EP2162577B1 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung einer fasermasse - Google Patents

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EP2162577B1
EP2162577B1 EP08756838.2A EP08756838A EP2162577B1 EP 2162577 B1 EP2162577 B1 EP 2162577B1 EP 08756838 A EP08756838 A EP 08756838A EP 2162577 B1 EP2162577 B1 EP 2162577B1
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EP
European Patent Office
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fiber
fiber mass
pressure chamber
treatment fluid
treatment
Prior art date
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Not-in-force
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EP08756838.2A
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English (en)
French (fr)
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EP2162577A1 (de
Inventor
Christoph Schrempf
Werner Richardt
Heidrun Fuchs
Rudolf Aigner
Helmut Fuchs
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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Publication date
Application filed by Lenzing AG, Chemiefaser Lenzing AG filed Critical Lenzing AG
Publication of EP2162577A1 publication Critical patent/EP2162577A1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B3/00—Passing of textile materials through liquids, gases or vapours to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing, impregnating
    • D06B3/02—Passing of textile materials through liquids, gases or vapours to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing, impregnating of fibres, slivers or rovings
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B5/00—Forcing liquids, gases or vapours through textile materials to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing impregnating
    • D06B5/02—Forcing liquids, gases or vapours through textile materials to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing impregnating through moving materials of indefinite length
    • D06B5/04—Forcing liquids, gases or vapours through textile materials to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing impregnating through moving materials of indefinite length through slivers or rovings

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for treating a fiber mass during its transport with a treatment fluid.
  • Fibers often have to be treated with fluid substances during their manufacture or further processing. These substances are generally liquids, vapors or gases needed for washing, bleaching, dyeing, impregnating, applying auxiliary agents such as finishes, sizings or surface finishes, as well as for intermediate treatments such as heating, drying or wetting.
  • the fibers are in particular artificial fibers based on cellulose, such as viscose, cellulose carbamate or lyocell fibers or synthetic polymers such as polyesters, polyolefins, aramids, polyimides, fluoropolymers and others. These fibers are usually cut, ie with a defined single fiber length. But the treatment of natural fibers such as cotton, wool, flax and other fibers of plant or animal origin is possible.
  • a large amount of these fibers is to be treated continuously at the same time.
  • Widely used are methods in which a plurality of individual filaments, a so-called fiber cable, extruded from a spinneret and further cut into staple fibers. These staple fibers are floated to a nonwoven fabric. Comparable non-woven fabrics are formed in the course of processing of natural fibers such as wool or cotton. These can also be treated with the device according to the invention and the method according to the invention.
  • Known fiber treatment processes consist for example in that fiber cables are cut to the desired length, the fibers are floated to form a fiber fleece and deposited on a wire belt.
  • a general description of nonwoven fabrics can be found in Götze, "Chemiefasern nach den Viskoseclar", 1967, pages 881-884 , The homogeneous web is drizzled, sprayed or poured from above with a treatment liquid in countercurrent flow. The treatment liquid penetrates by its own weight through the fleece through and washes the fleece out. In the fleece, a diffusion process takes place between the mobile fleet, which flows vertically in total, and the fleet immobilized in the fiber. At the end or between different washing fields, a desired nonwoven moisture can be adjusted by means of a pair of rollers. In order to achieve a better washout result, nonwoven fabric and washing liquid are usually passed in countercurrent. Such methods are also in the WO 00/18991 , of the AT 413286 B as well as in the AT 413285 B described.
  • a nonwoven fabric In principle, similar methods are also suitable for the impregnation of a nonwoven fabric.
  • the homogeneous fiber fleece is drizzled with the impregnating solution, sprayed or poured and then pressed to the desired degree of moisture. This process can also take place in several sequences.
  • an emulsion or suspension can be applied to the fiber.
  • An example of this is the so-called softening, wherein a lubricant is applied to the fiber.
  • Avivages are excipients that are used, among other things, to give the fiber better processing properties. They are to improve, for example, the thread closure, the winding capacity and the handle, reduce the thread friction and impart antistatic properties.
  • These lubricants are generally available as emulsions or suspensions.
  • a homogeneous nonwoven fabric it may be sprayed from above and / or from below with steam or passed along steam heated convection radiant panels.
  • a method in which a rotating press roll presses liquid initially contained from an incoming fiber mass in a compression zone by compacting the fiber mass and then drawing in a treatment fluid during reexpansion of the fiber mass in an expansion zone.
  • a high mechanical pressure must be applied by the press roll to densify the web.
  • rapid absorption of the treatment fluid is dependent on the suction effect of the nonwoven and thus, inter alia, on the expansion speed of the nonwoven.
  • Another disadvantage is that only a comparatively small amount of treatment fluid can be sucked in.
  • treatment fluid may already be injected into the densified nonwoven web to rinse out an earlier treatment fluid from the previous treatment step. Due to the fiber mass, which is already highly compressed at this point, the possible backmixing into the preceding press-off operation and the sealing problem in the press roll, this embodiment appears rather disadvantageous.
  • gaseous or vapor treatment fluids the method of WO 03/004750 not suitable.
  • the DE-A-2307554 discloses the treatment of fiber masses with fluids through a substantially stationary pressure chamber through which the pulp is passed. Here, appropriate sealing measures are taken.
  • DE-A-2307554 Although it mentions two chamber walls moving with the material, this refers to the lower and upper conveyor belt. At the same time, however, the chamber should also contain stationary side walls. Another limitation of the Chamber of DE-A-2307554 is the necessary for sealing, also stationary pressure roller pair.
  • the pressure chamber according to the DE-A-2307554 is thus formed by a complex interaction of movable and stationary wall elements in which different types of sealing must be combined.
  • the DE-A-1269586 describes a device in which the fiber mass is filled in an endless chain of containers and these containers are then passed through a pressure chamber in which the pulp is treated.
  • This solution is very complicated, since it requires a large number of individual containers, which are mechanically connected to one another in an intricately complicated manner for receiving the fiber mass, and additionally a pressure chamber with corresponding sealing devices to the containers.
  • special devices for filling and emptying the containers are needed.
  • the device of DE-A-1269586 requires a large number of containers, each with a lid and in addition a pressure chamber and is therefore very expensive to produce.
  • the object of the present invention was to provide a device and a method with which a fiber mass can be treated faster and more homogeneously with a treatment fluid in order to increase the quality and production capacity and save as much as possible chemicals so that, for example, when converting an existing fiber treatment plant, the production capacity can be significantly increased or when building a new fiber treatment plant compared to a system according to the prior art lower investment and less space are needed.
  • the solution to this problem is a device for treating a fiber mass (1) with a treatment fluid according to claim 1.
  • the terms "pulp” and “nonwoven” are used as synonymous. In it, the fibers are disordered.
  • the at least one pressure chamber towards the fiber mass is designed to be open.
  • the fact that the pressure chamber is designed to open towards the pulp mass means that the side of the pressure chamber facing the pulp mass has no wall.
  • the pressure chamber may have a coarse mesh grid on its open side to prevent the Fiber mass penetrates too far into the pressure chamber during treatment.
  • a perforated plate with large holes or a similar permeable partition can be used.
  • the fiber transport device and thus also the fiber mass to be treated several meters wide generally between about 1 m and 4.6 m.
  • the distributor is about 1 m long in the fiber transport direction.
  • the entry of the treatment fluid into a pressure chamber can be done by a simple, usually centrally located in the top opening (5). Since the fluid for rapid filling of the pressure chamber usually flows at a higher speed, a device is preferably attached to the inlet opening, with which the fluid can be distributed within the pressure chamber. Such a device may for example be a baffle plate. Likewise, annular or other distribution systems are possible. They are intended to prevent the fluid from hitting the batt directly at high speed and changing its structure, for example by creating pits.
  • the required chamber size and the clear height depend strongly on the product type and on the homogeneity of the nonwoven. Inhomogeneous nonwovens require a smaller area of the single chamber. Wet-rigid nonwovens swell up more and require larger chamber height. On the one hand, the pressure chamber should be able to be filled quickly, so it must not have too much volume. On the other hand, the chamber must not be so flat that it is completely filled by the swelling fiber mass. For cellulosic fibers a clear height of the pressure chamber of about 1 - 5 cm is best. The area of a single pressure chamber can be between 100 and 40,000 cm 2 .
  • the distribution device generates a surface pressure on the nonwoven fabric by means of the treatment fluid.
  • the overpressure of the treatment fluid in the pressure chamber is usually between 0.2 and 1 bar.
  • the vapor pressure is established over the nonwoven, which corresponds to the balance between nonwoven resistance, tightness of the pressure chamber and the amount of steam supplied.
  • the pressure chamber was supplied with a 15 bar steam. In this case, between 62 and 1250 kg of steam were injected per m 2 . About the fleece while a temperature of max. 131 ° C measured. This corresponds to an overpressure of 1.7 bar.
  • the residence time in a treatment field can be in conventional cases about 10 to 70 s, preferably even only 15 to 40 s.
  • the ratio of the flow rate (expressed as mass) of the treatment fluid to the mass of the nonwoven may be referred to as the liquor ratio.
  • This liquor ratio depends on the pressure of the treatment fluid, the thickness and swelling behavior of the web, and other factors. It can, in particular, when the treatment fluid is a liquid, easily flow rates can be achieved, which correspond to 40 times and more of the mass of the web, so liquor ratios of 40 and more. Also liquor ratios of more than 100 are conceivable with appropriate pressure of the treatment fluid.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are, in particular, if the treatment fluid is a Gas or steam is also suitable for very low liquor ratios. Due to the homogeneous, rapid distribution of the treatment fluid in the fiber mass in these cases often only liquor ratios of less than 2.0 and in particular less than 1.0 may be necessary to achieve the desired effect. Likewise, the uniformity of the distribution of the treatment fluid between upper, middle and lower layers of the web is significantly improved.
  • the distributor is movable parallel to the direction of movement of the fiber mass and vertically to the direction of movement of the fiber mass ( FIG. 1 ).
  • the distribution device can be placed on the current fiber transport device at a predetermined location (step (A)) and is guided with the fiber mass for a defined time (steps (B) to (C)).
  • the treatment of the fiber mass with the treatment fluid is carried out by treatment fluid is passed through a supply line in the distribution device.
  • the treatment fluid is passed under pressure into the distributor.
  • the distribution device is lifted at a likewise predetermined point of the fiber transport device (step ( D )) and returned at a distance from the fiber mass back to the Aufsetzstelle.
  • the distributor must be moved so that in the cycle which has now begun, it treats the surface of the fiber fleece which lies exactly behind the surface which was treated in the preceding cycle.
  • the distribution device can also be designed so that it has several units of pressure chambers and that these units can be moved independently. These units may be arranged side by side so that a strip of the nonwoven fabric can be treated with the pressure chambers of each unit. In this case, a unit can be moved on the fiber fleece, while a unit arranged next to it is being lifted.
  • Such a plurality of units is conceivable, in particular, when the nonwoven to be treated is so wide that a single unit would be so large and heavy that it would have mechanical disadvantages compared with a number of smaller units.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention is designed so that the pressure chamber can be brought so close to the fiber transport device that the side walls of the pressure chamber touch the fiber mass.
  • the fiber mass is strongly compressed, as z. B. happens at a press roll.
  • the fiber mass would be strongly compressed, so that the treatment fluid could no longer flow unhindered and fast enough through the fiber mass and thus rather prolongs the treatment time or the treatment result, such as washing out, would be worsened.
  • Such a strong swelling occurs, for example, when treating cellulosic fibers such as viscose or lyocell with aqueous media, while no significant swelling of the nonwoven fabric is observed when treating polyester fibers with water. This must be taken into account, for example, in the design of the mechanical guidance of the distributor.
  • the side walls of the pressure chamber are designed to seal the pressure chamber from the atmosphere upon contact with the pulp. For this purpose, it is generally sufficient that these side walls have a closed, round running, lower flat surface or edge (6).
  • This sealing surface or edge which is placed on the fiber mass, may additionally be profiled, for example. Additional elastic sealing materials are generally not necessary because the pulp itself, which is mostly swollen, is the elastic counterpart. It is not necessary to prevent any escape of treatment fluid. This would be possible only by strong pressing the pressure chamber on the pulp, but this is not desirable. The small amounts of laterally exiting treatment fluids can be easily detected by the anyway necessary collection system with.
  • This support plate is preferably provided continuously and at defined locations with drainage openings (8), which allow the outflow of the treatment fluid. In segments without drainage openings, the treatment fluid can not flow away, so that a longer treatment time is achieved there. Instead of openings in a long support plate and open spaces between shorter support plates can allow the flow of treatment fluid from the pulp and the wire belt.
  • a fiber transport device or screen belt for both embodiments, all suitable to those skilled appear devices, in particular belts, belts, link chains ("tank chain”), nonwoven belts, knitted or woven bands of metals, plastics, plastic-coated metals or the like in question. Also, continuous conveyor belts with corresponding perforations, for example, fabric-reinforced rubber bands may be suitable depending on the application.
  • the invention also provides a process for treating a fiber mass (1) on a fiber transport device (4) with a treatment fluid according to claim 3.
  • the pressure chamber which is designed to be open towards the fiber mass, is placed on the fiber mass (A) at the beginning of the treatment time, while the treatment time moves at substantially the same speed as the fiber mass in the fiber transport direction (B) - ( C), lifted at the end of the treatment time of the fiber mass (D) and placed again on a not yet treated portion of the fiber mass.
  • the fiber transport device or the wire belt corresponds to that already described for the device according to the invention.
  • the pulp is preferably a staple fiber fleece.
  • a fleece made of lyocell staple fiber was treated with aqueous sodium hydroxide solution. Also at the end of this treatment field, the sodium hydroxide content was determined in each case in the liquor and in the fiber in different layers of the nonwoven by sampling and subsequent titration. Table 1 shows the deviations from the average value. Table 1: Deviation of the NaOH content from the average value in [%] example 1 2 sampling fleet fiber fleet fiber Above +44 +47 +2 +7 center -3 -4 +0.5 +4 Below -40 -43 -2.5 -11
  • Example 2 On a fiber treatment device according to the prior art as in Example 1 or according to the present invention as in Example 2, a Lyocell staple fiber nonwoven fabric having a basis weight of 6 kg / m 2 was first pressed with a press roller and then treated with fresh water.
  • Table 2 shows the treatment time required in each case, which is substantially shorter than in accordance with Example 3 according to the prior art, despite in some cases considerably higher wash liquid throughputs in the device according to the invention of Examples 4 to 6.
  • Table 2 Treatment time with liquid treatment device default pressure chamber example 3 4 5 6 Fleet ratio (m / m) 18 25 44 55 swelling factor 1.6 2.1 2.5 2.7 Overpressure [bar] No 0.3 0.5 0.7 Treatment time [s] 107 20 20 20 20 20 20
  • Example 1 On a fiber treatment device according to the present invention as in Example 1, a Lyocell staple fiber nonwoven fabric having a basis weight of 6 kg / m 2 was first pressed with a press roll and then treated with saturated steam.
  • Table 3 shows the treatment times each needed to heat the web uniformly around 85 ° C everywhere. With the device according to the invention of Example 8, this succeeded in a much shorter time than in Example 7 according to the prior art. Nevertheless, in the device according to the invention considerably less steam, based on the amount of fiber was required than in the device according to the prior art. Table 3: treatment time with saturated steam default pressure chamber example 7 8th liquor ratio 1.7 0.4 swelling factor 1.05 1.05 Overpressure [bar] No 1.2 Treatment time for heating at 85 ° C [s] 52 23

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung einer Fasermasse während ihres Transports mit einem Behandlungsfluid.
  • Fasern müssen während ihrer Herstellung bzw. Weiterverarbeitung häufig mit fluiden Substanzen behandelt werden. Diese Substanzen sind im allgemeinen Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase, die zum Waschen, Bleichen, Färben, Imprägnieren, Aufbringen von Hilfsmitteln wie Avivagen, Schlichte oder Oberflächenausrüstungen sowie für Zwischenbehandlungen wie Aufheizen, Trocknen oder Befeuchten benötigt werden.
  • Bei den Fasern handelt es sich vor allem um künstliche Fasern auf Basis von Cellulose, wie beispielsweise Viskose-, Cellulosecarbamat- oder Lyocellfasern oder synthetischen Polymeren wie beispielsweise Polyestern, Polyolefinen, Aramiden, Polyimiden, Fluorpolymeren und anderen. Diese Fasern liegen üblicherweise geschnitten, also mit einer definierten Einzelfaserlänge vor. Aber auch die Behandlung von natürlichen Fasern wie Baumwolle, Wolle, Flachs und anderen Fasern pflanzlichen oder tierischen Ursprungs ist möglich.
  • Erfindungsgemäß soll eine große Menge dieser Fasern gleichzeitig kontinuierlich behandelt werden. Weit verbreitet sind Verfahren, bei denen eine Vielzahl von Einzelfilamenten, ein sogenanntes Faserkabel, aus einer Spinndüse extrudiert und im Weiteren in Stapelfasern geschnitten wird. Diese Stapelfasern werden zu einem Faservlies aufgeschwemmt. Vergleichbare Faservliese werden im Verlauf der Verarbeitung von natürlichen Fasern wie Wolle oder Baumwolle gebildet. Auch diese lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeln.
  • Bekannte Faserbehandlungsverfahren bestehen beispielsweise darin, dass Faserkabel auf die gewünschte Länge geschnitten werden, die Fasern zu einem Faservlies aufgeschwemmt und auf einem Siebband abgelegt werden. Eine allgemeine Beschreibung der Faservlieswäsche findet sich in Götze, "Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren", 1967, Seiten 881 - 884. Das homogene Vlies wird im Gegenstromprinzip mit einer Behandlungsflüssigkeit von oben beträufelt, besprüht oder beschüttet. Die Behandlungsflüssigkeit dringt durch ihr Eigengewicht durch das Vlies durch und wäscht dabei das Vlies aus. Im Vlies findet dabei ein Diffusionsprozess zwischen der in Summe vertikal strömenden mobilen Flotte und der in der Faser immobilisierten Flotte statt. Am Ende oder auch zwischen verschiedenen Waschfeldern kann mittels eines Walzenpaares eine gewünschte Vliesfeuchte eingestellt werden. Um ein besseres Auswaschergebnis zu erzielen, werden Faservlies und Waschflüssigkeit meist im Gegenstrom geführt. Solche Verfahren sind beispielsweise auch in der WO 00/18991 , der AT 413286 B sowie in der AT 413285 B beschrieben.
  • Prinzipiell ähnliche Verfahren eignen sich auch für die Imprägnierung eines Faservlieses. Dabei wird das homogene Faservlies mit der Imprägnierlösung beträufelt, besprüht oder beschüttet und anschließend auf den gewünschten Feuchtegrad abgepresst. Dieser Vorgang kann auch in mehreren Sequenzen erfolgen. Beim Imprägnieren kann beispielsweise eine Emulsion oder Suspension auf die Faser aufgebracht werden. Ein Beispiel hierfür ist das sogenannte Avivieren, wobei eine Avivage auf die Faser aufgebracht wird. Avivagen sind Hilfsstoffe, die unter anderem dazu eingesetzt werden, um der Faser bessere Weiterverarbeitungseigenschaften zu verleihen. Sie sollen beispielsweise den Fadenschluß, die Spulfähigkeit und den Griff verbessern, die Fadenreibung verringern sowie antistatische Eigenschaften verleihen. Diese Avivagen liegen im Allgemeinen als Emulsionen oder Suspensionen vor.
  • Um ein homogenes Faservlies zu erhitzen oder zu dämpfen, kann es von oben und/oder von unten mit Dampf besprüht oder an dampfbeheizten Konvektionsstrahlplatten entlang geführt werden.
  • In allen beschriebenen Verfahren ist nachteilig, dass das Behandlungsfluid weitgehend durch die Schwerkraft durch das Vlies hindurch bewegt wird. Dies erfolgt relativ langsam, so dass lange Behandlungszeiten und damit große Apparate erforderlich sind.
  • Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die Bewegung des Behandlungsfluids durch das Faservlies zu beschleunigen. Beispielsweise sind sogenannte Siebbandfilterpressen erhältlich, auf denen das Faservlies auf einem Siebband transportiert wird, wobei das Faservlies von oben mit Behandlungsflüssigkeit besprüht wird. Unterhalb des Siebbandes wird eine Saugkammer angesetzt, die sich über die Strecke des Waschfeldes mit dem Siebband mitbewegt und die Flüssigkeit durch das Vlies und das Siebband hindurch absaugt. Je nach Saugfähigkeit und Struktur des Vlieses wird dabei neben der Flüssigkeit auch Luft angesaugt, wodurch die Sauggeschwindigkeit verringert wird. Außerdem ist die als Triebkraft für die Bewegung der Behandlungsflüssigkeit durch das Faservlies wirkende Druckdifferenz auf die Vakuumleistung des Saugsystems beschränkt. Eine Behandlung mittels Gasen oder Dämpfen ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich. Da beim Ansetzen der Saugkammer an das Siebband zunächst ein Unterdruck aufgebaut und am Ende des Waschfeldes der Unterdruck zunächst verringert werden muß, um die Saugkammer vom Siebband abzuheben, wird zusätzliche Verweilzeit und damit Apparatelänge gebraucht.
  • Aus der WO 03/004750 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine rotierende Presswalze aus einer ankommenden Fasermasse zunächst enthaltene Flüssigkeit in einer Kompressionszone abpresst, indem sie die Fasermasse verdichtet und anschließend beim Wiederausdehnen der Fasermasse in einer Expansionszone ein Behandlungsfluid hineingesaugt wird. Bei diesem Verfahren muß durch die Presswalze ein hoher mechanischer Druck zur Verdichtung des Vlieses aufgebracht werden. Außerdem hat es den Nachteil, dass ein schnelles Aufsaugen des Behandlungsfluids von der Saugwirkung des Vlieses und damit unter anderem von der Ausdehngeschwindigkeit des Vlieses abhängig ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass nur eine vergleichsweise geringe Menge an Behandlungsfluid eingesaugt werden kann. In der WO 03/004750 wird auch beschrieben, dass am Ende der Kompressionszone bereits Behandlungsfluid in das verdichtete Faservlies eingepresst werden kann, um ein aus der vorhergehenden Behandlungsstufe stammendes früheres Behandlungsfluid auszuspülen. Aufgrund der an dieser Stelle bereits stark verdichteten Fasermasse, der möglichen Rückvermischung in den vorhergehenden Abpressvorgang hinein und der Abdichtungsproblematik in der Presswalze erscheint diese Ausführungsform eher nachteilig. Für die Anwendung gas- oder dampfförmiger Behandlungsfluide ist das Verfahren der WO 03/004750 nicht geeignet.
  • Die DE-A-2307554 offenbart die Behandlung von Fasermassen mit Fluiden durch eine im Wesentlichen ortsfeste Druckkammer, durch die die Fasermasse hindurchgeführt wird. Hierbei werden entsprechende Abdichtungsmaßnahmen getroffen. DE-A-2307554 nennt zwar zwei mit dem Material sich bewegende Kammerwandungen, aber damit sind das untere und obere Transportband gemeint. Gleichzeitig soll die Kammer aber auch ortsfeste Seitenwände enthalten. Eine weitere Begrenzung der Kammer der DE-A-2307554 ist das zur Abdichtung notwendige, ebenfalls ortsfeste Druckwalzenpaar. Die Druckkammer gemäß der DE-A-2307554 wird also durch ein komplexes Zusammenspiel von beweglichen und ortsfesten Wandelementen gebildet, bei denen verschiedene Arten der Abdichtung kombiniert werden müssen.
  • Die DE-A-1269586 beschreibt eine Vorrichtung, bei der die Fasermasse in eine endlose Kette von Behältern gefüllt wird und diese Behälter anschließend durch eine Druckkammer geführt werden, in der die Fasermasse behandelt wird. Diese Lösung ist sehr aufwendig, da sie eine Vielzahl einzelner, miteinander aufwendig mechanisch verbundener Behälter zur Aufnahme der Fasermasse benötigt und zusätzlich eine Druckkammer mit entsprechenden Abdichtvorrichtungen zu den Behältern. Außerdem werden spezielle Vorrichtungen zum Befüllen und Entleeren der Behälter benötigt. Die Vorrichtung der DE-A-1269586 benötigt eine große Anzahl von Behältern mit jeweils einem Deckel und zusätzlich noch eine Druckkammer und ist daher sehr aufwendig herzustellen.
  • Gegenüber dem bekannten Stand der Technik bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen eine Fasermasse schneller und homogener mit einem Behandlungsfluid behandelt werden kann, um die Qualität und Produktionskapazität zu steigern und möglichst Chemikalien einzusparen, so dass beispielsweise bei Umbau einer vorhandenen Faserbehandlungsanlage die Produktionskapazität deutlich erhöht werden kann oder beim Bau einer neuen Faserbehandlungsanlage im Vergleich zu einer Anlage gemäß dem bekannten Stand der Technik geringere Investitionen und weniger Platz benötigt werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Behandlung einer Fasermasse (1) mit einem Behandlungsfluid nach Anspruch 1.
  • Für die Zwecke der Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe "Fasermasse" und "Faservlies" als gleichbedeutend benutzt. Darin liegen die Fasern ungeordnet vor.
  • Die mindestens eine Druckkammer zur Fasermasse hin ist offen gestaltet. Dass die Druckkammer zur Fasermasse hin offen gestaltet ist, bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die zur Fasermasse zeigende Seite der Druckkammer keine Wand aufweist. In einer möglichen Ausführungsform kann die Druckkammer an ihrer offenen Seite ein grobmaschiges Gitter aufweisen, um zu verhindern, dass die Fasermasse beim Behandeln zu weit in die Druckkammer eindringt. Anstelle des grobmaschigen Gitters kann auch ein Lochblech mit großen Löchern oder eine ähnliche, durchlässige Abtrennung verwendet werden. Wichtig ist bei dessen Auswahl stets, dass dem Behandlungsfluid dadurch kein großer hydrodynamischer Widerstand entgegengesetzt wird. Ein solches Gitter ist im Allgemeinen jedoch nicht notwendig, da der Druck des Behandlungsfluids das Eindringen üblicherweise verhindert.
  • Insbesondere in kommerziellen Faserproduktionsanlagen ist die Fasertransporteinrichtung und damit auch die zu behandelnde Fasermasse mehrere Meter breit, im Allgemeinen zwischen ca. 1 m und 4,6 m. Die Verteileinrichtung ist dabei in Fasertransportrichtung ca. 1 m lang. Um in Druckkammern für solche Anwendungsfälle ein schnelles Füllen des gesamten Kammervolumens sowie eine gleichmäßige Verteilung des Behandlungsfluids über die gesamte Fläche der Verteilungseinrichtung zu erreichen, ist es empfehlenswert, die Druckkammer in mehrere kleinere Druckkammern zu unterteilen und mit jeweils einem eigenen Zulauf für das Behandlungsfluid zu versehen. Es muß dafür gesorgt werden, dass alle Druckkammern gleichmäßig mit Behandlungsfluid versorgt werden, so dass auch die Fasermasse überall gleichmäßig behandelt wird. Entsprechende Verteilungssysteme sind dem Fachmann bekannt.
  • Der Eintritt des Behandlungsfluids in eine Druckkammer kann durch eine einfache, meist zentral in der Oberseite angeordnete Öffnung (5) erfolgen. Da das Fluid zum schnellen Füllen der Druckkammer meist mit höherer Geschwindigkeit einströmt, wird an der Eintrittsöffnung bevorzugt noch eine Vorrichtung angebracht, mit der das Fluid innerhalb der Druckkammer verteilt werden kann. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise ein Prallteller sein. Ebenso sind ringförmige oder sonstige Verteilsysteme möglich. Sie sollen verhindern, dass das Fluid mit hoher Geschwindigkeit direkt auf das Faservlies trifft und seine Struktur verändert, indem es beispielsweise Vertiefungen erzeugt.
  • Die benötigte Kammergröße und die lichte Höhe hängen stark vom Produkttyp und von der Homogenität des Vlieses ab. Inhomogene Vliese benötigen eine kleinere Fläche der Einzelkammer. Nassstarre Vliese quellen stärker auf und benötigen größere Kammerhöhe. Einerseits soll die Druckkammer schnell zu füllen sein, darf also kein zu großes Volumen haben. Andererseits darf die Kammer nicht so flach sein, dass sie durch die aufquellende Fasermasse vollständig ausgefüllt wird. Für cellulosische Fasern ist eine lichte Höhe der Druckkammer von ca. 1 - 5 cm am besten geeignet. Die Fläche einer einzelnen Druckkammer kann dabei zwischen 100 - 40.000 cm2 betragen.
  • Die Verteileinrichtung erzeugt mittels des Behandlungsfluids einen Flächendruck auf das Faservlies. Bei üblichen Behandlungsarten wie Waschen oder Imprägnieren mit wässrigen Flüssigkeiten beträgt der Überdruck des Behandlungsfluids in der Druckkammer meist zwischen 0,2 und 1 bar. Beim Behandeln mit Heißdampf, beispielsweise zum Dämpfen oder Dampfbeheizen stellt sich über dem Vlies der Dampfdruck ein, der dem Gleichgewicht zwischen Vlieswiderstand, Dichtigkeit der Druckkammer und zugeführter Dampfmenge entspricht. So wurde beispielsweise bei erfindungsgemäßen Versuchen die Druckkammer mit einem 15 bar Dampf versorgt. Dabei wurden pro m2 zwischen 62 und 1250 kg Dampf eingepresst. Über dem Vlies wurde dabei eine Temperatur von max. 131°C gemessen. Dies entspricht einem Überdruck von 1,7 bar. Durch das entstehende Druckgefälle über die Vlieshöhe wird das Behandlungsfluid in und durch das Vlies gedrückt. Dabei kommt es anfänglich zu einem Auffüllen der Vliesporen und in weiterer Folge zu einem Aufquellen des Vlieses und zu einem schnellen Austausch, Durchdrücken, Waschen bzw. Dämpfen der Fasermasse in Druckabbaurichtung durch das Behandlungsmedium. Durch das starke Aufquellen des Vlieses wird der Zugang des Behandlungsfluids zu allen Fasern überraschenderweise stark erleichtert. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass damit größere Flottenmengen möglich sind und damit Wasch-, Imprägnier- und Bedämpfungsvorgänge extrem beschleunigt werden. In Versuchen konnten gegenüber den im Stand der Technik bekannten Beträufelungsverfahren drei- bis vierfache Flottenmengen problemlos erreicht werden. Auch dickere Vliesschichten sind möglich, die die Produktionsleistung einer vorhandenen Anlage ebenfalls beträchtlich erhöhen. Durch den schnellen kompletten Austausch des Behandlungsfluids im Vlies wird in chemischen und physikalischen Prozessen der gewünschte Gleichgewichtszustand schneller erreicht, so dass die Produktionsgeschwindigkeit nur noch durch die reinen Reaktionszeiten bzw. Diffusionszeiten begrenzt wird. Die Verweilzeit in einem Behandlungsfeld kann dabei in üblichen Fällen ca. 10 - 70 s, bevorzugt sogar nur 15 - 40 s betragen. Das Verhältnis der Durchflussmenge (ausgedrückt als Masse) des Behandlungsfluids zur Masse des Vlieses kann als Flottenverhältnis bezeichnet werden. Dieses Flottenverhältnis hängt vom Druck des Behandlungsfluids, der Dicke und dem Quellverhalten des Vlieses und anderen Faktoren ab. Es können dabei, insbesondere wenn das Behandlungsfluid eine Flüssigkeit ist, leicht Durchflußmengen erreicht werden, die dem 40fachen und mehr der Masse des Vlieses entsprechen, also Flottenverhältnisse von 40 und mehr. Auch Flottenverhältnisse von mehr als 100 sind bei entsprechendem Druck des Behandlungsfluids denkbar.
  • Je nach Anwendungsfall sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren allerdings, insbesondere wenn das Behandlungsfluid ein Gas oder Dampf ist, auch für sehr geringe Flottenverhältnisse geeignet. Durch die homogene, schnelle Verteilung des Behandlungsfluids in der Fasermasse werden in diesen Fällen oft nur Flottenverhältnisse von kleiner als 2,0 und insbesondere kleiner als 1,0 notwendig sein, um den gewünschten Effekt zu erreichen.
    Ebenso wird die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Behandlungsfluids zwischen oberen, mittleren und unteren Schichten des Vlieses deutlich verbessert.
  • Die Verteileinrichtung ist parallel zur Bewegungsrichtung der Fasermasse und vertikal zur Bewegungsrichtung der Fasermasse bewegbar (Figur 1). Dadurch kann die Verteileinrichtung auf die laufende Fasertransporteinrichtung an einer vorgegebenen Stelle aufgesetzt werden (Schritt (A)) und wird für eine definierte Zeit mit der Fasermasse mit geführt (Schritte (B) bis (C)). In dieser Zeit erfolgt die Behandlung der Fasermasse mit dem Behandlungsfluid, indem über eine Zuleitung Behandlungsfluid in die Verteileinrichtung geleitet wird. Im Allgemeinen wird das Behandlungsfluid unter Druck in die Verteileinrichtung geleitet. Anschließend wird die Verteileinrichtung an einer ebenfalls vorgegebenen Stelle von der Fasertransporteinrichtung abgehoben (Schritt (D)) und in Abstand von der Fasermasse wieder an die Aufsetzstelle zurückgeführt. Dabei muß die Verteileinrichtung so bewegt werden, dass sie im nun begonnenen Zyklus die Fläche des Faservlieses behandelt, die genau hinter der Fläche liegt, die im vorhergehenden Zyklus behandelt wurde.
    Die Verteileinrichtung kann auch so gestaltet sein, dass sie mehrere Einheiten von Druckkammern aufweist und dass sich diese Einheiten unabhängig voneinander bewegen lassen. Diese Einheiten können so nebeneinander angeordnet sein, dass mit den Druckkammern jeder Einheit ein Streifen des Faservlieses behandelt werden kann. Dabei kann eine Einheit auf dem Faservlies mitbewegt werden, während eine daneben angeordnete Einheit gerade angehoben wird. Eine solche Mehrzahl von Einheiten ist insbesondere dann denkbar, wenn das zu behandelnde Faservlies so breit ist, dass eine einzige Einheit so groß und schwer wäre, dass sie mechanische Nachteile gegenüber mehreren kleineren Einheiten aufweisen würde.
    Da das Behandlungsfluid vorzugsweise unter Druck durch die Fasermasse geleitet werden soll, ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung so gestaltet, dass die Druckkammer so nahe an die Fasertransporteinrichtung herangeführt werden kann, dass die Seitenwände der Druckkammer die Fasermasse berühren. Es ist jedoch erfindungsgemäß nicht beabsichtigt, dass durch das Aufsetzen der Verteileinrichtung die Fasermasse stark zusammengepresst wird, wie dies z. B. bei einer Presswalze geschieht. Durch ein solches Zusammenpressen würde die Fasermasse stark verdichtet, so dass das Behandlungsfluid nicht mehr ungehindert und schnell genug durch die Fasermasse fließen könnte und damit die Behandlungszeit eher verlängert bzw. das Behandlungsergebnis, beispielsweise ein Auswaschen, verschlechtert würde.
    Allerdings muß damit gerechnet werden, dass bestimmte Fasern beim Behandeln mit bestimmten Fluiden aufquellen und daher ohnehin einen Gegendruck auf die Verteileinrichtung ausüben. Ein solches starkes Aufquellen findet beispielsweise beim Behandeln von cellulosischen Fasern wie Viskose oder Lyocell mit wässrigen Medien statt, während beim Behandeln von Polyesterfasern mit Wasser kein nennenswertes Aufquellen des Faservlieses zu beobachten ist. Dies muß beispielsweise bei der Auslegung der mechanischen Führung der Verteileinrichtung berücksichtigt werden.
  • Die Seitenwände der Druckkammer sind so gestaltet, dass sie bei Kontakt mit der Fasermasse die Druckkammer gegenüber der Atmosphäre abdichten. Dazu genügt es im Allgemeinen, dass diese Seitenwände eine geschlossene, ringsum laufende, untere plane Fläche bzw. Kante (6) aufweisen. Diese Dichtfläche bzw. -kante, die auf die Fasermasse aufgesetzt wird, kann zusätzlich beispielsweise profiliert sein. Zusätzliche elastische Dichtungsmaterialien sind im Allgemeinen nicht notwendig, da die Fasermasse selbst, die meist aufgequollen ist, das elastische Gegenstück darstellt. Es ist nicht notwendig, dass jeglicher Austritt von Behandlungsfluid verhindert wird. Dies wäre nur durch starkes Aufpressen der Druckkammer auf die Fasermasse möglich, was aber nicht erwünscht ist. Die geringen Mengen seitlich austretender Behandlungsfluide können problemlos durch das ohnehin notwendige Auffangsystem mit erfaßt werden.
    Damit das Siebband, auf dem die Fasermasse transportiert wird, dem ausgeübten Druck, der trotz des relativ geringen Drucks des Behandlungsfluids leicht mehrere Tonnen betragen kann, widerstehen kann, muß es von unten unterstützt werden. Am besten geeignet ist hierfür eine Stützplatte (7), auf der das Siebband entlang gleitet. Diese Stützplatte ist vorzugsweise durchgehend und an definierten Stellen mit Drainageöffnungen (8) versehen, die das Abfließen des Behandlungsfluids ermöglichen. In Segmenten ohne Drainageöffnungen kann das Behandlungsfluid nicht abfließen, so dass dort eine längere Behandlungszeit erreicht wird. Anstelle von Öffnungen in einer langen Stützplatte können auch offene Zwischenräume zwischen kürzeren Stützplatten das Abfließen des Behandlungsfluids aus der Fasermasse und dem Siebband ermöglichen.
  • Als Fasertransporteinrichtung bzw. Siebband für beide Ausführungsformen kommen alle dem Fachmann geeignet erscheinenden Vorrichtungen, insbesondere Gurte, Gliedergurte, Gliederketten ("Panzerkette"), Vliesbänder, Gestrickbänder oder Gewebebänder aus Metallen, Kunststoffen, kunststoffbeschichteten Metallen oder Ähnliches in Frage. Auch durchgehende Transportbänder mit entsprechenden Perforierungen, beispielsweise gewebeverstärkte Kautschukbänder können je nach Anwendungsfall geeignet sein.
    Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Behandlung einer Fasermasse (1) auf einer Fasertransporteinrichtung (4) mit einem Behandlungsfluid nach Anspruch 3.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Druckkammer, die zur Fasermasse hin offen gestaltet ist, zu Beginn der Behandlungszeit auf die Fasermasse aufgesetzt (A), während der Behandlungszeit mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit wie die Fasermasse in Fasertransportrichtung bewegt (B) - (C), zum Ende der Behandlungszeit von der Fasermasse abgehoben (D) und erneut auf einen noch nicht behandelten Abschnitt der Fasermasse aufgesetzt.
    Die Fasertransporteinrichtung bzw. das Siebband entspricht in beiden Ausführungsformen den bereits für die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen. Die Fasermasse ist bevorzugt ein Stapelfaservlies.
    • Beispiele:
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Umfang der Beispiele beschränkt. In den Beispielen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird stets das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt.
    • Beispiel 1 (Vergleich):
  • Auf einer Faserbehandlungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik mit Beträufelung von oben wurde ein Vlies aus Lyocell-Stapelfaser mit wässriger Natronlauge beträufelt. Am Ende des Behandlungsfeldes wurde der Natronlaugegehalt jeweils in der Flotte und in der Faser in verschiedenen Schichten des Vlieses durch Probenahme und anschließende Titration bestimmt. In Tabelle 1 sind die Abweichungen vom Sollwert genannt.
    • Beispiel 2 (Erfindung):
  • Auf einer erfindungsgemäßen Faserbehandlungseinrichtung, die eine mitgeführte Druckkammer gemäß der ersten oben geschilderten Ausführungsform aufwies wurde ein Vlies aus Lyocell-Stapelfaser mit wässriger Natronlauge beaufschlagt. Auch am Ende dieses Behandlungsfeldes wurde der Natronlaugegehalt jeweils in der Flotte und in der Faser in verschiedenen Schichten des Vlieses durch Probenahme und anschließende Titration bestimmt. In Tabelle 1 sind die Abweichungen vom Durchschnittswert genannt. Tabelle 1: Abweichung des NaOH-Gehaltes vom Durchschnittswert in [%]
    Beispiel 1 2
    Probenahme Flotte Faser Flotte Faser
    Oben +44 +47 +2 +7
    Mitte -3 -4 +0,5 +4
    Unten -40 -43 -2,5 -11
    • Beispiel 3 (Vergleich) und Beispiele 4 bis 6 (Erfindung):
  • Auf einer Faserbehandlungseinrichtung nach dem Stand der Technik analog Beispiel 1 bzw. gemäß der vorliegenden Erfindung analog Beispiel 2 wurde jeweils ein Lyocell-Stapelfaservlies mit einem Flächengewicht von 6 kg/m2 zunächst mit einer Presswalze abgepresst und anschließend mit Frischwasser behandelt. Tabelle 2 zeigt die jeweils benötigte Behandlungszeit, die trotz teilweise wesentlich höherer Waschflüssigkeitsdurchsätze in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Beispiele 4 bis 6 wesentlich kürzer ist als gemäß dem Beispiel 3 nach dem Stand der Technik. Tabelle 2: Behandlungszeit bei Flüssigkeit
    Behandlungsvorrichtung Standard Druckkammer
    Beispiel 3 4 5 6
    Flottenverhältnis (m/m) 18 25 44 55
    Quellfaktor 1,6 2,1 2,5 2,7
    Überdruck [bar] nein 0,3 0,5 0,7
    Behandlungszeit [s] 107 20 20 20
    • Beispiel 7 (Vergleich):
  • Auf einer Faserbehandlungseinrichtung nach dem Stand der Technik mit Sprühbalken an der Ober- und Unterseite des Vlieses, mit denen dieses mit Sattdampf besprüht wurde wurde ein Lyocell-Stapelfaservlies mit einem Flächengewicht von 6 kg/m2 zunächst mit einer Presswalze abgepresst und anschließend mit Sattdampf behandelt.
    • Beispiel 8 (Erfindung):
  • Auf einer Faserbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung analog Beispiel 1 wurde ein Lyocell-Stapelfaservlies mit einem Flächengewicht von 6 kg/m2 zunächst mit einer Presswalze abgepresst und anschließend mit Sattdampf behandelt.
  • Nach der Presswalze wies das Faservlies in beiden Beispielen die gleiche Temperatur und den gleichen Feuchtegehalt auf. Tabelle 3 zeigt die Behandlungszeiten, die jeweils benötigt wurden, um das Vlies überall gleichmäßig um 85°C aufzuheizen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung des Beispiels 8 gelang dies in wesentlich kürzerer Zeit als im Beispiel 7 nach dem Stand der Technik. Trotzdem wurde in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich weniger Dampf, bezogen auf die Fasermenge benötigt als in der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Tabelle 3: Behandlungszeit bei Sattdampf
    Standard Druckkammer
    Beispiel 7 8
    Flottenverhältnis 1,7 0,4
    Quellfaktor 1,05 1,05
    Überdruck [bar] nein 1,2
    Behandlungszeit zum Aufheizen um 85°C [s] 52 23

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Behandlung einer Fasermasse (1) mit einem Behandlungsfluid, bestehend aus
    • einer Verteileinrichtung (2) für das Behandlungsfluid mit mindestens einer Druckkammer (3) sowie
    • einer Fasertransporteinrichtung (4) für die Fasermasse (1), die für das Behandlungsfluid durchlässig ist,
    wobei die Breite der Gesamtheit aller Druckkammern (3) im Wesentlichen der für die Fasermasse (1) vorgesehenen Breite auf der Fasertransporteinrichtung (4) entspricht, die mindestens eine Druckkammer (3) zur Fasermasse (1) hin offen gestaltet ist, die Druckkammer (3) so nahe an die Fasertransporteinrichtung (4) herangeführt werden kann, dass die Seitenwände der Druckkammer (3) die Fasermasse (1) berühren und die Seitenwände so gestaltet sind, dass sie bei Kontakt mit der Fasermasse (1) die Druckkammer (3) gegenüber der Atmosphäre abdichten, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (2) parallel zur Bewegungsrichtung der Fasermasse (1) und vertikal zur Bewegungsrichtung der Fasermasse (1) bewegbar ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Fasertransporteinrichtung (4) ein Gurt, ein Siebband, ein Gliedergurt, eine Gliederkette, ein Vlies, ein Gestrick, ein Gewebe oder ein durchgehendes, perforiertes Transportband ist.
  3. Verfahren zur Behandlung einer Fasermasse (1) auf einer Fasertransporteinrichtung (4) mit einem Behandlungsfluid, wobei das Behandlungsfluid mit Überdruck über eine Druckkammer (3) in die Fasermasse (1) gepresst wird, wobei die mindestens eine Druckkammer (3) zur Fasermasse (1) hin offen gestaltet ist und das Behandlungsfluid aus der Fasermasse (1) abfließen kann, wobei die Druckkammer (3) so nahe an die Fasertransporteinrichtung (4) herangeführt werden kann, dass die Seitenwände der Druckkammer (3) die Fasermasse (1) berühren und die Seitenwände so gestaltet sind, dass sie bei Kontakt mit der Fasermasse (1) die Druckkammer (3) gegenüber der Atmosphäre abdichten,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (3) zu Beginn der Behandlungszeit auf die Fasermasse (1) gepresst wird, während der Behandlungszeit mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit wie die Fasermasse (1) in Fasertransportrichtung bewegt wird, zum Ende der Behandlungszeit von der Fasermasse (1) abgehoben wird und erneut auf einen noch nicht behandelten Abschnitt der Fasermasse (1) aufgesetzt wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Behandlungsfluid eine Flüssigkeit, eine Emulsion, eine Suspension, ein Gas oder ein Dampf ist.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Fasertransporteinrichtung (4) ein Siebband ist.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Fasermasse (1) ein Stapelfaservlies ist.
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