專利名稱：粘著纖維材料的回收方法及其產(chǎn)生的合成纖維和纖維狀材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及回收技術(shù)和采用這類技術(shù)生產(chǎn)的材料。
背景技術(shù)：
人們常常回收利用完全由天然纖維(例如，動(dòng)物或植物纖維)和/或纖維素纖維(例如，漿粕纖維)制成的紙和紡織材料。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了回收這些材料的技術(shù)，將它們打碎成纖維或纖維狀材料，然后重組這些材料，以便提供紙和紙狀產(chǎn)品。通過(guò)打漿作業(yè)將天然纖維紡織品和/或紙張分散在水中，產(chǎn)生單個(gè)纖維的漿料。可清洗和/或處理這些纖維，以便去除油墨、粘合劑或其它污染物。在把處理過(guò)的纖維成形為濕法網(wǎng)之前，可進(jìn)一步精制和/或分級(jí)這些處理過(guò)的纖維。在常規(guī)的回收作業(yè)中，把合成材料看作污染物，且一般將其除去。合成材料可能以合成或人造的纖維和/或長(zhǎng)絲的形式出現(xiàn)，或者為粘結(jié)劑或粘合劑等形式。
將主要用于天然和/或纖維素纖維回收的常規(guī)工藝，用于部分或全部由合成或人造纖維組成的織物和非織造織物時(shí)，已經(jīng)產(chǎn)生了問(wèn)題。此外，使用粘結(jié)劑、粘合劑和/或機(jī)械纏結(jié)例如水刺纏結(jié)的基于高強(qiáng)度天然和/或纖維素纖維的織物，當(dāng)用常規(guī)回收工藝對(duì)其加工時(shí)，也存在問(wèn)題。
在濕加工例如打漿作業(yè)中，這些類型的織物通常難于或不可能分散成單個(gè)纖維。如果織物是用熱或粘結(jié)劑粘合合成纖維而形成，則這一點(diǎn)尤為明顯。在某些情況下，可能形成纖維或長(zhǎng)絲“繩”。如果合成材料是熱塑性的，則用于破碎或開(kāi)松該材料的工藝中的機(jī)械功可產(chǎn)生足夠的熱量，使該材料熔融成不可用的團(tuán)塊和漿塊。
一般而言，采用以下兩種方法中的一種由回收合成材料組成的或者由含合成和天然材料的復(fù)合材料組成的織物。第一種方法，將完全由熱塑性材料組成的織物清洗、熔融然后擠出或成形為短纖維、連續(xù)長(zhǎng)絲或膜。如果該織物是含合成熱塑性材料和天然材料(或非熱塑性合成材料)的復(fù)合材料，則在進(jìn)一步加工之前，必須首先將該天然(或非熱塑性合成)材料與該熱塑性材料分開(kāi)。這常常是不可行的，因?yàn)樵谠搹?fù)合材料的組分之間存在的熱、機(jī)械和/或粘結(jié)劑的粘合使分離變得困難。即使可能進(jìn)行分離，但該方法需要多個(gè)加工步驟和更多的用于熔化和重組材料的能量。盡管獲得的纖維、長(zhǎng)絲或膜可以含回收材料，但是，這些纖維、長(zhǎng)絲或膜的特征可以是由回用聚合物原料“人造的”或“擠出的”。
第二種方法涉及把織物機(jī)械破碎成更小的塊，例如纖維束、線和/或單個(gè)纖維。這一般通過(guò)干材料的機(jī)械撕裂和開(kāi)松完成。例如，國(guó)際申請(qǐng)PCT/SE95/00938稱，已知機(jī)械開(kāi)松干非織造及紡織的廢料，而且可以使用干燥的含合成和天然纖維的混合廢料。按照PCT/SE95/00938，開(kāi)松和撕碎技術(shù)的一個(gè)重要特征是，撕碎或開(kāi)松操作常常不完全，以致于回用纖維部分地以原來(lái)織物的離散小塊形式出現(xiàn)，其特征可為“絮片”或纖維束。這些絮片被描述為，其所帶來(lái)的非均勻性將使含這些絮片的網(wǎng)呈現(xiàn)更多類似紡織品的外觀特性。
上述的絮片和織物碎塊在隨后的作業(yè)中難于加工，這些作業(yè)舉例來(lái)說(shuō)是，濕成網(wǎng)加工、氣成網(wǎng)加工、水刺纏結(jié)加工或其它成網(wǎng)加工。這些非均勻物的存在會(huì)降低回用纖維的價(jià)值，并降低回用纖維所成網(wǎng)或織物的外觀、強(qiáng)度、均勻性和其它需要的性能等級(jí)。采用篩分或其它技術(shù)消除非均勻物會(huì)降低纖維的回用效率。采用附加的干式機(jī)械切斷、開(kāi)松、撕裂、扯松或揀選作業(yè)將纖維束或絮片縮短為長(zhǎng)度小于5mm的纖維或纖維狀材料可能是不切實(shí)際的。而且，附加的機(jī)械功可將如此多的能量轉(zhuǎn)化為熱的形式，致使干燥材料熔融成不可用的團(tuán)塊，并會(huì)減少或消除該回用材料最初體現(xiàn)出的任何環(huán)境或經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。
盡管已有技術(shù)可能對(duì)那些試圖回收熱塑性材料以制成再加工所需的聚合物原料的人，以及那些試圖機(jī)械撕裂或開(kāi)松干廢料織物并使其成為更小的塊的人具有一定的價(jià)值，但是它們不能滿足許多現(xiàn)存的需要。例如，已有技術(shù)不能滿足濕法工藝要求的基本上使纖維和/或長(zhǎng)絲從紡織品或非織造織物上分離或個(gè)體化。另一個(gè)實(shí)例是，已有技術(shù)不能滿足濕法工藝要求的，由熱粘著的、粘合劑粘著的和/或機(jī)械纏結(jié)的織物例如紡織品和非織造網(wǎng)生產(chǎn)有用的纖維和纖維狀材料。
已有的技術(shù)不能滿足濕法工藝要求的，將織物轉(zhuǎn)變成尺寸類似于纖維素漿粕和天然短纖維的單纖維和/或長(zhǎng)絲，例如，長(zhǎng)度少于5毫米。例如，已有技術(shù)不能滿足工藝需要的，將織物轉(zhuǎn)變成尺寸類似于常規(guī)纖維素漿粕和天然短纖維的單纖維和/或長(zhǎng)絲，例如，長(zhǎng)度少于5毫米。
仍然需要可容易地加工成均勻片材或網(wǎng)的廉價(jià)的回用纖維或纖維狀材料。例如，需要可采用常規(guī)濕成形或干成形技術(shù)加工成均勻片材或網(wǎng)的廉價(jià)的回用纖維和纖維狀材料。還需要可能包括至少一部分廉價(jià)回用纖維和纖維狀材料的均勻的片材或網(wǎng)。
還需要能夠快速吸收數(shù)倍于其重量的水、水性液體或油的高強(qiáng)度片材或擦拭物。存在對(duì)片材和擦拭物的需要，該片材或擦拭物含廉價(jià)的回用纖維和纖維狀材料，而且其能夠快速吸收數(shù)倍于其重量的水、水性液體或油。存在對(duì)片材和擦拭物的需要，該片材或擦拭物含廉價(jià)的回用纖維和纖維狀材料，而且能將該片材或擦拭物用作擦拭物或用作流體分配層和/或吸收產(chǎn)品中的吸收組件。滿足這些需要是重要的，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)上和環(huán)保上都要求用回用纖維和纖維狀材料代替高質(zhì)量原生木纖維漿粕和/或新合成纖維或長(zhǎng)絲，并且仍然提供能用作擦拭物或用作流體分配層和/或吸收產(chǎn)品中的吸收組件的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)著手處理以上所確定的問(wèn)題，其涉及粘著纖維材料的回收方法。該方法包括步驟(a)提供粘著纖維材料的小塊，這些小塊具有適于懸浮在液體中的尺寸；(b)將粘著纖維材料的這些離散小塊懸浮于液體中；(c)對(duì)離散小塊的懸浮液施加機(jī)械功，以便產(chǎn)生足以將這些粘著纖維材料水力破碎成纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力條件；并且(4)從該懸浮液中實(shí)質(zhì)性地分離出單個(gè)的纖維和纖維狀組分。
一般而言，粘著纖維材料的小塊可具有約10-約350毫米的長(zhǎng)度和約3-約70毫米的寬度。更優(yōu)選的情況下，這些小塊可具有約10-約100毫米的長(zhǎng)度和約3-約20毫米的寬度。重要的是，應(yīng)當(dāng)調(diào)整這些小塊的大小，以使其能在液體例如水中懸浮。預(yù)料還可以使用水性溶液、溶劑、乳液等。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供粘著纖維材料的離散小塊的步驟包括，把全體粘著纖維材料例如，大的織物、紡織品、網(wǎng)等或者這些織物、紡織品和網(wǎng)等的大的片段或碎片的尺寸縮小為適于懸浮在液體中的離散小塊。該操作可以是常規(guī)操作，例如機(jī)械開(kāi)松、機(jī)械切斷、機(jī)械撕裂、機(jī)械研磨、水噴射切割、激光切割、扯松及其組合。
在本發(fā)明的另一方面，可采用安裝在旋轉(zhuǎn)輥上的刀刃與安裝在固定板上的刀刃的組合對(duì)懸浮液施加機(jī)械功，以便產(chǎn)生具有非常高水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力的區(qū)域。可能會(huì)在用于纖維漿料加工的設(shè)備中找到這種組合，例如在打漿機(jī)和精制機(jī)中，這種組合能為懸浮液供應(yīng)足夠的能量，以便在提供高水平纖維對(duì)金屬相互作用的條件下控制纖維長(zhǎng)度。
這些刀刃可安裝在固定板上，其能夠在至少一個(gè)維度內(nèi)與旋轉(zhuǎn)刀刃的旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面成一個(gè)角度地成行排列。例如，可安裝固定刀刃，使得它們與旋轉(zhuǎn)刀刃的旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面所成的角度介于約5度和70度之間。優(yōu)選的情況下，可安裝這些固定刀刃使得它們與旋轉(zhuǎn)刀刃的旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面所成的角度介于約15度和55度之間。更優(yōu)選的情況下，可安裝這些固定刀刃使得它們與旋轉(zhuǎn)刀刃的旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面所成的角度介于約40度和50度之間。甚至更優(yōu)選的情況下，可安裝這些固定刀刃使得它們與旋轉(zhuǎn)刀刃的旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面所成的角度為約45度。
按照本發(fā)明，可設(shè)置工藝，使其可以在多個(gè)階段向該懸浮液施加機(jī)械功。例如，第一階段可在產(chǎn)生足以潤(rùn)濕粘著纖維材料小塊并從粘著材料上分離至少一部分纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力的條件下，向該懸浮液施加機(jī)械功。然后，第二階段可在產(chǎn)生足以將該粘著的纖維材料、纖維和纖維狀組分破碎成基本上單個(gè)的纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力的條件下，施加另外的機(jī)械功。
在本發(fā)明的另一方面，處在最接近點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)刀刃和固定刀刃之間的間隙，在第一階段期間，為約20毫米-約100毫米。在第二階段期間，該間隙為約1毫米(或無(wú)金屬接觸的情況下盡可能的靠近)-約20毫米。優(yōu)選的情況下，在第一階段期間，最接近點(diǎn)處旋轉(zhuǎn)刀刃和固定刀刃之間的間隙為約20毫米-約50毫米，而在第二階段期間，為約1毫米-約10毫米。
懸浮液的稠度、旋轉(zhuǎn)輥和刀刃的旋轉(zhuǎn)速度、刀刃的尺寸、對(duì)旋轉(zhuǎn)輥的重量和/或壓力負(fù)荷可以是不同的，可調(diào)整它們以便控制該間隙。
按照本發(fā)明，施加到懸浮液上的機(jī)械功的估計(jì)量可大于約3馬力-天(24小時(shí))/干燥噸粘著纖維材料-這通過(guò)對(duì)促使材料組分運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生水壓與剪切應(yīng)力條件的電機(jī)所消耗的電流的測(cè)定可確定。此數(shù)值可大于4馬力-天/噸，而且甚至可大于6或更高。在某些狀況或者在某些條件下，預(yù)料機(jī)械功的估計(jì)量可少于3馬力-天/干燥噸粘著纖維材料。
采用粘著纖維材料實(shí)施本發(fā)明的方法，這些材料選自織造織物、針織物、非織造網(wǎng)及其組合。一般而言，這些非織造網(wǎng)是熱粘著的、粘合劑粘合的、機(jī)械纏結(jié)的、溶劑粘著的、水刺纏結(jié)的及其組合產(chǎn)生的網(wǎng)。
這些粘著纖維材料能夠由合成纖維材料、天然纖維材料及其組合構(gòu)成。該合成纖維材料可包括熱塑性纖維和長(zhǎng)絲。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，可將粘著的纖維材料變成基本上單根的纖維和纖維狀組分進(jìn)行回收，該基本上單根的纖維和纖維狀組分具有較為均勻的長(zhǎng)度分布。例如，該纖維和纖維狀材料可具有跨度約7毫米的長(zhǎng)度分布。優(yōu)選的情況下，該纖維和纖維狀材料可具有跨度約5毫米的長(zhǎng)度分布。試圖做到的是，纖維和纖維狀材料會(huì)具有跨度小于5毫米的長(zhǎng)度分布，例如2-4毫米。
本發(fā)明包括回用的合成纖維及纖維狀材料，其具有至少一種由合成材料組成的線元素，該線元素具有至少一種不規(guī)則變形，該不規(guī)則變形由粘著纖維材料在液體中懸浮時(shí)，從該粘著纖維材料上分離該線元素的水力破碎所產(chǎn)生。
該線元素可具有約1毫米-約15毫米范圍的長(zhǎng)度。例如，該線元素可具有約1.5-約10毫米范圍的長(zhǎng)度。另一個(gè)實(shí)施例中，線元素可具有約2-約5毫米范圍的長(zhǎng)度。線元素可具有小于100微米的直徑。例如，線元素可具有小于30微米的直徑。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，這些不規(guī)則變形的形式可為，該線元素中的彎曲、該線元素的扁平片段、該線元素的膨脹片段及其組合。
一般而言，與為了從粘著的纖維材料上分離線元素而進(jìn)行的線元素水刺破碎之前的粘著纖維材料的線元素相比，不規(guī)則變形使回用材料的線元素具有更大的表面積。例如，回用的線元素其表面積至少大了約5％。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，回用合成纖維和纖維狀材料可以是一種合成材料，其為合成熱塑性材料。例如，此合成熱塑性材料可以是聚烯烴，例如聚丙烯、聚乙烯及其組合。合成熱塑性材料的形式可為多組分纖維、長(zhǎng)絲、股線等，而且可包括具有不同橫截面形狀、凸角或其它構(gòu)型的纖維和/或長(zhǎng)絲。
本發(fā)明包括含上述回用合成纖維和纖維狀材料的非織造纖維網(wǎng)。該網(wǎng)可采用例如濕成形或濕成網(wǎng)、干成形、氣成網(wǎng)、泡沫成形及其組合的各種成網(wǎng)工藝形成。
此非織造纖維網(wǎng)還可包括非回用的天然纖維材料、非回用的天然合成材料、回用的天然纖維材料、微粒材料及其組合。
定義在本發(fā)明中用到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“縱向(MD)”是指，成形表面的行進(jìn)方向，所述的成形表面即，在形成非織造網(wǎng)期間，纖維沉積之處。這些非織造網(wǎng)非限定地包括紡粘網(wǎng)、熔噴纖維網(wǎng)和紙張。
在本發(fā)明中用到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“橫向”是指，與以上定義的縱向相垂直的方向。
在本發(fā)明中用到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“漿粕”是指，天然來(lái)源的纖維，例如木本和非木本植物。木本植物包括例如落葉樹(shù)和針葉樹(shù)。非木本植物包括例如棉、亞麻、蘆葦草、馬利筋屬植物、稻草、黃麻、大麻和甘蔗渣。
在本發(fā)明中用到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“平均纖維長(zhǎng)度”是指，經(jīng)采用顯微測(cè)量技術(shù)測(cè)定的纖維、纖維束和/或纖維狀材料的平均長(zhǎng)度。將至少20根隨機(jī)選擇纖維的一個(gè)樣品從纖維的懸浮液中分離出來(lái)。制備用于將纖維懸浮在水中的顯微鏡的載玻片，將該纖維裝在該載玻片上。著色性染料加在懸浮的纖維上，使含纖維素的纖維著色，這樣它們可與合成纖維區(qū)別開(kāi)或分開(kāi)。將該載玻片置于S19642/S19643系列Fisher Stereomaster II顯微鏡下。以20倍的線性放大率，使用0-20毫英寸刻度測(cè)量該樣品中的20根纖維，并計(jì)算其平均長(zhǎng)度、最小和最大長(zhǎng)度、以及偏差或變異系數(shù)。在某些情況下，平均纖維長(zhǎng)度將按纖維(例如，纖維、纖維束、纖維狀材料)的加權(quán)平均長(zhǎng)度計(jì)算，其測(cè)定由例如，Kajaani纖維分析儀FS-200型的設(shè)備完成，該設(shè)備可從芬蘭Kajaani的Kajaani OyElectronics獲得。按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)程序，用浸漬液處理樣品，以便確保其中無(wú)纖維束和纖維碎片。將每個(gè)樣品解離到熱水中并稀釋成約0.001％的溶液。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)Kajaani纖維分析測(cè)試程序測(cè)試時(shí)，從該稀釋溶液取約50-100ml的份作為各個(gè)單個(gè)試驗(yàn)樣品。加權(quán)平均纖維長(zhǎng)度是一種算術(shù)平均、長(zhǎng)度加權(quán)平均或重量加權(quán)平均，而且可用下式表達(dá)Σxi=0k(xi*ni)/n]]>其中，k＝最大纖維長(zhǎng)度xi＝纖維長(zhǎng)度ni＝長(zhǎng)度為xi的纖維根數(shù)n＝已測(cè)量的纖維的總數(shù)。
用Kajaani纖維分析儀測(cè)得的平均纖維長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的一個(gè)特征是它在不同類型的纖維之間沒(méi)有區(qū)別。因此，平均長(zhǎng)度代表基于所有可能存在的不同類型纖維的長(zhǎng)度的一個(gè)平均值。
在本發(fā)明中用到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“紡粘長(zhǎng)絲”是指小直徑的連續(xù)長(zhǎng)絲，其通過(guò)將熔融熱塑性材料由許多細(xì)小的、通常呈圓形的、具有擠出長(zhǎng)絲直徑的噴絲板毛細(xì)管擠出成為長(zhǎng)絲，然后，通過(guò)例如引出或機(jī)械牽伸和/或其它公知紡粘機(jī)制，使其快速變細(xì)。例如，在授予Appel等人的美國(guó)專利4340563和授予Dorschner等人的美國(guó)專利3692618中舉例說(shuō)明了紡粘非織造網(wǎng)的生產(chǎn)。這些專利所公開(kāi)的內(nèi)容經(jīng)引用并入本發(fā)明。
在本發(fā)明中用到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“熔噴纖維”是指，經(jīng)許多細(xì)小的、通常呈圓形的沖模毛細(xì)管將熔融熱塑性材料以熔融線或長(zhǎng)絲擠出到高速氣體(例如，空氣)流中而形成的纖維，該氣流將熔融熱塑性材料的長(zhǎng)絲變細(xì)，從而縮小它們的直徑，該直徑可為微纖維的直徑。此后，用高速氣流輸送這些熔噴纖維，并將它們沉積在收集表面上，形成隨機(jī)分布的熔融纖維的網(wǎng)。在例如授予Butin的美國(guó)專利3849241中公開(kāi)了這種工藝，該專利所公開(kāi)的內(nèi)容經(jīng)引用并入本發(fā)明。
在本發(fā)明中用到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“微纖維”是指，平均直徑不大于約100微米的小直徑纖維；例如直徑為約0.5微米-約50微米，更優(yōu)選的情況下，微纖維可具有約4微米到約40微米的平均直徑。
1.當(dāng)在本發(fā)明中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“熱塑性材料”是指一種高聚物，其受熱時(shí)會(huì)軟化，而當(dāng)冷卻到室溫時(shí)，其通?；氐轿窜浕臓顟B(tài)。呈現(xiàn)這種行為的天然物質(zhì)是天然橡膠和許多石蠟。其它示例性熱塑性材料非限定地包括聚氯乙烯、某些聚酯、聚酰胺、多氟烴、聚烯烴、某些聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、己內(nèi)酰胺、乙烯與至少一種乙烯單體的共聚物(例如，聚(乙烯乙酸乙烯酯))、乙烯與正丁基丙烯酸酯的共聚物(例如，乙烯丙烯酸正丁酯)和丙烯酸樹(shù)脂。
當(dāng)在本發(fā)明中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“非熱塑性材料”是指未落入上述“熱塑性材料”定義的任何材料。


圖1是開(kāi)松粘著纖維材料的示例性方法的圖示。
圖2是水力破碎粘著纖維材料開(kāi)松小塊的示例性方法的圖示。
圖2A是圖2所示示例性方法的一個(gè)細(xì)節(jié)圖。
圖3是示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖4為示例性新合成短纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖5是示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖6是示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖7是示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖8是示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖9為示例性新合成短纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖10是多根示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖11是示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖12是顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖13是顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖14是顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及回收粘著纖維材料將其變成基本上獨(dú)立的纖維和纖維狀材料的方法。可利用含合成纖維的粘著纖維材料實(shí)施本發(fā)明方法?？墒褂美?，織造織物、針織物、非織造網(wǎng)及其組合的粘著纖維材料實(shí)施本發(fā)明的方法。一般而言，這些非織造網(wǎng)形式的粘著纖維材料是熱粘著的、粘合劑粘合的、機(jī)械纏結(jié)的、溶劑粘著的、水刺纏結(jié)的和/或這些技術(shù)組合產(chǎn)生的網(wǎng)。
這些粘著纖維材料可由合成纖維材料、天然纖維材料及其組合構(gòu)成。這種合成纖維材料可包括熱塑性纖維和長(zhǎng)絲。
本方法包括步驟(a)提供粘著纖維材料的小塊，這些小塊具有適于懸浮在液體中的尺寸；(b)將粘著纖維材料的這些離散小塊懸浮于液體中；(c)對(duì)離散小塊的懸浮液施加機(jī)械功，以便其產(chǎn)生足以將這些粘著纖維材料水力破碎成纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力條件；并且(4)從該懸浮液中實(shí)質(zhì)性地分離出單個(gè)的纖維和纖維狀組分。
按照本發(fā)明，粘著纖維材料的離散小塊的提供步驟可以是常規(guī)作業(yè)的形式，例如機(jī)械開(kāi)松、機(jī)械切斷、機(jī)械撕裂、機(jī)械研磨、水噴射切割、激光切割、扯松及其組合。
現(xiàn)參見(jiàn)圖1，其顯示示例性機(jī)械開(kāi)松作業(yè)10。此開(kāi)松機(jī)包括帶一系列刀刃14的刀輥12。輥12一般按照與其關(guān)聯(lián)的箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)。這些刀刃14優(yōu)選與輥的中心線成一個(gè)角度或傾角地安裝，從而在刀刃14與固定刀16接觸時(shí)，產(chǎn)生“剪刀式切斷”作用。壓輥18可與帶式輸送機(jī)20結(jié)合使用，以用于進(jìn)料?？梢元?dú)立地設(shè)定帶式輸送機(jī)20和刀輥12的速度，以便控制此作業(yè)所產(chǎn)生的小塊的尺寸。當(dāng)然，可以使用其它類型的開(kāi)松設(shè)備。例如，“熊爪”型撕碎機(jī)是令人滿意的設(shè)備，其利用齒或刀頭撕破和撕裂粘著的纖維材料。
一般而言，粘著纖維材料的小塊可具有約10-約350毫米的長(zhǎng)度和約3-約70毫米的寬度。重要的是，應(yīng)當(dāng)調(diào)整這些小塊的尺寸，以致于它們能在液體例如水中懸浮。預(yù)料在某些情況下，該液體可以是一種水性溶液，可以包括添加劑，例如表面活性劑、處理劑、染料、苛性腐蝕劑、溶劑、乳液等。
按照本發(fā)明，向該懸浮液施加機(jī)械功，機(jī)械功的大小處在產(chǎn)生足以將粘著的纖維材料小塊分裂、破裂、爆裂或解離成可用的游離纖維和纖維束或纖維狀材料的水壓和剪切應(yīng)力條件的等級(jí)上。一般而言，用于將已開(kāi)松材料轉(zhuǎn)變成回用纖維的這些加工條件比常規(guī)打漿作業(yè)中所找到的這些條件更加有力而且更嚴(yán)格。這些條件包括輸送開(kāi)松過(guò)的小塊通過(guò)一個(gè)遞增的高水壓和高機(jī)械剪切應(yīng)力的區(qū)域。
作為一個(gè)實(shí)例，常規(guī)打漿作業(yè)一般使用小于約3馬力-天(24小時(shí))/干燥噸材料。本發(fā)明的實(shí)施方案可用高得多的能量輸入。例如，可用多35％的能量；多50％百分?jǐn)?shù)或甚至更多的能量實(shí)施本發(fā)明的方法，以便從粘著的纖維材料上分離出有用的游離纖維和纖維束。
雖然發(fā)明人不應(yīng)當(dāng)受到特定操作理論的約束，但是據(jù)信，是水壓和剪切應(yīng)力的聯(lián)合作用，把材料破解成游離纖維和纖維束。而且還認(rèn)為，通過(guò)改變壓力和機(jī)械應(yīng)力，能夠控制游離纖維的含量以及纖維束的平均尺寸。一般認(rèn)為，使用如此高的機(jī)械作用力或功而不引起粘著纖維材料的合成組分的顯著降解(例如，不發(fā)生合成熱塑性材料的熔化)是有可能的，因?yàn)榧庸ぶ械乃?液體吸收了從粘著纖維材料上分離游離纖維和纖維狀材料時(shí)所產(chǎn)生的熱。
一般而言，用常規(guī)打漿和/或精制設(shè)備改良纖維素纖維，開(kāi)發(fā)水合性和原纖化性能等造紙性能。按照本發(fā)明，可按照一種非常規(guī)的方式配置和操作常規(guī)打漿機(jī)和/或精制機(jī)，以便其提供足以把該粘著纖維材料破碎和折斷成游離纖維、纖維束和纖維狀材料的水壓和剪切應(yīng)力條件。
示例的打漿裝置可得自例如Beloit Jones，E.D.Jones，Valley和Noble & Wood等制造商?，F(xiàn)參考附圖中的圖2和圖2A，其顯示了示例性的荷蘭式打漿機(jī)的裝置30，該裝置可用于實(shí)施本發(fā)明。該打漿機(jī)包括一個(gè)橢圓形大缸32，其具有中心壁34和配備了刀刃或葉片38的圓筒輥36，這些刀刃和葉片38移動(dòng)經(jīng)過(guò)安裝在臺(tái)板或固定板42上的第二組刀刃40。刀刃40可安裝在固定板上使得它們能在至少一個(gè)維度內(nèi)與旋轉(zhuǎn)刀刃38的旋轉(zhuǎn)方向或平面“R”成一個(gè)角度地成行排列。例如，可安裝固定刀刃40使得它們與旋轉(zhuǎn)刀刃38的旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面“R”成介于約5度和70度之間的一個(gè)角度。在另一個(gè)實(shí)例中，可安裝固定刀刃使得它們所成的上述角度在約15-55度之間，在約40-50度之間，或者甚至為約45度。
把粘著纖維材料小塊的懸浮液導(dǎo)入此打漿機(jī)的裝置中。替換地和/或附加地，可將粘著纖維材料小塊直接導(dǎo)入打漿機(jī)缸中的液體里?？墒褂酶鞣N粘著纖維材料與水的比例，而且本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)確定合適的比例。
在作業(yè)過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒輥36使得刀刃或葉片38與裝在固定板上刀刃40之間產(chǎn)生足夠的水壓和剪切應(yīng)力。一個(gè)示例性的圓筒輥直徑為72英寸，寬72英寸，具有192個(gè)刀刃每個(gè)的長(zhǎng)度為72英寸而且隔開(kāi)二分之一英寸。該輥重約16噸。一般而言，旋轉(zhuǎn)速度是恒定的，而可變的是作用在輥上的壓力和負(fù)荷。安裝該輥使得表壓讀數(shù)為0 psi對(duì)應(yīng)于非常小或沒(méi)有一點(diǎn)輥重量(～0噸)抵消纖維及粘著纖維材料塊在它們通過(guò)間隙受擠壓時(shí)所產(chǎn)生的力，該間隙存在于旋轉(zhuǎn)輥底部處的刀刃和該輥下方安裝的固定刀刃之間。表壓讀數(shù)為50psi對(duì)應(yīng)于約二分之一輥重量(～8噸)抵消纖維及粘著纖維材料塊在通過(guò)間隙受擠壓時(shí)所產(chǎn)生的壓力，該間隙存在于旋轉(zhuǎn)輥底部處的刀刃和該輥下方安裝的固定刀刃之間。表壓讀數(shù)為100psi對(duì)應(yīng)于約全部輥重量(～16噸)在抵消纖維及粘著纖維材料塊在它們通過(guò)間隙受擠壓時(shí)所產(chǎn)生的壓力，該間隙存在于旋轉(zhuǎn)輥底部處的刀刃和該輥下方安裝的固定刀刃之間。
還可以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，缸中懸浮液的稠度，以及旋轉(zhuǎn)刀片或葉片38與固定刀片40的間隙，使其達(dá)到增強(qiáng)“金屬對(duì)纖維”相互作用的條件，該相互作用切斷或控制游離纖維、纖維束和纖維狀顆粒的長(zhǎng)度。術(shù)語(yǔ)“金屬對(duì)纖維”相互作用用于描述粘著纖維材料與固定的和/或旋轉(zhuǎn)的刀片之間的接觸，其可在水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力足以切斷、切割或斷開(kāi)長(zhǎng)纖維的條件下發(fā)生。按照本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)控制此相互作用，以使其在不顯著影響或降低可存在于懸浮液中的漿粕或短纖維的長(zhǎng)度和/或打漿度的前提下，切割長(zhǎng)纖維。例如，采用比常規(guī)稠度更低的稠度，采用具有更大的刀刃尺寸，旋轉(zhuǎn)刀刃與固定刀刃之間更緊密的容差和/或更高的旋轉(zhuǎn)速度的操作設(shè)備，則會(huì)增強(qiáng)“金屬對(duì)纖維”相互作用。一般而言，本發(fā)明采用的操作條件和/或設(shè)備能提供作用于懸浮纖維上的大量切削刃，而不是采用最初的“纖維對(duì)纖維”相互作用。
本發(fā)明的方法提供一種技術(shù)，用于回收粘著纖維材料，將其變成基本上單個(gè)的纖維和纖維狀組分，其具有較低的平均長(zhǎng)度和較均勻的平均長(zhǎng)度分布。
盡管可操作本發(fā)明方法，提供寬范圍的長(zhǎng)度分布的纖維、纖維束和纖維狀材料，但也可用該方法產(chǎn)生一種平均長(zhǎng)度分布跨度約7毫米或更小的纖維和纖維狀材料。
除了控制長(zhǎng)度之外，一些“金屬對(duì)纖維”相互作用可使粘著纖維材料中的合成組分產(chǎn)生變形和扭曲?？赏ㄟ^(guò)粘著纖維材料水力破碎產(chǎn)生某些變形和扭曲，同時(shí)也可通過(guò)纖維和/或長(zhǎng)絲的撕扯、切片和斷裂產(chǎn)生其它的變形和扭曲。
現(xiàn)參考附圖3、5-8和10-14，這些圖顯示了各種示例性的具有至少一種線元素的回用合成纖維、纖維束和/或纖維狀材料，該線元素由合成材料組成，并具有至少一種不規(guī)則變形，這種不規(guī)則變形是當(dāng)粘著纖維材料懸浮在液體中時(shí)，水力破碎線元素以將其從粘著纖維材料上分離出來(lái)而產(chǎn)生的。
該線元素可具有約1毫米-約15毫米的長(zhǎng)度。例如，該線元素可具有約1.5-約10毫米的長(zhǎng)度。在另一個(gè)實(shí)例中，線元素可具有約2-約5毫米的長(zhǎng)度。線元素的直徑可小于100微米。例如，線元素的直徑小于30微米。一般來(lái)說(shuō)，這些尺寸類似于商品漿粕的某些變化情況，而且可方便地與商品漿粕混合。在某些實(shí)施方案中，這些線元素可具有小于10微米的直徑，而且甚至可小于1微米。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，不規(guī)則變形的形式可以是，線元素中的彎曲、線元素的扁平化片段、線元素的膨脹片段以及這些形式的組合。
一般而言，不規(guī)則變形使回用材料的線元素具有比水力破碎使線元素從粘著纖維材料上分離出來(lái)之前粘著纖維材料中的線元素更大的表面積。例如，回用線元素的表面積可以高出至少約5％。
圖3為顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約500X線性放大率)。回用纖維從復(fù)合結(jié)構(gòu)回收，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包含連續(xù)聚丙烯長(zhǎng)絲網(wǎng)與該連續(xù)長(zhǎng)絲網(wǎng)水刺纏結(jié)的漿粕纖維的熱粘合點(diǎn)。照片中央可見(jiàn)的纖維是聚丙烯線元素，該線元素具有長(zhǎng)絲中的彎曲和較扁平的片段。這些變形中至少一部分是從粘著纖維材料(即，復(fù)合結(jié)構(gòu))水力破碎線元素而產(chǎn)生或暴露的。包圍該線元素的材料是纖維素漿粕。
圖4是一張顯微照片(約500X線性放大率)，顯示出現(xiàn)在常規(guī)粘著的梳理纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的常規(guī)聚丙烯短纖維。與圖3的線元素形成對(duì)比，這些纖維中的不規(guī)則變形顯得相對(duì)較少。這些纖維表面較光滑、直徑較均一或均勻，而且缺少圖3所示線元素中明顯存在的捻轉(zhuǎn)、彎曲和其它不規(guī)則變形。
圖5是一張顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約120X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖3所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。橫過(guò)照片中心區(qū)域的可見(jiàn)纖維是聚丙烯線元素，其呈現(xiàn)線圈和彎曲以及較扁平的片段。這些變形中的至少一部分是從粘著纖維材料(即，復(fù)合結(jié)構(gòu))水力破碎線元素而產(chǎn)生或暴露的。包圍此線元素的材料是纖維素漿粕。
圖6是一張顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約120X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖3所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。照片中央可見(jiàn)的纖維是聚丙烯線元素。照片中的箭頭指向線元素中的急彎。
圖7是一張顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約500X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖3所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。照片中央可見(jiàn)的纖維是聚丙烯線元素，其呈現(xiàn)彎曲以及表面粗糙的片段。
圖8是一張顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約500X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖3所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。橫過(guò)照片中央的可見(jiàn)纖維是聚丙烯線元素，顯示了一個(gè)扁平而膨脹的纖維的切頭。
圖9是一張顯示常規(guī)聚丙烯短纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約500X線性放大率)。與圖8的線元素形成對(duì)照，此纖維中的不規(guī)則變形顯得相對(duì)較少，而且具有一個(gè)端頭，所述的端頭看上去切得干凈利索，沒(méi)有留下膨脹或其它變形的痕跡。
圖10是一張顯示兩根示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約250X線性放大率)，這些回用合成纖維回收自與圖3所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。橫過(guò)顯微照片中央及照片下部附近的可見(jiàn)纖維是聚丙烯線元素，其呈現(xiàn)彎曲和表面粗糙的片段。
圖11是一張顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約500X線性放大率)。這些回用纖維回收自Kimtex牌擦拭紙，其含聚丙烯熔噴纖維的熱點(diǎn)粘合網(wǎng)。見(jiàn)于照片中央的較細(xì)熔噴纖維是聚丙烯線元素，其具有彎曲、捻轉(zhuǎn)、纏結(jié)和較扁平的片段。這些變形中的至少一部分是從粘著纖維材料(即Kimtex擦拭紙)水力破碎線元素而產(chǎn)生或暴露的。包圍這些線元素的材料是纖維素漿粕。
圖12是一張顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約100X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖11所示線元素相同類型的材料。在照片中央可以看到長(zhǎng)度為約500微米的彎曲點(diǎn)。各纖維從粘著點(diǎn)的邊緣向外呈放射狀，其形式是具有彎曲、捻轉(zhuǎn)、纏結(jié)和較扁平的片段的聚丙烯線元素。這些變形中的至少一部分是從粘著纖維材料水力破碎線元素而產(chǎn)生或暴露的。線元素背景中的一些材料是纖維素漿粕。
圖13是一張顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約500X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖11所示線元素相同類型的材料。在照片中央可見(jiàn)約40微米寬的更粗大的纖維狀材料或纖維束。包圍纖維狀材料或纖維束并呈放射狀離開(kāi)的纖維，其形式為具有彎曲、捻轉(zhuǎn)、纏結(jié)和較扁平片段的聚丙烯線元素。這些變形中的至少一部分是從粘著纖維材料水力破碎線元素而產(chǎn)生或暴露的。線元素附近的更粗大纖維材料是纖維素漿粕纖維。
圖14是一張顯示示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(約500X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖11所示線元素相同類型的材料。圖中表示了纖維素漿粕和回用纖維的混合物，該回用纖維的形式是具有彎曲、捻轉(zhuǎn)、纏結(jié)和較扁平片段的聚丙烯線元素。
在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案中，可在多個(gè)階段向粘著纖維材料的切斷或開(kāi)松小塊的懸浮液施加機(jī)械功。如一個(gè)實(shí)例所示，可采用荷蘭式打漿機(jī)或類似裝置，在潤(rùn)濕粘著纖維材料小塊并從該粘著材料上分離至少一部分纖維和纖維狀組分的條件下，將機(jī)械功施加到粘著纖維材料小塊的懸浮液上。在某些條件下，在一個(gè)或多個(gè)最初處理階段中，可將含天然和合成纖維和/或非常短和非常長(zhǎng)纖維(例如，漿粕纖維和連續(xù)合成長(zhǎng)絲)混合物的粘著纖維材料部分地或基本上全部地分離。
在這種處理之后，可以分離短和較長(zhǎng)纖維/長(zhǎng)絲流。如果使用荷蘭式打漿機(jī)完成開(kāi)始階段或處理階段，旋轉(zhuǎn)刀刃和固定刀刃之間的縫隙或間隙可以足夠大，以便強(qiáng)化“纖維對(duì)纖維”或“纖維材料對(duì)纖維材料”的相互作用，而不是“金屬對(duì)纖維”相互作用。作為一個(gè)實(shí)例，在常規(guī)條件下，旋轉(zhuǎn)刀刃和固定刀刃之間的間隙可介于約20毫米和約100毫米之間。預(yù)料，還可以調(diào)節(jié)其它變量，例如懸浮液的稠度、打漿輥的旋轉(zhuǎn)速度和/或施加到打漿輥上的壓力載荷，以便加強(qiáng)第一階段(或第一數(shù)個(gè)階段)中的處理。
在第二階段中，可在某些條件下施加附加的機(jī)械功，這些條件用于產(chǎn)生足以把該粘著纖維材料、纖維和纖維狀組分破碎成基本上單個(gè)的纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力條件。如果用荷蘭式打漿機(jī)完成處理的第二階段(或第二數(shù)個(gè)階段)，則旋轉(zhuǎn)刀刃和固定刀刃之間的縫隙或間隙優(yōu)選為足夠小，以便增強(qiáng)“金屬對(duì)纖維”或“金屬對(duì)纖維性材料”的相互作用，其能在不顯著影響或降低可能存在于懸浮液中的漿粕或短纖維的長(zhǎng)度和/或打漿度的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力條件下，切斷、切割或斷開(kāi)長(zhǎng)纖維(即，長(zhǎng)合成纖維)時(shí)出現(xiàn)。作為一個(gè)實(shí)例，該間隙可介于約1毫米(或無(wú)“金屬對(duì)金屬”接觸的情況下盡可能地靠近)和約20毫米之間。預(yù)料，還可以調(diào)節(jié)其它變量，例如懸浮液的稠度、打漿輥的旋轉(zhuǎn)速度和/或施加到打漿輥上的壓力載荷，以便加強(qiáng)第二階段(或第二數(shù)個(gè)階段)中的處理。
按照本發(fā)明，施加到懸浮液上的機(jī)械功的量大于約3馬力-天(24小時(shí))/干燥噸粘著纖維材料。此數(shù)值可優(yōu)選大于6馬力-天/噸，而且對(duì)許多示例性材料來(lái)說(shuō)，可在10-約15的范圍內(nèi)。
在懸浮液接受處理、且粘著纖維材料被水力破碎成游離纖維、纖維束和纖維狀材料后，這時(shí)可將這些材料導(dǎo)入濕成形工藝的進(jìn)料流中，或者可將它們濕式研磨供以后使用，或者將它們干燥供干成形工藝使用?？深A(yù)料的是，可篩選此纖維流，以便除去大塊、絮片等。
一般而言，含合成纖維的粘著的碎片和廢料能夠被回收制成表面積增大的游離纖維和纖維狀材料，而且其可加工獲得可控的纖維長(zhǎng)度。據(jù)認(rèn)為，按照本發(fā)明回收的纖維在濕法成形工藝中提供更好的留存性而且有足夠的量，當(dāng)其結(jié)合到纖維網(wǎng)中時(shí)，能夠提高其機(jī)械和吸收性能。另外，回用高表面積的纖維提供顯著超過(guò)新合成短纖維的成本優(yōu)勢(shì)。采用先前已經(jīng)形成纖維網(wǎng)絡(luò)的材料，然后如上所述使它們爆開(kāi)，產(chǎn)生表面積一般得到增加的纖維和纖維狀材料。此表面積是這些網(wǎng)絡(luò)破裂成小片段的結(jié)果，這些小片段仍然具有粘著點(diǎn)、彎曲、捻轉(zhuǎn)、卷曲、纖維開(kāi)放層和扁平區(qū)域，正如上述各照片所示。
此外，通過(guò)破裂工藝期間所產(chǎn)生的同樣的機(jī)械功，纖維的長(zhǎng)度得到了控制?？刂评w維長(zhǎng)度會(huì)使它們適用于許多成網(wǎng)工藝，例如濕成形、干成形、泡沫成形。例如，通過(guò)將合成纖維長(zhǎng)度控制到木漿纖維的長(zhǎng)度，能將回用材料重新導(dǎo)入原生木漿粕進(jìn)料中，而不會(huì)影響此進(jìn)料的處理或加工性質(zhì)。
實(shí)施例1本實(shí)施例涉及回用含天然纖維和合成長(zhǎng)絲的、粘著且纏結(jié)的復(fù)合材料。將含原生木漿與粘著合成聚丙烯長(zhǎng)絲連續(xù)網(wǎng)(約20重量％)(即，紡粘連續(xù)長(zhǎng)絲網(wǎng))-得自佐治亞州羅斯韋爾市金伯利-克拉克公司，商標(biāo)為WYPALL WORKHORSE制造的碎料和HYDROKNIT快速吸收材料的復(fù)合水刺纏結(jié)材料碎成約10-350mm長(zhǎng)且3-70mm寬的小塊。該復(fù)合材料含約80重量％的漿粕和約20重量％的聚丙烯長(zhǎng)絲。用得自美國(guó)印第安納州東芝加哥市的East Chicago Machine Tool Company的開(kāi)松機(jī)開(kāi)松該材料。將這些小塊輸送到常規(guī)的荷蘭式工業(yè)打漿機(jī)中，該打漿機(jī)由馬薩諸塞州匹茲菲爾德市的E.D.Jones & Sons制造。該打漿機(jī)是“3號(hào)Jones打漿設(shè)備”，配備一張45度對(duì)角的底板。該打漿機(jī)的旋轉(zhuǎn)輥具有如圖2A所示的通常校直在該輥上的刀刃或葉片。這些刀刃或葉片約1/4英寸(～6mm)寬，約1/2英寸(～12-13mm)高。它們?cè)谳佂獠看怪庇谛D(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面地隔開(kāi)約1/2英寸(～12-13mm)。緊鄰該旋轉(zhuǎn)輥下方安裝著一個(gè)固定平面，而且配備了刀刃或“刮刀”，這些刀約1/8英寸(～3mm)寬，1/4英寸(～6mm)高，隔開(kāi)約3/8英寸(～9-10mm)。它們以45度角與旋轉(zhuǎn)方向或平面對(duì)準(zhǔn)，通常如圖2A所示。
向經(jīng)過(guò)破碎的材料中加水，對(duì)荷蘭式打漿機(jī)中的材料分兩個(gè)階段施加水壓和剪切應(yīng)力。通過(guò)在輥旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)節(jié)作用于其上的負(fù)荷，控制水壓和剪切應(yīng)力。在此具體安排中，通過(guò)“槳輪”型泵作用產(chǎn)生該水壓和剪切應(yīng)力，該泵作用是在打漿輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，而且它附帶的固定刀刃和葉片迫使液體和濕材料抵靠著固定板，該固定板裝有斜對(duì)著旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面的刀刃。一般而言，施加到旋轉(zhuǎn)輥上的負(fù)荷越大，在該旋轉(zhuǎn)輥和固定板之間產(chǎn)生的間隙越小。這對(duì)應(yīng)于更高水平的水壓和剪切應(yīng)力。
在第一階段期間，作用于旋轉(zhuǎn)輥的壓力或負(fù)荷為0磅/平方英寸(psi)，并保持10分鐘時(shí)間?；旧?，沒(méi)有負(fù)荷施加，而以旋轉(zhuǎn)輥的“槳輪”作用擠壓懸浮液中的小塊通過(guò)約1cm或更大的位于旋轉(zhuǎn)輥刀刃和固定板上所安裝刀刃之間間隙。一般而言，第一階段用于潤(rùn)濕破碎的材料并使天然纖維與合成纖維分開(kāi)。將稠度調(diào)節(jié)到約3.3％(該懸浮液中風(fēng)干或者烘干的纖維材料的重量百分?jǐn)?shù))。
在第二階段中，調(diào)整各條件，以便在旋轉(zhuǎn)輥上的移動(dòng)刀刃與固定刀片之間兩者最接近的接觸點(diǎn)處或附近，建立起非常高水壓力和剪切應(yīng)力的小區(qū)域。這些小區(qū)域考慮用于在破碎的粘著纖維材料上產(chǎn)生微爆破作用，以便水力破碎和/或吹擊分離，并降低所得合成纖維的長(zhǎng)度。另外，水力破碎和“金屬對(duì)纖維”或“金屬對(duì)粘著纖維材料”的接觸改變著更長(zhǎng)的合成長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度，使得它們具有與天然(即漿粕)纖維相同的長(zhǎng)度，約0.8-約3.5mm，而不顯著地降低懸浮液中可能存在的漿粕纖維的長(zhǎng)度或打漿度。
在第二階段中，旋轉(zhuǎn)輥的表壓增加到50psi，而且旋轉(zhuǎn)輥刀刃與固定板刀刃之間的間隙降低到1-10mm之間，并且為了抵消纖維塊在它們通過(guò)此間隙受擠壓而產(chǎn)生的壓力，可得到約16噸輥的二分之一重量(～8噸)的力，該間隙位于該輥和固定板之間。這些條件維持50分鐘。
處理后，從該懸浮液中分離出游離纖維、纖維束和纖維狀材料。用顯微鏡檢測(cè)樣品，并將天然或漿粕纖維與合成纖維分離，進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量。在此實(shí)施例中，按照先前的描述測(cè)定平均纖維長(zhǎng)度-手工分離由20根合成纖維和20根漿粕纖維組成的隨機(jī)樣品，用顯微鏡測(cè)量單個(gè)纖維的長(zhǎng)度，然后計(jì)算出一個(gè)平均長(zhǎng)度值。所得的回用纖維和纖維狀材料具有以下特性·合成纖維的平均長(zhǎng)度大約和木漿纖維的長(zhǎng)度相等。合成纖維的平均長(zhǎng)度為3.78mm。該樣品中單個(gè)纖維的長(zhǎng)度在1.65-5.33mm的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意到，加工之前，最初的合成纖維基本上是具有不確定長(zhǎng)度或者至少遠(yuǎn)超過(guò)5.33mm長(zhǎng)度的連續(xù)聚丙烯長(zhǎng)絲。漿粕組分的平均纖維長(zhǎng)度是2.7mm。樣品中單個(gè)漿粕纖維的長(zhǎng)度在1.35-3.81mm的范圍內(nèi)。用Kajaani FS-200纖維分析儀進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)表明，算術(shù)平均長(zhǎng)度為0.76mm；長(zhǎng)度加權(quán)平均長(zhǎng)度為1.72mm；而重量加權(quán)平均長(zhǎng)度為2.40mm。
·木漿纖維的打漿度表現(xiàn)出輕微的降低(約10％-從約860mL降為約760mL)，這表明，在此復(fù)合材料的木漿纖維組分上發(fā)展了一些額外的表面積。然而其纖維長(zhǎng)度沒(méi)有受到影響。
·合成纖維具有增大的或更高的表面積，這是剩余纖維粘著區(qū)域、交疊點(diǎn)和扁平區(qū)域的結(jié)果。
實(shí)施例2在此實(shí)施例中，采用實(shí)施例1中陳述的方法，由相同的水刺纏結(jié)復(fù)合材料制備回用纖維，該復(fù)合材料含原生木漿和粘著合成聚丙烯長(zhǎng)絲的連續(xù)網(wǎng)(即，Workhorse和Hydroknit快速吸收材料)?？刂评w維的長(zhǎng)度介于1和5mm之間?；厥绽w維的懸浮液與一種混合物在線混合，該混合物是60重量％的硬木硫酸鹽漿粕(桉樹(shù)類)與40重量％軟木硫酸鹽漿粕(radiata松)的混合，用量水平為5％干重。
用常規(guī)的書寫紙制造工藝將這些進(jìn)料成形為基重160克/平方米(gsm)的濕片材，然后干燥成最終產(chǎn)品。所得到的產(chǎn)品與相同條件下制造的空白材料進(jìn)行比較，這些空白材料使用相同的原生漿粕材料，但是沒(méi)有加回用材料。結(jié)果列于下表1
表1

這些結(jié)果表明，含5重量％回用材料的紙張，其物理性能基本上與原生漿粕片材的類似，該回用材料包含合成纖維。重要的是，添加回用纖維未決定性地影響造紙工藝穩(wěn)定性和效率。
實(shí)施例3本實(shí)施例中，起始材料是熔噴聚丙烯纖維的粘著網(wǎng)，其得自金伯利-克拉克公司，商品牌號(hào)為Kimtex的擦拭紙。此材料含100％的熔噴聚丙烯纖維，而且被開(kāi)松成10-30mm長(zhǎng)且5-20mm寬的小塊。將這些小塊傳送到荷蘭式實(shí)驗(yàn)室打漿機(jī)(紐華克市的Ross Paper Machinery Company，NJ-RPM 15型)的打漿加工中。在兩個(gè)階段中施加水壓力和機(jī)械剪切應(yīng)力。
由泵作用產(chǎn)生水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力，該泵作用是由轉(zhuǎn)子把濕物料壓到那些固定刀刃上而產(chǎn)生的。旋轉(zhuǎn)輥的直徑是大約7又5/8英寸(～19.4cm)。該輥的工作面為6英寸(～15.4cm)寬，有32個(gè)3/16英寸(～4.8mm)厚的條。臺(tái)板含7個(gè)1/8英寸(～3.2mm)厚的條，間隔開(kāi)3/32英寸(～2.4mm)，在臺(tái)板的中心處形成5度的“V”形。
在階段一，施加到轉(zhuǎn)子上的重量或負(fù)荷設(shè)定為0kg作用12分鐘，稠度設(shè)定到1％，并加入消泡劑以便控制泡沫產(chǎn)生。在此第一階段，潤(rùn)濕開(kāi)松的材料，以便使材料自由流動(dòng)地通過(guò)旋轉(zhuǎn)輥和臺(tái)板。在第二階段期間，先將作用在旋轉(zhuǎn)輥上的重量或負(fù)荷增加到5.2kg作用23分鐘，然后調(diào)到2.8kg作用85分鐘。第二階段中的條件使得旋轉(zhuǎn)輥上的刀刃和臺(tái)板之間產(chǎn)生了具有非常高壓力的小區(qū)域，在開(kāi)松合成纖維束上產(chǎn)生了微爆破作用，吹擊開(kāi)并降低所得合成纖維的長(zhǎng)度。依靠這些加工條件，生成的纖維具有以下特性·獲得的纖維由一些獨(dú)立纖維、纖維束、小片段的混合物組成，這些小片段仍然具有粘著點(diǎn)、卷曲、纖維開(kāi)放層和扁平區(qū)域。
·合成纖維和纖維束的平均長(zhǎng)度為2.84mm。這些長(zhǎng)度分布在0.6-6.1mm的范圍內(nèi)。
回用熔噴纖維與一種混合物摻混，該混合物是60重量％的硬木硫酸鹽漿粕(桉樹(shù)類)與40重量％軟木硫酸鹽漿粕(radiata松)的混合，摻混的水平為5％干重。在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室手抄紙成形機(jī)中，將此進(jìn)料成形為基重90gsm的濕片材，接著在實(shí)驗(yàn)室用壓制機(jī)上加壓，并最后干燥。獲得的產(chǎn)品與空白材料比較，此空白材料在相同的條件下制備，使用相同的原生漿粕材料，但是未添加回用材料。結(jié)果列于下表2
表2

即使結(jié)合了回用熔噴纖維的紙張和空白材料相比，一些機(jī)械性能表現(xiàn)出了較低的水平，但是含回用纖維的紙張仍然被認(rèn)為通常具有良好的物理性能，且適于做書寫紙和其它類型的紙。
盡管聯(lián)系本發(fā)明的特定實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)理解了前述內(nèi)容，會(huì)容易想到這些實(shí)施方案的轉(zhuǎn)換、變種及等價(jià)物。因此，應(yīng)當(dāng)評(píng)定本發(fā)明的范圍是所附權(quán)利要求書的內(nèi)容及其等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.一種回收粘著纖維材料的方法，所述的方法包括，提供粘著纖維材料的小塊，這些小塊具有適于懸浮在液體中的尺寸；將所述粘著纖維材料的離散小塊懸浮于液體中；對(duì)離散小塊的懸浮液施加機(jī)械功，以便產(chǎn)生足以將這些粘著纖維材料水力破碎成纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力條件；并且從所述的懸浮液中實(shí)質(zhì)性地分離出單個(gè)的纖維和纖維狀組分。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的提供粘著纖維材料離散小塊的步驟包括，將全部粘著纖維材料的尺寸縮小成適于懸浮在液體中的離散小塊的操作，此操作選自機(jī)械開(kāi)松、機(jī)械切斷、機(jī)械撕裂、機(jī)械研磨、水噴射切割、激光切割、扯松及其組合。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中采用安裝在旋轉(zhuǎn)輥上的刀刃與安裝在固定板上的刀刃的組合對(duì)懸浮液施加機(jī)械功，以便產(chǎn)生具有非常高水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中安裝固定板上的刀刃在至少一個(gè)維度內(nèi)與旋轉(zhuǎn)刀刃的旋轉(zhuǎn)方向成一個(gè)角度地成行排列。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中所述的角度介于20度和70度之間。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中在多個(gè)階段向所述的懸浮液施加機(jī)械功。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中采用第一階段和第二階段向所述的懸浮液施加機(jī)械功，第一階段是處于產(chǎn)生足以潤(rùn)濕粘著纖維材料小塊并從粘著材料上分離至少一部分纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力的條件下；并且第二階段是處于產(chǎn)生足以將所述的粘著的纖維材料、纖維和纖維狀組分破碎成基本上單個(gè)的纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力的條件下。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中處在最接近點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)刀刃和固定刀刃之間的間隙，在第一階段期間，為約20毫米-約100毫米，而在第二階段期間，為約1毫米-約20毫米。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中施加于懸浮液的機(jī)械功的量大于約6馬力-24小時(shí)/干燥噸粘著纖維材料。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的粘著纖維材料選自織造織物、針織物、非織造網(wǎng)及其組合。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中所述的非織造網(wǎng)是熱粘著的、粘合劑粘合的、機(jī)械纏結(jié)的、溶劑粘著的、水刺纏結(jié)的及其組合的非織造網(wǎng)。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所述的粘著纖維材料由合成纖維材料、天然纖維材料及其組合構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中所述的合成纖維材料包括熱塑性纖維和長(zhǎng)絲。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中基本上單個(gè)的纖維和纖維狀組分具有相對(duì)均勻的長(zhǎng)度分布。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中所述的纖維和纖維狀材料的長(zhǎng)度分布的跨度為約7毫米。
16.按照權(quán)利要求1的方法制造的纖維和纖維狀材料。
17.回用的合成纖維及纖維狀材料，其包括由合成材料組成的至少一種線元素，其具有至少一種不規(guī)則變形，所述的不規(guī)則變形由粘著纖維材料在液體中懸浮時(shí)，從所述的粘著纖維材料上分離所述的線元素的水力破碎所產(chǎn)生。
18.如權(quán)利要求17的回用合成纖維及纖維狀材料，其中所述的線元素具有約1毫米-約15毫米范圍的長(zhǎng)度。
19.如權(quán)利要求18的回用合成纖維及纖維狀材料，其中所述的線元素具有約1.5-約10毫米范圍的長(zhǎng)度。
20.如權(quán)利要求18的回用合成纖維及纖維狀材料，其中所述的線元素具有約2-約5毫米范圍的長(zhǎng)度。
21.如權(quán)利要求17的回用合成纖維及纖維狀材料，其中所述的不規(guī)則變形的形式為，所述的線元素中的彎曲、所述的線元素的扁平片段、所述的線元素的膨脹片段及其組合。
22.如權(quán)利要求17的回用合成纖維及纖維狀材料，其中所述的回用材料的線元素具有大于線元素水力破碎之前粘著纖維材料中可比線元素的表面積，所述的線元素的水力破碎是為了將其從粘著纖維材料上分離。
23.如權(quán)利要求22的回用合成纖維及纖維狀材料，其中所述的回用線元素的表面積大了至少約5％。
24.如權(quán)利要求17的回用合成纖維及纖維狀材料，其中所述的合成材料為合成熱塑性材料。
25.一種非織造纖維網(wǎng)，其包含如權(quán)利要求17的回用合成纖維及纖維狀材料。
26.如權(quán)利要求25的非織造纖維網(wǎng)，其中采用選自濕成形、干成形、泡沫成形及其組合的成網(wǎng)工藝形成所述的網(wǎng)。
27.如權(quán)利要求25的非織造纖維網(wǎng)，其中所述的網(wǎng)還包括非回用的天然纖維材料、非回用的天然合成材料、回用的天然纖維材料、微粒材料及其組合。
全文摘要
一種回收粘著纖維材料的方法，該方法包括步驟提供粘著纖維材料的小塊，這些小塊具有適于懸浮在液體中的尺寸；將粘著纖維材料的這些離散小塊懸浮于液體中；對(duì)離散小塊的懸浮液施加機(jī)械功，以便產(chǎn)生足以將這些粘著纖維材料水力破碎成纖維和纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力條件；并從該懸浮液中實(shí)質(zhì)性地分離出單個(gè)的纖維和纖維狀組分。此方法用于制造回用合成纖維和纖維狀材料，其具有合成材料組成的至少一種線元素，該線元素具有至少一種不規(guī)則變形，該不規(guī)則變形由粘著纖維材料在液體中懸浮時(shí)，從該粘著纖維材料上分離該線元素的水力破碎所產(chǎn)生。
文檔編號(hào)D21B1/32GK1473222SQ01818627
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月10日
發(fā)明者古斯塔沃·帕拉西奧, 古斯塔沃 帕拉西奧, 克拉拉 加西亞, 馬里亞·克拉拉·加西亞, 拉米雷斯, 巴勃羅·拉米雷斯, 韋尼格斯, 伯納多·韋尼格斯 申請(qǐng)人:哥倫比亞金伯利克佩派爾公司