Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Vliesstoffes.
Ein Vliesstoff ist ein aus Fasern gefertigtes Flächengebilde, das auf unterschiedliche Weise verfestigt wurde.
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen umfassen in der Regel eine Vliesbildung, eine Vliesverfestigung sowie anschließend eine weitere Entwässerung. Unterschiedliche Verfahren der Vliesbildung sind beispielsweise in der
Die anschließende Vliesverfestigung kann beispielsweise nach dem sogenannten Wasserstrahlverfestigungsverfahren, auch "spunlacing" oder "hydroentanglement" genannt, erfolgen. Dabei wird das gebildete Vlies durch ein Verschlingen der Fasern verfestigt, wobei das Verschlingen durch ein Verwirbeln erfolgt, indem insbesondere fokussierte Hochdruckwasserstrahlen auf das Vlies einwirken. Es kann hierbei insbesondere eine
Reihe von feinen, nicht divergenten Strahlen auf die durch ein Trägersystem abgestützte Vliesstoff-Materialbahn gerichtet werden, wobei das Trägersystem beispielsweise ein umlaufendes Sieb oder eine poröse Walze umfassen kann. Die Anzahl, die Abmessung und der Druckpegel der Wasserstrahlverfestigungsdüsen hängen von der Art der zu verarbeitenden Fasern und dem Ausmaß der Wasserstrahlverfestigung ab.
Die meisten herkömmlichen Erzeugnisse werden mit Flächengewichten im Bereich von 25 g/m2 bis 100 g/m2 bereitgestellt. Stoffe, die leichter als 25 g/m2 sind, sind allgemein nicht brauchbar, da zu wenig Fasermasse zur Verfestigung zur Verfügung steht. Andererseits sind Stoffe mit einem Flächengewicht größer als 100 g/m2 im Allgemeinen nicht verfügbar, da es schwierig ist, den Hochdruck-Wasserstrahl durch das Fasergebilde hindurchtreten zu lassen. Einige der neueren Technologien verwenden Drücke bis zu 248,21 bar (2600 psig). Damit können Vliesstoffe mit einem Flächengewicht über 500 g/m2 nach dem Wasserstrahlverfestigungsverfahren verfestigt werden.
Unterhalb des Vernadelungssubstrats sind für die jeweiligen Düsen-Anschlussstücke üblicherweise getrennte Vakuumschlitze zum Abführen des durch das Fasergebilde hindurchdringenden Wassers vorgesehen. Eine unzureichende Wasserabfuhr in irgendeiner Stufe des Wasserstrahlverfestigungsprozesses kann zu einem "Fluten" und einem Verlust an Verfestigungseffizienz führen. Zusätzliches Wasser kann über ein Vakuum-Abzugssystem entfernt werden, um die Menge an in den Trocknern noch zu entfernendes Wasser zu verringern.
Ein Wasserstrahlverfestigungssystem erfordert eine bestimmte Menge an Wasser. Typischerweise liegt der erforderliche Betrag in einem Bereich von 10 m3/h bis 300 m3/h.
Dieses Wasser wird recycelt und muss üblicherweise zur Entfernung von Verunreinigungen, Faserfinish und Bakterien vor einer Wiederverwendung behandelt werden, um ein Verstopfen der feinen Wasserdüsen zu verhindern. Die Art der erforderlichen Wasserbehandlung hängt von dem verwendeten Ausgangsmaterial ab. Stoffe, die Holzstoff, Baumwolle, andere Naturfasern oder nach dem Schmelzblasverfahren hergestellte Fasern enthalten, bringen mehr feinen Faserausschuss mit sich als aus synthetischen Kurzfasern hergestellte Stoffe und erfordern daher ein komplizierteres Filtrationssystem. Wasserbehandlungssysteme können je nach Art der verwendeten Fasern und Ausmaß an Verunreinigung eine beliebige Kombination aus folgendem enthalten: Luftabscheider, Klärmittel oder Entspannungsflotationssysteme, Sandfilter, Bandfilter, Vor-Filter, Filtereinsätze, Schlauchfilter, Entionisierungseinheiten, Wärmetauscher und Systeme zur bakteriellen Behandlung.
Der Verlust an Fasern liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 3 bis 10 %. Je nach Kapazität der betreffenden Anlage kann sich dieser Verlust insgesamt auf bis zu 300 kg/h belaufen. Synthetische Fasern sind relativ teuer. Die Kosten für solche Fasern liegen derzeit im Bereich zwischen 2 und 3 €/kg.
Bei der Wasserstrahlverfestigung, auch Spunlacing genannt, werden in der Regel Wassermengen in sehr stark geschlossenen Kreisläufen geführt. Es ist daher bisher entweder eine chemische und/oder zusätzlich zur mechanischen Reinigung/Filtration eine biologische Aufbereitung der betreffenden Abwasser oder eine starke Verdünnung oder Auffrischung erforderlich, die das Aufsalzen und die Anreicherung mit Bakterien vermindert. Theoretisch könnte dies auch mit Frischwasser erreicht werden. Dies ist jedoch weder ökologisch noch ökonomisch sinnvoll. Zudem würde sich die Abwassermenge rein bilanziell in gleichem Umfang erhöhen und den negativen Effekt in beiderlei Hinsicht verstärken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen sowohl Fasern aus dem bei der Vliesbildung anfallenden Prozesswasser als auch Fasern wiederverwendet werden können, die in dem Prozesswasser enthalten sind, das bei einer anschließenden Wasserstrahlverfestigung der aus dem Vlies entstehenden Vliesstoff-Materialbahn anfällt. Gleichzeitig soll die Wasseraufbereitung für das zur Wasserstrahlverfestigung zurückgeführte Wasser bei möglichst gering gehaltenem Frischwassereinsatz zumindest vereinfacht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen, der sich anschließenden Beschreibung sowie der Zeichnung enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffes zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Former ein Vlies gebildet und die daraus entstehende Vliesstoff-Materialbahn anschließend verfestigt wird, wobei das Vlies in dem Former zumindest teilweise nach einem Nassverfahren gebildet wird, die aus dem Vlies entstehende Vliesstoff-Materialbahn mittels wenigstens einer nach dem Wasserstrahlverfestigungsverfahren arbeitenden Verfestigungseinrichtung verfestigt wird, zumindest ein Teil des bei der Vliesbildung nach dem Nassverfahren anfallenden Prozesswassers mit zumindest einem Teil des bei der Wasserstrahlverfestigung anfallenden Prozesswassers zusammengeführt wird, aus dem daraus resultierenden Prozesswasser wiedergewonnene Fasern wieder dem Herstellungsprozess zugeführt werden und das restliche resultierende Prozesswasser zumindest teilweise wieder zur Wasserstrahlverfestigung verwendet wird.
Unter Vlies wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein unmittelbar durch die Formation erhaltenes Faservlies geringer Konsistenz verstanden, wohingegen unter Vliesstoff ein bereits eine gewisse bzw. relativ höhere Konsistenz aufweisendes Vlies zu verstehen ist.
Unter dem Nassverfahren wird im Sinne der vorliegenden Erfindung - im Einklang mit der fachüblichen Verwendung dieses Begriffs - ein Verfahren verstanden, bei dem die Fasern insbesondere in Wasser aufgeschwemmt und auf eine wasserdurchlässige Unterlage abgelegt werden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens können nicht nur Fasern aus dem bei der Vliesbildung anfallenden Prozesswasser, sondern auch Fasern wiederverwendet werden, die in dem Prozesswasser enthalten sind, das bei der anschließenden Wasserstrahlverfestigung der aus dem Vlies entstehenden Vliesstoff-Materialbahn anfällt. Dabei ist die Vermischung der Fasern, die aus dem bei der Wasserstrahlverfestigung anfallenden Prozesswasser wiedergewonnen werden, mit den wiedergewonnenen Fasern aus der Vliesbildung nach dem Nassverfahren, auch Wetlaid-Verfahren genannt, von besonderem Vorteil, da die aus der Vliesbildung nach dem Nassverfahren wiedergewonnenen Fasern häufig in einem besseren Zustand sind und insbesondere die Fasern der Wasserstrahlverfestigung heute typischerweise nicht wiederverwerten werden können. Die gemeinsame Führung des Rückwassers zur Wiederverwendung bei der Wasserstrahlverfestigung bringt den besonderen Vorteil mit sich, dass durch die Vermischung mit dem wesentlich größeren Anteil an bei der Vliesbildung nach dem Nassverfahren anfallenden Prozesswasser die Gefahr eines Aufsalzens und einer Anreicherung mit Bakterien auf ein Minimum reduziert wird. Die bisher erforderliche chemische und biologische Aufbereitung des Rückwassers aus der Wasserstrahlverfestigung kann dadurch zumindest minimiert werden, bzw. es kann darauf ganz verzichtet werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das bei der Wasserstrahlverfestigung anfallende Prozesswasser durch das bei der Vliesbildung nach dem Nassverfahren anfallende Prozesswasser verdünnt bzw. aufgefrischt. Der betreffende Prozesswasserkreislauf enthält damit insbesondere bis zu 10-mal größere Wassermengen als bei der bisher üblichen Wasserstrahlverfestigung (Spunlacing). Durch die kombinierte Wasserführung ergeben sich zudem entsprechend geringere Investitionskosten und ein geringerer Platzbedarf.
Bevorzugt wird das aus der Zusammenführung des bei der Vliesbildung nach dem Nassverfahren anfallenden Prozesswassers mit dem bei der Wasserstrahlverfestigung anfallenden Prozesswasser resultierende Prozesswasser zumindest teilweise zur Wiedergewinnung von Fasern einer Flotation, insbesondere einer Druckentspannungsflotation, zugeführt.
Bei der Flotation bzw. Druckentspannungsflotation handelt es sich um ein dem Abtrennen der festen von der flüssigen Phase dienendes physikalisch-chemisches Trennverfahren, bei dem im Wasser dispergierte oder suspendierte Stoffe durch anhaftende Gasblasen an die Wasseroberfläche transportiert und von dort entfernt werden. Dabei wird das resultierende Prozesswasser zur Wiedergewinnung von Fasern bevorzugt einer Mikroflotation zugeführt. Bei einer solchen Mikroflotation handelt es sich um eine spezielle Form der Druckentspannungsflotation, bei der vergleichsweise kleine Luftblasen eingesetzt werden, nämlich Luftblasen mit einem Durchmesser zwischen etwa 30 und etwa 50 µm.
In bestimmten Fällen ist es auch von Vorteil, wenn das zur Wiederverwendung für die Wasserstrahlverfestigung bestimmte restliche resultierende Prozesswasser zuvor aufbereitet wird.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn die aus dem resultierenden Prozesswasser wiedergewonnenen Fasern eingedickt werden, bevor sie dem Herstellungsprozess wieder zugeführt werden.
Die aus dem resultierenden Prozesswasser wiedergewonnenen Fasern können dem Herstellungsprozess vorteilhafterweise zumindest teilweise unmittelbar nach der Stoffaufbereitung wieder zugeführt oder auch zumindest teilweise am Anfang des Herstellungsprozesses in einen separaten Faserstrang eingegeben werden. Es ist jedoch beispielsweise auch denkbar, die aus dem resultierenden Prozesswasser wiedergewonnenen Fasern unter Zuführung von bereits getrockneten Recyclingfasern zumindest teilweise wieder in den Anfang des Herstellungsprozesses einzuführen.
Die Aufbereitung des zur Wiederverwendung für die Wasserstrahlverfestigung bestimmten restlichen resultierenden Prozesswassers umfasst bevorzugt eine Filterung, insbesondere eine Filterung mittels eines Polizeifilters, eines Sandfilters, eines Bandfilters, eines Bandfilters mit integrierter Flotation, eines Sandfilters mit integrierter Flotation und/oder eines Feinfilters.
Wie bereits erwähnt, kann in bestimmten Fällen jedoch auch ganz auf eine solche Aufbereitung des zur Wiederverwendung für die Wasserstrahlverfestigung bestimmten restlichen resultierenden Prozesswassers verzichtet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Vliesstoffes umfasst entsprechend einen Former zur Bildung eines Vlieses und wenigstens eine Einrichtung zur anschließenden Verfestigung der aus dem gebildeten Vlies entstehenden Vliesstoff-Materialbahn, wobei der Former einen Hydroformer umfasst, in dem das Vlies zumindest teilweise nach einem Nassverfahren gebildet wird, die Verfestigungseinrichtung wenigstens eine Wasserstrahlverfestigungseinrichtung umfasst, in der die aus dem Vlies entstehende Vliesstoff-Materialbahn nach dem Wasserstrahlverfestigungsverfahren verfestigt wird, Mittel vorgesehen sind, um zumindest einen Teil des bei der Vliesbildung nach dem Nassverfahren anfallenden Prozesswassers mit zumindest einem Teil des bei der Wasserstrahlverfestigung anfallenden Prozesswassers zusammenzuführen, Mittel zur Wiedergewinnung von Fasern aus dem aus den zusammengeführten Prozesswassers resultierenden Prozesswasser vorgesehen sind, Mittel vorgesehen sind, um die wiedergewonnenen Fasern wieder dem Herstellungsprozess zuzuführen, und Mittel vorgesehen sind, um das restliche resultierende Prozesswasser zumindest teilweise zur Wasserstrahlverfestigungseinrichtung zurückzuführen.
Dabei ist das aus der Zusammenführung des bei der Vliesbildung nach dem Nassverfahren anfallenden Prozesswassers mit dem bei der Wasserstrahlverfestigung anfallenden Prozesswasser resultierende Prozesswasser bevorzugt zumindest teilweise zur Wiedergewinnung von Fasern einer Flotationseinrichtung, insbesondere einer Druckentspannungsflotationseinrichtung, zugeführt. Dabei umfasst die Flotationseinrichtung bevorzugt eine Mikroflotationseinrichtung.
In bestimmten Fällen können auch Mittel zur Aufbereitung des zur Wiederverwendung für die Wasserstrahlverfestigung bestimmten restlichen resultierenden Prozesswassers vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel zur Eindickung der aus dem resultierenden Prozesswasser wiedergewonnenen Fasern vorgesehen.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung Mittel, um die aus dem resultierenden Prozesswasser wiedergewonnenen Fasern dem Herstellungsprozess zumindest teilweise unmittelbar nach der Stoffaufbereitung wieder zuzuführen, und/oder Mittel, um die aus dem resultierenden Prozesswasser wiedergewonnenen Fasern zumindest teilweise am Anfang des Herstellungsprozesses in einen separaten Faserstrang einzugeben. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung jedoch auch Mittel umfassen, um die aus dem resultierenden Prozesswasser wiedergewonnenen Fasern unter Zuführung von bereits getrockneten Recyclingfasern zumindest teilweise wieder in den Anfang des Herstellungsprozesses einzuführen.
Die Mittel zur Aufbereitung des zur Wiederverwendung für die Wasserstrahlverfestigung bestimmten restlichen resultierenden Prozesswassers umfassen gegebenenfalls bevorzugt Filtermittel, insbesondere wenigstens ein Polizeifilter, wenigstens ein Sandfilter, wenigstens ein Bandfilter wenigstens ein Sandfilter mit integrierter Flotation und/oder wenigstens ein Feinfilter. Wie bereits erwähnt, kann in bestimmten Fällen jedoch auf eine Aufbereitung dieses zur Wiederverwendung für die Wasserstrahlverfestigung bestimmten restlichen resultierenden Prozesswassers ganz verzichtet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
Die Vorrichtung 10 umfasst einen Former 12 zur Bildung eines Vlieses und eine Einrichtung 14 zur anschließenden Verfestigung der aus dem gebildeten Vlies entstehenden Vliesstoff-Materialbahn.
Der Former 12 umfasst einen Hydroformer, insbesondere einen Schrägsiebformer, in dem das Vlies nach einem Nassverfahren gebildet wird. Die Verfestigungseinrichtung 14 umfasst eine Wasserstrahlverfestigungseinrichtung, in der die aus dem Vlies entstehende Vliesstoff-Materialbahn nach dem Wasserstrahlverfestigungsverfahren verfestigt wird. Dabei kann diese Wasserstrahlverfestigungseinrichtung 14 einen Vorverfestigungsabschnitt und einen Nachverfestigungsabschnitt aufweisen oder als einheitliche Verfestigungseinrichtung vorgesehen sein.
Zudem umfasst die Vorrichtung 10 Mittel 16, um zumindest einen Teil des bei der Vliesbildung nach dem Nassverfahren anfallenden Prozesswassers mit zumindest einem Teil des bei der Wasserstrahlverfestigung anfallenden Prozesswassers zusammenzuführen, Mittel 18 zur Wiedergewinnung von Fasern aus dem aus den zusammengeführten Prozesswassern resultierenden Prozesswasser, Mittel 20, um die wiedergewonnenen Fasern wieder dem Herstellungsprozess zuzuführen, und Mittel 22, um das restliche resultierende Prozesswasser zumindest teilweise zur Wasserstrahlverfestigungseinrichtung 14 zurückzuführen.
Das aus der Zusammenführung des bei der Vliesbildung nach dem Nassverfahren anfallenden Prozesswassers 24 mit dem bei der Wasserstrahlverfestigung anfallenden Prozesswasser 26 resultierende Prozesswasser 28 wird teilweise zur Wiedergewinnung von Fasern einer Flotationseinrichtung 30 zugeführt, die im vorliegenden Fall beispielsweise eine Mikroflotationseinrichtung umfasst.
Überdies umfasst die Vorrichtung 10 Mittel 32 zur Aufbereitung des zur Wiederverwendung für die Wasserstrahlverfestigung bestimmten restlichen resultierenden Prozesswassers 34.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung 10 insbesondere auch Mittel 36 zur Eindickung der aus dem resultierenden Prozesswasser 28 wiedergewonnenen Fasern umfassen.
Zudem kann die Vorrichtung 10 mit Mitteln versehen sein, um die aus dem resultierenden Prozesswasser 28 wiedergewonnenen Fasern dem Herstellungsprozess zumindest teilweise unmittelbar nach der Stoffaufbereitung wieder zuzuführen, die aus dem resultierenden Prozesswasser 28 wiedergewonnenen Fasern zumindest teilweise am Anfang des Herstellungsprozesses in einen separaten Faserstrang einzugeben und/oder die aus dem resultierenden Prozesswasser 28 wiedergewonnenen Fasern unter Zuführung von bereits getrockneten Recyclingfasern zumindest teilweise wieder in den Anfang des Herstellungsprozesses einzuführen.
Die Mittel 32 zur Aufbereitung des zur Wiederverwendung für die Wasserstrahlverfestigung bestimmten restlichen resultierenden Prozesswassers 34 können u.a.
Filtermittel, insbesondere ein Polizeifilter 38, ein Sandfilter 40, ein Bandfilter, ein Sandfilter mit integrierter Flotation und/oder ein Feinfilter 42, umfassen.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die Aufbereitungsmittel 32 zudem einen zwischen der Flotationseinrichtung 30 und dem Polizeifilter 38 angeordneten Klärwasserbehälter 44, einen zwischen das Polizeifilter 38 und das Sandfilter 40 geschalteten Pufferbehälter 46, einen zwischen das Sandfilter 40 und das Feinfilter 42 geschalteten Behälter 48, dem außer gefiltertem Rückwasser Frischwasser 50 zugeführt werden kann, einen dem Feinfilter 42 nachgeschalteten Wasserbehälter 52 sowie eine dem Wasserbehälter 52 nachgeschaltete Niederdruckpumpe 54. Überdies sind in der vorliegenden Darstellung gemäß
Die Wasserstrahlverfestigungseinrichtung 14 umfasst durch Hochdruckpumpen 60 beaufschlagte Düsenköpfe 62, zwischen den Hochdruckpumpen 60 und den Düsenköpfen 24 angeordnete Polizeifilter 86 sowie den Düsenköpfen 24 gegenüberliegende Saugmittel 88.
Das Prozesswasser aus dem Former 12 gelangt zunächst in einen Behälter 64 (Siebwasser I). Der Überlauf aus diesem Behälter 64 wird in einen weiteren Behälter 66 geführt, in dem die Prozesswasser 24, 26 zusammengeführt werden. Dabei gelangt das Prozesswasser 26 aus der Wasserstrahlverfestigung zunächst in einen Saugwasserbehälter 68, der dem Behälter 66 vorgeschaltet ist, oder es kann direkt in den Behälter 66 geführt werden. Ein Teil des im Behälter 64 gesammelten Wassers wird über eine Flügelpumpe 70 zum Former zurückgeführt. Der Überlauf aus dem Behälter 66 (Siebwasser II) gelangt in einen weiteren Behälter 72 (Siebwasser III), dem zusätzlich Siebwasser aus den Eindickmitteln 36 zugeführt werden kann. Das Prozesswasser aus dem Behälter 72 wird schließlich der Flotationseinrichtung 30 zugeführt.
Die Mittel 18 zur Faserwiedergewinnung umfassen einen den Eindickmitteln 36 vorgeschalteten Gautschbruchbehälter (couch broke) 74, dem Prozesswasser aus der Flotationseinrichtung 30 zugeführt wird. Den Eindickmitteln 36 ist eine Nassausschussbütte (wet broke chest) 76 nachgeschaltet, aus der die wiedergewonnenen Fasern entnommen und insbesondere einer Maschinenbütte 78 zugeführt werden. Das Prozesswasser 26 kann beispielsweise auch direkt in die Flotationseinrichtung 30 eingepresst werden.
Im Übrigen kann die betreffende Vorrichtung zumindest im Wesentlichen insbesondere wieder so ausgeführt sein, wie dies anhand der
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