DE3530770A1 - Verfahren und anlage zur schlichtebereitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Textilindustrie und betrifft insbesondere eine Vervollkommnung eines Verfahrens zur Schlichtebereitung und eine Anlage zur Durchführung desselben.

Die Erfindung kann zur Bereitung der Schlichte verwendet werden, die auf die Kettfäden zur Verbesserung ihrer physikalisch-mechanischen Eigenschaften vor dem Weben aufgetragen wird.

In der Arbeitszone der Webmaschine werden die Kettfäden wechselnden Biege- und Zugbelastungen unterworfen, was zum Bruch eines Teils derselben führt.

Zum Verbessern der physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Kettfäden werden diese geschlichtet, wodurch einzelne Faserfäden im Innern der Kettfäden miteinander verkleben und auf ihrer Oberfläche ein glatter Polymerfilm gebildet wird. Dadurch wird die Bruchhäufigkeit der Kettfäden in der Weberei sehr stark verringert.

Als Filmbildner werden synthetische Klebemittel (Polyvinylalkohol, Karboxymethylzellulose u. a.) sowie natürliche Stärkeprodukte verschiedenartigen Ursprungs (aus Kartoffel, Mais u. a.) angewendet.

Die Schlichte auf der Basis von Stärkeprodukten weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber den synthetischen Schlichtmitteln auf: relative Preisgünsigkeit und geringer Aufwand für die Abwasserrreinigung beim Entschlichten von Rohrgeweben. Allerdings kann ein hochwertiger Film aus Stärkeschlichte nur unter der Bedingung hergestellt werden, daß ein hoher Spaltungsgrad von Stärkekörnern während der Schlichtebereitung erreicht wird.

Bei in der Schlichte vorhandenen ungespaltenen Stärkekörnern wird ein ungleichartiger, spröder Film erhalten, der beim Weben zerbröckelt. Darüber hinaus ist die in der Schlichte in ungespaltenem Zustand enthaltene Stärke an der Filmbildung nicht beteiligt und geht also verloren.

Bekannt ist ein Verfahren zur Schlichtebereitung aus Stärkeprodukten durch Suspendierung von Stärkeprodukten im Wasser unter nachfolgender Spaltung von Stärkekörnern durch deren Erhitzung in Gegenwart eines chemischen Spaltungsmittels, beispielsweise Chloramin, bis zum Sieden und durch darauffolgendes Kochen während 30 bis 40 Min. (siehe z. B. F.N. Plekhanov, "Sovensherstvovanie mashin i protsessov khlopko-tkatskogo proizvodstva" [Vervollkommnung von Maschinen und Prozessen der Baumwollweberei], Moskau, Verlag "Legkaya Industriya", 1976, S. 30-31).

Nachteil dieses Verfahrens ist ein langer Schlichtebereitungsprozeß, hoher Energieaufwand wegen der langen Prozeßdauer, Korrosion der Ausrüstungen infolge der Einführung von chemischen Oxydationsmitteln, komplizierte Regelung des Prozesses.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Anlage zur Durchführung desselben am nächsten kommen ein Verfahren und eine Anlage zur Schlichtebereitung aus Stärkeprodukten unter Ausnutzung der spaltenden Wirkung von Ultraschall auf die Stärkekörner (SU-PS 1 53 715).

Gemäß diesem Verfahren zur Schlichtebereitung und der Anlage zur Durchführung desselben wird in einem Kocher die Suspension des Stärkeprodukts im Wasser unter Umrühren mittels eines im Kocher untergebrachten mechanischen Rührwerks mit nachfolgendem Hindurchgleiten der Suspension durch ein Ultraschallrohr mit einem großen Düsenschlitz zubereitet, das mit dem Kocher mittels einer Pumpe verbunden ist. Der aus der Düse mit einer hohen Geschwindigkeit austretende Suspensionsstrahl schlägt gegen einen im Ultraschallrohr angebrachten Vibrator. Die Schwingungen des Vibrators in der Flüssigkeit bewirken die Dispergierung der Stärkeproduktteilchen. Zum besseren Quellen des Stärkeproduktes wird Ätznatron in die Suspension eingeführt. Danach wird die Suspension mit direktem Dampf bis auf 94°C erhitzt. Zum Spalten von Stärkeprodukten in der Suspension wird sie mehrfach durch ein Ultraschallrohr mit verkleinertem Düsenschlitz hindurchgetrieben, welche Düse in einem geringeren Abstand vom Vibrator als die erste Düse liegt.

Im Augenblick der Stärkeverkleisterung erreicht die Viskosität der Schlichte einige zehntausend Zentipoise. Die Intensität der Ultraschallschwingungen fällt in solch einem zähen Medium mit zunehmendem Abstand von der Schwingungsquelle rasch ab. Weil die Geschwindigkeit der Suspensionserhitzung durch Dampf nicht kontrolliert wird (der Kontrolle unterliegt nur die Endtemperatur) und mit der Geschwindigkeit der Stärkespaltung nicht zusammenhängt, tritt die Erscheinung des Stärkeankochens auf, die darin besteht, daß nur die Oberflächenschichten der Stärkeklümpchen verkleistert werden und der entstehende Kleisterfilm das Eindringen von Wasser ins Innere der Klümpchen verhindert. Für die Zerstörung dieser Klümpchen der angekochten Stärke ist viel mehr Energie als zum Spalten von Stärkekörnern erforderlich. Als Folge davon nimmt der Energieaufwand zu, und die Schlichte wird ungleichartig. Obwohl man zur Gewinnung einer feindispersen Suspension von Stärkeprodukten hochtourige Turbomischer verwendet und eine Ultraschallbearbeitung vornimmt, gelingt es trotzdem nicht, die in der Suspension enthaltenen Stärkeklümpchen auf einzelne Körner zu zerteilen.

Im bekannten Verfahren und in der bekannten Anlage zur Durchführung desselben wird nur ein geringer Anteil der von der Pumpe verbrauchten Energie in die Energie der Ultraschallschwingungen umgewandelt. Praktisch die gesamte Pumpenleistung wird für die Überwindung des Widerstandes gegen den Strom der hochviskosen Flüssigkeit in den Rohrleitungen aufgebraucht, so daß die Zeit und der Energieaufwand für die Schlichtebereitung erheblich zunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schlichtebereitung auf der Basis von Stärkeprodukten sowie eine Anlage zur Durchführung desselben zu schaffen, die die Erzielung einer hundertprozentigen Spaltung der Stärkekörner dank veränderter Technologie der Schlichtebereitung und konstruktiver Abänderungen in der Anlage gewährleisten.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst. Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schlichtebereitung gewährleistet eine hundertprozentige Spaltung der Stärkekörner.

Die gestellte Aufgabe wird ferner durch die im Patentanspruch 3 beschriebene Anlage zur Schlichtebereitung gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sind Gegenstand der Patentansprüche 4 und 5.

Die erfindungsgemäße Anlage mit den in ihr angewendeten, im Kocher angeordneten magnetostriktiven Wandlern gewährleistet eine ausgeprägte Kavitation im gesamten Suspensionsvolumen und ermöglicht es, bei Erreichen einer entsprechenden Temperatur eine hundertprozentige Spaltung der Stärkekörner zu erzielen. Das im Kocher vorhandene Heizelement gestattet es, den für die Suspensionserhitzung erforderlichen Aufwand an Ultraschallenergie herabzusetzen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläuert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage zur Schlichtebereitung;

Fig. 2, 3 Längsschnitt II-II (Fig. 3) bzw. Querschnitt III-III (Fig. 2) des Kochers der Anlage zur Schlichtebereitung und

Fig. 4 eine Ausführungsform der Anlage zur Schlichtebereitung mit einer Wärmeenergiequelle.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Schlichtebereitung enthält zwei identische Behälter 1 und 2 (Fig. 1) zur Zubereitung einer Wasser-Stärke-Suspension. Jeder der Behälter 1 und 2 ist über eine Rohrleitung 3 mittels gesteuerter Ventile 4 bzw. 5 mit einer Druckluftvorrichtung 6 zum Dosieren und Zuführen von Stärkeprodukten und über eine Rohrleitung 7 mittels gesteuerter Ventile 8 bzw. 9 mit einem Behälter 10 zur Zuführung von vorgewärmtem Wasser verbunden. Jeder Behälter 1 und 2 ist mit einem Schnellmischer 11 bzw. 12 ausgestattet. Jeder Behälter 1 und 2 ist über die Rohrleitung 13 mittels gesteuerter Ventile 14 bzw. 15 mit einem Kocher 16 verbunden. An zwei entgegengesetzten Wänden des Kochers 16 sind magnetostriktive Wandler 17 angebracht, deren Abstand so bemessen ist, daß die Entstehung einer ausgeprägten Kavitation im gesamten Volumen der zu behandelnden Suspension gewährleistet wird.

Am Ausgang des Kochers 16 ist ein Schlichtetemperaturgeber 18 angebracht, der mit dem Eingang einer Vergleichseinheit 19 verbunden ist, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Solltemperatureinstellers 20 verbunden ist. Der Ausgang der Vergleichseinheit 19 ist mit einem Schlichtemengenregler 21 verbunden, der an einer Rohrleitung 22 angebracht ist, welche den Kocher 16 mit einem Ausgabebehälter 23 verbindet. An einer den Behälter 23 mit der nicht gezeigten Schlichtmaschine verbindenden Rohrleitung 24 kann ein gesteuertes Ventil 25 angebracht sein.

Denkbar ist ferner eine Ausführungsform der Anlage zur Schlichtebereitung, die einen Behälter zur Zubereitung einer Wasser-Stärke-Suspension enthält. In diesem Fall fällt jedoch die Arbeitsleistung der Anlage sehr stark ab, weil der Prozeß der Schlichtebereitung für die Dauer der Zubereitung einer nächsten Portion der Wasser-Stärke- Suspension unterbrochen wird.

Der Kocher (Fig. 2, 3) der Anlage zur Schlichtebereitung ist in Gestalt einer Rinne rechteckigen Querschnitts ausgeführt, die unter einem Winkel von mindestens 10° zur horizontalen Ebene angeordnet ist.

An zwei entgegengesetzten Wänden 26, 27 der Rinne sind magnetostriktiven Wandler 17 mit Strahlungsplatten 28 angebracht, wobei der Abstand h zwischen den einander gegenüberliegenden Wandler aus der folgenden Beziehung ermittelt:
h = A · k · W/S, worin bedeutet:
W - Leistung eines magnetostriktiven Wandlers 17,
k - dimensionaler Proportionalitätsfaktor cm³ /W,
A - Zahlenfaktor, der der Ungleichung 2,5 A ≦ωτ 3,0 genügt,
S - Fläche der Strahlungsplatten 28 der magnetostriktiven Wandler 17.

Denkbar ist eine Ausführungsform der Anlage zur Schlichtebereitung, wenn zur Erhitzung der Schlichte im Kocher 16 (Fig. 4) zum Nachspeisen der aufgewendeten Ultraschallenergie zusätzlich ein Heizelement 29 angeordnet ist, das in der Mittelebene des Kochers 16 liegt und über die gesamte Länge des letzeren gleichmäßig verteilt ist. Die magnetostriktiven Wandler 17 sind an einen Ultraschallerzeuger 30 über einen Leistungsmesser 31 angeschlossen.

Der Ausgang des Leistungsmessers 31 ist mit dem Leistungsregler 32 des Heizelements 29 verbunden, das an eine Heizquelle 33 angeschlossen ist.

Das Verfahren zur Schlichtebereitung auf der Basis von Stärkeprodukten wird in einer Anlage zur Schlichtebereitung folgenderweise realisiert.

Eine vorgeschriebene Stärkemenge wird von der Dosiervorrichtung 6 (Fig. 1, 4) einem der Behälter 1 bzw. 2 zur Zubereitung der Wasser-Stärke-Suspension, beispielsweise dem Behälter 2, zugeführt. Demselben Behälter 2 wird aus dem Behälter 10 eine vorgeschriebene Menge Wasser zugeführt, das auf eine um 2 bis 3°C tiefere Temperatur als die Temperatur des Verkleisterungsbeginns der eingesetzten Stärke (d. h. beim Einsatz von Kartoffelstärke auf eine Temperatur von ∼57°C) vorgewärmt wurde. Im Behälter 2 werden Stärke und Wasser vom Schnellmischer 12 bis zur Gewinnung einer Wasser-Stärke-Suspension vermischt. Aus dem Behälter 2 gelangt die Suspension über die Rohrleitung 13 durch das Ventil 15 in den kontinuierlich funktionierenden Kocher 16.

Während des Durchgangs durch den Kocher 16 wird die Wasser- Stärke-Suspension einer Behandlung in einem Kavitationsfeld unterzogen, das in derselben unter der Einwirkung des von den Platten 28 (Fig. 2, 3) der magnetostriktiven Wandler 17 ausgestrahlten Ultraschalls entsteht, und dank der Aufnahme der zugeführten Ultraschallenergie erhitzt. Sobald die Suspensionstemperatur die Temperatur des Verkleisterungsbeginns der Stärke (die beispielsweise für Kartoffelstärke 57°C, für Maisstärke 68°C beträgt) erreicht hat, nimmt die Größe der Stärkekörner durch Hydratation um mehr als das 200-fache zu. Unter der Wirkung der in der Suspension beim Platzen der Kavitationsblasen entstehenden Kräfte werden die verkleisterten Stärkekörner in einzelne Amylosemoleküle - Amilopektine - gespalten. Da nicht alle Stärkekörner gleiche Abmessungen haben, geht der Prozeß ihrer Verkleisterung nicht bei einer bestimmten Temperatur, sondern in einem Temperaturbereich vonstatten, dessen obere Grenze um 12 bis 15°C höher als die Temperatur des Verkleisterungsbeginns liegt. In dem Augenblick, in dem die Suspensionstemperatur die obere Grenze erreicht hat, sind sämtliche in der Suspension enthaltenen Stärkekörner in einzelnen Moleküle gespalten. Dadurch verwandelt sich die Suspension in einen gleichartigen Kleister - die Schlichte - mit hundertprozentig gespaltenen Stärkekörnern.

Die Temperatur, die der oberen Verkleisterungsgrenze der Stärkekörner, d. h. um 12 bis 15°C höher ist als der Verkleisterungsbeginn, wird im Solltemperatureinsteller 19 eingestellt.

Gleichzeitig mit der Ultraschalleinwirkung kann die Suspension mit Hilfe eines Heizelements 9 (Fig. 4) unter der Bedingung vorgewärmt werden, daß die Menge der von der Suspension von diesem Heizelement aufgenommenen Wärmeenergie die Menge der von der Suspension bei deren Behandlung nur mit Ultraschall aufgenommenen Energie nicht übersteigt.

Die Verweilzeit der Suspension im Kocher 16 wird von Mengenregler 21 reguliert, bei dem der Öffnungsgrad des Ventils von der Vergleichseinheit 19 gemäß der jeweiligen Differenz zwischen der Schlichtetemperatur am Ausgang des Kochers 16, die vom Geber 18 gemessen wird, und dem Wert der im Solltemperatureinsteller 20 eingestellten Temperatur verändert wird.

Wenn die Schlichtetemperatur am Ausgang des Kochers 16 niedriger als die vorgegebene ist (d. h. die Schlichte hat nicht die Energie aufgenommen, die zum hundertprozentigen Spalten der Stärkekörner erforderlich ist), so wird am Ausgang der Vergleichseinheit 19 ein Signal erzeugt, gemäß welchem der Öffnungsgrad des Ventils des Mengenreglers 21 so lange verringert wird, bis das Signal am Ausgang der Vergleichseinheit 19 gleich Null geworden ist. Dies bedeutet dann, daß die Schlichtetemperatur am Ausgang des Kochers 16 der oberen Temperaturgrenze der Stärkekörnerverkleisterung gleich geworden und eine hundertprozentige Spaltung der Stärkekörner gewährleistet ist.

Ist aber die vom Temperaturgeber 18 am Ausgang des Kochers 16 gemessene Schlichtetemperatur höher als der Wert der im Solltemperatureinsteller 20 eingestellten Temperatur, so bedeutet das, daß nicht nur eine hundertprozentige Spaltung der Stärkekörner erreicht, sondern daß die Schlichte übermäßig erhitzt ist. Daher wird zur Senkung des zur Schlichtebereitung erforderlichen Ultraschallenergieaufwandes am Ausgang der Vergleichseinheit 19 ein Signal erzeugt, gemäß welchem der Öffnungsgrad des Ventils des Mengenreglers 21 so lange zunimmt, bis die Schlichtetemperatur am Ausgang des Kochers 16 dem Wert der im Solltemperatureinsteller 20 eingestellten Temperatur gleich geworden ist.

Die fertige Schlichte fließt in den Behälter 23 zur Speicherung und Ausgabe derselben.

Während die z. B. im Behälter 2 zubereitete Wasser-Stärke- Suspension im Kocher 16 erfindungsgemäß behandelt wird, werden dem Zubereitungsbehälter 1 Stärke und Wasser zugeführt und in diesem die Wasser-Stärke-Suspension zubereitet. Sobald der Behälter 2 geleert ist, wird das Ventil 15 geschlossen und das Ventil 14 geöffnet. Dem Kocher 16 wird nun die Suspension aus dem Behälter 1 zugeleitet, und im Behälter 2 beginnt die Zubereitung einer neuen Suspensionsportion. Dies erlaubt es, den diskreten Prozeß der Suspensionszubereitung mit dem kontinuierlichen Prozeß des Schlichtekochens zu vereinigen.

Somit gestattet die Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens und der Anlage zur Realisierung desselben, eine hochwertige Schlichte herzustellen. Die angegebenen Temperaturparameter, die dank einem bestimmten Abstand zwischen den magnetostriktiven Wandler erzielbar sind, ermöglichen es bei im gesamten Volumen der zu behandelnden Suspension vorhandener starker Kavitation, eine hundertprozentige Spaltung der Stärke unter minimalem Energieaufwand sicherzustellen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Schlichtebereitung, das einschließt
- Suspendierung von Stärkeprodukten in Wasser,
- Spaltung der suspendierten Stärkeprodukte unter Ultraschalleinwirkung,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Suspendierung der Stärkeprodukte bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Verkleisterungsbeginns der Stärkeprodukte erfolgt,
- die Spaltung der Stärkeprodukte mittels Ultraschall unter einer sich im gesamten Volumen der zu behandelnden Suspension entwickelnden Kavitation so lange durchgeführt wird, bis die Temperatur des sich bildenden Kleisters die Temperatur des Verkleisterungsbeginns der Stärke um 12 bis 15°C überschritten hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- gleichzeitig mit der Ultraschalleinwirkung die Suspension zusätzlich unter der Bedingung erhitzt wird, daß die Menge der von der Suspension infolge der zusätzlichen Erwärmung aufgenommenen Wärmeenergie die Menge der von ihr bei der Ultraschalleinwirkung aufgenommenen Wärmeenergie nicht übersteigt.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die enthält
- einen Kocher (16),
- einen Behälter (1,2) zur Zubereitung einer Wasser- Stärke-Suspension, der mit dem Eingang des Kochers (16) verbunden ist,
- einen Behälter (23) zur Speicherung und Ausgabe der Schlichte, der mit dem Ausgang des Kochers (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- an den einander entgegengesetzten Wänden des Kochers (16) magnetostriktive Wandler (17) zur Umwandlung der elektrischen Energie in Ultraschallenergie angebracht sind und der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden magnetostriktiven Wandler so bemessen ist, daß eine starke Kavitation im gesamten Volumen der zu behandelnden Suspension gewährleistet wird,
- am Ausgang des Kochers (16) ein Schlichtemengenregler (21) angeordnet ist, der mit dem Ausgang einer Vergleichseinheit (19) verbunden ist,
- der eine von den Eingängen der Vergleichseinheit (19) an einem Schlichtetemperaturgeber (18) angeschlossen ist, der am Ausgang des Kochers (16) angeordnet ist, während der andere Eingang derselben an einem Solltemperatureinsteller (20) liegt.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Kocher (16) in Gestalt einer Rinne rechteckigen Querschnitts ausgeführt ist,
- der Abstand h zwischen den einander gegenüberliegenden magnetostriktiven Wandler (16), die sich an entgegengesetzten Wänden (26, 27) des Kochers (16) befinden, aus der folgenden Beziehung ermittelt wird:
h = A · k · W/S, worin bedeutet:
W - Leistung eines magnetostriktiven Wandlers (17),
k - dimensionaler Proportionalitätsfaktor cm³ /W,
A - Zahlenfaktor, der der Ungleichung 2,5 A ≦ωτ 3,0 genügt,
S - Fläche der Strahlungsplatten (28) der magnetostriktiven Wandler (17).

5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- zwischen den Strahlungsplatten (28) der magnetostriktiven Wandler (17) ein Heizelement (29) angeordnet ist, das über die Länge des Kochers (16) gleichmäßig verteilt und über einen Leistungsregler (32) an eine Heizquelle (33) angeschlossen ist,
- der Eingang des Leistungsreglers (32) mit einem Ultraschallenergie- Leistungsmesser (31) verbunden ist.