EP4110982A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von spinnvlies - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von spinnvlies

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EP4110982A1
EP4110982A1 EP21706952.5A EP21706952A EP4110982A1 EP 4110982 A1 EP4110982 A1 EP 4110982A1 EP 21706952 A EP21706952 A EP 21706952A EP 4110982 A1 EP4110982 A1 EP 4110982A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydroentanglement
water
laundry
filaments
washing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21706952.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ibrahim SAGERER-FORIC
Rudolf Kern
Alexander TEUBL
Wolfgang Engl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lenzing AG
Original Assignee
Lenzing AG
Chemiefaser Lenzing AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Lenzing AG, Chemiefaser Lenzing AG filed Critical Lenzing AG
Publication of EP4110982A1 publication Critical patent/EP4110982A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/16—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between thermoplastic filaments produced in association with filament formation, e.g. immediately following extrusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05—Filamentary, e.g. strands
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/098—Melt spinning methods with simultaneous stretching
    • D01D5/0985—Melt spinning methods with simultaneous stretching by means of a flowing gas (e.g. melt-blowing)
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/12—Stretch-spinning methods
    • D01D5/14—Stretch-spinning methods with flowing liquid or gaseous stretching media, e.g. solution-blowing
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
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    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
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    • D04H3/10—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between yarns or filaments made mechanically
    • D04H3/11—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between yarns or filaments made mechanically by fluid jet

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of spunbonded fabric, in which a solvent-containing spinning mass is extruded through a plurality of nozzle holes of at least one spinneret to form filaments and the filaments are each stretched in the direction of extrusion, the filaments being deposited on a perforated conveyor to form a spunbonded fabric and then subjected to a wash to wash out the solvent from the filaments and to hydroentanglement.
  • the invention further relates to a device for the production of spunbond, with at least one spinneret for extrusion of a spinning mass into filaments, with a stretching device assigned to the spinning nozzle for stretching the extruded filaments by means of a stretching air stream, with a perforated conveyor device for depositing the filaments and forming the spunbond, with a wash for washing the spunbonded nonwoven after its formation and with a hydroentanglement after the wash.
  • spunbonded nonwovens or nonwovens on the one hand by the spunbond process and on the other hand by the meltblown process is known from the prior art.
  • spunbond process for example GB 2 114 052 A or EP 3 088 585 A1
  • the filaments are extruded through a nozzle and drawn off and stretched by a stretching unit below.
  • meltblown process on the other hand (for example US Pat. No. 5,080,569 A, US Pat. No. 4,380,570 A or US Pat. No. 5,695,377 A), the extruded filaments are entrained and stretched by hot, fast process air as soon as they exit the nozzle.
  • the filaments are placed on a storage surface, for example a perforated conveyor belt, in a random layer to form a nonwoven, transported to post-processing steps and finally wound up as nonwoven rolls.
  • a disadvantage of hydroentanglement is the great expense in terms of equipment and maintenance for cleaning the water circuit, the filters and the nozzle bars, as shown in EP 2462 269 B1.
  • Such systems suffer especially from high filtration costs.
  • single-use bag filters are used, which have to be disposed of.
  • Such systems likewise have the disadvantage of high water consumption, with drinking water usually being used for hydroentanglement and part of it being continuously disposed of as waste water in the sewer in order to keep the water quality constant in the circuit.
  • the hydroentanglement takes place after the washing. Especially when starting up and shutting down the washing system, or in the event of disruptions in the process flow, such processes can lead to solvents with the nonwoven getting into the water cycle of the hydroentanglement during operation and thus being lost.
  • the present invention has therefore set itself the task of providing a method for the production of spunbonded nonwoven of the type mentioned at the beginning, which enables an inexpensive and efficient production of hydroentangled spunbonded nonwoven.
  • the invention achieves the stated problem in that fresh water is supplied to the hydroentanglement and the wastewater from the hydroentanglement is supplied to the laundry as washing water.
  • the water consumption and the wastewater pollution caused by the hydroentanglement can also be reduced. Since the hydroentanglement takes place after the laundry, the wastewater from the hydroentanglement also has only minimal amounts of solvent and thus essentially does not impair the washing performance of the laundry.
  • fresh water is understood to mean water which is essentially free from impurities, for example from solids, solvents, etc. is.
  • the fresh water can be, for example, treated process water or conventional, unused fresh water.
  • the method according to the invention enables, in particular, a minimization of the effort required to clean the jet strips of the hydroentanglement and thus an increase in productivity, since the downtimes during maintenance can be reduced.
  • the process can produce a smaller amount of waste, since bag filtration can be dispensed with and no chemicals are required as filtration aids.
  • the operational effort for the operating personnel as well as the complexity of the process can be significantly reduced without filtration.
  • both the amount of waste water and the loss of solvent are reduced, since the fully demineralized fresh water first goes into the hydroentanglement and is then used as wash water for countercurrent washing.
  • the amount of washing water required to operate a large-scale washing plant, in particular for the production of cellulosic spunbonded nonwoven, and the amount of fresh water required to operate the hydroentanglement are approximately the same. It has been shown that it is possible to supply the hydroentanglement with fully demineralized fresh water and to use the waste water from the hydroentanglement as washing water for the countercurrent washing system without additional washing water having to be added.
  • the cellulosic spunbonded nonwoven produced with the process according to the invention can have very low calcium and magnesium concentrations when using deionized water for hydroentanglement (instead of tap or drinking water), which can further increase the reliability of the process.
  • the laundry is also a multi-stage countercurrent wash and the wastewater from the hydroentanglement is conducted as wash water in countercurrent through the wash stages of the countercurrent wash, a particularly resource-saving and cost-effective process can be created, since a single supply is required for the entire process chain from the wash up to and including the hydroentanglement of fresh water to the hydroentanglement is sufficient, while all downstream washing stages are fed with the wastewater from the previous stage or hydroentanglement.
  • hydroentanglement is designed at the same time as the last washing stage in the countercurrent washing. In this way, a method can be created that is inexpensive and at the same time technically easy to implement, since the laundry and the hydroentanglement do not have to be implemented as separate units.
  • the reliability of the laundry can be further improved if the waste water from the hydroentanglement is degassed and the waste water from the hydroentanglement which has been degassed is supplied to the laundry as washing water. This is because the air introduced into the water during hydroentanglement can be reliably removed from the wastewater and the efficiency of the laundry can be improved. If the solvent-enriched wastewater from the laundry is fed to a water treatment facility, the environmental compatibility of the process can be further improved, since the fresh water used can be separated from the solvents again in a water treatment facility and treated.
  • the cost efficiency of the process can also be further improved if solvents are recovered from the wastewater in the water treatment. A loss of solvent via the wastewater from the laundry can thus be prevented and the recovered solvent can be used again, for example, to dissolve cellulose.
  • a further increase in cost efficiency can be achieved if purified water is recovered from the wastewater in the water treatment.
  • the purified water obtained in this way can then at least partially be fed to the hydroentanglement as fresh water, whereby a cycle can be created between fresh water supply for hydroentanglement and waste water discharge from the laundry.
  • the purified water recovered from the water treatment can be fully demineralized water.
  • a technically simple and reliable method can be created if the spunbonded nonwoven is subjected to hydroentanglement on a second conveying device.
  • the spunbonded nonwoven after being formed on the perforated first conveyor device, the spunbonded nonwoven can be deposited on the second conveyor device.
  • the spunbond can also be subjected to washing on the second conveying device, namely before the spunbond is fed to the hydroentanglement.
  • the second conveying device has an embossed structure with an embossed pattern and the spunbonded nonwoven is provided with the embossed pattern through the hydroentanglement on the second conveying device, a technically simple process can be created which at the same time solidifies the spunbonded fabric and introduces perforations and embossed patterns in the course the hydroentanglement enabled. In this way, spunbonded nonwovens can be produced for a large number of areas of application using the method according to the invention.
  • a multi-layer spunbonded nonwoven with an embossed structure can also be created if the spinning mass is extruded into filaments through a plurality of nozzle holes of several spinnerets arranged one behind the other.
  • the filaments are each drawn in the direction of extrusion by a drawing air stream stretched and finally the respective filaments of the multiple spinnerets for forming the multi-layer spunbonded web are deposited on the conveyor device one on top of the other.
  • the throughput of the process can be increased, since several spunbonded webs can be formed simultaneously from several spinning nozzles.
  • the multi-layer spunbonded nonwoven formed in this way can, however, be processed further together with the available means without the need for separate processing of the individual spunbonded nonwovens.
  • the multi-layer spunbond can be formed from individual spunbond layers with different properties, so that a very versatile spunbond can be created.
  • the individual spunbonded nonwovens can have different weights per unit area, different air permeabilities, different filament diameters, etc.
  • the multi-layer spunbonded nonwoven can then be consolidated in the hydroentanglement process, or it can also be perforated or provided with an embossed pattern.
  • the pressure for the fresh water in the hydroentanglement process can be between 0 bar and 500 bar, preferably between 10 bar and 250 bar, particularly preferably between 20 bar and 200 bar.
  • the volume flow of the fresh water in the hydroentanglement can be between 0.1 m 3 / h and 500 m 3 / h, preferably between 10 m 3 / h and 250 m 3 / h, particularly preferably between 20 m 3 / h and 150 m 3 / h.
  • the method according to the invention can be particularly suitable for the production of cellulosic spunbonded nonwovens, the spinning mass being a Lyocell spinning mass, that is to say a solution of cellulose in a direct solvent for cellulose.
  • Such a direct solvent for cellulose is a solvent in which the cellulose is present in a non-derivatized form.
  • This can preferably be a mixture of a tertiary amine oxide such as NMMO (N-methylmorpholine-N-oxide) and water.
  • NMMO N-methylmorpholine-N-oxide
  • certain ionic liquids or mixtures thereof with water are also suitable as direct solvents.
  • the cellulose content in the spinning mass can be 3% by weight to 17% by weight, in preferred embodiment variants 5% by weight to 15% by weight, and in particularly preferred embodiment variants 6% by weight to 14% by weight. -%.
  • the cellulose throughput per spunbond nozzle can be 5 kg / h per m nozzle length to 500 kg / h per m nozzle length.
  • the internal structure of the spunbond can also be reliably controlled if the filaments extruded and drawn from the spinneret are partially coagulated.
  • the spinneret can be assigned a coagulation air stream having a coagulation liquid for at least partial coagulation of the filaments, whereby the internal structure of the spunbond can be controlled in a targeted manner.
  • a stream of coagulation air can preferably be a fluid containing water and / or a fluid containing coagulant, for example gas, mist, steam, etc.
  • the coagulation liquid can be a mixture of deionized water and 0% by weight to 40% by weight NMMO, preferably 10% by weight to 30% by weight NMMO, particularly preferred 15 wt% to 25 wt% NMMO. A particularly reliable coagulation of the extruded filaments can be achieved.
  • the invention has also set itself the task of improving a device for producing spunbonded nonwoven according to the type mentioned at the outset in such a way that it enables a reduction in water consumption in laundry and hydroentanglement in a structurally simple and cost-effective manner.
  • the invention solves the problem in that the outlet of the
  • Hydroentanglement is fluidly connected to the laundry inlet.
  • the outlet of the hydroentanglement is flow-connected to the inlet of the laundry, then the wastewater from the hydroentanglement can be reused in the laundry in a particularly simple manner, whereby the water consumption is minimized.
  • flow-connected is understood to mean the existence of a connection to enable, in particular a continuous, flow of fluids between outlets and / or inlets.
  • the present invention also provides a device which reduces the mechanical and plant engineering effort in the planning, construction and operation of a plant for the production of hydroentangled, in particular cellulosic, spunbonded nonwovens.
  • the outlay on equipment and thus the construction costs of the device can be further reduced if the hydroentanglement is carried out as part of the laundry.
  • this can prove to be particularly advantageous when the laundry is a countercurrent wash with several washing stages and the hydroentanglement is designed at the same time as the last washing stage in the laundry.
  • the respective outlet of a washing stage or the hydroentanglement is flow-connected to the inlet of the upstream washing stage, so that fresh water is only supplied to the hydroentangling and the wastewater is discharged from the first washing stage.
  • a degassing device for degassing the wastewater and / or a filter for removing solids from the wastewater of the hydroentangling process can also be provided between the laundry inlet fluidly connected to the outlet of the hydroentanglement or an upstream washing stage.
  • the operating costs of the device according to the invention can be reduced further if the outlet of the laundry is flow-connected to a water treatment system for the recovery of solvent and fresh water from the waste water of the laundry. In this way, the used washing water discharged from the laundry outlet or the first washing stage can be fed back to a water treatment system, from which solvent and fresh water can in turn be recovered.
  • the hydroentanglement according to the invention can have at least one high pressure pump for fully demineralized water, at least one hydroentanglement nozzle bar which is flow-connected to the high pressure pump, at least one suction device flow-connected to the outlet under the hydroentanglement nozzle bar, and at least one degassing device between the suction device and the outlet.
  • the degassing device can, for example, be an air / water separator in order to separate the water collected in the suction device from entrained air.
  • the suction device can for example be connected to a vacuum blower in order to generate the vacuum required for the suction device.
  • the suction device can be designed as a suction pipe under the nozzle bar of the hydroentanglement.
  • the device can have a second conveying device for the spunbonded web, which is provided between the nozzle bar of the hydroentanglement and the suction device.
  • the second conveying device can in particular have an embossed structure with an embossed pattern, the spunbonded nonwoven being provided with the embossed pattern during the hydroentanglement.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the method according to the invention or the device according to the invention according to a first embodiment variant
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the method according to the invention or the device according to the invention according to a third embodiment variant
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the method according to the invention or the device according to the invention according to a fourth embodiment variant
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of the method according to the invention or the device according to the invention according to a fifth embodiment variant.
  • a spinning mass 2 is produced from a cellulosic raw material and attached to a spinneret 3 supplied to the device 200.
  • the cellulosic raw material for the production of the spinning mass 2 which production is not shown in detail in the figures, can be a conventional cellulose pulp suitable for the production of lyocell fibers from wood or other vegetable raw materials.
  • the cellulosic raw material consists at least in part of production waste from the production of spunbonded nonwovens or recycled textiles.
  • the spinning mass 2 is a solution of cellulose in NMMO and water, the cellulose content in the spinning mass being between 3% by weight and 17% by weight.
  • the spinning mass 2 is then extruded in a next step through a multiplicity of nozzle holes in the spinning nozzle 3 to form filaments 4.
  • the extruded filaments 4 are then accelerated and drawn by a drawing air stream.
  • a stretching device 6 is provided in the spinneret 3, to which stretching air 5 is fed and which ensures that the stretching air stream exits from the spinneret 3 in order to accelerate the filaments 4 after their extrusion.
  • the stretching air stream can emerge between the nozzle holes of the spinneret 3.
  • the stretching air stream can alternatively emerge hemming around the nozzle holes.
  • Such spinnerets 3 with stretching devices 6 for generating a stretching air stream are known from the prior art (US Pat. No. 3,825,380 A, US 4,380,570 A, WO 2019/068764 A1).
  • the extruded and drawn filaments 4 are also acted upon by a coagulation air stream 7, which is provided by a coagulation device 8.
  • the coagulation air flow 7 usually has a coagulation liquid, for example in the form of steam, mist, etc.
  • the drawn and at least partially coagulated filaments 4 are then placed in a random position on the conveyor 9 and form the spunbonded web 1 there. After the spunbonded web 1 has been formed, it is subjected to washing 10 and hydroentanglement 11.
  • the hydroentanglement 11 is supplied with fully demineralized fresh water 12, which is sprayed onto the spunbond 1 under high pressure, thereby solidifying it.
  • the wastewater 13 from the hydroentanglement 11 is fed to the laundry 10 as washing water 14. Since the laundry 10 is upstream of the hydroentanglement 11, the waste water 13 from the hydroentanglement 11 is only slightly contaminated with solvent and can therefore be used as washing water 14 for the purposes of the laundry 10 without any problems.
  • the wastewater 13 is fed to the laundry 10 as washing water 14, the wastewater 13 is passed through a degassing device 15 in order to remove air that has entered the wastewater 13 in particular.
  • the waste water 16 from the laundry 10 is finally discharged and can be fed to a water treatment system 17 for the recovery of purified water or of solvent.
  • the purified water can then be fed back as fresh water 12 to the hydroentanglement 11, although this is not shown in more detail in the figures.
  • Recovered solvent can in particular be used for the renewed production of spinning mass 2 from cellulosic raw material, which is also not shown in detail in the figures.
  • the wastewater 16 of the laundry can at least partially also be fed to the coagulation device 8 as coagulation liquid.
  • the washed and hydroentangled spunbonded nonwoven 1 is then subjected in a next step to drying in a dryer 18 in order to remove the remaining moisture and to obtain a finished spunbonded nonwoven 1. Finally, the method 200 is completed by optional winding 19 and / or packaging of the finished spunbonded nonwoven 1.
  • FIG. 2 shows a detailed schematic representation of the laundry 10 and hydroentanglement 11 in a method 101 or a device 201 according to a second embodiment of the invention.
  • the wastewater 13 is removed via suction pipes 24 as a suction device through the conveyor belt 22 and through the conveyor drum 23.
  • the spunbonded nonwoven 1 is then dewatered again on the dewatering belt 25 before it is transported on to the dryer 18, which was not shown in detail.
  • the wastewater 13 of the hydroentanglement 11, which is obtained from the suction pipes 24, contains a water / air mixture and is fed to the degassing device 26 in order to remove the air.
  • the exhaust air 28 is removed from the wastewater 13 by means of a vacuum pump 27, while the gas-free wastewater is collected in the storage container 29.
  • the waste water is then fed from the storage container 29 to the laundry 10 as washing water 14.
  • the laundry 10 is, as can be seen in FIG. 2, as a countercurrent laundry 10 two washing stages 30, 31 carried out, wherein the washing water 14 of the second washing stage 31, which is downstream of the first washing stage 30, is fed.
  • the waste water 32 from the second washing stage 31 is then fed to the first washing stage 30 as washing water 33.
  • the wastewater 34 from the first washing stage, which is enriched with solvent from the spunbonded nonwoven 1, is then discharged from the laundry 10 as wastewater 16 or, as shown in FIG. 1, fed to a water treatment system 17.
  • the fully demineralized fresh water 12 thus accumulates on its way through the hydroentanglement 11 and through the laundry 10 with solvent from the spunbond 1 and is finally fed to the water treatment 17 in order to recover solvent and fully demineralized fresh water from the wastewater 16.
  • FIG. 3 shows a detailed schematic representation of the laundry 10 and hydroentanglement 11 in a method 102 or a device 202 according to a third embodiment variant of the invention.
  • the embodiment variant in FIG. 3 differs from that in FIG. 2 only in that the spunbond 1 is subjected to the laundry 10 and the hydroentanglement 11 in each case on a common second conveyor belt 35. As a result, the outlay in terms of mechanical engineering and apparatus for the device 202 can be further reduced.
  • FIG. 4 shows a further detailed schematic representation of the laundry 10 and hydroentanglement 11 in a method 103 and a device 203 according to a further embodiment of the invention.
  • the conveyor drum 23 and the dewatering belt 25 in the hydroentanglement 11 have been dispensed with.
  • the hydroentanglement 11 therefore takes place exclusively on the conveyor belt 35 shared with the laundry 10.
  • the hydroentanglement 11 is preferably designed as the last stage of the multistage countercurrent washing 10, whereby the mechanical engineering and equipment expenditure can be further reduced.
  • the conveyor belt 35 has a three-dimensional embossed structure 36.
  • the embossing pattern of the embossing structure 36 is then transferred in the hydroentanglement 11 to the spunbond 1, which after the hydroentanglement 11 has the embossed pattern. All other features remain as described in accordance with FIGS. 2, 3 and 4.

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Abstract

Es werden ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvlies (1) und eine Vorrichtung hierzu gezeigt, bei dem eine Lösungsmittel enthaltende Spinnmasse (2) durch eine Vielzahl von Düsenlöchern zumindest einer Spinndüse (3) zu Filamenten (4) extrudiert wird und die Filamente (4) jeweils in Extrusionsrichtung verstreckt werden, wobei die Filamente (4) zur Bildung eines Spinnvlieses (1) auf einer perforierten Fördereinrichtung (9) abgelegt werden und in weiterer Folge einer Wäsche (10) zum Auswaschen des Lösungsmittels aus den Filamenten (4) und einer Wasserstrahlverfestigung (11) unterzogen werden. Um mit dem Verfahren eine kostengünstige und effiziente Herstellung von wasserstrahlverfestigtem Spinnvlies zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Wasserstrahlverfestigung (11) Frischwasser (12) zugeführt wird und das Abwasser (13) aus der Wasserstrahlverfestigung (11) als Waschwasser (14) der Wäsche (10) zugeführt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Spinnylies
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvlies, bei dem eine Lösungsmittel enthaltende Spinnmasse durch eine Vielzahl von Düsenlöchem zumindest einer Spinndüse zu Filamenten extrudiert wird und die Filamente jeweils in Extrusionsrichtung verstreckt werden, wobei die Filamente zur Bildung eines Spinnvlieses auf einer perforierten Fördereinrichtung abgelegt werden und in weiterer Folge einer Wäsche zum Auswaschen des Lösungsmittels aus den Filamenten und einer Wasserstrahlverfestigung unterzogen werden.
Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Herstellung von Spinnvlies, mit zumindest einer Spinndüse zur Extrusion einer Spinnmasse zu Filamenten, mit einer der Spinndüse zugeordneten Verstreckungseinrichtung zur Verstreckung der extrudierten Filamente mittels eines Verstreckungsluftstroms, mit einer perforierten Fördereinrichtung zur Ablage der Filamente und Bildung des Spinnvlieses, mit einer Wäsche zum Waschen des Spinnvlieses nach dessen Bildung und mit einer der Wäsche nachgelagerten Wasserstrahlverfestigung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist die Herstellung von Spinnvliesen bzw. Vliesstoffen einerseits nach dem Spunbond- und andererseits nach dem Meltblown-Verfahren bekannt. Beim Spunbond-Verfahren (bspw. GB 2 114 052 A oder EP 3 088 585 Al) werden die Filamente durch eine Düse extrudiert und durch eine darunterliegende Verstreckungseinheit abgezogen und verstreckt. Beim Meltblown-Verfahren dagegen (bspw. US 5,080,569 A, US 4,380,570 A oder US 5,695,377 A) werden die extrudierten Filamente bereits beim Austritt aus der Düse von heißer, schneller Prozessluft mitgerissen und verstreckt. Bei beiden Technologien werden die Filamente auf einer Ablagefläche, beispielsweise einem perforierten Förderband, in Wirrlage zu einem Vliesstoff abgelegt, zu Nachbearbeitungsschritten transportiert und schließlich als Vliesrollen aufgewickelt.
Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, cellulosische Spinnvliese gemäß der Spundbond-Technologie (bspw. US 8,366,988 A) und gemäß Meltblown-Technologie (bspw. US 6,358,461 A und US 6,306,334 A) herzustellen. Dabei wird eine Lyocell-Spinnmasse entsprechend den bekannten Spundbond- oder Meltblownverfahren extrudiert und verstreckt, vor der Ablage zu einem Vlies werden die Filamente allerdings noch zusätzlich mit einem Koagulationsmittel in Kontakt gebracht, um die Zellulose zu regenerieren und formstabile Filamente zu erzeugen. Die nassen Filamente werden schließlich in Wirrlage als Vliesstoff abgelegt. Während bei den thermoplastischen Spinnvliesprozessen in der Regel Kalander zum Einsatz kommen, um mehrere Lagen Spinnvlies miteinander zu verschmelzen, kann bei der Herstellung von cellulosischem Spinnvlies, wie aus der US 8,282,877 B2 bekannt, eine Wasserstrahlverfestigungsanlage für das Verbinden von mehreren Vliesstofflagen zum Einsatz kommen.
Es ist zudem aus dem Stand der Technik bekannt (EP 2 041 344 Bl und US 9,394,637), Wasserstrahlverfestigungsanlagen für die Verfestigung, Perforation und Prägung von Vliesstoffen zu verwenden, insbesondere um deren Festigkeit, Optik und Haptik zu beeinflussen.
Ein Nachteil der Wasserstrahlverfestigung ist der große apparative und wartungstechnische Aufwand für die Reinigung des Wasserkreislaufes, der Filter und der Düsenbalken, wie in EP 2462 269 Bl dargestellt. So leiden derartige Systeme speziell an einem hohen Filtrationsaufwand. Zum Einsatz kommen dabei teilweise Einweg-Beutelfilter, die entsorgt werden müssen. Ebenso haben derartige Systeme nachteilig einen hohen Wasserverbrauch, wobei üblicherweise Trinkwasser für die Wasserstrahlverfestigung verwendet und ein Teil davon laufend als Abwasser im Kanal entsorgt wird, um die Wasserqualität im Kreislauf konstant zu halten.
Im Falle der Herstellung von cellulosischem Spinnvlies findet die Wasserstrahlverfestigung, wie etwa aus der WO 2018 071928 Al bekannt, im Anschluss an die Wäsche statt. Speziell beim Anfahren und Abstellen der Waschanlage, bzw. bei Störungen des Verfahrensablaufs, kann es bei solchen Verfahren dazu kommen, dass während des Betriebs Lösungsmittel mit dem Vliesstoff in den Wasserkreislauf der Wasserstrahlverfestigung gelangt und somit verloren geht.
Da die cellulosischen Spinnvliese sehr feine Filamentdurchmesser aufweisen, entstehen sehr feine Bruchstücke während der Wasserstrahlverfestigung und dadurch werden die Filter schnell belegt und müssen ständig gewechselt werden.
Der Stand der Technik bietet keine zufriedenstellende Lösung für die Wasserstrahlverfestigung von cellulosischem Spinnvlies, da der Aufwand für die Filtration, Wechseln der Filter und der Düsenstreifen, aber auch der Verlust des Lösungsmittels zu hoch ist. Offenbamng der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvlies der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, welches eine kostengünstige und effiziente Herstellung von wasserstrahlverfestigtem Spinnvlies ermöglicht.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Wasserstrahlverfestigung Frischwasser zugeführt wird und das Abwasser aus der Wasserstrahlverfestigung als Waschwasser der Wäsche zugeführt wird.
Wird der Wasserstrahlverfestigung Frischwasser zugeführt und das Abwasser aus der Wasserstrahlverfestigung als Waschwasser der Wäsche zugeführt, so kann der Wartungs- und Reinigungsaufwand der Wasserstrahlverfestigung niedrig gehalten werden.
Durch Zufuhr von Frischwasser an die Wasserstrahlverfestigung können gegenüber einer Kreislaufführung des Wassers in der Wasserstrahlverfestigung Kontaminationen durch feste Bestandteile, wie etwa Fasern, vermieden werden und so der Aufwand für die Filtration der Wasserstrahlverfestigung, der Reinigungsaufwand für deren Düsen, aber auch der Verlust an Lösungsmittel minimiert werden.
Durch weiteres Zuführen des Abwassers aus der Wasserstrahlverfestigung als Waschwasser an die Wäsche können zudem der Wasserverbrauch und die Abwasserbelastung durch die Wasserstrahlverfestigung reduziert werden. Da die Wasserstrahlverfestigung der Wäsche nachgelagert ist, weist das Abwasser aus der Wasserstrahlverfestigung auch nur minimale Mengen an Lösungsmittel auf und beeinträchtigt die Waschleistung der Wäsche somit im Wesentlichen nicht.
Unter Frischwasser wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Wasser verstanden, welches im Wesentlichen frei von Verunreinigungen, beispielsweise durch Feststoffe, Lösungsmittel, etc., ist. Das Frischwasser kann dabei beispielsweise ein aufbereitetes Prozesswasser oder ein herkömmliches unverbrauchtes Frischwasser sein.
Das erfmdungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere ein Minimieren des Reinigungsaufwandes der Düsenstreifen der Wasserstrahlverfestigung und somit eine Erhöhung der Produktivität, da die Stillstandzeiten während der Wartung verringert werden können. Zudem kann in dem Verfahren eine geringere Menge an Abfall anfallen, da auf eine Beutelfiltration verzichtet werden kann und auch keine Chemikalien als Filtrationshilfsmittel benötigt werden. Der operative Aufwand für das Bedienpersonal sowie die Komplexität des Verfahrens können ohne Filtration deutlich vermindert werden. Erfmdungsgemäß wird sowohl die Abwassermenge als auch der Verlust an Lösungsmittel reduziert, da das vollentsalzte Frischwasser zuerst in die Wasserstrahlverfestigung geht und in weiterer Folge als Waschwasser für die Gegenstromwäsche verwendet wird.
Erfmdungsgemäß hat sich zudem gezeigt, dass die benötigte Menge an Waschwasser zum Betrieb einer großtechnischen Waschanlage, insbesondere für die Herstellung von cellulosischem Spinnvlies, und die benötigte Menge an Frischwasser für den Betrieb der Wasserstrahlverfestigung etwa gleich groß sind. Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, die Wasserstrahlverfestigung mit vollentsalztem Frischwasser zu versorgen und das Abwasser der Wasserstrahlverfestigung in weiterer Folge als Waschwasser für die Gegenstrom -Waschanlage zu verwenden, ohne dass zusätzliches Waschwasser zugeführt werden muss.
Wird als Frischwasser ein vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) verwendet, so können etwa Algenwachstum oder sonstige biologische Ablagerungen in Anlagenbauteilen zuverlässig vermieden werden. Zudem kann das mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren hergestellte cellulosische Spinnvlies bei der Verwendung von VE-Wasser für die Wasserstrahlverfestigung (anstelle von Leitungs- oder Trinkwasser) sehr geringe Calcium- und Magnesium- Konzentrationen aufweisen, wodurch die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter erhöht werden kann.
Ist die Wäsche weiters eine mehrstufige Gegenstromwäsche und wird das Abwasser der Wasserstrahlverfestigung als Waschwasser im Gegenstrom durch die Waschstufen der Gegenstromwäsche geführt, so kann ein besonders ressourcensparendes und kostengünstiges Verfahren geschaffen werden, da für die gesamte Verfahrenskette von der Wäsche bis einschließlich der Wasserstrahlverfestigung eine einmalige Zufuhr von Frischwasser an die Wasserstrahlverfestigung ausreicht, während alle nachgelagerten Waschstufen mit dem Abwasser der vorhergehenden Stufe bzw. Wasserstrahlverfestigung gespeist werden.
Besonders vorteilhaft ist dabei zudem, wenn die Wasserstrahlverfestigung gleichzeitig als letzte Waschstufe in der Gegenstromwäsche ausgelegt ist. Auf diese Weise kann ein kostengünstig und zugleich technisch einfach realisierbares Verfahren geschaffen werden, da die Wäsche und die Wasserstrahlverfestigung nicht als voneinander getrennte Einheiten realisiert werden müssen.
Die Zuverlässigkeit der Wäsche kann weiter verbessert werden, wenn das Abwasser der Wasserstrahlverfestigung entgast wird, und das entgaste Abwasser der Wasserstrahlverfestigung als Waschwasser der Wäsche zugeführt wird. Dabei kann nämlich die während der Wasserstrahlverfestigung in das Wasser eingetragene Luft zuverlässig aus dem Abwasser entfernt werden und so die Effizienz der Wäsche verbessert werden. Wird das mit Lösungsmittel angereich erte Abwasser aus der Wäsche einer Wasseraufbereitung zugeführt, so kann die Umweltverträglichkeit des Verfahrens weiter verbessert werden, da das verbrauchte Frischwasser in einer Wasseraufbereitung wieder von den Lösungsmitteln getrennt und aufbereitet werden kann.
Die Kosteneffizienz des Verfahrens kann dabei zudem weiter verbessert werden, wenn in der Wasseraufbereitung Lösungsmittel aus dem Abwasser zurückgewonnen wird. Einem Verlust von Lösungsmittel über das Abwasser der Wäsche kann so vorgebeugt werden und das zurückgewonnene Lösungsmittel wieder beispielsweise zur Lösung von Cellulose verwendet werden.
Eine weitere Erhöhung der Kosteneffizienz kann erreicht werden, wenn in der Wasseraufbereitung gereinigtes Wasser aus dem Abwasser zurückgewonnen wird. Das so erhaltene gereinigte Wasser kann dann zumindest teilweise der Wasserstrahlverfestigung als Frischwasser zugeführt werden, womit ein Kreislauf zwischen Frischwasser-Zufuhr zur Wasserstrahlverfestigung und Abwasser-Abfuhr aus der Wäsche geschaffen werden kann. Besonders bevorzugt kann dabei das aus der Wasseraufbereitung zurückgewonnene gereinigte Wasser ein vollentsalztes Wasser sein.
Ein technisch einfaches und zuverlässiges Verfahren kann geschaffen werden, wenn das Spinnvlies auf einer zweiten Fördereinrichtung der Wasserstrahlverfestigung unterzogen wird. Dazu kann das Spinnvlies nach dem Bilden auf der perforierten ersten Fördereinrichtung auf der zweiten Fördereinrichtung abgelegt werden. Vorzugsweise kann dabei das Spinnvlies ebenso auf der zweiten Fördereinrichtung der Wäsche unterzogen werden, nämlich bevor das Spinnvlies der Wasserstrahlverfestigung zugeführt wird.
Weist die zweite Fördereinrichtung eine Prägestruktur mit einem Prägemuster auf und wird das Spinnvlies durch die Wasserstrahlverfestigung auf der zweiten Fördereinrichtung mit dem Prägemuster versehen, so kann ein technisch einfaches Verfahren geschaffen werden, welches zugleich eine Verfestigung des Spinnvlieses und das Einbringen von Perforationen und Prägemustem im Zuge der Wasserstrahlverfestigung ermöglicht. Es können so Spinnvliese für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zudem ein mehrlagiges Spinnvlies mit einer Prägestruktur geschaffen werden, wenn die Spinnmasse durch eine Vielzahl von Düsenlöchem mehrerer hintereinander angeordneter Spinndüsen zu Filamenten extrudiert wird. Die Filamente werden dabei jeweils durch einen Verstreckungsluftstrom in Extrusionsrichtung verstreckt und schließlich die jeweiligen Filamente der mehreren Spinndüsen zur Bildung des mehrlagigen Spinnvlieses auf der Fördereinrichtung übereinander abgelegt. Auf diese Weise kann der Durchsatz des Verfahrens erhöht werden, da simultan aus mehreren Spinndüsen mehrere Spinnvliese gebildet werden können. Das dabei gebildete mehrlagige Spinnvlies kann jedoch mit den vorhandenen Mitteln gemeinsam weiterverarbeitet werden, ohne dass eine separate Verarbeitung der einzelnen Spinnvliese nötig ist. Zudem kann das mehrlagige Spinnvlies aus einzelnen Spinnvlies-Lagen mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet werden, wodurch ein sehr vielseitig einsetzbares Spinnvlies geschaffen werden kann. So können die einzelnen Spinnvliese etwa unterschiedliche Flächengewichte, unterschiedliche Luftdurchlässigkeiten, unterschiedliche Filamentdurchmesser, etc. aufweisen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das mehrlagige Spinnvlies dann in der Wasserstrahlverfestigung verfestigt werden, bzw. ebenso perforiert oder mit einem Prägemuster versehen werden.
Der Druck für das Frischwasser in der Wasserstrahlverfestigung kann zwischen 0 bar und 500 bar, bevorzugt zwischen 10 bar und 250 bar, besonders bevorzugt zwischen 20 bar und 200 bar betragen.
Der Volumenstrom des Frischwassers in der Wasserstrahlverfestigung kann zwischen 0,1 m3/h und 500 m3/h, bevorzugt zwischen 10 m3/h und 250 m3/h, besonders bevorzugt zwischen 20 m3/h und 150 m3/h betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich besonders für die Herstellung cellulosischer Spinnvliese auszeichnen, wobei die Spinnmasse eine Lyocell-Spinnmasse, also eine Lösung von Cellulose in einem Direktlösemittel für Cellulose ist.
Ein solches Direktlösemittel für Cellulose ist ein Lösemittel, in dem die Cellulose in nicht- derivatisierter Form gelöst vorliegt. Dies kann bevorzugt ein Gemisch aus einem tertiären Aminoxid, wie etwaNMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid), und Wasser sein. Alternativ eignen sich als Direktlösemittel beispielsweise auch bestimmte ionische Flüssigkeiten, bzw. deren Mischungen mit Wasser.
Der Gehalt an Cellulose in der Spinnmasse kann dabei 3 Gew.-% bis 17 Gew.-%, in bevorzugten Ausführungsvarianten 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, und in besonders bevorzugen Ausführungsvarianten 6 Gew.-% bis 14 Gew.-%, betragen.
Der Cellulosedurchsatz pro Spinnvliesdüse kann 5 kg/h pro m Düsenlänge bis 500 kg/h pro m Düsenlänge betragen. Die innere Struktur der Spinnvlieses kann zudem zuverlässig gesteuert werden, wenn die aus der Spinndüse extrudierten und verstreckten Filamente teilweise koaguliert werden.
Dazu kann der Spinndüse ein eine Koagulationsflüssigkeit aufweisender Koagulationsluftstrom zur zumindest teilweisen Koagulation der Filamente zugeordnet sein, wodurch die innere Struktur des Spinnvlieses gezielt gesteuert werden kann. Ein Koagulationsluftstrom kann dabei vorzugsweise ein wasserhaltiges und/oder Koagulationsmittel enthaltendes Fluid, bspw. Gas, Nebel, Dampf, etc., sein.
Wird als Direktlösemittel in der Lyocell-Spinnmasse NMMO verwendet, so kann die Koagulationsflüssigkeit ein Gemisch aus vollentsalztem Wasser und 0 Gew.-% bis 40 Gew.-% NMMO, bevorzugt 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% NMMO, besonders bevorzugt 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% NMMO, sein. Dabei kann eine besonders zuverlässige Koagulation der extrudierten Filamente erreicht werden.
Die Erfindung hat sich weiters die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Herstellung von Spinnvlies gemäß der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, dass diese konstruktiv einfach und kostengünstig eine Reduzierung des Wasserverbrauchs in Wäsche und Wasserstrahlverfestigung ermöglicht.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Auslass der
Wasserstrahlverfestigung mit dem Einlass der Wäsche strömungsverbunden ist.
Ist der Auslass der Wasserstrahlverfestigung mit dem Einlass der Wäsche strömungsverbunden, so kann auf konstruktiv besonders einfache Weise das Abwasser aus der Wasserstrahlverfestigung in der Wäsche weiterverwendet werden, wodurch der Wasserverbrauch minimiert wird.
Unter „strömungsverbunden“ wird in diesem Zusammenhang das Bestehen einer Verbindung zur Ermöglichung einer, insbesondere kontinuierlichen, Strömung von Fluiden zwischen Aus- und/oder Einlässen verstanden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird also zudem eine Vorrichtung bereitgestellt, welche den maschinenbaulichen und anlagenbaulichen Aufwand bei der Planung, Errichtung und beim Betreib einer Anlage zur Herstellung von wasserstrahlverfestigten, insbesondere cellulosi sehen, Spinnvliesen vermindert.
Der apparative Aufwand und somit die Errichtungskosten der Vorrichtung können weiter gesenkt werden, wenn die Wasserstrahlverfestigung als Teil der Wäsche ausgeführt ist. Dies kann sich insbesondere dann als vorteilhaft erweisen, wenn die Wäsche eine Gegenstromwäsche mit mehreren Waschstufen ist und die Wasserstrahlverfestigung gleichzeitig als letzte Waschstufe in der Wäsche ausgelegt ist. Dabei ist insbesondere der jeweilige Auslass einer Waschstufe bzw. der Wasserstrahlverfestigung mit dem Einlass der vorgelagerten Waschstufe strömungsverbunden, so dass Frischwasser nur an die Wasserstrahlverfestigung zugeführt wird und das Abwasser aus der ersten Waschstufe abgeführt wird.
Zwischen dem mit dem Auslass der Wasserstrahlverfestigung strömungsverbundenen Einlass der Wäsche bzw. einer vorgelagerten Waschstufe können zudem eine Entgasungseinrichtung zur Entgasung des Abwassers und/oder ein Filter zur Entfernung von Feststoffen aus dem Abwasser der Wasserstrahlverfestigung vorgesehen sein.
Die Betriebskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung können weiter gesenkt werden, wenn der Auslass der Wäsche mit einer Wasseraufbereitung zur Rückgewinnung von Lösungsmittel und Frischwasser aus dem Abwasser der Wäsche strömungsverbunden ist. So kann das aus dem Auslass der Wäsche bzw. der ersten Waschstufe abgeführte verbrauchte Waschwasser wieder einer Wasseraufbereitung zugeführt werden, woraus wiederum Lösungsmittel und Frischwasser zurückgewonnen werden kann.
Die zuvor genannten Vorteile werden besonders dann erreicht, wenn die Wasseraufbereitung mit dem Einlass der Wasserstrahlverfestigung zur Zuführung von Frischwasser strömungsverbunden ist. So kann das aus dem Abwasser der Wäsche zurückgewonnene Frischwasser wieder an die Wasserstrahlverfestigung zugeführt werden, wodurch ein Wasserkreislauf geschaffen wird, welcher einen minimalen Wasserverbrauch ermöglicht und somit zur Reduzierung der Betriebskosten der Vorrichtung erheblich beiträgt.
Weiters kann die Wasserstrahlverfestigung erfindungsgemäß zumindest eine Hochdruckpumpe für vollentsalztes Wasser, zumindest einen Wasserstrahlverfestigungsdüsenbalken, welcher mit der Hochdruckpumpe strömungsverbunden ist, zumindest eine mit dem Auslass strömungsverbundene Absaugeinrichtung unter dem Wasserstrahlverfestigungsdüsenbalken, und zumindest eine Entgasungseinrichtung zwischen Absaugeinrichtung und Auslass aufweisen. Die Entgasungseinrichtung kann dabei beispielsweise ein Luft/Wasserab scheider sein, um das in der Absaugeinrichtung gesammelte Wasser von mitgerissener Luft zu trennen. Die Absaugeinrichtung kann dabei beispielsweise mit einem Vakuumgebläse verbunden sein, um das für die Absaugeinrichtung notwendige Vakuum zu erzeugen. Die Absaugeinrichtung kann etwa als Saugrohr unter dem Düsenbalken der Wasserstrahlverfestigung ausgeführt sein. Die Vorrichtung kann zudem nach der perforierten ersten Fördereinrichtung zum Bilden des Spinnvlieses eine zweite Fördereinrichtung für das Spinnvlies aufweisen, welche zwischen Düsenbalken der Wasserstrahlverfestigung und Absaugeinrichtung vorgesehen ist. Die zweite Fördereinrichtung kann dabei insbesondere eine Prägestruktur mit einem Prägemuster aufweisen, wobei das Spinnvlies während der Wasserstrahlverfestigung mit dem Prägemuster versehen wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
Fig. 2 eine detaillierte schematische Darstellung der Wäsche und Wasserstrahlverfestigung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsvariante,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsvariante, und Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsvariante.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 100 zur Herstellung von cellulosischem Spinnvlies 1 gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung und eine Vorrichtung 200 zur Durchführung des Verfahrens 100. In einem ersten Verfahrensschritt wird dabei eine Spinnmasse 2 aus einem cellulosischen Rohmaterial erzeugt und an eine Spinndüse 3 der Vorrichtung 200 zugeführt. Das cellulosische Rohmaterial zur Herstellung der Spinnmasse 2, welche Herstellung in den Figuren nicht näher dargestellt ist, kann dabei ein konventioneller, zur Herstellung von Lyocellfasern geeigneter Zellstoff aus Holz oder anderen pflanzlichen Ausgangsstoffen sein. Es ist aber ebenso denkbar, dass das cellulosische Rohmaterial zumindest zum Teil aus Produktionsabfällen der Spinnvlies-Erzeugung oder recycelten Textilien besteht. Die Spinnmasse 2 ist dabei eine Lösung aus Cellulose in NMMO und Wasser, wobei der Gehalt an Cellulose in der Spinnmasse zwischen 3 Gew.-% und 17 Gew.-% beträgt. Die Spinnmasse 2 wird dann in einem nächsten Schritt durch eine Vielzahl von Düsenlöchem der Spinndüse 3 zu Filamenten 4 extrudiert. Die extrudierten Filamente 4 werden dann durch einen Verstreckungsluftstrom beschleunigt und verstreckt. Zur Erzeugung des Verstreckungsluftstroms ist in der Spinndüse 3 eine Verstreckungseinrichtung 6 vorgesehen, welcher Verstreckungsluft 5 zugeführt wird und welche für einen Austritt des Verstreckungsluftstroms aus der Spinndüse 3 sorgt, um die Filamente 4 nach deren Extrusion zu beschleunigen.
In einer Ausführungsvariante kann der Verstreckungsluftstrom dabei zwischen den Düsenlöchem der Spinndüse 3 austreten. In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Verstreckungsluftstrom alternativ um die Düsenlöcher hemm austreten. Dies ist in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt. Solche Spinndüsen 3 mit Verstreckungseinrichtungen 6 zur Erzeugung eines Verstreckungsluftstroms sind aus dem Stand der Technik (US 3,825,380 A, US 4,380,570 A, WO 2019/068764 Al) bekannt.
Die extrudierten und verstreckten Filamente 4 werden zudem mit einem Koagulationsluftstrom 7, welcher durch eine Koagulationseinrichtung 8 bereitgestellt wird, beaufschlagt. Der Koagulationsluftstrom 7 weist in der Regel eine Koagulationsflüssigkeit auf, etwa in Form von Dampf, Nebel, etc. Durch Kontakt der Filamente 4 mit dem Koagulationsluftstrom 7 und der darin enthaltenen Koagulationsflüssigkeit werden die Filamente 4 zumindest teilweise koaguliert, was insbesondere Verklebungen zwischen den einzelnen extrudierten Filamenten 4 reduziert.
Die verstreckten und zumindest teilweise koagulierten Filamente 4 werden dann in Wirrlage auf der Fördereinrichtung 9 abgelegt und bilden dort das Spinnvlies 1. Nach der Bildung des Spinnvlieses 1 wird dieses einer Wäsche 10 und einer Wasserstrahlverfestigung 11 unterzogen.
Der Wasserstrahlverfestigung 11 wird dabei vollentsalztes Frischwasser 12 zugeführt, welches unter Hochdruck auf das Spinnvlies 1 gesprüht wird, wodurch dieses verfestigt wird. Das Abwasser 13 der Wasserstrahlverfestigung 11 wird der Wäsche 10 als Waschwasser 14 zugeführt. Da die Wäsche 10 der Wasserstrahlverfestigung 11 vorgelagert ist, ist das Abwasser 13 der Wasserstrahlverfestigung 11 nur gering mit Lösungsmittel verunreinigt und kann daher problemlos für die Zwecke der Wäsche 10 als Waschwasser 14 verwendet werden.
Vor dem Zuführen des Abwassers 13 als Waschwasser 14 an die Wäsche 10 wird das Abwasser 13 durch eine Entgasungseinrichtung 15 geführt, um insbesondere in das Abwasser 13 eingetragene Luft zu entfernen. Das Abwasser 16 der Wäsche 10 wird schließlich abgeführt, und kann zur Rückgewinnung von gereinigtem Wasser bzw. von Lösungsmittel an eine Wasseraufbereitung 17 zugeführt werden. Das gereinigte Wasser kann dann wieder als Frischwasser 12 an die Wasserstrahlverfestigung 11 zugeführt werden, was in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt ist. Rückgewonnenes Lösungsmittel kann insbesondere zur erneuten Herstellung von Spinnmasse 2 aus cellulosischem Rohmaterial verwendet werden, was in den Figuren ebenfalls nicht näher gezeigt ist.
In einer weiteren Ausführungsvariante, welche in den Figuren nur angedeutet ist, kann das Abwasser 16 der Wäsche zumindest teilweise ebenso als Koagulationsflüssigkeit an die Koagulationseinrichtung 8 zugeführt werden.
Das gewaschene und wasserstrahlverfestigte Spinnvlies 1 wird dann in einem nächsten Schritt einer Trocknung in einem Trockner 18 unterzogen, um die verbliebene Feuchtigkeit zu entfernen und ein fertiges Spinnvlies 1 zu erhalten. Schließlich wird das Verfahren 200 durch optionales Aufwickeln 19 und/oder Verpacken des fertigen Spinnvliese 1 abgeschlossen.
Fig. 2 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung der Wäsche 10 und Wasserstrahlverfestigung 11 in einem Verfahren 101 bzw. einer Vorrichtung 201 gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung.
In der Wasserstrahlverfestigung 11 wird voll entsalztes Frischwasser 12 an Hochdruckpumpen 20 zugeführt, welche mit den Wasserstrahlverfestigungsbalken 21 verbunden sind und das Frischwasser 12 unter Hochdruck auf das Spinnvlies 1 am Förderband 22 bzw. auf der Fördertrommel 23 sprühen, wodurch dieses verfestigt wird.
Dabei wird das Abwasser 13 über Saugrohre 24 als Absaugeinrichtung durch das Förderband 22 und durch die Fördertrommel 23 hindurch entfernt. Zusätzlich wird das Spinnvlies 1 dann auf dem Entwässerungsband 25 nochmal entwässert, bevor es zum Trockner 18 weitertransportiert wird, welcher nicht näher dargestellt wurde.
Das Abwasser 13 der Wasserstrahlverfestigung 11, welches aus den Saugrohren 24 erhalten wird, enthält ein Wasser-/Luft-Gemisch und wird an die Entgasungseinrichtung 26 zugeführt, um die Luft zu entfernen. Dabei wird beispielsweise über eine Vakuumpumpe 27 die Abluft 28 aus dem Abwasser 13 entfernt, während das gasfreie Abwasser im Vorlagebehälter 29 gesammelt wird.
Das Abwasser wird dann vom Vorlagebehälter 29 der Wäsche 10 als Waschwasser 14 zugeführt. Die Wäsche 10 ist dabei, wie in Fig. 2 ersichtlich, als Gegenstromwäsche 10 mit zwei Waschstufen 30, 31 ausgeführt, wobei das Waschwasser 14 der zweiten Waschstufe 31, welche der ersten Waschstufe 30 nachgelagert ist, zugeführt wird. Das Abwasser 32 der zweiten Waschstufe 31 wird dann der ersten Waschstufe 30 als Waschwasser 33 zugeführt. Das Abwasser 34 der ersten Waschstufe, welches mit Lösungsmittel aus dem Spinnvlies 1 angereichert ist, wird dann als Abwasser 16 aus der Wäsche 10 abgeführt, bzw. wie in Fig. 1 dargestellt einer Wasseraufbereitung 17 zugeführt.
Das vollentsalzte Frischwasser 12 reichert sich also auf seinem Weg durch die Wasserstrahlverfestigung 11 und durch die Wäsche 10 mit Lösungsmittel aus dem Spinnvlies 1 an und wird schließlich der Wasseraufbereitung 17 zugeführt, um Lösungsmittel und vollentsalztes Frischwasser aus dem Abwasser 16 wieder zurückzugewinnen.
Fig. 3 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung der Wäsche 10 und Wasserstrahlverfestigung 11 in einem Verfahren 102 bzw. einer Vorrichtung 202 gemäß einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung.
Die Ausführungsvariante in Fig. 3 unterscheidet sich von jener in Fig. 2 lediglich dahingehend, dass das Spinnvlies 1 der Wäsche 10 und der Wasserstrahlverfestigung 11 jeweils auf einem gemeinsamen zweiten Förderband 35 unterzogen wird. Dadurch kann der maschinenbauliche und apparative Aufwand der Vorrichtung 202 weiter verringert werden.
Hinsichtlich aller weiteren Merkmale des Verfahrens 102 und der Vorrichtung 202 wird auf die obige Beschreibung zur Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 verwiesen.
Fig. 4 zeigt eine weitere detaillierte schematische Darstellung der Wäsche 10 und Wasserstrahlverfestigung 11 in einem Verfahren 103 und einer Vorrichtung 203 gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wurde gegenüber der in Fig. 3 dargestellten Variante auf die Fördertrommel 23 und das Entwässerungsband 25 in der Wasserstrahlverfestigung 11 verzichtet. Die Wasserstrahlverfestigung 11 findet daher ausschließlich auf dem mit der Wäsche 10 gemeinsamen Förderband 35 statt. Die Wasserstrahlverfestigung 11 ist dabei bevorzugt als letzte Stufe der mehrstufigen Gegenstromwäsche 10 ausgeführt, wodurch der maschinenbauliche und apparative Aufwand weiter verringert werden kann. Hinsichtlich der weiteren Merkmale wird auf die Beschreibungen der Fig. 2 und 3 verwiesen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, welche in Fig. 5 dargestellt ist, weist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 104 und der erfmdungsgemäßen Vorrichtung 204 das Förderband 35 eine dreidimensionale Prägestruktur 36 auf. Das Prägemuster der Prägestruktur 36 wird dann in der Wasserstrahlverfestigung 11 auf das Spinnvlies 1 übertragen, welches nach der Wasserstrahlverfestigung 11 das Prägemuster aufweist. Alle weiteren Merkmale bleiben wie gemäß den Fig. 2, 3 und 4 beschrieben.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Spinnvlies (1), bei dem eine Lösungsmittel enthaltende Spinnmasse (2) durch eine Vielzahl von Düsenlöchern zumindest einer Spinndüse (3) zu Filamenten (4) extrudiert wird und die Filamente (4) jeweils in Extrusionsrichtung verstreckt werden, wobei die Filamente (4) zur Bildung eines Spinnvlieses (1) auf einer perforierten Fördereinrichtung (9) abgelegt werden und in weiterer Folge einer Wäsche (10) zum Auswaschen des Lösungsmittels aus den Filamenten (4) und einer Wasserstrahlverfestigung (11) unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahlverfestigung (11) Frischwasser (12) zugeführt wird und das Abwasser (13) aus der Wasserstrahlverfestigung (11) als Waschwasser (14) der Wäsche (10) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Frischwasser (12) vollentsalztes Wasser ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wäsche (10) eine mehrstufige Gegenstromwäsche (10) ist und das Abwasser (13) der Wasserstrahlverfestigung (11) als Waschwasser (14) im Gegenstrom durch die Waschstufen (30, 31) der Gegenstromwäsche (10) geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstrahlverfestigung (11) als letzte Waschstufe in der Gegenstromwäsche (10) ausgelegt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser (13) der Wasserstrahlverfestigung (11) entgast wird, und dass das entgaste Abwasser (13) der Wasserstrahlverfestigung (11) als Waschwasser (14) der Wäsche (10) zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Lösungsmittel angereicherte Abwasser (16) aus der Wäsche (10) einer Wasseraufbereitung (17) zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wasseraufbereitung (17) Lösungsmittel aus dem Abwasser (16) zurückgewonnen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wasseraufbereitung (17) gereinigtes Wasser aus dem Abwasser (16) zurückgewonnen wird, und dass das gereinigte Wasser zumindest teilweise der Wasserstrahlverfestigung (11) als Frischwasser (12) zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnvlies (1) auf einer zweiten Fördereinrichtung (22, 35) der Wasserstrahlverfestigung (11) unterzogen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fördereinrichtung
(35) eine Prägestruktur (36) mit einem Prägemuster aufweist und das Spinnvlies (1) durch die Wasserstrahlverfestigung (11) auf der zweiten Fördereinrichtung (35) mit dem Prägemuster
(36) versehen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnmasse (2) durch eine Vielzahl von Düsenlöchern mehrerer hintereinander angeordneter Spinndüsen (3) zu Filamenten (4) extrudiert wird und die Filamente (4) durch einen Verstreckungsluftstrom jeweils in Extrusionsrichtung verstreckt werden, wobei die jeweiligen Filamente (4) der Spinndüsen (3) zur Bildung eines mehrlagigen Spinnvlieses auf der perforierten Fördereinrichtung (9) übereinander abgelegt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnvlies (1) ein cellulosisches Spinnvlies (1), und die Spinnmasse (2) eine Lösung von Cellulose in einem Direktlösemittel, insbesondere einem tertiären Aminoxid, ist.
13. Vorrichtung zur Herstellung von Spinnvlies (1), mit zumindest einer Spinndüse (3) zur Extrusion einer Spinnmasse (2) zu Filamenten (4), mit einer der Spinndüse (3) zugeordneten Verstreckungseinrichtung (6) zur Verstreckung der extrudierten Filamente (4) mittels eines Verstreckungsluftstroms, mit einer perforierten Fördereinrichtung (9) zur Ablage der Filamente (4) und Bildung des Spinnvlieses (1), mit einer Wäsche (10) zum Waschen des Spinnvlieses
(I) nach dessen Bildung und mit einer der Wäsche (10) nachgelagerten Wasserstrahlverfestigung (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstrahlverfestigung
(I I) und die Wäsche (10) jeweils einen Einlass für Frischwasser (12, 14) und einen Auslass für Abwasser (13, 16) aufweisen, und dass der Auslass der Wasserstrahlverfestigung (11) mit dem Einlass der Wäsche (10) strömungsverbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der Wäsche (10) mit einer Wasseraufbereitung (17) zur Rückgewinnung von Lösungsmittel und Frischwasser aus dem Abwasser (16) der Wäsche (10) strömungsverbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasseraufbereitung (17) mit dem Einlass der Wasserstrahlverfestigung (11) zur Zuführung von Frischwasser (12) strömungsverbunden ist.
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