專利名稱：剝制工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種剝制工藝(decortications process ),特別是一種 利用纖維作物的秸稈來生產(chǎn)純凈韌皮纖維的工藝。
背景技術(shù)：
從例如黃麻、大麻、苧麻或洋麻之類的雙子葉植物中得到的韌皮 纖維具有多種商業(yè)用途。典型地，韌皮纖維已經(jīng)被紡織工業(yè)利用來生 產(chǎn)織物產(chǎn)品，例如地毯紗線、繩索、土工織物、傳統(tǒng)粗麻布和黃麻平 紋布。然而，韌皮纖維越來約多地被用于例如制造無紡織物毯和地毯、 復(fù)合材料以及汽車內(nèi)部嵌板的其它工業(yè)?；诶w維素的工業(yè)從韌皮中 回收纖維素用于漿料和紙制品。
在韌皮纖維能夠被使用之前，必須首先通過某些形式的剝制工藝 使纖維植物的韌皮纖維與內(nèi)芯分離?，F(xiàn)有技術(shù)的剝制工藝是多樣的， 但一般都是釆用自動(dòng)機(jī)械使纖維植物經(jīng)受機(jī)械壓力從而在內(nèi)芯和韌皮 之間的連接產(chǎn)生物理斷裂。然后，所述機(jī)器使韌皮與內(nèi)芯分離。使韋刃 皮與內(nèi)芯分離的另一種常用工藝是"漚麻，，，該工藝將植物莖浸沒在 水里，并進(jìn)行一段時(shí)間的浸泡從而將纖維從莖的其它組分上松解。漚 麻也可以是將切斷的農(nóng)作物樹立在田間暴露于空氣水分中。細(xì)菌的活 動(dòng)破壞了果膠和木質(zhì)素，釋放出纖維素纖維。莖然后被去除、清洗并 經(jīng)受機(jī)械加工來去除軟組織，然后被烘干。 一種綜合了漚麻和剝制機(jī) 械的工藝也被用來獲得韌皮纖維。
紡織工業(yè)要求具有相對(duì)長纖維長度的韌皮纖維。因此，韌皮纖維 在紡織工業(yè)中的使用導(dǎo)致了用于生產(chǎn)具有更長(50mm或更長， 一般 超過150mm)的纖維長度纖維的剝制工藝和機(jī)械的發(fā)展。然而，例如 是纖維素工業(yè)和復(fù)合材料成型業(yè)的非紡織工業(yè)卻不需要長纖維長度，并且事實(shí)上還經(jīng)常需要預(yù)先將韌皮纖維切割成更短長度來使用。
去除較長纖維的需要帶來了研發(fā)可供選擇的剝制工藝的可能性， 所述可供選擇的剝制工藝采用生產(chǎn)具有較短長度的韌皮纖維束的設(shè) 備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種剝制工藝，特別是一種利用纖維作物的秸稈來生 產(chǎn)純凈韌皮纖維的工藝。
因此，在本發(fā)明中的一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種通過加工具有韌 皮層和內(nèi)芯的植物的秸稈來生產(chǎn)韌皮纖維的方法，所述方法包括以下
步驟
(a) 將秸稈切割成預(yù)定長度；
(b) 通過使經(jīng)切割的預(yù)定長度的秸稈通過圓盤精磨機(jī)并施加小 于約150kWh/t的能量對(duì)秸稈進(jìn)行精磨；和
(c) 篩選經(jīng)精磨的秸稈以便使韌皮纖維與內(nèi)芯分離。 在一個(gè)實(shí)施例中，在精磨秸稈之前篩選經(jīng)切割的秸稈以分離任何
比預(yù)定長度長的秸稈。
在一個(gè)實(shí)施例中，最后的篩選步驟將經(jīng)精磨的秸稈分離成特定的 成分。篩選步驟將精磨秸稈分離成特定的成分，篩選的成分可以包括 純凈的韌皮纖維；粗韌皮纖維；粗內(nèi)芯以及廢渣。粗韌皮可以被進(jìn)一 步篩選或精磨或篩選和精磨二者以提高純度和韌皮回收。在一個(gè)實(shí)施 例中，粗韌皮可以與新原料一起進(jìn)行再加工。粗內(nèi)芯可以被進(jìn)一步篩 選或精磨或篩選和精磨二者以進(jìn)一步回收韌皮并提高芯的純度。在一 個(gè)實(shí)施例中，粗內(nèi)芯可以與新原料一起進(jìn)行再加工。
在一個(gè)實(shí)施例中，秸稈通過喂給飼料切碎機(jī)而切割。在一個(gè)實(shí)施 例中，經(jīng)切割的秸稈的長度小于約50mm，并且可以優(yōu)選小于約10mm。 在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)切割的秸稈在環(huán)境壓力下通過干式圓盤精磨機(jī)。 圓盤精磨機(jī)可以包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子磨盤。


本發(fā)明現(xiàn)在將借助于具有簡化的、概略的、未按比例的附圖的具
體實(shí)施例來描述。在附圖中
圖l是本發(fā)明的工藝的流程圖。圖2是經(jīng)篩選的成分的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種剝制工藝，特別是一種利用纖維作物的秸稈來生產(chǎn)純凈的韌皮纖維的工藝。本發(fā)明使用圓盤精磨機(jī)在較短纖維束基部上進(jìn)行剝制。在描述本發(fā)明時(shí)，本文未定義的所有術(shù)語具有它們通用的技術(shù)公認(rèn)的含義。在某種程度上，下面的描述是本發(fā)明的特定實(shí)施例或者特殊用途，僅僅是說明性的，并且不是對(duì)所要求保護(hù)的本發(fā)明的限制。下面的描述意欲覆蓋包含在如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有可供選擇的方案、改進(jìn)方案以及等效方案。
在本專利申請(qǐng)中，下面的詞語具有下述含義
"韌皮(bast)"指的是纖維作物中植物的韌皮部或內(nèi)皮的纖維。"剝制(decortication)"指的是使植物的韌皮與內(nèi)芯分離的工藝。
"圓盤精磨機(jī)(disc refiners )"在本領(lǐng)域中是公知的并且通常用于改變漿料和紙纖維的結(jié)構(gòu)，指的是利用至少兩個(gè)精磨盤(refinerplates)的機(jī)器，其中一個(gè)或全部精磨盤在纖維從它們之間通過時(shí)旋轉(zhuǎn)并在纖維上進(jìn)行擠壓。
"纖維作物(fibre crops)"指的是具有韌皮纖維的雙子葉植物的作物。常見的纖維作物包括黃麻、大麻、亞麻、苧麻、紅麻以及玫瑰茄大麻。
本文所使用的"包含"和"包括"均指的是"包括但不限于"。"內(nèi)芯(inner core)"指的是纖維作物中植物的內(nèi)部纖維芯，其可以與植物的皮質(zhì)韌皮纖維分離。
"纖維束(strands)"指的是一束纖維。"秸稈(straw)"指的是纖維作物中植物的莖。本發(fā)明涉及一種剝制工藝，特別是一種利用纖維作物的秸稈來生產(chǎn)純凈的韌皮纖維的工藝。所述工藝涉及了圓盤精磨機(jī)的新用途，圓盤精磨機(jī)是在制漿和造紙工業(yè)中所使用的用來纖維化木漿的一套設(shè)備并且以前并不知道可以用于生產(chǎn)韌皮纖維。
圖1示出本發(fā)明的工藝的流程圖。所述工藝可以概括為一種利用包括大麻、亞麻、紅麻以及黃麻的纖維作物的秸稈來生產(chǎn)純凈的韌皮纖維的工藝，所述工藝所具有的一系列工藝階段包括
(a) 用于設(shè)定韌皮纖維的初始長度的秸稈切碎和篩選階段；
(b) 用于機(jī)械分離切碎的韌皮纖維與芯材料的精磨階段；和
(c )用于物理分離經(jīng)分離的韌皮纖維與內(nèi)芯材料的篩選階段。該篩選階段還允許篩網(wǎng)接收物(screen accepts )(即通過篩網(wǎng)的材料)被分成特定銷售類別的產(chǎn)品。
通過本工藝生產(chǎn)的韌皮纖維可以經(jīng)純化(cleaned)然后經(jīng)處理而用于復(fù)合材料，或者隨后采用化學(xué)方法加工成用于各種紙類或纖維素用途的非木纖維漿料。
所述工藝中的第 一個(gè)步驟是將秸稈切割成預(yù)定長度。祠料切碎機(jī)或本領(lǐng)域技術(shù)人員所選擇的任何其它類似的切割裝置優(yōu)選用于切割秸稈。筒式粉碎機(jī)或錘磨機(jī)也可以用于切割秸稈。根據(jù)所使用原材料的初始形式，在將原材料喂入伺料切碎機(jī)之前，可能需要開包或?qū)⒔斩挻驍喑奢^小的長度或開包和將秸稈打斷成較小的長度二者。切割階段的主要目的是設(shè)定初始的纖維長度。通過控制飼料切碎機(jī)中切割頭的速度與喂料輸送機(jī)的速度的比率來實(shí)現(xiàn)預(yù)定長度。纖維取向?qū)⒂绊懬懈铋L度的精度，并且優(yōu)選使秸稈的取向垂直于切割頭，雖然這些在所述工藝中不是必需的。優(yōu)選的是，顆粒長度為50mm或更小，例如小于40mm、 30mm或20mm。 10mm或更小的顆粒是更優(yōu)選的。
在一個(gè)實(shí)施例中，緊隨切割之后，篩選切碎的材料以去除無意中未被切割的材料或者比所需長度長的材料。這樣的篩選和去除有助于防止工藝設(shè)備下游的堵塞。未被切割或長的秸稈重新返回飼料切碎機(jī)以進(jìn)一步減小尺寸。
所述工藝中的下一個(gè)階段是精磨階段。將經(jīng)篩選的、飼料切碎機(jī)切碎的秸稈喂入圓盤精磨機(jī)中。精磨階段的主要目的是機(jī)械分離韌皮與內(nèi)芯，優(yōu)選對(duì)韌皮纖維的長度具有最小的影響。
圓盤精磨機(jī)通常用于制漿和造紙工業(yè)，并且包括反向旋轉(zhuǎn)的精磨盤，所述精磨盤在經(jīng)過它們之間的纖維上施加物理力。材料通過以固定速度運(yùn)轉(zhuǎn)的精磨盤之間的固定間隙。精磨盤的剪切作用使韌皮纖維與內(nèi)芯顆粒分離。本發(fā)明優(yōu)選使用在環(huán)境壓力力下運(yùn)轉(zhuǎn)的千式圓盤精
磨機(jī)(dry disc refiner)以避免纖維之間的纏結(jié)。干式圓盤精磨機(jī)是對(duì)固體含量為80 %或更大(例如卯％或更大)的原料進(jìn)行操作的 一種精磨機(jī)。
圓盤精磨機(jī)對(duì)經(jīng)切割的秸稈的磨碎受以下變量的影響(a)經(jīng)切割的秸稈的喂給速度；(b)秸稈必須通過的磨盤之間的間隙；(c)磨盤的條狀圖案；(d)通過磨盤施加給秸稈纖維的能量；和(e)秸稈纖維的水分含量。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠操控這些變量以產(chǎn)生合適的結(jié)果。例如，已知的是這些變量的組合可以產(chǎn)生大于所需的精磨作用，并且可以降低韌皮纖維產(chǎn)品的純度，同時(shí)增加不需要的廢渣(dust)?？晒┻x擇地，如果精磨作用不充分，那么韌皮纖維與內(nèi)芯材料的分離就可能不充分。
在一個(gè)實(shí)施例中，秸稈的水分含量優(yōu)選小于約15%。磨盤的圖案在不同的生產(chǎn)商之間有很大的變化，并且某些磨盤圖案與其它的磨盤圖案相比更加有效( aggressive)。艱給速度可以沖艮據(jù)圓盤精磨機(jī)的尺寸和精磨機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述工藝?yán)昧苏ケP間隙(positive plategap)，從而在互補(bǔ)的磨盤圖案之間不存在重疊。磨盤外徑處的最小磨盤間隙可以為約lmm到約10mm。
圓盤精磨機(jī)通常在材料上施加大于250kWh/t的能量。根據(jù)本發(fā)明人的知識(shí)，4吏用高濃圓盤精磨才幾(high consistency disc refiners )生產(chǎn)中密度纖維板的工藝是施加能量最低的情況，所施加的最低能量為250kWh/t到約300kWh/t量級(jí)。在本發(fā)明中，所需的精磨能量更低。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，圓盤精磨機(jī)施加的能量在約10kWh/t到150kWh/t之間，優(yōu)選在約10kWh/t到約100kWh/t之間，最優(yōu)選在20kWh/t到80kWh/t之間。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，施加的能量為約50kWh/t。
在精磨階段之后，立即使經(jīng)精磨的秸稈經(jīng)受進(jìn)一步的篩選步驟，該進(jìn)一步的篩選步驟將經(jīng)精磨的產(chǎn)品分離成不同的成分(fractions)。圖2示出經(jīng)篩選的成分的曲線圖。等級(jí)成分(streams fractions )如下
(a) 純凈的韌皮；
(b) 粗韌皮(1-3等級(jí))。所述粗韌皮可以被重新精磨和重新篩選以提高純度；
(c) 粗內(nèi)芯(1-3等級(jí))。所述粗內(nèi)芯可以被進(jìn)一步機(jī)械分離(篩選或氣流分離)以提高韌皮的回收利用；和
(d) 廢渣。
所述成分可以用于不同的初級(jí)商業(yè)產(chǎn)品。純凈的韌皮纖維可用于纖維素和復(fù)合材料市場。純凈的芯纖維可用于食品、化學(xué)、板材、吸收劑或聚合物市場。廢渣可用于能源或復(fù)合材料市場(木粉當(dāng)量)。
對(duì)于本發(fā)明工藝中的兩個(gè)篩選步驟，所使用的篩網(wǎng)可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所選用的任何合適的篩網(wǎng)，包括振動(dòng)篩、回轉(zhuǎn)篩/滾筒篩或輥篩。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明顯看出的，在不脫離這里所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)前面的特定公開內(nèi)容作各種改進(jìn)、改用和變4匕。
權(quán)利要求
1、一種通過加工具有韌皮層和內(nèi)芯的植物的秸稈來生產(chǎn)韌皮纖維的方法，所述方法包括以下步驟(a)將秸稈切割成預(yù)定長度；(b)通過使經(jīng)切割的預(yù)定長度的秸稈通過圓盤精磨機(jī)并施加小于約150kWh/t的能量對(duì)秸稈進(jìn)行精磨；和(c)篩選經(jīng)精磨的秸稈以便使韌皮纖維與內(nèi)芯分離。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在精磨秸稈之前篩選經(jīng)切 割的秸稈以分離任何比預(yù)定長度長的秸稈的步驟。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中最后的篩選步驟將經(jīng)精磨的 秸稈分離成特定的成分。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述成分包括a、 純凈的韌皮纖維；b、 粗韌皮纖維；c、 粗內(nèi)芯；和d、 廢渣。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括對(duì)粗韌皮進(jìn)行篩選或精磨 或篩選和精磨二者以提高純度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括對(duì)粗內(nèi)芯進(jìn)行篩選或精磨 或篩選和精磨二者以進(jìn)一步回收純凈韌皮或純凈內(nèi)芯。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過將秸稈喂給飼料切碎機(jī) 而切割秸稈。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中經(jīng)切割的秸稈的長度小于 50mm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中經(jīng)切割的秸稈的長度小于 10mm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中經(jīng)切割的秸稈在環(huán)境壓力 下通過干式圓盤精磨機(jī)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中圓盤精磨機(jī)包括至少一個(gè) 定子磨盤和至少一個(gè)轉(zhuǎn)子磨盤。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中圓盤精磨機(jī)包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子磨盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用圓盤精磨機(jī)使纖維植物的韌皮與內(nèi)芯分離的剝制工藝。
文檔編號(hào)A01F12/44GK101688328SQ200880022387
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者D·亨利, D·羅爾海澤, W·丘特 申請(qǐng)人:艾伯塔研究委員會(huì)公司