Nano Mikro Technologien f�r Materialbahnveredelungen

hardy55 — 2008-03-18T15:08:55+01:00

In bestimmten Applikationsbereichen werden Zigaretten-, Mundstückbelag-, Filter-, beschichtete Spezial-, Kraft-, Sack- oder Verpackungspapierbahnen, Vliesstoffe, spun bonded nonwoven, technische Textilien, Fabrics und Laminate mit Flächengewichten von 20 g/m2 bis zu 140 g/m2 elektrostatisch ESP Nano, Mikro oder Laser- oder mechanisch Mikro oder Makro perforiert. Unter elektrostatischer ESP NANO, MIKRO PERFORATION sind statistisch unregelmäßig verteilte, in der Größe um ca. 40 % variierende und analog hierzu unter LASER oder Mikro/Makro mechanische PERFORATION, gleichmäßig angeordnete und im Durchmesser etwa gleichgroße, nach Möglichkeit runde, gradfreie Löcher und Lochreihen verschiedenster Anordnung zu verstehen.

Die mit dem menschlichen Auge unsichtbaren, durch Blümlein- und Mikroendladungen im Plasmatunnelkanal erzeugte elektrostatische ESP Nano oder Mikroperforationen können flächen- wie auch zonenförmig in bestimmten Abständen innerhalb der Bahnen verteilt sein, wobei erzielbare Lochgrößen sich im Bereich von 0.1 - 80 µm Durchmesser und Lochsequenzen von 1.5 – 16 Million Poren pro Sekunde bewegen.

Zonen Anordnungen sind in Breiten von 2 bis 6 mm und mit Porendichten von 120 - 250 Poren pro cm2 ausgeführt, wobei Flächenperforationen Lochdichten bis zu 2 Million Poren pro m2 generieren. ESP Perforationen ermöglichen Porositätsbereiche von 80 – 2500 C.U. ( Coresta Units ml/2cm2/min ), Bahnbreiten von 100 bis 2000 mm bei Bahngeschwindigkeiten bis zu 500 m/min, abhängig von der Porosität und Materialkonsistenz zur Perforierbarkeit.

IPM – International Perforation Management
high-tech engineering - China – Germany - Thailand
http://www.microperforation.com
http://www.microperforation.com.cn
http://www.deguodaguan.com/ipm/
http://www.dk3qv.de

Anforderungsprofile

Einer der Kardinalforderungen die für viele Applikationsbereiche und Produkte mit Vliesstoffen, Sack- oder Verpackungsbahnen mit einer Gas- oder Wasserdampfdurch- aber Wasserundurchlässigkeit verbunden sind, finden sich im Anwendungsbereich der ELEKTROSTATISCHEN NANO MIKRO PERFORATIONSTECHNIK wieder, da Wasser aufgrund der höheren Oberflächenspannung die relativ kleinen Nano- oder Mikroporen von z.B. < 0.5 - 5 µm Durchmesser nicht durchdringen kann. Diese und weitere physikalische Vorteile der kleinen Poren fordern regelrecht den Einsatz der ESP Perforationsmethode heraus, da Erfüllungen zur Atmungsforderung und Wasserdampfdurchlässigkeit z.B. nach der ASTM E96-80 oder E96-84 Messmethode mit 100 – 800 g/m2/Tag mit anderen Perforations- oder Prozessverfahren nur äußert schwierig machbar, zu teuer, zu unwirtschaftlich oder bei derart hohen Lochdichten technologisch nicht erreichbar sind.

Produktanwendungen

Elektrostatisch mikro perforierte Packmittel und Folienverbunde der verschiedensten Art lassen sich für folgende Applikationen und Produkte verwenden bzw. nur durch deren Veredelung realisieren.

atmungsaktive Wanddekorationen aus PVC Verbunden
Wandtapeten wie z.B. Venyl Tapeten oder anderen PE coating mit Feuchtigkeitsaustausch des aufgetragenen Klebers
Papiere zum Verkleben von Gipsplatten für den Haus Innenausbau zur Blasenauflösung der Klebemittel
Kanten- oder Eckenschutzkraftpapiere mit Luftblasendiffusion der Auftragskleber
Vliesverbunde mit PE-Schichten zum Außenschutz und Gasaustausch von Holzhäusern
Unterdachspannbahnen aus Verbundmaterialien mit Gasaustausch zur Vermeidung von Kondenswasserbildung
atmungsaktive Overalls oder Einmalberufskleidung aus spun-bonded PE Vliese
coatierte Papiere als Füllgutsäcke, Zementsäcke oder andere Verpackungseinheiten, die einen Luft Auslass zur Befüllung benötigen
Bekleidungs inlets mit atmungsaktiven und angenehmen Trageigenschaften
Seifen, Deo oder body care Produkte oder Verpackungen mit Duftstoffsuggerierung als erstklassiges Marketinginstrument
Trage-, Gemüse- oder Blumenverpackungen aus Papier mit Gasaustausch
Brot- oder Brötchenverpackungen aus Papierverbunden zur Erhaltung des Frischheitgrades
technische Industrieverbundfolien oder Papierersatzmaterialien für Filtrationszwecke

Vorteile für Produkte und Anwendungen

Reduktion der Sack- oder Beutelbefüllungszeiten um bis um 100 %, wobei attraktive Luftdurchlässigkeitsbereiche bei 200 - 350 C.U., was 6.5 bis 3.5 Guerley bzw. 14 - 6 Guerley s/100ml entspricht.

Vollständig nach außen erhaltener Schutz des Verpackungsproduktes
Luft Auslass ohne Beeinträchtigung verpackter Produkt oder elementarer Eigenschaften
Duft Übertragung an den Käufer ohne die Packung zu öffnen
Atmungsaktivität von Wandtapeten oder anderen Wandverkleidungen, um Schimmelbildung und Fäulnis zu vermeiden
Brotpapierverpackungen zur längeren Haltbarkeit
Atmungsaktivität und Tragkomfort von Bekleidung inlets, Einwegindustriekleidung, Kesselanzüge, usw.
Unterdachspannbahnen zur Luftaustausch von Innen nach Außen, kein Tropfsteinhöhleneffekt

Ventilation von Filterzigaretten
Die ESP Perforation ist seit 30Jahren zur Ventilation von Nichtfilter - oder Filterzigaretten eingesetzt, um gesteuerte Luft Bypass Eigenschaften, dem so genannten Lindströmprinzip, zu erzeugen. Hierzu wird das Zigarettenpapier für wenige Nichtfilter-, z.B. auch Roll-your-own RYO, oder bei fast allen Filterzigaretten das Mundstückbelagpapier elektrostatisch in offline Verfahren Zonen, oder mit Laserstrahlen in Lochreihen offline aber auch online direkt an der Filteransetzmaschine perforiert, um so den Ventilationsgrad der Zigaretten sehr präzise zu steuern und die Nikotin und Kondensatanteile für den Raucher auf strikt vorgegebene Werte zu reduzieren.

Resumee

Nur die elektrostatische Mikroperforation ermöglicht durch eine sehr präzise Energiekopplung, Filamentierung, dielektrisch geförderte Mikro- und Plasma Entladung eine nano oder mikrofeine Ventilation von Packmitteln mit Barriereeigenschaften, Vliesstoffen und insbesondere Papierbahnen verschiedenster Art bei großen Bahnbreiten und Geschwindigkeiten. Dieser Trend wird sich für neue Produkte und Anwendungen weiter fortsetzen.

Durch Neuentwicklungen in der Schaltungstopologie zur Erzeugung sehr feiner, stromgesteuerter Hochspannungsentladungsimpulse im Zeitfenster von 0.5 - 15 µs und einzelner Ladungsenergien von 0.2 bis 1 mJ hat die Nanotechnologie zur Submikroperforation auch im diesem Bereich der Feinpapierveredelung und Verpackungsindustrie Einzug gehalten. Patenterteilung DE10328937.

Traditionelle Kunststofffolien lassen sich auch zukünftig besser mit hot oder micro needle oder anderen mechanischen oder Gasendladungs- oder Festkörperlaser gesteuert perforieren. In diesem weiten Applikationsbereich ist es denkbar auch dahingehend entwickelte, angepasste Laserperforationssysteme für Breitbahnen einzusetzen.

Konventionelle Laserperforationstechnik

Durch gepulste auf geweitete sowie fokussierte Laserstrahlen sind mit im Markt angebotenen KONVENTIONELLEN Anlagen Lochgrößen von 60 - 200 um bei Lochdichten von typischer Weise 10 – 30 Löcher pro cm, Lochsequenzen von 100.000 bis 300.000 Löcher pro Sekunde, bei maximal 16 oder 32 Laserlochreihen über die Bahnbreite verteilt, möglich. Deren Porositätsbereiche bewegen sich zwischen 100 – 3000 C.U., in der Regel mit Bahnbreiten von 100 – 500 mm bei Bahngeschwindigkeiten bis 600 m/min, abhängig von der Porosität und Materialkonsistenz zur Perforierbarkeit.

Neue Laserperforationstechniken von IPM

Mit Entwicklung eines Dual Hochleistungslasermultiplexers und optischen Eingangsleistungen von 2*4KW ist es erstmalig gelungen, bis zu 200 einzelne optische Laserstrahlausgänge zu realisieren mit denen nunmehr Papierperforationen in breiten Bahnen bis zu 2000 mm möglich sind. Dies jetzt mit Lochsequenzen bis zu 2 Millionen pro Sekunde, Lochgrößen von 60 - 100 µm, Lochdichten von typisch 10 – 30 Löcher pro cm, Porositäten im Bereich von 100 bis 1000 C.U., Bahngeschwindigkeiten bis zu 400 m/min und non stopp 25.000 Meter Jumbo Rollenbetrieb auf der Ab- und Aufwicklung, was eine jährliche Ausbringung von 1000 – 2000 Tonnen von laserperforierten Feinpapieren an nur einer dieser high Automation LPM-1 Produktionsmaschine bei einem exorbitant geringen Papierausschuss ermöglicht.

Patenterteilung DE102004001327.

Hierbei ist das optische online Porositätsmesssystem OPSS-1 zur präzisen Positionskontrolle aller Laserperforationslinien sowie die permanente Erfassung der Porositätsprofile ein integraler Bestandteil der kontinuierlichen Qualitätskontrolle und Datenauswertung.

Patentanmeldung DE10251610 und Erteilung in China 200310104764.

Eine weitere Entwicklung in der Micro Laser Perforation generiert einen nicht geradlinigen Lochreihenanordnung auf den Produkten. Z.B. sind auf Tipping Blättchen der Zigarettenfilter, RYO usw. jetzt losgelöst von den seit 20 Jahren traditionell koaxial verlaufenden Perforationen, wellenförmige, Zick Zack, Rechteck, Dreieck, gewundene Lochreihenlinien oder Paare, Firmenlogos, Kryptogramme, anti-counterfeiting Merkmalen oder andere Perforationsausführungsformen mit zeitlich sehr schnell, präzise aus gelenkten Laserstrahlen möglich.

Alles dies bei Lochgrößen von 60 - 120 µm, Lochdichten von typisch 10 – 30 Mikrolöcher pro cm in einer jeder Lochreihe, Lochsequenzen von 100.000 bis 300.000 Löcher pro Sekunde bei Porositätsbereichen von 100 – 800 C.U.

Verfahrens-, Vorrichtung und Produktschutzanmeldung DE102004012081.

Verpackungs- und Kunststofffolienprodukte verschiedenster Art lassen sich mit dem neuen Mikrolaserperforationsverfahren veredeln.

MLL-1 – Micro Laser Line Perforation for holes pattern, perforation design, e.g. waves, zigzag lines, line packages, cryptograms, company logos, holograms, anti counterfeiting product indicators.

patent pending for process, device and product property DE102004012081.

LPM-1 – nano micro laser perforation at wide web material with high power CO2 dual laser beam multiplexers and splitters, patent grant for process and device DE102004001327.

ESP electrostatic nano micro perforation machines for cigarette, tipping, filter, packaging, plug-wrap and other paper products, patent grant for process and device DE10328937 of IGBT power switching unit.

Optical online OPSS-1 porovision control/scanning system for ESP or LASER perforation machines,

patent pending for process and device DE10251610 - China patent grant 200310104764.