Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen und Durchtränken von Vliesstoffen mit viskosen Flüssigkeiten

Abstract

 Vliesstoffe werden insbesondere beidseitig mit einer viskosen Flüssigkeit beschichtet, wobei auf wenigstens einer Bahnseite die viskose Flüssigkeit aus wenigstens zwei Düsen aufgetragen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­tung zum Auftragen und Durchtränken von Vliesstoffen mit viskosen Flüssigkeiten.

[0002] Unter Vliesstoff ist insbesondere dabei ein Gefüge un­regelmäßiger Struktur zu verstehen, bei dem eine un­gleichmäßig über die Fläche verteilte Hohlraumstruktur vorliegt. Solche Vliesstoffe können als Grundmaterial natürliche wie künstlich hergestellte Faseren haben, die zusätzlich durch Vernetzung zueinander stabilisiert sind. Solche Strukturen sind schlecht zu durchtränken, besonders wenn der Einbettungsvorgang sehr rasch und ohne Einschluß von Luft oder Gas erfolgen soll.

[0003] Eine solche Produktionsstufe liegt z.B. bei der Her­stellung von faserverstärkten Zellulosehüllen vor, die bevorzugt aus einer Vliesbahn und Viskose hergestellt werden.

[0004] Zellulosehüllen werden z.B. eingesetzt bei der Ver­packung von Lebensmitteln, insbesondere werden sie als Wursthüllen verwendet. Dabei unterscheidet man einseitig und beidseitig viskosierte Hüllen je nach der vorge­nommenen Art des Viskoseauftrags bei der Herstellung.

[0005] Die beidseitig viskosierte Form besitzt im allgemeinen die bessere und gleichmäßigere Einbettung des Faser­vlieses, sofern es gelingt, Lufteinschlüsse in der kur­zen Zeit des Viskoseauftrags auf beide Seiten des Vlieses zu vermeiden. Es ist verständlich, daß die ge­zielte Luftverdrängung bei einer einseitigen Beschich­tung leichter durchzuführen ist, zumal nach Verlassen der Düse, in der die Beschichtung aufgetragen wird, noch eine freie Strecke bis zum Beginn der Fällung die ein­seitige Verdrängung der Luft aus dem Vlies ermöglicht.

[0006] Andererseits gibt es Bereiche, in denen nur beidseitig viskosierte vliesverstärkte Zellulosehüllen in der Praxis Verwendung finden. Dies sind im allgemeinen die innen sperrschichtlackierten Faserdärme. Die innere Seite der Hülle besitzt aus Gründen der Lackierbarkeit eine Zelluloseschicht, die Außenseite eine Zellu­loseabdeckung aus optischen Gründen. Das außen vor­handene üblicherweise massegefärbte Zelluloseregenerat deckt die Faserstruktur optimal ab. Diese Art der Hüllen besitzt einen breiten Anwendungsbereich in der Brüh- und Kochwurstherstellung.

[0007] Es hat sich weiterhin gezeigt, daß auch bei unlackierter Ware in vielen Anwendungsbereichen deutliche Vorteile auf Seiten des Einsatzes beidseitig viskosierter Ware liegen. So ist beispielsweise bei hoher Innenreibung im Füllprozeß das Gleitverhalten bei Hüllen mit einer Zelluloseinnenschicht erheblich günstiger wegen der guten Oberflächenglätte. Solche Fälle liegen vor bei Rohwurstbrätfüllungen oder bei Schinkeneinziehdärmen. Man kann auf zusätzliche Gleitimprägnierungen verzich­ten, die bei einseitiger Außenviskosierung erforderlich sind. Die beidseitige Viskosierung sorgt auch für ein gleichmäßigeres Gesamtgefüge, das wegen des guten Schäl­verhaltens und der gleichmäßigeren Hüllendehnung be­sonders für Aufschnittware, die zweitverpackt wird, geschätzt wird.

[0008] Diese Beispiele zeigen die Bedeutung, die die beidsei­tige Viskosierung bereits hat und die verstärkt wird, wenn es insbesondere gelingt, die Fertigungsvorteile der einseitigen Viskosierung zu erreichen. Die heute üblichen, beidseitig viskosierten Zellulosehüllen in Schlauchform werden im allgemeinen hergestellt, indem zunächst eine Faservliesbahn zum Schlauch geformt wird. Auf diesen Schlauch wird Viskose von beiden Seiten in der Beschichtungseinrichtung aufgebracht (GB 1336850). Dabei erfolgt der Viskoseauftrag nahezu gleichzeitig aus Gründen der abnehmenden Festigkeit bei der Viskosebe­netzung des üblicherweise bevorzugt verwendeten Natur­faservlieses. Hierzu werden Düsensysteme eingesetzt, die aus einer Außen- und einer Innenringdüse bestehen. Über diese Ringdüsen wird die Viskose unter Druck in vorge­ gebenen Mengen aufgetragen. Die Durchtränkung des Vlie­ses ohne Lufteinschluß ist deswegen schwierig, weil es sich hier um hochviskose wäßrige Flüssigkeiten handelt.

[0009] Die Viskosität der Viskose wird dabei im wesentlichen bestimmt durch den Festkörperanteil an Zellulose und den Polymerisationsgrad. Je höher die beiden Werte werden, um so höher ist die Viskosität. Für die Verarbeitung der Viskose möchte man zur raschen und optimalen Durch­tränkung des Faservlieses eine niedrige Viskosität. Die Qualität des Endproduktes wächst aber mit hohem Fest­körpergehalt und Polymerisationsgrad. Der Polymerisa­tionsgrad bestimmt das Schrumpfverhalten und die Elas­tizität des Zelluloseregenerates, der Festkörpergehalt die Porosität und in Verbindung mit dem Polymeri­sationsgrad die Endfestigkeit der Hülle. So ergibt sich für die Herstellung ein Kompromiß, der meist bei einem eigentlich zu niedrigen Festkörpergehalt liegt.

[0010] Um die Schwierigkeiten bei der beidseitigen Viskosierung zu vermeiden, setzt man Viskosen mit 6,5 bis 7 Ge­wichts % ein, also einem Festkörpergehalt, der nicht optimal ist.

[0011] Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Ver­fahren insbesondere zur beidseitigen Beschichtung bei Vliesstoffen bereitzustellen.

[0012] Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum ins­besondere beidseitigen Auftragen und Durchtränken von Vliesstoffen mit einer viskosen Flüssigkeit mit vorzugs­weise wenigstens einer Auftragsdüse auf jeder Bahnseite des Vliesstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Bahnseite A wenigstens 2 Düsen D1 und D3 in Förderrichtung versetzt angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der der Bahnseite A gegenüberliegenden Bahnseite I eine Düse D2 für die Gegenbeschichtung, vorzugsweise zwischen den Düsen D1 und D3, angeordnet.

[0013] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Bahnseite A um die außenliegende Bahn­seite des Vliesstoffes. Bei den Düsen handelt es sich vorzugsweise um ringförmige Schlitzdüsen, deren Aus­trittsöffnung eine Weite von 0,3 bis 6 mm hat. Die Düsen D1 und D3 sind vorzugsweise um ca. 2 mm bis 8 mm gegeneinander versetzt.

[0014] Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Verfahren zum insbesondere beidseitigen Auftragen und Durchtränken von Vliesstoffen mit einer viskosen Flüssigkeit mit vorzugs­weise wenigstens einer Düse für jede Bahnseite des Vliesstoffes, wobei auf wenigstens einer Bahnseite A wenigstens 2 Düsen D1 und D3 die viskose Flüssigkeit auftragen. Düse D3 ist in Förderrichtung versetzt zu Düse D1 angeordnet; das Vlies wird also zuerst durch die Düse D1 und dann erst durch die Düse D3 beschichtet. Die Gegenbeschichtung der Bahnseite I erfolgt vorzugsweise mit einer Düse D2, die sich vorzugsweise gegenüber der den Düsen D1 und D3 gemeinsamen Düsenlippe befindet. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Auftrag auf einen beliebigen Bereich durch die Düse D2 ca. 0 bis 2 x 10⁻² Sekunden später als der Auftrag durch die Düse D1. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform tritt die viskose Flüssigkeit aus der Düse D3 mit höherem Druck aus als aus der Düse D1. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Austrittsdruck aus der Düse so geregelt, daß die zu beschichtende Vliesbahn sich durch den gestaffelten Druckaufbau in Richtung des Austritts der Beschichtungs­einrichtung bewegt.

[0015] Bei der viskosen Flüssigkeit handelt es sich vorzugswei­se um Alkali-Zellulose (= Viskose). Diese hat vorzugs­weise eine Viskosität von 300 bis 500 Kugelfallsekunden, insbesondere von 350 bis 400 Kugelfallsekunden. Hierbei entsprechen 310 Kugelfallsekunden 40 000 mPa.s. Der Feststoffgehalt der viskosen Flüssigkeit beträgt vorzugsweise 7,5 bis 9,0 Gewichts-%. In der viskosen Flüssigkeit können Zusätze enthalten sein, die Aussehen und Eigenschaften verbessern, z.B. Farbpigmente, Haft- oder Trennstoffe, sowie Stoffe, die die Adhäsiv- und Reaktiveigenschaften regeln.

[0016] Der erfindungsgemäße Herstellungsprozeß für eine Zellu­losehülle läuft vorzugsweise wie folgt ab:

[0017] Die aus Faservlies in Abhängigkeit von dem herzustellen­den Viskoseschlauchdurchmesser geschnittene Bahn wird zu einem Schlauch mit Überlappung geformt. In der erfin­dungsgemäßen Vorrichtung wird der Schlauch in diesem Fall vorzugsweise beidseitig mit Viskose durchtränkt und beschichtet. Nach Durchlaufen einer Luftstrecke gelangt der viskosebeschichtete Faservliesschlauch in ein Fäll­bad, wo die Viskose ausgefällt wird unter Erhalt regene­rierter Zellulose. Danach wird die regenerierte Zellu­lose gewaschen, durch ein Weichmacherbad geleitet und unter Stützluft getrocknet. Hierbei ist die zu ver­dampfende Wassermenge abhängig von der Höhe des Fest­körpergehalts an Zellstoff in der Viskose. Höherer Fest­körpergehalt bedeutet geringerer Wassergehalt, also ein weiterer Grund, hohe Festkörpergehalte über die Düse verarbeiten zu können.

[0018] Die erfindungsgemäße Beschichtung erfolgt vorzugsweise kaskadenartig beginnend mit einer Außenbeschichtung über eine Ringdüse. Durch die Aufteilung der Außenviskose wird der Druck auf das Faservlies systematisch ge­steigert, und es wird beim Durchlauf der Beschichtungs­einrichtung die volle Druckbelastung erst am Ende des Ringspalts, der zwischen den Düsenkörpern innen und außen zur Vliesbahnführung besteht, erreicht. Gleich­zeitig wird das Faservlies schwimmend durch die Viskose geführt und mit einer ausfließenden Viskose ohne wesent­liche Reibungsbeanspruchung durch die Düsenkombination transportiert. Erstaunlicherweise wird durch die Vis­koseaufteilung die Drucksteigerung auf das Faservlies so optimiert, daß eine zugfreie Struktur der viskosier­ten Ware selbst bei dünnen Faservliesen erreicht wird.

[0019] Üblicherweise entstehen bei den bekannten Fertigungsver­fahren kleine und größere Zugfalten in dem Viskose­schlauch. Diese entstehen durch die Zugkraft auf den viskosierten Schlauch unterhalb der Düse, verursacht im wesentlichen durch auftretende Reibungskräfte der Düsen beim Viskoseauftrag. Sie sind ein Zeichen der Produk­tionsunsicherheit, können zu unnötigem Produktausfall führen und stören den gleichmäßigen optischen Eindruck des Fertigproduktes. Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß vermeiden.

[0020] Eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung ist nach­stehend beschrieben:

[0021] Es stellen dar:

Fig. 1: Einen Querschnitt durch eine Beschichtungsvor­richtung

Fig. 2: Eine Düsenhälfte mit vereinfachter Viskosever­teilung

Fig. 3: Eine vergrößerte Darstellung des Ringspalts, durch den das Vlies bei der Beschichtung läuft.

[0022] Der Viskosiervorgang erfolgt in der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Über einen zylindrischen Kalibrierdorn 3 läuft das zu einem Schlauch geformte Faservlies 4. Der Schlauch läuft zwischen einer Außendüsenkombination 1 und der zugeordneten Innendüse 2. Die Außenkombination besteht aus zwei Einzeldüsen 5 und 6. Die Viskose wird über eine nicht dargestellte Pumpe und Zulauf 7 in die Ringkammer 9 der Düse 5 geführt, die so dimensioniert ist, daß ein zu vernachläßssigender Druckverlust beim Verteilen der Viskose auftritt. Die unter Druck befind­liche Viskose fließt über einen engen Düsenspalt 10 auf das Faservlies. Ähnlich ist der Ablauf bei der zweiten Außendüse 6 über Zulauf 8, Ringkammer 11 und Düsenspalt 12. Dabei können über die Zuläufe 7 und 8 Viskosen mit unterschiedlichen Eigenschaften zugeführt werden. Im normalen Fall, wo mit einem einzigen Viskosetyp gear­beitet wird, wird ein einziger Zulauf, z.B. in Ring­kammer 11 vorliegen und der Zulauf zur zweiten Ring­kammer 9 erfolgt über eine verstellbare Ringöffnung 14 (Fig. 2). Die Verstellung des Querschnitts 14 erfolgt über eine Schraube 13. So kann bei der Produktion eine Optimierung der Viskoseaufteilung problemlos vorgenommen werden.

[0023] Separat zu den Außendüsen wird die Innendüse 2 über eine nicht dargestellte Viskosezuführung gespeist. Über den Sammelraum 15 gelangt die Viskose in den Düsenspalt 16, von da unter Druck auf das Faservlies 4.

[0024] Aus Fig. 3 geht der Beschichtungsablauf und dessen Wir­kungsprinzip hervor. Das Faservlies 4 läuft zunächst an der Außendüsenlippe 18 entlang und wird über Düsen­spalt 10 mit Viskose beaufschlagt. Der Druck ist im all­gemeinen so, daß die Viskose nicht im Ringspalt 17 A hochsteigt. Die hohe Viskosität läßt Entlüftungskanäle frei. Im Bereich der Außendüsenlippe 19 erfolgt die Ge­genbeaufschlagung über Innendüsenspalt 16. Damit ist eine Einbettung des Vlieses ohne zu hohen Druck er­reicht. Die Innendüsenlippe 21 endet unter dem Düsen­spalt 10 zwecks optimaler Vliesabstützung. Anschließend läuft das vorbeschichtete Vlies in die Druckzone zwi­schen Düsenlippen 19 und 20. Die Viskose fließt über Düsenringspalt 12 auf. Da das höchste Druckgefälle ent­lang Außendüsenlippe 20 vorliegt, drängt die Viskose zum Austritt über Ringspalt 17 E. Sie bewegt damit das empfindliche, jetzt viskosefeuchte Faservlies in Rich­tung Düsenaustritt, ohne das Vlies zu belasten.

[0025] Die Vorteile des neuen beschriebenen Beschichtungs­systems gegenüber den üblichen Düsen sind besonders groß, wenn mit Viskosen hoher Viskosität, z.B. größer 250 Kugelfallsekunden gearbeit wird. Besonders positive Ergebnisse werden im Bereich 300 bis 500 Kugelfall­sekunden erhalten, bei denen bekannte Verfahren nicht befriedigen.

[0026] In der Praxis genügt für den Aufbau der kaskadenförmigen Viskosebelastung mit dem Keileffekt des Viskosedruckauf­baus das im Beispiel beschriebene System der Doppelbe­aufschlagung von außen und Einfachbeschichtung über die Innendüse. Die Doppelbeaufschlagung liegt vorzugsweise deswegen außen, weil diese Düsen leichter für die Vis­kosezuführung zugänglich sind; sie könnte selbstver­ständlich auch innen liegen.

[0027] Es ist natürlich auch möglich, die Viskose auf noch mehr Einzeldüsen innen und außen aufzuteilen, wenn mehrere Viskoseschichten verschiedenen Aufbaus zur Erzielung be­stimmter Eigenschaften des Zelluloseschlauchs gefordert sind. Dabei kann die Anzahl der Ringdüsen innen oder außen eine gerade oder ungerade Zahl sein.

BEISPIELE

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

[0028] Auf ein Faservlies aus Naturfasern mit 21 g/m² Papier­flächengewicht und 322 mm Schnittbreite wird eine nach üblichen Verfahren hergestellte Viskose mit folgenden Daten aufgetragen.

[0029] Festkörpergehalt Zellulose: 7,7 Gew.-%
Schwefelkohlenstoffeinsatz: 29 Gew.-% auf Zellulose
Natronlauge: 5,7 Gew.%
Polymerisationsgrad: 530

[0030] Die Viskosität dieser Viskose beträgt 410 Kugelfallse­kunden bei 20°C. Diese Viskose läßt sich mit dem üb­lichen Viskosiersystem bei 750 m/h Fertigungsgeschwin­digkeit nur bedingt verarbeiten. Im Überlappungsbereich der Naht wird keine ausreichende Durchtränkung erreicht; es zeigen sich Lufteinschlüsse. Es entsteht eine starke Ungleichmäßigkeit der Viskoserverteilung auf dem Faser­vlies infolge zu hoher Zugkräfte bzw. Reibungskräfte in der Düse. Das Fertigprodukt zeigt stark schwankende Platzdrücke.

Beispiel 2

[0031] Beispiel 1 wird wiederholt, wobei die Viskose aber er­findungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 aufge­tragen wurde. Die Auftragsgeschwindigkeit betrug 750 m/h.

[0032] Es wird ein glatter vollkommen gleichmäßig durchtränkter Zelluloseschlauch erhalten.

[0033] Die Zusammensetzung des fertigen Schlauches betrug:
18,1 g/m Zellulose
31 Gew.-% Glyzerin bezogen auf Zellulose
7 Gew.-% Wasser

[0034] Der Zelluloseschlauch wurde aufgedrückt mit Wasser. Er platzte bei 0,69 bar Überdruck.

[0035] Die Faservlieseinbettung zeigte keine Lufteinschlüsse.

[0036] Die anschließende Lackierung ließ sich auf der besonders ebenen Oberfläche besser durchführen, als dies bei Ware, hergestellt mit Viskose niedriger Viskosität und dem üb­lichen Düsensystem der Fall war.

Beispiel 3

[0037] Beispiel 2 wird wiederholt mit einer Zellulosehülle aus Faservlies mit 17 g/m² Papierflächengewicht und 200 mm Schnittbreite. Es werden die gleichen guten Ergebnisse erhalten.

Beispiel 4

[0038] Es erfolgt eine einseitige Beschichtung mit der Düsen­kombination D1 und D3. Dabei bildet der zylindrische Kalibrierdorn 3 die Abstützung des Vliesschlauches bis zur Beendigung der Viskosebeschichtung. Über die Düse D1 wird eine Viskose aufgebracht entsprechend Beispiel 1. Sie enthält zusätzlich eine Einfärbung. Über Düse D3 wir die gleiche Viskose aufgegeben. Es wird bei einer Geschwindigkeit von 800 m/h ein Faservlies mit 206 mm Schnittbreite und 21 g/m² Papierflächengewicht beschichtet. Es wird eine totale Vlieseinbettung er­reicht mit einwandfreier Nahtdurchtränkung. Die Zelluloseregeneratschicht ist gleichmäßig ohne Farb­streifen.

Beispiel 5 (Vergleich)

[0039] Die Viskosierung erfolgt mit den Stoffen und gleicher Verarbeitungsgeschwindigkeit wie bei Beispiel 4. Eingesetzt wird aber eine übliche Düse, die nur einen mit Viskose unter Druck beaufschlagten Ringspalt besitzt, über den die Viskose auf das Faservlies gelangt.

[0040] Der Zellulosedarm zeigt diesmal keine komplette Ein­bindung der Fasern, sondern klar erkennbar uneinge­bettete Fasern. Die Naht ist nicht hinreichend durch­tränkt un die Hülle bricht bei Druckbelastung, weswegen zusätzlich eine Nahtklebung beim Viskosierprozeß benötigt wird. Die Viskoseverteilung ist erkennbar über die Farbstreifen ungleichmäßig verteilt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Auftragen und Druchtränken von Vliesstoffen mit einer viskosen Flüssigkeit mit Auftragsdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Bahnseite A des Vliesstoffes wenigstens 2 Düsen D1 und D3 in Förderrichtung versetzt angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß auf der der Bahnseite A gegenüberliegenden Bahnseite I eine Düse D2 für die Gegenbeschichtung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß Bahnseite A der Außen- und Bahnseite I der In­nenseite entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß die Düsen ringförmige Schlitzdüsen mit einer Öffnung von 0,3-6 mm sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß die Düsen D1 und D3 um 2 bis 8 mm gegeneinander versetzt sind.

6. Verfahren zum Auftragen und Durchtränken von Vliesstoffen mit einer viskosen Flüssigkeit mit Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Bahnseite A des Vliesstoffes wenigstens 2 Düsen D1 und D3 die viskose Flüssigkeit auftragen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Bahnseite A gegenüberliegende Bahnseite I mit einer Düse D2 beschichtet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Flüssigkeit aus der Düse D3 mit höherem Druck als aus der Düse D1 austritt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt der viskosen Flüssigkeit aus den Düsen so geregelt wird, daß die zu beschichtende Vliesbahn in Richtung des Austritts der Beschich­tungseinrichtung bewegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als viskose Flüssigkeit Viskose verwendet wird.

Zeichnung