DE3248730A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen behandeln einer stoffbahn mit hilfe eines niedertemperaturplasmas - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen behandeln einer stoffbahn mit hilfe eines niedertemperaturplasmasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Behandeln einer Stoffbahn mit Hilfe eines Niedertemperaturplasmas.
Die Stoffbahn kann aus gewebtem, gewirktem oder sogenannten nichtgewebtem Textilmaterial bestehen.
Das Verfahren umfaßt das kontinuierliche Vorbehandeln und Ausrüsten, insbesondere die Harzausrüstung. Die Erfindung
betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Beim Vorbehandeln einer Stoffbahn, z.B. beim industriellen Entschlichten oder Beuchen, werden große Mengen an
Behandlungsagentien, Wasser und Energie verbraucht. Beispielsweise
wird beim Beuchen einer Stoffbahn diese mit einer kaustische oder wasserfreie Soda enthaltenden alkalischen
Lösung und einem Beuchmittel durch Kochen oder Dämpfen zum Löslichmachen von im Stoff enthaltenen wasserabstoßenden
Fremdstoffen behandelt. Daraufhin wird die Stoffbahn mehrmals zum Entfernen der löslichgemachten
Fremdstoffe und der am Stoff haftenden Behandlungsmittel gewaschen und schließlich getrocknet.
Beim Finishen bzw. beim Ausrüsten eines Stoffs, z.B. bei der Imprägnier-, Antistatik- und Schmutzlöse-Behandlung,
wird die Stoffbahn mit einem in Wasser gelösten oder dispergierten Finishmittel behandelt. Auch das Ausrüsten
erfordert also große Mengen an Behandlungsmitteln, Wasser und Energie.
-A-
In diesem Zusammenhang wurde kürzlich vorgeschlagen, eine Stoffbahn einer Niedertemperatur-Plasmabehandlung zwecks
Entschlichtens und Beuchens auszusetzen und weiterhin
das Ausrüsten, z.B. das Harzausrüsten, durch Pfropf-Polymerisation mit Hilfe eines Niedertemperaturplasmas auszuführen.
Im Zusammenhang mit dem Stoffausrüsten durch Pfropf-Polymerisation mit Hilfe eines Niederdruckplasmas
wird beispielsweise in der Zeitschrift "Acta Polymeria",
22_ (1981), Seite 203 beschrieben, daß monomere Akrylsäure
durch ein Plasma auf der Oberfläche von Polyesterfasern zu polymerisieren ist. Ferner wird in der Zeitschrift
"Textile Research Journal", Mai 1972, Seite 307 angegeben, daß eine Fluorverbindung mit Hilfe eines Plasmas
auf Wolle zu polymerisieren ist.
Bei der Niedertemperatur-Plasmabehandlung einer Stoffbahn ist es jedoch notwendig, in der Stoffbahn enthaltene
leichtflüchtige Materialien soweit wie möglich auszutreiben, bevor die Stoffbahn in die Niedertemperatur-Plasmabehandlungskammer
gelangt. Das ist erforderlich, weil in der Stoffbahn enthaltene leichtflüchtige Materialien
sonst in die Niedertemperatur-Plasmaatmosphäre der Behandlungskammer
gelangen würden. Dadurch ermäßigte sich der Unterdruck in der Behandlungskammer, so daß das Entstehen
des Niedertemperaturplasmas behindert und Nebenreaktionen gefördert würden, weil die flüchtigen Materialien selbst
als Niedertemperaturplasma wirkten. Da die Lebensdauer der Aktivierung der Stoffbahnoberfläche als Folge der
Behandlung mit dem Niedertemperaturplasma sehr kurz ist, muß die Polymerisation mit dem polymerisierbaren Monomer
sofort nach der Niedertemperatur-Plasmabehandlung erfolgen.
BAD ORIGINAL
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln eines Stoffs mit einem
Niedertemperaturplasma zu schaffen. Insbesondere sollen Verfahren und Vorrichtung so ausgebildet werden, daß in
der Stoffbahn anfänglich enthaltene leichtflüchtige Substanzen
in einer für die nachfolgende Behandlung in der Niedertemperatur-Plasmakammer ausreichenden Weise auszutreiben
sind. Bei Anwendung des Verfahrens zur Pfropf-Polymerisation wird ferner angestrebt, Verfahren und Vorrichtung
so auszubilden, daß das Polymerisieren rechtzeitig noch während der durch das Plasma bewirkten Aktivierung
der Stoffbahnoberfläche auszuführen ist. Für das Verfahren eingangs genannter Art besteht die Lösung darin,
daß die Stoffbahn durch Erhitzen in Unterdruck getrocknet und dann, ohne mit einer Normaldruckatmosphäre
in Berührung zu kommen, durch eine Niedertemperatur-Plasmaatmosphäre geführt wird. Bei Anwendung des Verfahrens
zur Pfropf-Polymerisation wird die plasmabehandelte Stoffbahn vorzugsweise in einer weiteren Unterdruckkammer einer
Niedertemperatur-Plasmapolymerisation in bzw. mit einem polymerisierbaren, monomeren Gas ausgesetzt.
Bei einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln einer Stoffbahn mit Hilfe eines Niedertemperaturplasmas
besteht die Erfindung insbesondere darin, den Niedertemperatur-Plasmareaktor in drei, in Reihe geschaltete Kammern,
nämlich eine erste Unterdruckkammer, eine Niedertemperatur-Plasmakammer und eine zweite Unterdruckkammer,
zu unterteilen. Die in der Stoffbahn anfänglich enthaltenen leichtflüchtigen Substanzen werden durch Verflüchtigung
in der ersten Unterdruckkammer entfernt. Die Niedertemperatur-Plasmabehandlung wird in der Plasmakammer ausgeführt,
ohne die Stoffbahn vorher einer Normaldruck-Atmos
phäre auszusetzen. Im Falle der Anwendung für die Pfropf-Polymerisation, wird diese Behandlung in der zweiten
Unterdruckkammer unmittelbar nach der Einwirkung des Niedertemperaturplasmas durchgeführt.
Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden Einzelheiten der Erfindung erläutert» Es
zeigen;
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum kontinuierlichen
Behandeln einer Stoffbahn mit einem Niedertemperaturplasma; und
Fig.2 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1 zum
Harzausrüsten durch Pfropf-Polymerisation.
In Fig. 1 wird ein Reaktor 1 dargestellt, in dem eine Stoffbahn 2 kontinuierlich mit einem Niedertemperaturplasma
zu behandeln ist. Der Niedertemperatur-Plasmareaktor
1 besitzt einen Einlaß 3 und einen Auslaß 4 zum kontinuierlichen Hindurchführen einer zu behandelnden Stoffbahn
2 durch den Reaktor 1. Der Einlaß 3 und der Auslaß 4 besitzen Einlaßschleusen 5 bzw. Auslaßschleusen 6, durch
die die Stoffbahn 2 kontinuierlich in den Reaktor 1 hinein bzw. aus diesem wieder herauszuführen ist, das Innere
des Reaktors aber auf einem Unterdruck von etwa 0,13 bis 13 mbar, vorzugsweise zwischen etwa 0,6 und 2,7 mbar,
zu halten ist. Es können vom Patentinhaber entwickelte
Schleusen eingesetzt werden. Das Innere des Reaktors 1 wird mit Hilfe von Trennwänden 7 in drei Kammern, nämlich
in eine erste Unterdruckkammer 9, eine Niedertemperatur-Plasmakammer 10 und eine zweite Unterdruckkammer 11, unterteilt,
die auf dem Transportweg der Stoffbahn 2 in Reihe nacheinander folgen. Die Trennwände 7 werden mit
Dichtrollen· 12 ausgestattet, durch die die Stoffbahn 2 hindurchzuführen ist, aber das jeweilige Gas nicht von
einer Kammer in die benachbarte Kammer gelangen kann. Anstelle der Abdichtrollen 2 können auch Dichtlippen eingesetzt
werden.
In der ersten Unterdruckkammer 9 werden Mittel zum Kontakttrocknen
der Stoffbahn 2, z.B. zu heizende Trockenzylinder 13, vorgesehen. Zum Trocknen des Stoffs können
auch Mikrowellentrockner, Infrarottrockner und dergleichen eingesetzt werden. Im Innern der Niedertemperatur-Plasmakammer
10 werden die erforderlichen Mittel für eine Niedertemperaturplasmabehandlung vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel
wird hierzu ein Elektrodenplattenpaar 14, 15 eingesetzt, dessen Einzelplatten oberhalb und unterhalb
des Stoffbahnwegs angeordnet werden. Eine der Elektrodenplatten, z.B. die Platte 14, wird auf einen elektrischen Hochfrequenzoszillator (nicht gezeichnet) geschaltet.
Die andere Elektrodenplatte, z.B. die Platte 15, kann dann geerdet werden. Die Elektrodenplatten 14
und 15 werden aus Maschendraht oder porösem Metall hergestellt, um ein Gas gleichförmig über die gesamte Plattenfläche
verteilen zu können und so auf der gesamten Elektrodenfläche ein überall gleiches Niedertemperaturplasma
zu erzeugen sowie das durch die elektrischen Hochfrequenzwellen aktivierte Gas nahezu gleichförmig in der Elektro-
dennähe fließen zu lassen. Dabei dient eine Gasdüse 16
zum gleichmäßigen Beblasen der Elektrodenplatte 14, während eine Gasableitung 17 auf der der Gasdüse 16 gegenüberliegenden
Seite an eine nicht gezeichnete Vakuumpumpe anzuschließen ist, um das von der Gasdüse 16 kommende Gas
durch die Elektrodenplatten 14 und 15 und damit auch durch die Stoffbahn 2 hindurchzuziehen. In der zweiten
Unterdruckkammer 11 wird eine Leitwalze 18 vorgesehen. Die Unterdruckkammern 9 und 11 besitzen außerdem Absaugleitungen
19 und 20.
Im folgenden wird die Funktion des vorstehend beschriebenen Reaktors erläutert. Eine zu behandelnde Stoffbahn 2
wird durch den Reaktor 1 geführt. Eine nicht gezeichnete Vakuumpumpe wird eingeschaltet, um den Reaktor 1 durch
die Absaugleitungen 19 und 20 sowie durch die Gasleitung 17 zu evakuieren, bis der Unterdruck in der ersten und
zweiten Unterdruckkammer 9 und 11 zwischen etwa 13 und 130 mbar sowie in der Niedertemperatur-Plasmakammer 10
nicht mehr als etwa 0,65 mbar beträgt. Wenn der Unterdruck in den drei .Kammern wie oben angegeben eingestellt
ist, werden die in der ersten Unterdruckkammer 9 vorgesehenen Trocknungsmittel in Betrieb gesetzt und ein Gas
wird über die Gasdüse 16 in die Niedertemperatur-Plasmakammer 10 eingelassen, bis zu einem Unterdruck in der
Kammer von etwa 0,13 bis 13 mbar, vorzugsweise zwischen etwa 0,6 und 2,7 mbar, während die Elektrodenplatte 14
mit elektrischer Hochfrequenz von vorzugsweise etwa 1 KHz bis 300 MHz beaufschlagt wird. Das zuzuführende Gas ist
Luft, Argon, Helium, Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und dergleichen. Der Grund dafür, daß der Unterdruck
in der Niedertemperatur-Plasmakammer 10 auf Werte zwischen
BAD ORIGINAL
etwa 0,13 und 13 mbar beschränkt wird, liegt darin, daß ein Niedertemperaturplasma bei Unterdrucken von mehr als
etwa 13 mbar instabil wird und bei Werten von weniger als etwa 0,13 mbar nur mit erhöhten Investitions- und Betriebskosten, insbesondere wegen der Vakuumpumpe und der
Schleusen, aufrechtzuerhalten ist und außerdem die Konzentration des Niedertemperaturplasmas so gering wird, daß
darunter der Behandlungseffekt leidet.
Wenn Gas von der Gasdüse 16 auf das mit elektrischer Hochfrequenzenergie
beaufschlagte Elektrodenpaar 14 und 15
geleitet wird entsteht ein Niedertemperaturplasma in der Plasmakammer 10. Wenn dann die Stoffbahn 2 durch den Reaktor
1 geleitet wird, wird sie zunächst in der ersten Unterdruckkammer 9 getrocknet, um leichtflüchtige Substanzen
zu entfernen, und daraufhin mit dem Niedertemperaturplasma in der Plasmakammer 10 ausgerüstet sowie schließlich
auf dem Wege durch die zweite Unterdruckkammer 11 aus dem Reaktor 1 herausgeführt.
Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht also aus einem Paar von Unterdruckkammern unmittelbar
vor und hinter der Niedertemperatur-Plasmabehandlungskammer. Die Kammern werden so angeordnet, daß eine
Stoffbahn kontinuierlich hindurchzuführen ist. In der ersten Unterdruckkammer werden Heizmittel zum Austreiben
leichtflüchtiger Substanzen aus der in die Plasmakammer einzuführenden Stoffbahn vorgesehen. Bei Eintritt in die
Niedertemperatur-Plasmabehandlungskammer ist die Stoffbahn daher von leichtflüchtigen Substanzen befreit, so
daß die Niedertemperaturplasmaatmosphäre in der Plasma-
kammer in befriedigender Weise aufrechtzuerhalten ist. Insbesondere ist daher eine Störung des gewünschten Niederternperaturplasmas
nicht zu befürchten und auch eine Änderung des Plasmas durch Bildung eines Plasmas aus den
leichtflüchtigen Substanzen kann praktisch nicht eintreten. Die beiden Unterdruckkammern vor und hinter der
Plasmakammer dienen dazu, den bestimmten Unterdruck in der eigentlichen Plasmakammer aufrechtzuerhalten und dadurch
den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Behandlungsergebnis zu verbessern.
Eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1 wird in Fig. 2 beschrieben. Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist insbesondere
vorteilhaft anzuwenden beim Harzausrüsten durch Pfropf-Polymerisation unter der Wirkung eines Niedertemperaturplasmas.
Gleiche oder sich entsprechende Teile werden in Fig. 2 ebenso wie in Fig. 1 bezeichnet.
Zum Unterschied von Fig. 1 besitzt die Vorrichtung nach Fig. 2 eine Gaszuleitung 21 und eine Absaugleitung 22
an der zweiten Unterdruckkammer 11, die dazu dienen, ein monomeres Gas für die Pfropf-Polymerisation durch diese
Kammer zu leiten.
Bei Betrieb dieser Vorrichtung werden die erste Unterdruckkammer 9 und die Plasmakammer 10 ähnlich wie im Beispiel
1 aufgebaut und betrieben. In die zweite Unterdruckkammer 11 wird jedoch ein polymerisierbares monomeres
Gas über die Gaszuleitung 21 eingeblasen. Die Art des
BAD ORIGINAL
monomeren Gases selbst und sein Unterdruck werden den
Erfordernissen des Einzelfalls entsprechend angepaßt. Vorzugsweise verwendete Gase sind Monomere, wie Akrylsäure,
Akrylsäureester und Methakrylsäureester. In der zweiten Unterdruckkammer 11 verbliebene Luft kann in einigen
Fällen als Polymerisationsinhibitor wirken. Es kann daher erforderlich sein, die Luft in dieser Kammer über
die Leitungen 21 und 22 durch ein Monomer zu ersetzen. Das abgesaugte Monomer kann nach Entfernen von Verunreinigungen
wieder verwendet werden.
Nach diesen Vorbereitungen wird eine zu behandelnde Stoffbahn 2 durch den Reaktor geführt und zunächst zum Austreiben leichtflüchtiger Substanzen in der ersten Unterdruckkammer
9 getrocknet. Die Oberfläche des Stoffs wird dann durch die Wirkung des Niedertemperaturplasmas in der Plasmakammer
10 aktiviert. Schließlich folgt als letzter Schritt die Pfropf-Polymerisation unter der Wirkung der
Niedertemperatur-Plasmaaktivierung des Stoffs in der zweiten Unterdruckkammer 11. Ein mit dem Niedertemperäturplasma
in der Plasmakammer 10 aktivierter Stoff wird dabei sofort nach dem Aktivieren und ohne zwischenzeitlichen
Kontakt mit Luft unter Normaldruck mit dem polymerisierbaren, monomeren Gas in der zweiten Unterdruckkammer
behandelt. Auf diese Weise läßt sich durch Plasma-Polymerisieren
eine ausgezeichnete wirkungsvolle Ausrüstung einer textlien Stoffbahn erzielen.
Leerseite
BAD ORIGINAL
Claims (4)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Behandeln einer Stoffbahn
(2) mit Hilfe eines Niederternperaturplasmas, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stoffbahn (2) durch Erhitzen in
Unterdruck getrocknet und dann, ohne mit einer Normaldruckatmosphäre in Berührung zu kommen, durch eine Niedertemperatur-Plasmaatmosphäre
geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die plasmabehandelte Stoffbahn (2) in Unterdruck
einer Niedertemperatur-Plasmapolymerisation in bzw. mit einem polyrnerisierbaren, monomeren Gas ausgesetzt
wird.
3. Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln einer Stoffbahn (2) mit Hilfe eines Niedertemperaturplasmas, gekennzeichnet durch
einen Niedertemperatur-Plasmareaktor (1)
mit drei in Reihe geschalteten Kammern, nämlich einer ersten Unterdruckkammer (9), einer Niedertemperatur-Plasmabehandlungskammer
(10) und einer zweiten Unterdruckkammer (11), und durch Heizmittel (13) in der ersten Unterdruckkammer
(9) zum Austreiben von in der in die Niederternperatur-Plasmabehandlungskarnmer
(10) einzuführenden Stoffbahn (2) enthaltenen leichtflüchtigen Substanzen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Gaseinlaßrohr (21) und ein Gasauslaßrohr (22) in der
zweiten Unterdruckkammer (11) für zu polymerisxerendes Gas.
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