zwischen Elektroden erzeugt wird.
Als Arbeitsgas wird vorzugsweise Stickstoff (N2) oder ein Edelgas wie Argon (Ar) oder Helium (He) bzw. eine Stickstoff-Edelgas-Mischung verwendet.
Unter einer hochfrequenten Hochspannung wird typischerweise eine Spannung von 1 - 100 kV, insbesondere 1 - 50 kV, vorzugsweise 2 - 20 kV, bei einer Frequenz von 1 - 300 kHz, insbesondere 1 - 100 kHz, vorzugsweise 10 - 100 kHz, weiter bevorzugt 10 - 50 kHz verstanden. Auf diese Weise kann ein reaktiver Plasmastrahl erzeugt werden, der eine effektive Plasmabehandlung insbesondere von Vliesstoffen ermöglicht, so dass sich deren Durchdringzeit reduziert. Gleichzeitig weist ein derart erzeugter Plasmastrahl eine verhältnismäßig geringe Temperatur auf. Durch die zusätzliche Aufteilung des Plasmastrahls in mehrere Teilstrahlen wird dadurch eine Intensität der Teilstrahlen erreicht, die eine Beschädigung empfindlicher Materialien wie Stoffe und Kunststofffolien vermeidet. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine innerhalb des
Entladungsraums angeordnete Innenelektrode auf. Zwischen der Innenelektrode und dem Gehäuse ist insbesondere eine hochfrequente Hochspannung anlegbar, um eine bogenartige Entladung in einem durch den Entladungsraum strömenden Arbeitsgas zu erzeugen, so dass sich ein Plasmastrahl ausbildet. Vorrichtungen mit einer solchen Innenelektrode ermöglichen die Erzeugung einer stabilen Entladung und demnach eines stabilen Plasmastrahls.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Vliesstoffs verwendet, insbesondere für die oder bei der Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen. Es hat sich gezeigt, dass die Vorrichtung insbesondere zur Plasmabehandlung von dünnen Vliesstoffen geeignet ist, wie sie bei der
Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen verwendet werden, insbesondere vonADL bzw. AQL, da diese empfindlichen Materialien auf diese Weise effektiv plasmabehandelt werden können, ohne sie zu beschädigen oder zu zerstören. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Material, insbesondere der Stoff oder die Folie, insbesondere die Kunststofffolie oder Metallfolie, bahnförmig und wird an den Düsenöffnungen der Vorrichtung vorbei transportiert. Auf diese Weise lässt sich die Vorrichtung bzw. das Verfahren einfach in eine Prozessstrecke integrieren, beispielsweise in eine Prozessstrecke zur Herstellung von Vliesstoffen für
Hygieneartikel bzw. in eine Prozessstrecke zur Herstellung von Hygieneartikeln selbst. Die nebeneinander liegenden Düsenöffnungen liegen vorzugsweise quer zur Transportrichtung, so dass der Stoff bzw. die Kunststofffolie über eine entsprechende Breite behandelt werden können. Auf diese Weise kann der Stoff bzw. die
Kunststofffolie mit hohem Durchsatz plasmabehandelt werden. In Laborversuchen wurde bereits bei Einsatz einer einzigen Vorrichtung und einem Durchsatz von 60 m Vliesstoffbahn pro Minute eine Reduzierung der Durchdringzeit des Vliesstoffs um mehr als 25% erzielt. Durch den Einsatz mehrerer Vorrichtungen, beispielsweise von vier Vorrichtungen mit entsprechend vier Düsenanordnungen, lässt sich der
Durchsatz zum Beispiel auf 240 m/min. steigern, so dass sich die typischen
Produktionsdurchsätze bei der Herstellung von Vliesstoffen für Hygieneartikel erreichen lassen. Es ist auch denkbar mit der Vorrichtung bzw. mit dem Verfahren im Prinzip fertig hergestellte Hygieneartikel wie Binden, Windeln oder Auflagen nachzubehandeln, um die gewünschte Qualitätsverbesserung der Hygieneartikel zu erreichen.
Das Material, insbesondere der Stoff bzw. die Folie, insbesondere die Kunststofffolie oder Metallfolie, können über die gesamte Breite plasmabehandelt werden. Alternativ kann das Material, insbesondere der Stoff bzw. die Folie, insbesondere Kunststofffolie oder Metallfolie, auch nur über einen Teilbereich der Breite plasmabehandelt werden. Dies ist insbesondere bei Vliesstoffen für die Herstellung von Hygieneartikeln zur Aufnahme von Flüssigkeiten vorteilhaft. Wird beispielsweise nur ein Bereich in der Mitte des Vliesstoffs plasmabehandelt, während seitlich unbehandelte Streifen verbleiben, so kann aus diesem Vliesstoff eine Aufnahme- und Verteilungsschicht für eine Windel oder Binde hergestellt werden, die in der Mitte stark hydrophil ist, so dass sie Flüssigkeiten schnell aufnehmen kann, an den Seiten jedoch weniger hydrophil ist, so dass am Rand der Windel bzw. Binde keine Flüssigkeit nach außen treten kann. Das beschriebene Verfahren erlaubt demnach auch eine gezielte
Plasmabehandlung einzelner Bereiche eines Vliesstoffs bzw. allgemein eines Stoffs oder einer Kunststofffolie.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren entsprechend ein Bereich des Stoffs, insbesondere Vliesstoffs, plasmabehandelt, der bei dem mit Stoff herzustellenden Hygieneartikel zur Aufnahme und/oder zur Verteilung von Flüssigkeit, insbesondere zum Hindurchleiten einer Flüssigkeit zu einer unterhalb des Bereichs des Stoffs angeordneten Schicht, insbesondere einer Superabsorberschicht, vorgesehen ist. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Hygieneartikels ist die Lage aus plasmabehandeltem Vliesstoff in einem Bereich plasmabehandelt, der zur Aufnahme und/oder zur Verteilung von Flüssigkeit, insbesondere zum Hindurchleiten einer Flüssigkeit zu einer unterhalb dieses Bereichs angeordneten Schicht, insbesondere einer Superabsorberschicht, vorgesehen ist, beispielsweise ein Bereich in der Mitte einer Windel oder einer Binde, der zum Beispiel zwischen hydrophoben bzw.
flüssigkeitsundurchlässigen Bereichen angeordnet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Stoff bzw. die Folie, insbesondere Kunststofffolie oder Metallfolie, über zwei Walzen mit gleicher Drehgeschwindigkeit transportiert, wobei die Vorrichtung zwischen den beiden Walzen angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ wird der Stoff bzw. die Folie, insbesondere die
Kunststofffolie oder Metallfolie, im Bereich der Plasmabehandlung über einen Behandlungstisch, wie zum Beispiel eine Aluminiumplatte, geführt. Durch die zuvor genannten Maßnahmen können Zugkräfte auf den Stoff bzw. die Folie, insbesondere die Kunststofffolie oder Metallfolie, während der Behandlung minimiert werden, wodurch sich eine Beschädigung des Stoffs bzw. der Folie, insbesondere der
Kunststofffolie oder Metallfolie, während der Plasmabehandlung vermeiden lässt. In Transportrichtung hinter dem Bereich der Plasmabehandlung kann eine Absaugung vorgesehen sein, um bei der Plasmastrahlerzeugung entstehende Stickoxide oder Ozon abzusaugen. Beispielsweise kann die Absaugung in den Behandlungstisch integriert sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Drehantrieb, der dazu eingerichtet ist, die Düsenanordnung im Betrieb um eine Drehachse zu rotieren. Auf diese Weise kann der Einwirkungsbereich der aus den Düsenöffnungen austretenden Teilstrahlen des Plasmastrahls vergrößert werden. Die Drehachse kann beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Kanals bzw. parallel zu den aus den Düsenöffnungen austretenden Teilstrahlen ausgerichtet sein, so dass die Teilstrahlen bei der Rotation der Düsenanordnung eine im wesentlichen kreisförmige Fläche überstreichen.
Alternativ kann die Drehachse auch im Wesentlichen parallel zur
Erstreckungsrichtung des Kanals ausgerichtet sein. Dies ermöglicht zum Beispiel auch eine Innenbehandlung einer Rohroberfläche. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Material, insbesondere der Stoff oder die Folie, im Atmosphärendruckbereich mit den Teilstrahlen des Plasmastrahls beaufschlagt wird. Es wurde erkannt, dass sich mit den aus der Düsenanordnung austretenden Teilstrahlen auch empfindliche Materialien wie zum Beispiel Stoffe, insbesondere Vliesstoffe, oder Folie, insbesondere Kunststoff- oder Metallfolie, im Atmosphärendruckbereich beschädigungsfrei behandeln lassen. Dadurch kann insbesondere auf eine Anordnung des zu beaufschlagenden Materials und/oder der Düsenanordnung in einer Unterdruckkammer verzichtet werden. Bei anderen Plasmabehandlungsverfahren aus dem Stand der Technik wurden empfindliche Materialien demgegenüber in einer Vakuumkammer angeordnet, um eine ausreichende Abschwächung des Plasmas zur beschädigungsfreien Behandlung empfindlicher Materialien zu erreichen. Dies erhöht neben den zusätzlichen Kosten für die Vakuumkammer aufgrund der erforderlichen Ein- und Ausschleusevorgänge des zu behandelnden Materials in die Unterdruckkammer auch den Aufwand für die Durchführung der Plasmabehandlung.
Da mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung bzw. mit der beschriebenen
Düsenanordnung eine Behandlung auch empfindlicher Materialien im
Atmosphärendruck ermöglicht wird, kann auf eine Unterdruck- bzw. Vakuumkammer für das zu behandelnde Material verzichtet werden, so dass das Verfahren einfach und kostengünstig durchgeführt werden kann. Insbesondere kann das Verfahren inline durchgeführt werden, d.h. innerhalb einer kontinuierlich betriebenen Prozessstrecke, da keine den kontinuierlichen Betrieb unterbrechenden Ein- und
Ausschleusevorgänge in eine Unterdruck- bzw. Vakuumkammer erforderlich sind.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen 1 bis 9 der Düsenanordnung, Ausführungsformen 10 und 11 der Vorrichtung, Ausführungsformen 12 und 13 der Verwendung, Ausführungsformen 14 bis 16 des Verfahrens, Ausführungsform 17 des plasmabehandelten Vliesstoffs und Ausführungsform 18 des Hygieneartikels beschrieben. Düsenanordnung für eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit einem Einlass, durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl in die Düsenanordnung eingeleitet werden kann, und mit einem Kanal, der so mit dem Einlass verbunden ist, dass ein durch den Einlass in die
Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl durch den Kanal geleitet wird, wobei entlang des Kanals mehrere Düsenöffnungen in der Kanalwand vorgesehen sind, durch die ein durch den Kanal geleiteter Plasmastrahl aus der Düsenanordnung austreten kann. Düsenanordnung nach Ausführungsform 1, wobei der Kanal einen geraden Abschnitt aufweist, und die Düsenöffnungen in Erstreckungsrichtung des Kanals in der Kanalwand angeordnet sind. Düsenanordnung nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei der Kanal beidseitig mit dem Einlass verbunden ist, so dass ein durch den Einlass in die
Düsenanordnung eingeleiteter Plasmastrahl von beiden Seiten in den Kanal geleitet wird. Düsenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei der Durchmesser der Düsenöffnungen in der Kanalwandung höchsten einem Viertel des Kanaldurchmessers entspricht. Düsenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei der Querschnitt des Kanals sich mit zunehmendem Abstand vom Einlass aufweitet. Düsenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 5, wobei die
Düsenanordnung mehrteilig ausgebildet ist mit einem Düsenelement, das den Kanal mit den Düsenöffnungen umfasst, und mit einem Verteilerelement, das einen Verteilerkanal umfasst, durch den ein durch den Einlass eingeleiteter Plasmastrahl ein- oder beidseitig zum Kanal geleitet wird. Düsenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei der Querschnitt des Kanals im Bereich einer Düsenöffnung derart geformt ist, dass eine fiktive Mittelebene, die in der Mitte zwischen einer fiktiven ersten
Tangentenebene des Querschnitts durch die Düsenöffnung und einer dieser gegenüberliegenden und zu der ersten Tangentenebene parallelen fiktiven zweiten Tangentenebene des Querschnitts verläuft, den Querschnitt in einen ersten Querschnittsbereich an der Düsenöffnung und einen zweiten
Querschnittsbereich gegenüber der Düsenöffnung teilt, und wobei sich die Querschnittsfläche des ersten Querschnittsbereichs von der Querschnittsfläche des zweiten Querschnittsbereichs unterscheidet, vorzugsweise um mindestens 5%, insbesondere um mindestens 10 %. Düsenanordnung nach Ausführungsform 7, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Querschnittbereichs größer ist als die Querschnittsfläche des ersten Querschnittbereichs. Düsenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8, wobei die Düsenanordnung mehrteilig ausgebildet ist mit einem ersten Teil, in dessen Oberfläche eine erste Vertiefung eingebracht ist, und mit einem zweiten Teil, in dessen Oberfläche eine zweite Vertiefung eingebracht ist, wobei der erste und der zweite Teil derart aneinander anliegen, dass die erste und die zweite Vertiefung einander gegenüberliegen und den Kanal bilden. Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls mit einem Entladungsraum, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, in dem
Entladungsraum einen atmosphärischen Plasmastrahl zu erzeugen, und wobei eine Düsenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9 derart an den Entladungsraum angeschlossen ist, dass ein im Entladungsraum erzeugter Plasmastrahl in den Einlass der Düsenanordnung eingeleitet wird. Vorrichtung nach Ausführungsform 10, wobei die Vorrichtung dazu
eingerichtet ist, einen atmosphärischen Plasmastrahl mittels einer
bogenartigen Entladung in einem Arbeitsgas zu erzeugen, wobei die
bogenartige Entladung durch Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung zwischen Elektroden erzeugbar ist. Verwendung einer Vorrichtung nach Ausführungsform 10 oder 11 zur
Plasmabehandlung eines Materials, vorzugsweise eines Stoffs oder einer Folie, insbesondere einer Kunststofffolie oder einer Metallfolie. Verwendung nach Ausführungsform 12, wobei die Vorrichtung zur
Plasmabehandlung eines Vliesstoffs verwendet wird, insbesondere für die oder bei der Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen. Verfahren zur Plasmabehandlung eines Materials, vorzugsweise eines Stoffs, insbesondere eines Vliesstoffs, oder einer Folie, insbesondere einer
Kunststofffolie oder einer Metallfolie, unter Verwendung einer Vorrichtung nach Ausführungsform 10 oder 11, bei dem mit der Vorrichtung ein
atmosphärischer Plasmastrahl erzeugt wird, so dass der Plasmastrahl in Form mehrerer Teilstrahlen aus den Düsenöffnungen in der Kanalwandung austritt, und bei dem eine Oberfläche eines Materials, vorzugsweise eines Stoffs oder einer Folie, insbesondere einer Kunststofffolie oder einer Metallfolie, mit den Teilstrahlen des Plasmastrahls beaufschlagt wird. Verfahren nach Ausführungsform 14, wobei das Material, insbesondere der Stoff oder die Folie, bahnförmig ist und an den Düsenöffnungen der
Vorrichtung vorbei transportiert wird. Verfahren nach Ausführungsform 14 oder 15, wobei das Material,
insbesondere der Stoff oder die Folie, im Atmosphärendruckbereich mit den Teilstrahlen des Plasmastrahls beaufschlagt wird. 17. Plasmabehandelter Vliesstoff, insbesondere ADL, hergestellt durch ein
Verfahren mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Vliesstoffs,
Plasmabehandeln des Vliesstoffs mit einem Verfahren nach einer der Ausführungsformen 14 bis 16.
18. Hygieneartikel zur Aufnahme von Flüssigkeiten, insbesondere Binde oder Windel, aufweisend eine Lage aus plasmabehandeltem Vliesstoff nach
Ausführungsform 17.
Weitere Merkmale und Vorteile der Düsenanordnung, der Vorrichtung, der
Verwendung, des Verfahrens, des Vliesstoffes und des Hygieneartikels ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düsenanordnung sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls in
Explosionsdarstellung,
Fig. 3 das Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und das
Ausführungsbeispiel der Vorrichtung aus Fig. 2 in Schnittdarstellung,
Fig. 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und der
Vorrichtung in Schnittdarstellung, Fig. 5 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und der Vorrichtung in Schnittdarstellung,
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung und des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 7 eine Fotografie eines unbehandelten Vliesstoffes,
Fig. 8 eine Fotografie eines plasmabehandelten Vliesstoffes als
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen plasmabehandelten
Vliesstoffs,
Fig. 9a-b ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hygieneartikels, Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Düsenanordnung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Düsenanordnung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Düsenanordnung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 13a-c Kanalquerschnitte weiterer Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Düsenanordnung,
Fig. 14a-c Fotografien von Versuchen an verschiedenen Düsenanordnungen und
Fig. 15a-c Kanalquerschnitte der Düsenanordnungen aus den Versuchen. Im Folgenden werden zunächst der Aufbau und die Betriebsweise einer Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls beschrieben.
Die Vorrichtung 2 weist ein rohrförmiges Gehäuse 4 in Form eines Düsenrohrs aus Metall auf. Das Düsenrohr 4 weist an seinem einen Ende eine konische Verjüngung 6 auf, an dem ein auswechselbarer Düsenkopf 8 montiert ist, dessen Auslass eine Düsenöffnung 10 bildet, aus der im Betrieb der Plasmastrahl 12 austritt.
An dem der Düsenöffnung 10 entgegen gesetzten Ende ist das Düsenrohr 4 an eine Arbeitsgaszuleitung 14 angeschlossen. Die Arbeitsgaszuleitung 14 ist mit einer unter Druck stehenden Arbeitsgasquelle (nicht gezeigt) mit variablem Durchsatz verbunden. Im Betrieb wird ein Arbeitsgas 16 von der Arbeitsgasquelle durch die Arbeitsgaszuleitung 14 in das Düsenrohr 4 eingeleitet. Im Düsenrohr 4 ist weiterhin eine Dralleinrichtung 18 mit einem Kranz von schräg in Umfangsrichtung angestellten Bohrungen 20 vorgesehen, durch die das im Betrieb in das Düsenrohr 4 eingeleitete Arbeitsgas 16 verdrallt wird.
Der stromabwärtige Teil des Düsenrohres 4 wird deshalb von dem Arbeitsgas 16 in Form eines Wirbels 22 durchströmt, dessen Kern auf der Längsachse des Düsenrohrs 4 verläuft.
Im Düsenrohr 4 ist weiterhin mittig eine Innenelektrode 24 angeordnet, die sich im Düsenrohr 4 koaxial in Richtung der Düsenöffnung 10 erstreckt. Die Innenelektrode 24 ist elektrisch mit der Dralleinrichtung 18 verbunden. Die Dralleinrichtung 18 ist durch ein Keramikrohr 26 elektrisch gegen das Düsenrohr 4 isoliert. Über eine Hochfrequenzleitung 28 wird an die Innenelektrode 24 eine hochfrequente
Hochspannung angelegt, die von einem Transformator 30 erzeugt wird. Das
Düsenrohr 4 ist über eine Erdungsleitung 32 geerdet. Durch die angelegte Spannung wird eine Hochfrequenzentladung in Form eines Lichtbogens 34 zwischen der Innenelektrode 24 und dem Düsenrohr 4 erzeugt. Dieser Bereich im Düsenrohr 4 stellt damit einen Entladungsraum 36 der Vorrichtung 2 dar.
Die Begriffe„Lichtbogen",„Bogenentladung" bzw.„bogenartige Entladung" werden vorliegend als phänomenologische Beschreibungen der Entladung verwendet, da die Entladung in Form eines Lichtbogens auftritt. Der Begriff„Lichtbogen" wird anderweitig auch als Entladungsform bei Gleichspannungsentladungen mit im Wesentlichen konstanten Spannungswerten verwendet. Vorliegend handelt es sich jedoch um eine Hochfrequenzentladung in Form eines Lichtbogens, also um eine hochfrequente bogenartige Entladung.
Aufgrund der drallförmigen Strömung des Arbeitsgases wird dieser Lichtbogen 34 im Wirbelkern im Bereich der Achse des Düsenrohrs 4 kanalisiert, so dass er sich erst im Bereich der Verjüngung 6 zur Wand des Düsenrohrs 4 verzweigt.
Das Arbeitsgas 16, das im Bereich des Wirbelkerns und damit in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens 34 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit rotiert, kommt mit dem Lichtbogen 34 in innige Berührung und wird dadurch zum Teil in den Plasmazustand überführt, so dass ein atmosphärischer Plasmastrahl 12 durch die Düsenöffnung 10 aus der Vorrichtung 2 austritt.
Fig. 2 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düsenanordnung sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls in Explosionsdarstellung. Fig. 3 zeigt den Düsenkopf und die Vorrichtung in Schnittdarstellung.
Die Vorrichtung 40 umfasst die Düsenanordnung 42 und die Vorrichtung 2 aus Fig. 1, wobei anstelle des auswechselbaren Düsenkopfs 8 ein Anschlussstück 44 der Düsenanordnung 42 an das Düsenrohr 4 angeschlossen ist. Das Anschlussstück 44 weist einen konisch zulaufenden Innenkanal 46 auf, der den unteren Teil des
Entladungsraums 36 der Vorrichtung 2 bildet. Im Betrieb tritt aus der unteren Öffnung 48 des Anschlussstücks 44 der Plasmastrahl 12 aus und in die weiteren Komponenten der Düsenanordnung 42 ein. Die untere Öffnung 48 kann demnach als Einlass der Düsenanordnung 42 angesehen werden. Die Düsenanordnung 42 umfasst weiterhin ein aus zwei Teilen 50a-b
zusammengesetztes Verteilerelement 50 sowie ein Düsenelement 52. In das
Düsenelement 52 ist eine Nut 54 eingebracht, die im zusammengebauten Zustand der Düsenanordnung 42 wie in Fig. 3 dargestellt einen Kanal 56 mit einem ersten Ende 58 und einem zweiten Ende 60 bildet. In die Kanalwandung des Kanals 56 sind entlang des Kanals nebeneinander mehrere Düsenöffnungen 62 eingebracht.
Die Teile 50a-b des Verteilerelements 50 weisen jeweilige Nuten 64a-b auf, die im zusammengesetzten Zustand einen Verteilerkanal 66 bilden. Der Verteilerkanal weist eine Verzweigung 68 auf und verbindet den Einlass 48 sowohl mit dem ersten Ende 58 als auch mit dem zweiten Ende 60 des Kanals 56.
Wird im Betrieb mit der Vorrichtung 2 ein Plasmastrahl 12 erzeugt, so gelangt dieser durch den Einlass 48 am Anschlussstück 44 in den Verteilerkanal 66 und wird auf diese Weise zu beiden Enden 58, 60 des Kanals 56 und durch den Kanal 56 hindurch geleitet, so dass er in Form mehrerer Teilstrahlen 70 aus den Düsenöffnungen 62 aus der Düsenanordnung 42 heraustritt. Auf diese Weise wird ein Vorhang aus mehreren nebeneinander angeordneten Teilstrahlen 70 erzeugt, wobei die einzelnen
Teilstrahlen 70 eine gegenüber dem Plasmastrahl 12 reduzierte Intensität aufweisen, mit der zum Beispiel ein an den Düsenöffnungen 62 vorbei geführter Vliesstoff 72 plasmabehandelt werden kann, ohne diesen zu beschädigen.
Dadurch dass der Plasmastrahl 12 über den Verteilerkanal 66 beidseitig in den Kanal 56 eingeleitet wird, wird erreicht, dass die einzelnen Teilstrahlen 70 eine relativ ähnliche Intensität aufweisen. Optional kann die Intensität der einzelnen Teilstrahlen 70 zusätzlich dadurch weiter vergleichmäßigt werden, dass der Kanal mit einem sich von beiden Enden 58, 60 zur Mitte des Kanals leicht aufweitenden Querschnitt ausgebildet wird, wodurch einem übermäßigen Druckabfall bei größeren Abständen zum Einlass 48 entgegenwirkt wird.
Die Düsenanordnung 42 weist weiterhin noch einen die übrigen Komponenten umgebenden Kühlkörper 74 aus Aluminium mit Kühlrippen 76 auf, durch den die durch den Plasmastrahl 12 in die Düsenanordnung 42 eingebrachte Wärmelast abgeführt werden kann.
Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und der Vorrichtung in Schnittdarstellung. Die Vorrichtung 40' und die Düsenanordnung 42' sind im Wesentlichen baugleich zu der Vorrichtung 40 bzw. der Düsenanordnung 42. Gleiche Teile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Düsenanordnung 42' unterscheidet sich von der Düsenanordnung 42 lediglich dadurch, dass der Kanal 56 so mit dem Einlass 48 verbunden ist, dass der
Plasmastrahl von einer Seite in den Kanal 56 geleitet wird. Zu diesem Zweck sind das Verteilerelement 50' und das Düsenelement 52' wie in Fig. 4 dargestellt ausgebildet.
Um einem übermäßigem Druckabfall im Kanal 56 entgegenzuwirken und die
Intensitäten der Teilstrahlen 70 zu vergleichmäßigen kann sich der Querschnitt des Kanals 56 mit zunehmendem Abstand vom Einlass 48 (d.h. i Fig. 4 von links nach rechts) optional leicht aufweiten.
Fig. 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Düsenanordnung und der Vorrichtung in Schnittdarstellung. Die Vorrichtung 40" und die Düsenanordnung 42" sind im Wesentlichen baugleich zu der Vorrichtung 40' bzw. der Düsenanordnung 42'. Gleiche Teile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Düsenanordnung 42" unterscheidet sich von der Düsenanordnung 42' lediglich dadurch, dass eine zusätzliche Gaszuführung 57 vorgesehen ist, durch die ein Gas 59 separat vom Plasmastrahl in den Kanal 56 eingeleitet werden kann. Zu diesem Zweck verläuft die Nut 54" wie in Fig. 5 dargestellt bis zum Rand des Düsenelements 52" und im Kühlkörper 74" ist eine Öffnung zur Einleitung des Gases 59 in den Kanal 56 vorgesehen. Durch das Einleiten des Gases 59, insbesondere Stickstoff, kann der Plasmastrahl im Kanal 56 zusätzlich gekühlt werden, so dass die aus den
Düsenöffnungen 62 austretenden Teilstrahlen 70 eine sehr schonendere Behandlung von Vliesstoffen ermöglichen.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung und des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung 40 kann insbesondere dazu verwendet werden, um empfindliche Vliesstoffe mit Plasma zu behandeln.
Zu diesem Zweck kann der bahnförmige Vliesstoff 72 wie in Fig. 3 - 5 dargestellt an den Düsenöffnungen der Vorrichtung 40 (bzw. alternativ auch 40' oder 40") vorbeigeführt werden, um den Vliesstoff 72 über seine gesamte Länge zu behandeln. Die Düsenöffnungen sind wie in Fig. 4 illustriert vorzugsweise quer zur
Transportrichtung der Vliesstoffbahn 72 angeordnet, so dass der Vliesstoff 72 mit der Vorrichtung 40 über eine bestimmte Breite, wahlweise über die gesamte Breite oder eine Teilbreite der Vliesstoffbahn 72, behandelt werden kann. Um die Belastung der Vliesstoffbahn 72 während der Plasmabehandlung weiter zu reduzieren, wird die Vliesstoffbahn 72 vor und hinter dem Behandlungsbereich 77 mit der Vorrichtung 40 jeweils über eine Rolle 78a-b geführt, die mit derselben
Geschwindigkeit rotieren. Auf diese Weise werden Zugkräfte auf die Vliesstoffbahn 72 im Behandlungsbereich 77 reduziert. Zur weiteren Reduzierung der Zugkräfte ist ein Behandlungstisch 79 in Form einer Aluminiumplatte vorgesehen, über den die
Vliesstoffbahn 72 im Behandlungsbereich 77 geführt wird. In Transportrichtung hinter der Behandlungsbereich 77 sind Absaugöffnungen 80 im Behandlungstisch 79 vorgesehen, durch die Ozon oder Stickoxide abgesaugt werden können, die bei der bevorzugten Verwendung von Stickstoff als Arbeitsgas für die Vorrichtung 2 bzw. 40 entstehen. Da die Vorrichtung 40 eine beschädigungsfreie Behandlung empfindlicher Stoffe wie der Vliesstoffbahn 72 auch unter Atmosphärendruck ermöglicht, kann die Vorrichtung wie in Fig. 6 dargestellt ohne eine Vakuumkammer betrieben werden. Insbesondere ist ein inline-Betrieb, insbesondere innerhalb einer kontinuierlichen Prozessstrecke, möglich, da keine Ein- und Ausschleusevorgänge erforderlich sind.
Fig. 7 zeigt eine Fotografie eines unbehandelten Vliesstoffes von der Seite. Der
Vliesstoff besteht aus einzelnen miteinander verschlungenen Fasern, insbesondere Kunststofffasern, die einen relativ kompakten Stoff ergeben. Der dargestellte Vliesstoff weist eine Dicke von ca. 1 mm auf.
Fig. 8 zeigt eine Fotografie des Vliesstoffes aus Fig. 7, nachdem er mit der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung 40 plasmabehandelt wurde. Fig. 8 zeigt damit ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen plasmabehandelten Vliesstoffs. Der Vliesstoff weist nach der Plasmabehandlung eine stark vergrößerte Dicke von ca. 5 mm und entsprechend eine weniger kompakte Struktur geringerer Dichte auf. Es hat sich gezeigt, dass dies zu einer Verbesserung der Kapillarität des Vliesstoffs führt, so dass Flüssigkeiten besser durch den Stoff hindurch geleitet werden. Weiterhin wurde durch die Plasmabehandlung eine Hydrophilisierung der Fasern erreicht, so dass der Stoff Flüssigkeiten schneller aufnehmen kann.
Die Fig. 9a-b zeigen nun ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Hygieneartikels zur Aufnahme von Flüssigkeiten in Aufsicht (Fig. 9a) und im Schnitt (Fig. 9b) entlang der in Fig. 9a mit„IXb" bezeichneten Schnittebene. Bei dem
Hygieneartikel 82 handelt es sich vorliegend um eine Binde, ein entsprechender Aufbau ist jedoch auch bei einer Windel oder Auflage möglich.
Das Hygieneartikel 82 weist eine formgebende Außenschicht 83, eine
Superabsorberschicht 84 (sog. Saugkern), eine Verteilerschicht (ADL/AQL) 86 aus plasmabehandeltem Vliesstoff, beispielsweise aus dem Vliesstoff 72 aus Fig. 4, eine Aufnahmeschicht 88 aus abschnittsweise plasmabehandeltem Vliesstoff und eine Baumwollschicht 90 als Abdeckschicht auf. Die Superabsorberschicht 84 kann beispielsweise Flüssigkeit absorbierendes Pulver aufweisen, insbesondere aus superabsorbierenden Polymeren. Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung ist die Baumwollschicht mit der
Hautoberfläche in Kontakt und sorgt für ein angenehmes Hautgefühl. Das darunter angeordnete Aufnahmevlies 88 ist nur in der Mitte 92 plasmabehandelt, während die Ränder 94 unbehandelt sind. Auf diese Weise weist das Aufnahmevlies 88 in der Mitte 92 hydrophile Eigenschaften auf, so dass Flüssigkeit gut in die darunter liegende Verteilerschicht 86 geleitet wird. An den Rändern 94 weist das Aufnahmevlies 88 hingegen hydrophobe Eigenschaften auf, wodurch verhindert wird, dass Flüssigkeit an den Rändern des Hygieneartikels 82 austritt. Die gezielte Plasmabehandlung in der Mitte 92 des Aufnahmevlieses 88 kann insbesondere die im Stand der Technik verwendete und prozesstechnisch aufwändigere Hydrophilisierung durch Aufbringen von Tensiden ersetzen.
Die unter dem Aufnahmevlies 88 angeordnete Verteilerschicht 86 verteilt die
Flüssigkeit in der Fläche, so dass die Flüssigkeit dann über eine größere Fläche verteilt in den darunter liegenden Saugkern 84 gelangt. Durch die Plasmabehandlung des Aufnahmevlieses 88 kann die Flüssigkeit schneller von der Verteilerschicht 86 aufgenommen werden.
Durch die Verwendung des plasmabehandelten Vliesstoffs 72 für das Aufnahmevlies 88 und/oder die Verteilerschicht 86 können die Herstellungskosten des
Hygieneartikels 82 gesenkt werden, da sich auch mit kostengünstigeren Vliesstoffen 72 Aufnahme- bzw. Verteilerschichten mit kurzer Durchdringzeit erreichen lassen.
Die Fig. 10 und 11 zeigen weitere Ausführungsbeispiele und mögliche Verwendungen der zuvor beschriebenen Vorrichtung. Die in Fig. 10 dargestellte Vorrichtung 100 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie die Vorrichtung 40 aus Fig. 2, wobei die Vorrichtung 2 und das Anschlussstück 44 jedoch mittig der Düsenanordnung 42 positioniert sind und das Verteilerelement 50 der Düsenanordnung 42 einen entsprechend angepassten Verlauf des Verteilerkanals 66 aufweist. Alternativ kann die Vorrichtung 100 auch ähnlich wie die Vorrichtung 40' aus Fig. 4 oder wie die Vorrichtung 40" aus Fig. 5 ausgebildet sein.
Die Düsenanordnung 42 ist mittels eines Drehantriebs 102 um eine Achse senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Kanals 56 drehbar. Auf diese Weise kann mit den aus den Düsenöffnungen 62 austretenden Teilstrahlen 70 ein größerer Flächenbereich überstrichen werden, so dass die Vorrichtung 100 zur großflächigen
Plasmabehandlung 100 eingesetzt werden kann. Insbesondere kann die Vorrichtung 100 zur Plasmabehandlung eines Stoffs, insbesondere Vliesstoffs, oder einer
Kunststofffolie eingesetzt werden.
Fig. 11 zeigt eine alternative Vorrichtung 110, die wiederum einen ähnlichen Aufbau aufweist wie die Vorrichtung 40 aus Fig. 2, wobei die Vorrichtung 2 und das
Anschlussstück 44 jedoch seitlich an der Düsenanordnung 42 positioniert sind und das Verteilerelement 50 der Düsenanordnung 42 einen entsprechend angepassten Verlauf des Verteilerkanals 66 aufweist. Alternativ kann die Vorrichtung 110 auch ähnlich wie die Vorrichtung 40' aus Fig. 4 oder wie die Vorrichtung 40" aus Fig. 5 ausgebildet sein.
Die Düsenanordnung 42 ist mittels eines Drehantriebs 112 um eine Achse parallel zur Erstreckungsrichtung des Kanals 56 drehbar. Die Vorrichtung 110 kann ebenfalls zur Plasmabehandlung eines Stoffs, insbesondere Vliesstoffs, oder einer Kunststofffolie eingesetzt werden.
Weiterhin kann die Vorrichtung 110 auch zu anderen Zwecken verwendet werden. Insbesondere kann mit den aus den Düsenöffnungen 62 austretenden Teilstrahlen 70 ein rohrförmiges Bauteil von Innen mit Plasma beaufschlagt werden, beispielsweise um eine Rohrinnenwand mit Plasma zu behandeln.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Düsenanordnung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung 40"' und die Düsenanordnung 42"' sind im Wesentlichen baugleich zu der Vorrichtung 40' bzw. der Düsenanordnung 42' aus Fig. 4. Gleiche Teile sind jeweils mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Die Düsenanordnung 42"' unterscheidet sich von der Düsenanordnung 42' dadurch, dass das Düsenelement 52"' eine erste kanalförmige Vertiefung 120 und das
Verteilerelement 50"' eine zweite kanalförmige Vertiefung 122 aufweisen, wobei das Verteilerelement 50"' und das Düsenelement 52"' derart aneinander anliegen, dass die erste und die zweite kanalförmige Vertiefung 120 und 122 einander gegenüber liegen und den Kanal 56"' bilden. Durch diese Bauweise lassen sich verschiedene Querschnittsformen des Kanals 56"' in einfacher Weise herstellen, indem die
Vertiefungen 120 und 122 entsprechend geformt werden. Die Düsenöffnungen 62 gehen von der ersten Vertiefung 120 ab. Die erste und die zweite kanalförmige Vertiefung 120, 122 können beispielsweise jeweils einen Halbkreis-förmigen Querschnitt mit gleichem Radius aufweisen, so dass der Kanal 56"' einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Radius der beiden Halbkreis-förmigen Querschnitte der ersten und zweiten Vertiefung 120, 122 kann beispielsweise in Erstreckungsrichtung des Kanals 56"' kontinuierlich abnehmen, so dass sich ein Kanal 56"' mit abnehmendem Querschnitt ergibt. Ein solcher Querschnitt des Kanals 56"' lässt sich durch die beiden Vertiefungen 120, 122 viel kostengünstiger und einfacher herstellen als bei einem Kanal im Vollmaterial.
Die Fig. 13a-c zeigen drei weitere mögliche Querschnitte 124', 124" und 124"
Kanals 56"' für weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Düsenanordnung. Die Figuren zeigen der Übersicht halber jeweils nur die Schnittebene ohne Darstellung dahinter liegender Kanten. Die Düsenanordnungen entsprechen jeweils der Düsenanordnung 42"' aus Fig. 12, wobei die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung sowie der dadurch gebildete Kanal 56"' jeweils einen der in den Fig. 13a-c dargestellten Querschnitte 124', 124" bzw. 124"' aufweist. Die schematischen Querschnittsdarstellungen in Fig. 13a-c entsprechen jeweils der in Fig. 12 mit„XIII" bezeichneten Schnittebene.
Fig. 13a zeigt eine erste Vertiefung 120' im Düsenelement 52"' sowie eine zweite Vertiefung 122' im Verteilerelement 50"' mit jeweils halbkreisförmigem Querschnitt, wobei der Halbkreisdurchmesser der zweiten Vertiefung 122' größer ist als der
Halbkreisdurchmesser der ersten Vertiefung 120'. Dadurch ergibt sich ein Querschnitt 124' des Kanals aus zwei sich gegenüberliegenden Halbkreisscheiben.
Fig. 13a zeigt weiterhin die fiktive erste Tangentenebene 130 des Querschnitts 124' durch die Düsenöffnung 62 sowie die dieser gegenüberliegende und parallel dazu verlaufende fiktive zweite Tangentenebene 132. Die erste Tangentenebene 132 läuft durch die Mündung der Düsenöffnung 62 in den Kanal und tangential zur Vertiefung 124 bzw. zum Querschnitt 124'. Tangential bedeutet hier, dass die erste
Tangentenebene 124 den Kanalquerschnitt 124' berührt, diesen aber nicht schneidet.
In der Mitte zwischen der fiktiven ersten und zweiten Tangentenebene 130 und 132 ist die fiktive Mittelebene 134 eingezeichnet, die den Querschnitt 124' in einen ersten Querschnittsbereich 126' an der Düsenöffnung 62 und in einen zweiten
Querschnittsbereich 128' gegenüber der Düsenöffnung 62 teilt. Durch die
unterschiedlichen Halbkreisradien der beiden Vertiefungen 120' und 122' ist die Querschnittsfläche im zweiten Querschnittsbereich 128' größer als die
Querschnittsfläche im ersten Querschnittsbereich 126'.
Fig. 13b zeigt ebenfalls eine erste Vertiefung 120" im Düsenelement 52"' sowie eine zweite Vertiefung 122" im Verteilerelement 50"'mit jeweils halbkreisförmigem
Querschnitt, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch der Halbkreisdurchmesser der ersten Vertiefung 120" größer ist als der Halbkreisdurchmesser der zweiten Vertiefung 122". Weiterhin sind in Fig. 13b auch die fiktive erste und zweite
Tangentenebene 130 und 132 sowie die fiktive Mittelebene 134 eingezeichnet, die den Querschnitt 124" in einen ersten Querschnittsbereich 126" an der Düsenöffnung 62 und in einen zweiten Querschnittsbereich 128" gegenüber der Düsenöffnung 62 teilt. Durch die unterschiedlichen Halbkreisradien der beiden Vertiefungen 120" und 122" ist die Querschnittsfläche im zweiten Querschnittsbereich 128" kleiner als die Querschnittsfläche im ersten Querschnittsbereich 128". Fig. 13c zeigt eine erste Vertiefung 120"' im Düsenelement 52"' mit dreieckigem Querschnitt sowie eine zweite Vertiefung 122"' im Verteilerelement 50'" mit halbkreisförmigem Querschnitt, so dass sich der in Fig. 13c gezeigte Querschnitt 124"' ergibt. Weiterhin sind in Fig. 13c auch die fiktive erste und zweite Tangentenebene 130 und 123 sowie die fiktive Mittelebene 134 eingezeichnet, die den Querschnitt 124"' in einen ersten Querschnittsbereich 126"' an der Düsenöffnung 62 und in einen zweiten Querschnittsbereich 128"' gegenüber der Düsenöffnung 62 teilt. Bei dem Querschnitt 124"' ist die Querschnittsfläche des zweiten Querschnittsbereich 126"' größer als die Querschnittsfläche im ersten Querschnittsbereich 128"'. Die Lage der fiktiven Mittelebene 134 ist grundsätzlich unabhängig von der
Berührungsfläche zwischen Düsenelement 52"' und Verteilerelement 50"'. So kann die Mittelebene 134 mit der Berührungsfläche zusammenfallen (vgl. Fig. 13c), muss es aber nicht (vgl. Fig. 13a-b). Versuche haben gezeigt, dass sich durch einen asymmetrischen Querschnitt des
Kanals 56"', wie zum Beispiel in den Fig. 13a-c gezeigt, eine gleichmäßigere Aufteilung der Plasmaleistung auf die aus den einzelnen Düsenöffnungen 62 austretenden Teilstrahlen erreichen lässt. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Querschnittsfläche des zweiten Querschnittsbereichs gegenüber der Düsenöffnung 62 größer war als die Querschnitts fläche des ersten Querschnittsbereichs. Damit sind die in den Fig. 13a und 13c gezeigten Ausführungsbeispiele besonders bevorzugt. Es wurden Versuche durchgeführt, die die Vorteile eines asymmetrischen
Kanalquerschnitts zeigen. Zu diesem Zweck wurde jeweils eine Vorrichtung entsprechend der Vorrichtung 40"' aus Fig. 12 mit unterschiedlichen Querschnitten des Kanals 56"' betrieben. Die Fig. 14a-c zeigen Fotografien der aus den
Düsenöffnungen 62 der jeweiligen Düsenanordnung austretenden Teilstrahlen. Fig. 15a-c zeigt die zugehörigen Kanalquerschnitte 140, 142, 144 der für die Versuche jeweils verwendeten Düsenanordnungen. Die Düsenanordnungen sind in den Fig. 14a-c jeweils oben angeordnet; die
Strömungsrichtung der Teilstrahlen verläuft also von oben nach unten. Die Position der Plasmadüse ist wie in Fig. 12 auf der linken Seite. Zur besseren Sichtbarkeit wurden die Fotografien invertiert. Fig. 14a-c zeigen also tatsächlich die fotografischen Negative, so dass die eigentlich leuchtenden Teilstrahlen dunkel und die dunkle Umgebung hell dargestellt sind.
Fig. 14a zeigt die Fotografie der Teilstrahlen von einer Düsenanordnung mit einem runden Kanalquerschnitt 140 entsprechend Fig. 15a. Die erste und die zweite
Vertiefung weisen entsprechend jeweils eine Halbkreisform mit einem
Halbkreisradius ri, r2 von jeweils 2 mm auf.
Fig. 14b zeigt die Fotografie der Teilstrahlen von einer Düsenanordnung mit einem asymmetrischen Kanalquerschnitt 142 entsprechend Fig. 15b. Die erste und die zweite Vertiefung weisen jeweils Halbkreisformen, jedoch mit unterschiedlichem Halbkreisradius auf, wobei n = 1,5 mm und r2 = 2,55 mm ist.
Fig. 14c zeigt die Fotografie der Teilstrahlen von einer Düsenanordnung mit einem asymmetrischen Kanalquerschnitt 144 entsprechend Fig. 15c. Die erste und die zweite Vertiefung weisen jeweils Halbkreisformen auf, wobei n = 2,55 mm und r2 = 2 mm ist. Ein Vergleich der Fotografien in Fig. 14a-c zeigt, dass die Intensität des Plasmastrahls bei den asymmetrischen Kanalquerschnitten 142 und 144 (vgl. Fig. 14b-c) besser auf die aus den Düsenöffnungen 62 austretenden Teilstrahlen verteilt ist als bei dem symmetrischen Kanalquerschnitt 140 (vgl. Fig. 14a). Dies zeigt sich insbesondere in den Längen der sichtbar leuchtenden Bereiche der Teilstrahlen (in Fig. 14a-c dunkel), die in Fig. 14a recht unterschiedlich ist. So sind die sichtbaren Bereiche der
Teilstrahlen in Fig. 14a auf der linken Seite (d.h. nahe der Düse) deutlich kürzer als auf der rechten Seite. Eine besonders gleichmäßige Aufteilung des Plasmastrahls auf die Teilstrahlen wurde mit dem Kanalquerschnitt 142 (vgl. Fig. 14b) erreicht, bei dem der zweite
Querschnittsbereich eine größere Querschnittsfläche aufweist als der erste
Querschnittsbereich.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Düsenanordnung [42, 42', 42", 42"') für eine Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls (12),
mit einem Einlass (48), durch den ein atmosphärischer Plasmastrahl (12) in die Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') eingeleitet werden kann, und
mit einem Kanal (56, 56"'), der so mit dem Einlass (48) verbunden ist, dass ein durch den Einlass (48) in die Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') eingeleiteter Plasmastrahl (12) durch den Kanal (56, 56"') geleitet wird,
wobei entlang des Kanals (56, 56"') mehrere Düsenöffnungen (62) in der Kanalwand vorgesehen sind, durch die ein durch den Kanal (56, 56"') geleiteter Plasmastrahl (12) aus der Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') austreten kann, dadurch gekennzeichnet,
dass der Querschnitt (124', 124", 124"', 140, 142, 144) des Kanals (56, 56"') im Bereich einer Düsenöffnung (62) derart geformt ist, dass eine fiktive Mittelebene (134), die in der Mitte zwischen einer fiktiven ersten Tangentenebene (130) des Querschnitts durch die Düsenöffnung (62) und einer dieser gegenüberliegenden und zu der ersten Tangentenebene (130) parallelen fiktiven zweiten
Tangentenebene (132) des Querschnitts verläuft, den Querschnitt in einen ersten Querschnittsbereich (126', 126", 126"') an der Düsenöffnung (62) und einen zweiten Querschnittsbereich (128', 128", 128"') gegenüber der Düsenöffnung (62) teilt, und
dass sich die Querschnittsfläche des ersten Querschnittsbereichs (126', 126", 126"') von der Querschnittsfläche des zweiten Querschnittsbereichs (128', 128", 128"') unterscheidet, vorzugsweise um mindestens 5%, insbesondere um mindestens 10 %.
2. Düsenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (56, 56"') einen geraden Abschnitt aufweist, und die Düsenöffnungen (62) in Erstreckungsrichtung des Kanals (56, 56"') in der Kanalwand angeordnet sind.
3. Düsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (56, 56"') beidseitig mit dem Einlass (48) verbunden ist, so dass ein durch den Einlass (48) in die Düsenanordnung (42) eingeleiteter Plasmastrahl (12) von beiden Seiten in den Kanal (56, 56"') geleitet wird.
4. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Düsenöffnungen (62) in der Kanalwandung höchsten einem Viertel des Kanaldurchmessers entspricht.
5. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kanals (56, 56"') sich mit zunehmendem Abstand vom Einlass (48) aufweitet.
6. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') mehrteilig ausgebildet ist mit einem Düsenelement (52, 52', 52", 52"'), das den Kanal (56, 56"') mit den Düsenöffnungen (62) umfasst, und mit einem Verteilerelement (50, 50', 50"'), das einen Verteilerkanal (66) umfasst, durch den ein durch den Einlass (48) eingeleiteter Plasmastrahl (12) ein- oder beidseitig zum Kanal (56, 56"') geleitet wird.
7. Düsenanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitts fläche des zweiten
Querschnittbereichs (128', 128", 128"') größer ist als die Querschnittsfläche des ersten Querschnittbereichs (126', 126", 126'").
8. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') mehrteilig ausgebildet ist mit einem ersten Teil (52, 52', 52", 52"'), in dessen Oberfläche eine erste Vertiefung (120', 120", 120"') eingebracht ist, und mit einem zweiten Teil (50, 50', 50"'), in dessen Oberfläche eine zweite Vertiefung (122', 122", 122"') eingebracht ist, wobei der erste und der zweite Teil derart aneinander anliegen, dass die erste und die zweite Vertiefung einander gegenüberliegen und den Kanal (56, 56', 56", 56"') bilden.
9. Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls (12),
mit einem Entladungsraum (36),
wobei die Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) dazu eingerichtet ist, in dem Entladungsraum (36) einen atmosphärischen Plasmastrahl (12) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') nach einem der Ansprüche 1 bis 8 derart an den Entladungsraum (36) angeschlossen ist, dass ein im
Entladungsraum (36) erzeugter Piasmastrahl (12) in den Einlass (48) der Düsenanordnung (42, 42', 42", 42"') eingeleitet wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) dazu eingerichtet ist, einen atmosphärischen Plasmastrahl (12) mittels einer bogenartigen Entladung (34) in einem Arbeitsgas (16) zu erzeugen, wobei die bogenartige Entladung (34) durch Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung zwischen Elektroden (24, 4) erzeugbar ist.
11. Verwendung einer Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) nach Anspruch 9 oder 10 zur Plasmabehandlung eines Materials, insbesondere eines Stoffs (72) oder einer Folie, insbesondere einer Kunststofffolie oder einer Metallfolie.
Verwendung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) zur Plasmabehandlung eines Vliesstoffs (72) verwendet wird, insbesondere für die oder bei der Herstellung von Windeln, Binden oder Auflagen.
Verfahren zur Plasmabehandlung eines Materials, vorzugsweise eines Stoffs, insbesondere eines Vliesstoffs (72), oder einer Folie, insbesondere einer Kunststofffolie oder einer Metallfolie, unter Verwendung einer Vorrichtung (40, 40*, 40", 40"', 100, 110) nach Anspruch 9 oder 10,
bei dem mit der Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) ein atmosphärischer Plasmastrahl (12) erzeugt wird, so dass der Plasmastrahl (12) in Form mehrerer Teilstrahlen (70) aus den Düsenöffnungen (62) in der Kanalwandung austritt, und
bei dem eine Oberfläche eines Materials, vorzugsweise eines Stoffs (72) oder einer Folie, insbesondere einer Kunststofffolie oder einer Metallfolie, mit den Teilstrahlen (70) des Plasmastrahls (12) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Material, insbesondere der Stoff (72) oder die Folie, bahnförmig ist und an den Düsenöffnungen (62) der Vorrichtung (40, 40', 40", 40"', 100, 110) vorbei transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das Material, insbesondere der Stoff (72) oder die Folie, im Atmosphärendruckbereich mit den Teilstrahlen (70) des Plasmastrahls (12) beaufschlagt wird.
16. Plasmabehandelter Vliesstoff (72), insbesondere ADL, hergestellt durch ein Verfahren mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Vliesstoffs (72), Plasmabehandeln des Vliesstoffs (72) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15.
Hygieneartikel (82) zur Aufnahme von Flüssigkeiten, insbesondere Binde oder Windel, aufweisend eine Lage (86, 88) aus plasmabehandeltem Vliesstoff (72) nach Anspruch 16.
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