Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvlies, bei dem eine 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 wobei die Düsenlöcher der Spinndüse entlang einer in einer Querrichtung zur Förderrichtung der Fördereinrichtung ausgerichteten Hauptachse angeordnet sind, sodass sich das auf der Fördereinrichtung gebildete Spinnvlies in dieser Querrichtung erstreckt.

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 114052 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.

Vorrichtungen zur Herstellung von Spinnvliesen werden normalerweise für eine bestimmte Produktbreite bzw. Ausspinnbreite ausgelegt. Auf diese Produktbreite sind auch alle Anlagenteile ausgelegt. Im Zuge der Herstellung von Spinnvliesen beispielsweise für den Hygienebereich wird die Vliesbahn über ihre Breite in der Regel in eine Vielzahl schmaler Streifen geschnitten. Die Auslegung passiert vorab so, dass ein möglichst kleiner Randschnitt entsteht. Für verschiedene technische Anwendungen können in Abhängigkeit von Anzahl und Breite der zu schneidenden Streifen größere Abfallmengen entstehen. Um große Abfallmengen zu vermeiden ist es zweckmäßig, die Ausspinnbreite zu reduzieren.

In CN 101550611 B ist eine modulare Aneinanderreihung von Spinndüsen für die Spinnvliesherstellung beschrieben, bei der jedes Düsenmodul eine eigene Zuführungsleitung für die Schmelze hat. Damit kann die gesamte Ausspinnbreite zumindest entsprechend der Breite eines Moduls verringert oder vergrößert werden, indem die jeweilige Spinnpumpe des Moduls zu- oder abgeschaltet wird. Doch wie beispielsweise in der EP 1 486 591 Al erwähnt, zeigt die Praxis, dass das Abstellen vom Modulen dazu führt, dass die Schmelze in dem jeweiligen Modul thermisch beschädigt wird, die Düsenlöcher durch die beschädigte Schmelze verstopft werden und das Zu- und Abschalten der Module im Produktionsalltag problematisch ist.

Basierend auf EP 1 486 591 Al kann die Ausspinnbreite durch Verteilungsplatten und anschließende kürzere oder längere Extrusionsplatten verändert werden. Dies kann aber nur durch Ausbau der Spinndüse und nicht während dem laufenden Betrieb erfolgen. Die Stillstandszeit für den Wechsel der Platten und der Spinndüsen und der maschinenbauliche Aufwand wirken sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen aus.

In US 7,438,544 ist eine Vorrichtung für die Einstellung der Ausspinnbreiten bei Meltblown- Spinndüsen beschrieben, bei der die Schmelze und die Primärluft modular zu- und abgeschaltet werden können. Dafür werden Absperrvorrichtungen verwendet und die Schmelze wird dadurch am Weiterfließen gehindert. Doch auch bei dieser Variante kommt es nachteilig zu einem Abbau der Qualität der Schmelze, da diese über längere Zeit bei hohen Temperaturen eingeschlossen ist. Erfahrungsgemäß kommt es zu einer thermischen Zersetzung an diesen Stellen und sowohl die Schmelze als auch der Verteilerblock und das Spinndüsenmaterial leiden darunter. Weiters kommt es zu einer Verstopfung der Extrusionslöcher und ein erneutes Anspinnen der vorher abgestellten Module ist problematisch. Speziell bei der Herstellung von cellulosischem Spinnvlies, bspw. mitLyocell-Spinnmasse, sollen lange Verweilzeiten oder gar ein Stillstand der Spinnmasse vermieden werden, da die Spinnmasse sonst exotherm reagieren könnte.

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.

Da die verwendeten Spinnmassen Zellstoffgehalte von 3 bis 17% aufweisen, wird bei cellulosi sehen Spinnvliestechnologien, um die gleiche Produktivität zu erreichen, eine größere Menge an Spinnmasse benötigt als bei der Herstellung von thermoplastischen Spinnvliesen. Das führt dazu, dass bei gleicher Produktivität im Vergleich zu thermoplastischen Spinnvliesanlagen größere Spinnpumpen, Rohrleitungen, Verteilerblöcke und Primärluftleitungen verwendet werden müssen. Ein modularer Aufbau, wie etwa in CN 101550611 B beschrieben und aus anderen Publikationen bereits bekannt, könnte zwar angewendet werden, würde jedoch zu sehr hohen Kosten für die Spinnpumpen, die Spinnmasserohrleitungen, die Verteilerblöcke, die Primärluftleitung und die Spinndüsen führen. Zudem kann die thermische Zersetzung und exotherme Reaktion der Lyocell- Spinnmasse in dem abgestellten Modul nicht zuverlässig verhindert werden.

Bei dem erwähnten Stand der Technik bleibt die Frage offen, wie eines der Hauptmerkmale eines Vliesstoffes, das Flächengewicht, auch nach der Veränderung der Ausspinnbreite gleichmäßig eingestellt werden kann. Die Verteilung von Schmelze über mehrere Module wie in CN 101550611 B beschrieben, führt dazu, dass mehr Schmelze durch die verbliebenen Module gefördert werden muss, wenn beispielsweise ein Modul ausgeschaltet wird. Auch bei der EP 1 486 591 und EIS 7,438,544 stellt sich die Frage, wie der Massenstrom der Schmelze gleichmäßig über die verbliebene Ausspinnbreite verteilt werden kann und wie sich dies auf das Flächengewicht und die Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses auswirkt. Insbesondere im Falle cellulosischer Spinnmasse nach dem Lyocell-Verfahren zeigt sich, dass selbst bei konstantem Spinnmassemassenstrom eine homogene Verteilung des Cellulose- Gehalts in der Spinnmasse über die gesamte Ausspinnbreite kaum erreicht werden kann. Dies führt auch nachteiligerweise unweigerlich zu einem nicht konstanten Flächengewicht des Produktes und eine etwaige Einstellung des Flächengewichts ist auch deutlich schwieriger als beispielsweise bei thermoplastischen Spinnvliesen.

Der Stand der Technik bietet also, insbesondere für die Herstellung von cellulosischem Spinnvlies, keine zuverlässige Lösung dafür, die Ausspinnbreite des Spinnvlieses während dem Betrieb einzustellen und zugleich bei Schwankungen in der Spinnmasse das Flächengewicht des Spinnvlieses konstant zu halten.

Offenbamng der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, welches eine zuverlässige Einstellung der Ausspinnbreite und der Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses, bzw. ein Konstanthalten der Flächengewichtsverteilung während dem laufenden Betrieb ermöglicht.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Spinnmassedurchsatz der Düsenlöcher entlang der Querrichtung variabel eingestellt wird.

Es hat sich herausgestellt, dass durch variable Einstellung des Spinnmassedurchsatzes der Düsenlöcher entlang der Querrichtung eine beliebige Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses über die gesamte Breite der Spinndüse entlang ihrer Hauptachse eingestellt werden kann. Eine solche beliebige Flächengewichtsverteilung ermöglicht die Herstellung eines Spinnvlieses mit mehreren vorteilhaften Aspekten wie im Folgenden dargestellt wird. Einerseits kann die Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses durch Veränderung und Anpassung des Spinnmassedurchsatzes über seine gesamte Breite gleichmäßig konstant gehalten werden und somit auf Schwankungen in der Spinnmasse oder in der Durchlässigkeit der Spinndüsen zuverlässig reagiert werden und dadurch die Qualität des Spinnvlieses verbessert werden. Andererseits können durch variable Einstellung des Spinnmassedurchsatzes entlang der Querrichtung des Spinnvlieses mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Flächengewichten geschaffen werden, wodurch ein sehr vielseitig einsetzbares Spinnvlies für eine große Zahl an möglichen Applikationen geschaffen werden kann.

So kann beispielsweise ein Spinnvlies geschaffen werden, welches in Querrichtung mehrere parallele dickere Streifen mit hohem Flächengewicht und dazwischenliegenden dünneren Streifen mit niedrigerem Flächengewicht aufweist. Alternativ kann auch beispielsweise ein Spinnvlies mit einer vom Rand ausgehenden in Querrichtung gleichmäßig ansteigenden Dicke geschaffen werden. Selbstverständlich kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Spinnvlies, welches mehrere der oben beschriebenen Aspekte verwirklicht, geschaffen werden. Ein vielseitiges und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung eines Spinnvlieses mit einstellbarer Flächengewichtsverteilung kann somit bereitgestellt werden.

Insbesondere bei der Herstellung von cellulosischen Spinnvliesen ergeben sich aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens zahlreiche Verbesserungen und Vorteile in Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und den Betrieb des Herstellungsverfahrens sowie der Produktqualität des Spinnvlieses. Dabei können sowohl die Kosten als auch die Komplexität der Anlagen zur Durchführung des Verfahrens deutlich reduziert werden. Eine solche Anlage muss dabei insbesondere nicht auf den komplexen und fehleranfälligen Einsatz von zahlreichen kleinen miteinander verschalteten Spinndüsenmodulen mit einer Vielzahl zugeordneter Spinnmassepumpen zurückgreifen, um die Flächengewichtsverteilung des cellulosischen Spinnvlieses einzustellen. Durch den Einsatz von Spinndüsen, welche eine Veränderung des Spinnmassedurchsatzes in Querrichtung ermöglichen, können konstruktiv einfache und kostengünstige Verfahren zur Herstellung des Spinnvlieses bereitgestellt werden.

Wird weiters die Temperaturverteilung in der Spinndüse verändert, so kann der variable Spinnmassedurchsatz der Düsenlöcher zuverlässig und verfahrenstechnisch einfach gesteuert werden. Überaschenderweise hat sich gezeigt, dass durch gezieltes Abkühlen und/oder Aufheizen von Bereichen der Spinndüse deren Spinnmassedurchsatz in den abgekühlten oder aufgeheizten Bereichen gezielt verringert bzw. erhöht werden kann, ohne dass die Stabilität und Fehlerfreiheit des Spinnvorgangs, die Ablage des Spinnvlieses oder die Spinnmassequalität negativ beeinflusst werden. Die Herstellung von cellulosi sehen Spinnvliesen aus Lyocell-Spinnmasse findet im Vergleich zu thermoplastischen Schmelzen bei relativ niedrigen Temperaturen um 100 °C statt. Dabei hat sich herausgestellt, dass bereits kleine Temperaturänderungen innerhalb der Spinndüse ausreichen, um die Viskosität an der abgekühlten oder erwärmten Stelle zu erhöhen bzw. zu erniedrigen und weniger bzw. mehr Spinnmasse ausströmen zu lassen. Überraschenderweise kann dabei trotzdem ein kontinuierlicher Spinnmasse-Fluss durch die Düsenlöcher der Spinndüse aufrechterhalten werden, so dass ein vermehrtes Auftreten von Spinnfehlem vermieden wird und ein fertiges Spinnvlies mit hoher Qualität erhalten werden kann.

Der zuvor dargelegte Umstand ist deshalb besonders überraschend, da bei herkömmlichen Schmelzspinnverfahren gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise zur Herstellung von Polyethylenterephthalat- oder Polyamidvliesen, eine Reduzierung der Temperatur in einem Teil einer Spinndüse, bei ansonsten gleichbleibenden Betriebsbedingungen, unvermeidbar zu einem Zuwachsen bzw. Verstopfen der betroffenen Düsenlöcher und damit zu fatalen Spinnfehlem, bis hin zum Ausfall der gesamten Spinndüse, führt.

Die Zuverlässigkeit des Verfahrens kann weiter verbessert werden, wenn die Druckverteilung der Spinnmasse in der Spinndüse verändert wird, um den in Querrichtung variablen Spinnmassedurchsatz der Düsenlöcher zu steuern. Somit steht neben der Variation der Temperaturverteilung in der Spinndüse auch die Möglichkeit zur Verfügung, den Druck der Spinnmasse in Querrichtung der Spinndüse zu variieren und so eine gewünschte Druckverteilung einzustellen. Damit kann das Verfahren zuverlässig den Spinnmassedurchsatz in einer Vielzahl von unterschiedlichen Situationen in Abhängigkeit mehrerer Parameter steuern.

Sind der Spinndüse entlang der Querrichtung mehrere Spinnmassepumpen zugeordnet, um den Druck der Spinnmasse in der Spinndüse einzustellen, so lässt sich auf verfahrenstechnisch einfache Weise eine entlang der Querrichtung veränderliche Druckverteilung einstellen.

Die zuvor genannten Vorteile können weiter verbessert werden, wenn die Spinndüse in Querrichtung mehrteilig ausgeführt ist, wobei jeweils einem Teil der Spinndüse zumindest eine Spinnmassepumpe zugeordnet ist.

Weist das Spinnvlies zumindest einen Randschnittbereich mit geringerem Flächengewicht auf, so kann die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter verbessert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dabei insbesondere das Minimieren einer Randschnittmenge bei gleichbleibender Ausspinnbreite des Spinnvlieses, beispielsweise falls ein Spinnvlies mit geringerer Breite hergestellt werden soll. Um Spinnvliese mit geringerer Breite herzustellen, wird in Verfahren gemäß dem Stand der Technik üblicherweise die fertige Spinnvliesbahn, die über die gesamte Breite das gleiche Flächengewicht aufweist, auf die gewünschte Breite zugeschnitten, wobei ein hoher Verschnitt anfällt und somit der Ertrag des Verfahrens reduziert wird. Dies kann besonders dadurch vermieden werden, dass das Flächengewicht im Randschnittbereich gegenüber dem Flächengewicht des restlichen Spinnvlieses geringer, bzw. deutlich vermindert ist, so dass keine nennenswerten Mengen als Verschnitt anfallen. Zudem kann bei gleichbleibendem Spinnmassedurchsatz die Produktionsgeschwindigkeit für das Spinnvlies erhöht werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter verbessert werden kann.

Die Reduzierung des Flächengewichts im Randschnittbereich kann bei dem erfmdungsgemäßen Verfahren zudem während des laufenden Betriebs vorgenommen werden, ohne Spinndüsen, Spinndüsenteile, Spinnmassepumpen oder Spinnmasseverteiler wechseln zu müssen. Insbesondere müssen dabei keine Absperrvorrichtungen eingebaut werden, welche Toträume erzeugen, und welche im Falle cellulosischer Spinnvliese zum thermischen Abbau der Spinnmasse und ggf. zu exothermen Reaktion führen können.

Erfmdungsgemäß hat sich dabei gezeigt, dass die Verringerung des Verschnitts im Randschnittbereich mit Hilfe eines Temperaturprofils so gesteuert werden kann, dass das Flächengewicht des Randschnittes radikal reduziert werden kann und dadurch zwar nicht die Randschnittbreite, aber die Randschnittmenge im zeitlichen Verlauf deutlich verringert wird.

Bevorzugt kann das Flächengewicht des Spinnvlieses im Randschnittbereich gegenüber dem Flächengewicht des Spinnvlieses im Nutzbereichs um zumindest 80 %, besonders bevorzugt um zumindest 90 %, reduziert werden.

Die zuvor genannten Vorteile kommen besonders zum Tragen, wenn das Flächengewicht des Spinnvlieses im Randschnittbereich kleiner gleich 5 g/m ² beträgt. So kann insbesondere die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter verbessert werden, da trotz stark reduziertem Flächengewicht im Rand schnittbereich ein konstanter Spinnmasse-Fluss durch die Spinndüsen aufrechterhalten werden kann.

In einem Beispiel soll ein Spinnvlies mit einer Gesamtbreite von 300 cm auf einen Nutzbereich von 260 cm eingestellt werden. Dabei kann das Flächengewicht im Randschnittbereich auf einer Breite von 40 cm auf unter 5 g/m ² reduziert werden, wobei das Flächengewicht des Spinnvlieses im Nutzbereich 50 g/m ² beträgt. Ohne das erfmdungsgemäße Verfahren würde im Randschnittbereich ein 40 cm breiter Streifen mit 50 g/m ² als Randschnitt anfallen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich die Randschnittmenge bei diesem Beispiel um 90 % von 50 g/m ² auf 5 g/m ² reduzieren.

Es hat sich herausgestellt, dass die Einstellung der Flächengewichtsverteilung zur Minimierung des als Abfall anfallenden Randschnitts, insbesondere für die Herstellung von cellulosischen Spinnvliesen, erfmdungsgemäß sowohl schneller und genauer erfolgen kann als mit einer bloß modular aufgebauten Spinndüse (in welcher Module zu- und abgeschaltet werden können). Zudem kann mit der erfindungsgemäßen Lösung auch die Produktivität der Anlage gesteigert werden.

Mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren ist es zudem möglich, die cellulosischen Spinnvliesstoffe mit 5 g/m ³ bis 1000 g/m ² , bevorzugt mit 10 g/m ² bis 500 g/m ² , besonders bevorzugt mit 15 g/m ² bis 250 g/m ² herzustellen und die Flächengewichtsverteilung einzustellen und zu regeln. Das Flächengewicht der Randschnittbereiche kann dabei auf bis zu 5 g/m ² reduziert werden und der Anteil der Randschnittbereiche kann zwischen 1 % und 50 %, bevorzugt zwischen 2 % und 30 %, besonders bevorzugt zwischen 3 % und 20% der Ausspinnbreite der Spinndüsen ausmachen.

Die Zuverlässigkeit des Verfahrens kann weiter verbessert werden, wenn die Ist- Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses gemessen wird, die Differenz zwischen Ist- Flächengewichtsverteilung und einer vordefinierten Soll-Flächengewichtsverteilung ermittelt wird und in Abhängigkeit der ermittelten Differenz der Spinnmassedurchsatz der Düsenlöcher in Querrichtung variabel eingestellt wird.

Wird die Ist-Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses gemessen, so kann in weiterer Folge die erfindungsgemäße Anpassung des Spinnmassedurchsatzes in Querrichtung der Spinndüse genutzt werden, um die Ist-Flächengewichtsverteilung einer vorgegebenen Soll- Flächengewichtsverteilung im Vliesstoff anzupassen und mittels des erfmdungsgemäßen Verfahrens auch konstant zu halten. Dazu wird die Ist-Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses laufend bestimmt und mit einer (zeitlich veränderlichen) Soll- Flächengewichtsverteilung verglichen. In Abhängigkeit der Differenz zwischen gemessener Ist-Flächengewichtsverteilung und vorgegebener Soll-Flächengewichtsverteilung wird dann der Spinnmassedurchsatz der Düsenlöcher eingestellt bzw. angepasst. Dies kann beispielsweise, wie zuvor ausgeführt, durch Veränderung der Temperatur der Spinndüse oder durch Veränderung des Spinnmassedrucks erfolgen.

Zudem kann in Abhängigkeit der Differenz zwischen Ist-Flächengewichtsverteilung und vordefinierter Soll-Flächengewichtsverteilung die Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung eingestellt wird. Dies ist etwa von besonderem Vorteil, wenn ohne Verändemng des Spinnmassedurchsatzes das Flächengewicht des Spinnvlieses erhöht oder reduziert werden soll. So kann beispielsweise auch die Produktionsgeschwindigkeit an den Spinnmassedurchsatz angepasst werden,

Die Ist-Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses kann dabei vorteilhafterweise mittels einer Detektionseinrichtung gemessen werden. Eine solche Detektionseinrichtung kann sich etwa aus einer Anzahl von Kameras, optischen Sensoren (bspw. Laser), mechanischen Sensoren und/oder berührungslos und zerstörungsfrei messenden Sensoren (bspw. Ultraschall-Sensoren) zusammensetzen.

Zudem kann durch eine mit der Detektionseinrichtung verbundene Steuereinheit die Differenz zwischen der durch die Detektionseinrichtung gemessenen Ist-Flächengewichtsverteilung und der in der Steuereinheit hinterlegten Soll-Flächengewichtsverteilung ermittelt werden. Die Steuereinheit kann dann in Abhängigkeit der ermittelten Differenz zumindest ein Steuersignal zur Änderung des variablen Spinnmassedurchsatzes der Düsenlöcher an eine die Temperaturverteilung und/oder die Druckverteilung der Spinndüsen regelnde Spinnmasse- Regeleinrichtung ausgeben. Das Verfahren kann so mit einem automatischen Regelsystem ausgestattet werden, welches eine reproduzierbare und exakte Regelung der Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses ermöglicht.

Zudem kann die Steuereinheit in Abhängigkeit der ermittelten Differenz zumindest ein Steuersignal zur Änderung der Fördergeschwindigkeit des Förderbandes an eine Förderband- Regeleinrichtung ausgeben. So kann neben der Flächengewichtsverteilung auch der Durchsatz des Verfahrens variiert werden, und so alle Parameter des Herstellungsverfahrens automatisch geregelt werden.

Da die Flächengewichtsverteilung ständig und während dem laufenden Betrieb gemessen wird, ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass mittels der Steuereinheit kleinste Schwankungen detektiert und kompensiert werden können. Damit kann ein erfindungsgemäßes Spinnvlies, insbesondere cellulosisches Spinnvlies, mit einem Variationskoeffizienten des Flächengewichtes von 0 % bis 3 %, bevorzugt von 0 % bis 2 %, besonders bevorzugt von 0 % bis 0,5 %, gemessen nach der Norm „Bestimmung der flächenbezogenen Masse (ISO 9073-1: 1989)“, hergestellt werden.

Ein möglichst konstantes Flächengewicht bietet Vorteile in der weiteren Verarbeitung. Wenn aus dem cellulosischen Spinnvliesstoff beispielsweise Produkte mit Lotionen, bspw. Feuchtetücher, Wischtücher, Reinigungstücher oder Facial Sheet Masks hergestellt werden sollen, dann ist sowohl die Auftragung der Lotion wie auch die Verteilung der Lotion im späteren Produkt nicht nur bei der Herstellung einfacher, sondern auch für den Endkunden optisch und haptisch erkennbar. Ein gleichmäßiges Flächengewicht ist ein eindeutiges und messbares Qualitätsmerkmal für Vliesstoffe, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig erreicht werden kann.

Die zuvor beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen besonders für die Herstellung cellulosi scher Spinnvliese zum Tragen, wobei die Spinnmasse eine Lyocell- Spinnmasse, also eine Lösung von Cellulose in einem Direktlösemittel für Cellulose ist.

Es hat sich gezeigt, dass im Gegensatz zu thermoplastischen Schmelzen, bei denen die Spinnmassepumpen konstant gefahren werden, die Drehzahl der Spinnmassepumpen bei der Herstellung von cellulosischem Spinnvlies für die Regelung des Flächengenwichtes und der Flächengewichtsverteilung kontinuierlich angepasst werden muss, da der Cellulosegehalt in der Spinnmasse ständig variiert. Weiters hat sich gezeigt, dass die Temperatur der Spinnmasse über die Ausspinnbreite variiert und diese Variation, die zu einem unterschiedlichen Spinnmassedurchsatz entlang der Querrichtung der Spinndüse führen würde, beispielsweise mittels gezielter Einstellung der Temperaturverteilung kompensiert werden kann. Es hat sich gezeigt, dass auch die Fördergeschwindigkeit der perforierten Fördereinrichtung aufgrund der Schwankung des Cellulosegehaltes in der Spinnmasse ständig angepasst werden muss, um das Flächengewicht im zeitlichen Verlauf annähernd konstant zu halten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann durch gezielte Anpassung des Spinnmassedurchsatzes über Temperatur- und Druckprofil eine solche Variation des Cellulosegehaltes zuverlässig kompensiert werden.

Unter einem Direktlösemittel für Cellulose wird ein Lösemittel verstanden, in dem die Cellulose in nicht-derivatisierter Form gelöst vorliegt. Dies kann bevorzugt ein Gemisch aus einem tertiären Aminoxid, wie etwa NMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid), und Wasser sein. Alternativ eignen sich als Direktlösemittel allerdings beispielsweise auch ionische Flüssigkeiten, bzw. Mischungen mit Wasser.

Der Cellulosedurchsatz pro Spinnvliesdüse kann 5 kg/h/m Düsenbreite bis 500 kg/h/m Düsenbreite betragen.

Der Gehalt an Cellulose in der Spinnmasse kann dabei zwischen 3 Gew.-% und 17 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 Gew.-% und 15 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 6 Gew.-% und 14 Gew.-% betragen.

Die Temperatur der Spinnmasse vor dem Eintritt in die Spinndüse kann zwischen 60 °C und 160 °C, bevorzugt zwischen 80 °C und 140 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 °C und 120 °C betragen. Das Temperaturprofil der Spinndüse kann so eingestellt werden, dass die Temperatur der Spinnmasse beim Austritt aus den Düsenlöchern zwischen 60 °C und 160 °C, bevorzugt zwischen 80 °C und 140 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 °C und 120 °C beträgt.

Die Temperatur des Verstreckungsluftstroms kann zwischen 20 °C und 200 °C, bevorzugt zwischen 60 °C und 160 °C, besonders bevorzugt zwischen 80 °C bis 140 °C betragen.

Der Luftdruck des Verstreckungsluftstroms kann 0,05 bar bis 5 bar, bevorzugt 0,1 bar bis 3 bar, besonders bevorzugt 0,2 bar bis 1 bar 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.

Das Spinnvlies gemäß dem erfmdungsgemäßen Verfahren kann auch aus mehreren Spinnvlieslagen bestehen, wobei die Flächengewichte und Eigenschaften für jede Lage unterschiedlich sein können. Zum Beispiel bei der Entwicklung neuer Gas- und Flüssigkeitsfilter kann die Kombination aus mehreren Spinnvlieslagen mit unterschiedlichen Flächengewichten und/oder Luftdurchlässigkeiten verwendet werden, um Hochleistungsfilter zu erzeugen.

In einer Ausführungsvariante können diese einzelnen Spinnvlieslagen durch hintereinander positionierte Spinndüsen zeitgleich erzeugt und übereinander derart abgelegt werden, dass ein mehrlagiges Spinnvlies gebildet wird. Die Spinnvlieslagen werden anschließend durch die Wasserstrahlverfestigung verbunden. Es hat sich gezeigt, dass eine Wasserstrahlverfestigung und eine Trocknung zwar durch eine gewisse Schrumpfung des Spinnvlieses Einfluss auf das Flächengewicht haben können, diese Auswirkung durch das erfmdungsgemäße Verfahren aber kompensiert werden kann. So kann die erfmdungsgemäße Regelung beispielsweise bei Überschreiten eines Schwellenwerts des Flächengewichts nach der Trocknung dieses durch Anpassung des Spinnmassedurchsatzes der einzelnen übereinander abgelegten Spinnvlieslagen kompensieren.

Die mehreren Spinndüsen zur Herstellung des mehrlagigen Spinnvlieses können in Produktionsrichtung in Serie hintereinandergeschaltet sein, wobei jeder Spinndüse zumindest eine Koagulationseinrichtung zugeordnet ist.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Spinndüsen kann es sich um aus dem Stand der Technik (US 3,825,380, US 4,380,570, WO 2019/068764) bekannte einreihige Spaltdüsen, mehrreihige Nadeldüsen, oder bevorzugterweise um Säulendüsen mit einer Breite insbesondere zwischen 0, 1 m und 6 m handeln.

Die Spinndüsen können erfindungsgemäß aus mehreren Spinndüsenmodulen bestehen. Bevorzugt ist dabei für jede Spinndüse bzw. für jedes Spinndüsenmodul zumindest eine Spinnpumpe vorgesehen.

Zudem ist dabei bevorzugt, dass für jede Spinndüse und/oder für jedes Spinndüsenmodul zumindest eine Spinndüsen-Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche die Temperaturverteilung in der Spinndüse bzw. im Spinndüsenmodul steuert. Abhängig von der gewünschten Genauigkeit der Steuerung der Temperaturverteilung können unterschiedlich viele Spinndüsen- Regeleinrichtungen vorgesehen werden.

Die Einstellung und Regelung der Temperatur der Spinndüsen, bzw. in weiterer Folge die Temperaturverteilung, kann etwa mittels Infrarot, mittels Ultraschall, elektrisch, mit Dampf, mit Öl oder anderen dem Fachmann bekannten Fluiden oder Technologien zur Wärmeübertragung erfolgen.

Als Detektionseinrichtung zur Detektion der Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses können sich beispielsweise Flächengewichtsmessgeräte vom Typ Qualiscan QMS-12 des Herstellers Mahlo GmbH & Co. KG, Saal an der Donau, Deutschland, eignen.

Kurzbeschreibung der Figuren

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung anhand der Zeichnungen näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Regelung der Flächengewichtsverteilung in dem Verfahren gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der örtlichen Verteilung des Spinnmassedurchsatzes in Abhängigkeit des Temperaturprofils gemäß der ersten Ausführungsvariante,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der örtlichen Verteilung des Spinnmassedurchsatzes in Abhängigkeit des Temperaturprofils gemäß einer zweiten Ausführungsvariante mit modularen Spinndüsen, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der örtlichen Verteilung des Spinnmassedurchsatzes in Abhängigkeit des Temperaturprofils gemäß einer dritten Ausführungsvariante mit modularen Spinndüsen.

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. In einem ersten Verfahrensschritt wird dabei eine Spinnmasse 2 aus einem cellulosi sehen Rohmaterial erzeugt und an eine Spinndüse 3 zugeführt. Das cellulosische Rohmaterial zur Herstellung der Spinnmasse 2, welche Herstellung in den Figuren nicht näher dargestellt ist, kann dabei ein zur Herstellung von Lyocell-Filamenten geeigneter Zellstoff aus Holz oder anderen pflanzlichen Ausgangsstoffen sein. Es ist aber ebenso denkbar, dass das cellulosische Rohmaterial zumindest teilweise 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 4 der Spinndüse 3 zu Filamenten 5 extrudiert, wobei die Düsenlöcher 4 der Spinndüse 3 entlang einer Hauptachse 6 angeordnet sind. Die Hauptachse 6 der Spinndüse 3 ist dabei entlang einer Querrichtung 12 zur Förderrichtung 11 des Spinnvlieses ausgerichtet, was insbesondere in der schematischen Darstellung des Verfahrens 100 in Fig. 2 im Detail gezeigt ist. Der Spinnmassedurchsatz der Düsenlöcher 4 entlang der Querrichtung 12 wird dabei in der Spinndüse 3 variabel eingestellt, so dass die einzelnen Düsenlöcher 4 in Querrichtung 12 einen unterschiedlichen Spinnmasse- Ausstoß aufweisen.

Die extrudierten Filamente 5 werden dann durch einen Verstreckungsluftstrom beschleunigt und verstreckt. Zur Erzeugung des Verstreckungsluftstroms ist in der Spinndüse 3 eine Verstreckungseinrichtung vorgesehen, welcher Verstreckungsluft 7 zugeführt wird und welche für einen Austritt des Verstreckungsluftstroms aus der Spinndüse 3 sorgt, um die Filamente 5 nach deren Extrusion zu beschleunigen. In einer Ausführungsvariante kann der Verstreckungsluftstroms dabei zwischen den Düsenlöchem der Spinndüse 3 austreten. In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Verstreckungsluftstrom alternativ um die Düsenlöcher herum austreten. Dies ist in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt. Solche Spinndüsen 3 mit Verstreckungseinrichtungen 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 5 werden zudem mit einem Koagulationsluftstrom 8, welcher durch eine Koagulationseinrichtung 9 bereitgestellt wird, beaufschlagt. Der Koagulationsluftstrom 8 weist in der Regel eine Koagulationsflüssigkeit auf, etwa in Form von Dampf, Nebel, etc. Durch Kontakt der Filamente 5 mit dem Koagulationsluftstrom 8 und der darin enthaltenen Koagulationsflüssigkeit werden die Filamente 5 zumindest teilweise koaguliert, was insbesondere Verklebungen zwischen den einzelnen extrudierten Filamenten 5 reduziert.

Die verstreckten und zumindest teilweise koagulierten Filamente 5 werden dann in Wirrlage auf einem Förderband 10 als Fördereinrichtung 10 abgelegt und bilden dort das Spinnvlies 1. Das Förderband 10 transportiert das gebildete Spinnvlies 1 dann in Förderrichtung 11 ab, wobei das auf dem Förderband 10 gebildete Spinnvlies 1 sich auf dem Förderband 10 in Querrichtung 12 zur Förderrichtung 11 erstreckt.

Durch den in Querrichtung 12 veränderlichen Spinnmassedurchsatz der Spinndüse 3 wird auf dem Förderband 10 ein Spinnvlies 1 mit in Querrichtung 12 veränderlichem Flächengewicht, also einer Flächengewichtsverteilung in Querrichtung 12, erhalten, was in Fig. 2 näher dargestellt ist. Hierbei weist das Spinnvlies mehrere Bereiche 13, 14, 15 mit unterschiedlichem Flächengewicht auf, wobei die Randschnittbereiche 13, 15 ein niedrigeres Flächengewicht als der Nutzbereich 14 aufweisen. Das Flächengewicht der Randschnittbereiche 13, 15 beträgt dabei unter 5 g/m ² , und ist gegenüber dem Nutzbereich 14 um zumindest 90 % reduziert.

Um den Spinnmassedurchsatz der Spinndüse 3 in Querrichtung 12 und damit die Flächengewichtsverteilung des Spinnvlieses 1 zuverlässig zu steuern, bzw. um ein Spinnvlies 1 mit definierter Soll-Flächengewichtsverteilung 19 zu erhalten, wird die Ist-Flächengewi chts- verteilung 18 des Spinnvlieses 1 mittels einer Detektionseinrichtung 16 gemessen und an eine mit der Detektionseinrichtung 16 verbundene Steuereinheit 17 übergeben. Die Steuereinheit 17 ermittelt dann eine Differenz zwischen der gemessenen Ist-Flächengewichtsverteilung 18 und der Soll-Flächengewichtsverteilung 19, wobei anhand der Differenz Steuersignale 20, 21, 22 ausgegeben werden. In Fig. 2 ist die Regelung der Ist-Flächengewi chtsverteilung 18 mittels der Steuereinheit 17 und Steuersignale 20, 21, 22 im Detail dargestellt. Dabei dient das Steuersignal 20 zur Regelung der Druckverteilung der Spinnmasse 2 in der Spinndüse 3. Dazu wird das Steuersignal 20 an eine Spinnmasse-Regeleinrichtung 23 ausgegeben, welche die der Spinndüse 3 zugeordneten Spinnmassepumpen 24 regelt, um die Druckverteilung der Spinnmasse 2 zu steuern und so den Spinnmassedurchsatz der Spinndüse 3 einzustellen. Das Steuersignal 21 dient wiederum zur Regelung der Temperaturverteilung der Spinndüse 3 und wird hierzu an eine Spinndüsen- Regeleinrichtung 25 ausgegeben, welche die Temperatur der Spinndüse 3 in Querrichtung 12 so verändert, dass der Spinnmassedurchsatz der Spinndüse 3 in Querrichtung 12 eingestellt wird. Schließlich wird das Steuersignal 22 an eine Förderband-Regeleinrichtung 26 ausgegeben, um die Fördergeschwindigkeit des Förderbandes 10 zu regeln, und somit das Flächengewicht des Spinnvlieses 1 einzustellen.

In Fig. 3 sind die örtliche Spinnmassedurchsatz- Verteilung 34 und die Temperaturverteilung 35 in der Spinndüse 3 dargestellt, wobei die Spinnmassedurchsatz -Verteilung 34 und die Temperaturverteilung 35 jeweils den Verlauf des Spinnmassedurchsatzes 31 bzw. der Temperatur 32 als Funktion der Ausdehnung 33 der Spinndüse 3 in Querrichtung 12 darstellen. Die Temperaturverteilung 35 weist dabei in den entsprechenden Randschnittbereichen 13, 15, wie diese in Fig. 2 am Spinnvlies 1 dargestellt sind, einen Abfall der Temperatur 32 zu den Rändern hin auf, während die Temperatur 32 im Nutzbereich 14 im Wesentlichen konstant gehalten wird. Folgend der Temperaturverteilung 34 stellt sich auch ein geringerer Spinnmassedurchsatz 31 in den Randschnittbereichen 13, 15 ein, was sich dann in dem geringeren Flächengewicht in den Randschnittbereichen 13, 15 - wie in Fig. 2 gezeigt - niederschlägt.

Wie weiters aus der Fig. 2 ersichtlich ist eine Feedback-Schleife zwischen den Regeleinrichtungen 23, 25, 26 und der Detektionseinrichtung 16 vorgesehen, welche vollautomatisch durch Regelung des Spinnmassedurchsatzes der Spinndüse 3 und der Fördergeschwindigkeit des Förderbandes 10 eine Soll-Flächengewichtsverteilung 19 im fertigen Spinnvlies 1 erreichen und konstant halten kann. Ein solches Konstanthalten der Flächengewichtsverteilung kann sowohl zum Ausgleich von Schwankungen im Cellulose- Rohstoff, als auch zum Herstellen eines Spinnvlieses 1 mit einem vordefinierten Flächengewichts-Profil dienen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird schließlich nach der Bildung des Spinnvlieses 1 dieses einer Wäsche 27 und einer Wasserstrahlverfestigung 28 unterzogen. Das gewaschene und wasserstrahlverfestigte Spinnvlies 1 wird dann in einem nächsten Schritt einer Trocknung in einem Trockner 29 unterzogen, um die verbliebene Feuchtigkeit zu entfernen und ein fertiges Spinnvlies 1 zu erhalten. Schließlich wird das Verfahren 100 durch optionales Aufwickeln 30 und/oder Verpacken des fertigen Spinnvlieses 1 abgeschlossen.

Die Detektionseinrichtung 16 zur Messung der Ist-Flächengewichtsverteilung 18 des Spinnvlieses 1 ist dabei vorteilhafterweise zwischen dem Trockner 29 und dem Aufwickeln 30 vorgesehen, da nach dem Trockner 29 die Eigenschaften am fertigen Spinnvlies 1 bestimmt werden können, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit des Verfahrens 100 erreicht wird.

In einer weiteren, in den Figuren nicht näher dargestellten Ausführungsform wird das Spinnvlies 1 vor dem Aufwickeln 30 um die Randschnittbereiche 13, 15 beschnitten, so dass lediglich der Nutzbereich 14 dem Aufwickeln 30 zugeführt wird.

In Fig. 4 ist eine mehrteilige Spinndüse 40 mit mehreren Spinndüsenmodulen 41, 42, 43, 44 gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des erfmdungsgemäßen Verfahrens 101 gezeigt. Jedem Spinndüsenmodul 41, 42, 43, 44 ist dabei jeweils eine Spinnmassepumpe 45, 46, 47, 48 zugeordnet, um neben der Temperaturverteilung 37 die Druckverteilung in der Spinndüse 40 einzustellen. Die Spinnmassepumpen 45-48 produzieren in dem gegenständlichen Ausführungsbeispiel jeweils denselben Druck in den Spinndüsenmodulen 41-44 und sorgen somit für eine gleichmäßige Druckverteilung in der Spinndüse 40. Wie in Fig. 4 gezeigt, weist die Spinnmassedurchsatzverteilung 36 ebenfalls in den Randbereichen jeweils einen Abfall auf, so dass am Spinnvlies 1 wieder Randschnittbereiche 61, 63 gebildet werden, in denen das Flächengewicht gegenüber dem Nutzbereich 62 reduziert ist.

In Fig. 5 ist eine weitere mehrteilige Spinndüse 50 mit vier Spinndüsenmodulen 51, 52, 53, 54 gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des erfmdungsgemäßen Verfahrens 102 gezeigt. Wie bereits für Fig. 4 dargestellt, ist wiederum jedem Spinndüsenmodul 51, 52, 53, 54 eine Spinnmassepumpe 55, 56, 57, 58 zugeordnet. Im Gegensatz zu Fig. 4, fördert in der gegenständlichen Ausführungsvariante die Spinnmassepumpe 58 Spinnmasse 2 mit nur geringem bzw. minimalem Druck, es weist also die Druckverteilung in der Spinndüse 50 im Bereich des Spinndüsenmoduls 54 einen sehr geringen Druck auf, wodurch die Spinndüse 50 im Bereich des Spinndüsenmoduls 54 auch nur einen minimalen Spinnmassedurchsatz 31 produziert. Zudem ist in der Spinndüse 50 wiederum eine Temperaturverteilung 39 vorgesehen, welche in einer Spinnmassedurchsatzverteilung 38 abgebildet wird, die wiederum zu Randschnittbereichen 64, 66 im Spinnvlies 1 mit geringerem Flächengewicht als der Nutzbereich 65 führen. Der Randschnittbereich 66 setzt sich in gegenständlichem Ausführungsbeispiel nun durch den Flächengewichtsabfall durch die Temperaturverteilung 39 sowie durch die ungleiche Druckverteilung zusammen, wodurch ein ausgedehnter Randschnittbereich 66 mit sehr geringem Flächengewicht im Spinnvlies 1 geschaffen wird. Der Verschnitt nach dem Beschneiden des Spinnvlieses 1 auf den Nutzbereich 65 kann somit minimal gehalten werden.

In einer weiteren Ausführungsvariante können die Verschnitte aus den Randschnittbereichen 14, 16, 61, 63, 64, 66 wieder als cellulosisches Rohmaterial zur Herstellung von Spinnmasse 2 verwendet werden, was in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt wurde.