專(zhuān)利名稱(chēng)：纖維素纖維的原纖分離方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維素纖維的原纖分離方法和裝置。該原纖分離是通過(guò)使未經(jīng)處理的或預(yù)處理的纖維漿單次或多次通過(guò)雙螺桿纖維加工機(jī)實(shí)現(xiàn)的，所述纖維素纖維漿的固體材料稠度優(yōu)選為35% -55%。在此加工操作中，任選地，為了最優(yōu)化用于特定終端用途的材料的性能，用額外的纖維和無(wú)機(jī)添加劑進(jìn)一歩增強(qiáng)纖維漿。
背景技術(shù)：
制得的超原纖分離的纖維漿定義為肖伯爾-瑞格勒(Schopper-Riegler，SR)水平 達(dá)到67° SR-88° R的，和/或制備密度優(yōu)選為至少850kg/m3的壓合干燥板的纖維漿。較之常規(guī)的原纖分離方法(例如，單盤(pán)式、多盤(pán)式或錐形精漿機(jī))，本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在干，顯著地節(jié)省能源和時(shí)間，可比較的產(chǎn)量提高，并且干纖維稠度的范圍很寬，為10% -80%。在本申請(qǐng)中使用吋，術(shù)語(yǔ)'稠度'是造紙業(yè)術(shù)語(yǔ)，是指以百分比表述的水懸浮體中的干纖維的量。本發(fā)明涉及將包含纖維素纖維的組合物處理成包含纖維素微纖維的組合物的新方法。通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的包含纖維素微纖維的組合物可經(jīng)濟(jì)且適合地用于制造例如三維物體，墻板和地板，壁磚和地板磚，它們具有至少850kg/m3，優(yōu)選地最低1200kg/m的高
山I又 O用于松散、打漿或原纖分離漿料以實(shí)現(xiàn)纖絲化、表面積增大、可及度増大并且粒度細(xì)小的方法久已為人所知。球磨機(jī)用于制備尺寸數(shù)十微米的纖維素。研究已表明，此類(lèi)球磨機(jī)在粉碎過(guò)程中使纖維素的化學(xué)鍵斷裂。還已知，在壓カ下在水中碾磨纖維素制得粒度小于I微米的微纖維素。在纖維素衍生物的情況中，現(xiàn)有技術(shù)中還公開(kāi)在液氮中冷磨該衍生物。用球磨機(jī)超聲波粉碎也是已知的制備極細(xì)粒度的纖維素的方法。在用于生產(chǎn)機(jī)械漿料、纖維板和紙漿的常規(guī)方法中，也制備細(xì)碎的纖維素。但是，通常這些常規(guī)方法包括額外地化學(xué)處理纖維素漿料，例如，酸水解，由此化學(xué)改變或降解所制備的纖維素漿料。在造紙業(yè)中，已知紙強(qiáng)度與在成型之前纖維所接受的打漿或精制的量直接相關(guān)。但是，造紙業(yè)中實(shí)施的打漿和精制是效率較低的方法，并且為了獲得相對(duì)少量的纖維松散和纖絲化耗費(fèi)大量的能量。GB2066145描述制備微纖維絲化的纖維素的方法，其包括使纖維狀的纖維素的懸浮體通過(guò)孔，其中該懸浮體受到至少3000psi的壓降和高速剪切，而后高速地對(duì)其減速?zèng)_擊，使所述懸浮體重復(fù)地經(jīng)過(guò)孔直至纖維素變成基本上穩(wěn)定的懸浮體。該方法將纖維素轉(zhuǎn)變成微纖維絲化的纖維素并且基本上沒(méi)有化學(xué)變化。特別適合用來(lái)實(shí)施該方法的裝置是高壓勻漿機(jī)。該包含纖維狀纖維素的液體懸浮體優(yōu)選地包含不大于10重量％的纖維素。EP0402866描述微纖維絲化的材料，其包含各種濃度的纖維，具有40° SR或更大的Schopper-Riegler,當(dāng)該纖維被定型成濾紙時(shí)具有15或更大的T閥。利用高壓勻楽;機(jī)制得該材料。例如，據(jù)描述，以精制的短絨(Vackai HVE)作為原料，通過(guò)預(yù)處理獲得纖維素的2%水懸浮體，從而它可通過(guò)該裝置的噴嘴。將該懸浮體在常溫下加入高壓勻漿機(jī)(Gaulin15M-8TA)中，在500kg/cm2G的壓カ下處理4次。將所得的微纖維材料的懸浮體稀釋成O. 2%的濃度。US 6379594描述制造エ件的方法,其包括提供未經(jīng)處理的含纖維素的纖維狀材料；將水加至該原料；通過(guò)以相對(duì)于該原料的干重至少O. 5kffh/kg的總能量消耗持續(xù)碾磨該原料，在機(jī)器中將該原料粉碎成內(nèi)部纖維表面增大且相互連接的程度増大的微纖維漿料；使該微纖維漿料定型得到成型 體；以及在沒(méi)有向該微纖維漿料混合入粘合劑并且沒(méi)有施加外壓的情況下，通過(guò)從其中除去水來(lái)干燥該成型體從而硬化和形成エ件。由此形成具有非常不同的纖維長(zhǎng)度和原纖維尺寸的可模塑的微纖維漿料，該漿料的特征在于，在沒(méi)有混合入粘合劑或化學(xué)添加劑并且未施加壓カ的情況下，通過(guò)干燥和相關(guān)的收縮，硬化形成具有高密度(不超過(guò)I. 5的比重)和高強(qiáng)度的后續(xù)可變形的纖維材料。實(shí)施例公開(kāi)，該方法所用的含纖維素的材料按干物質(zhì)計(jì)算占水溶液的5重量％ -8重量％。但是，上述方法僅具有有限的應(yīng)用，因?yàn)樗玫牟牧系娜秉c(diǎn)需要過(guò)高的能量輸入，以至于將所述材料用于塑型(例如三維物體、墻板和地板、壁磚和地板磚，一般用于較大的表面)在經(jīng)濟(jì)上是不可行的(參見(jiàn)實(shí)施例)。還應(yīng)理解制漿與原纖分離之間的差別。在制漿中，從木質(zhì)纖維素材料除去木質(zhì)素以使該纖維適合用于造紙和板材。在原纖分離中，目的是使占據(jù)纖維的外表面或外壁的各個(gè)原纖維的短絨豎起，同時(shí)試圖保持該纖維的內(nèi)部狀況和纖維長(zhǎng)度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的ー個(gè)目的是提供用于提供包含纖維素微纖維的組合物的更經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好的方法和裝置，例如，與US 6379594中所述的那些相當(dāng)。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)本發(fā)明的方法、組合物、裝置和用途解決上述問(wèn)題。本發(fā)明涉及用于制備原纖分離的纖維素纖維的方法和技術(shù)，它可直接用作進(jìn)ー步定型加工的基料，可變?yōu)閺?fù)合材料的組分，可被擠塑成半成品或成品，可被涂布于多種基于纖維素的基材上和/或被干燥成顆粒形式用于進(jìn)一歩加工。因此，典型的エ業(yè)終端用途包括造紙、軟膜、建筑和內(nèi)部板材產(chǎn)品、汽車(chē)エ業(yè)、家具、照明、耐久性產(chǎn)品外罩、一次性消費(fèi)品外罩和包裝。這些材料還可被再循環(huán)成不同的新產(chǎn)品，或者作為原產(chǎn)品的組件再利用。較之本申請(qǐng)人已知的那些方法(參見(jiàn)實(shí)施例)，本發(fā)明的ー些優(yōu)點(diǎn)在于，能量消耗降低(參見(jiàn)實(shí)施例)，可用于本發(fā)明的方法的原料的選擇范圍寬，并且加工時(shí)間縮短。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及對(duì)纖維素纖維進(jìn)行原纖分離的方法，其是通過(guò)使未經(jīng)加工的或經(jīng)預(yù)處理的纖維素纖維漿單次或多次通過(guò)雙螺桿纖維加工機(jī)實(shí)現(xiàn)的，所述纖維素纖維漿的固體材料稠度優(yōu)選為35% -55%的。在此加工操作中，任選地，為了使用于特定終端用途的材料的性能最優(yōu)化，用額外的纖維和無(wú)機(jī)添加劑進(jìn)一歩增強(qiáng)纖維漿。制得的超原纖分離的纖維漿定義為Schopper-Riegler水平達(dá)到75° SR-88。SR的，和/或制備密度優(yōu)選為至少850kg/m3，優(yōu)選至少1200kg/m3的壓合干燥板的纖維漿。較之常規(guī)的原纖分離方法(例如，單盤(pán)式、多盤(pán)式或錐形精漿機(jī))，本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，顯著地節(jié)省能源和時(shí)間，可比較的產(chǎn)量提高，并且稠度為10% -80%。
在第一個(gè)方面，提供將包含纖維素纖維的組合物處理成包含纖維素微纖維的組合物的方法，其特征在于該方法包括以下步驟；a)提供包含纖維素纖維的組合物；b)將水溶液/溶劑混合到所述包含纖維素纖維的組合物中，以提供包含纖維素纖維的漿料懸浮體；c)將該包含纖維素纖維的漿料懸浮體提供至精制步驟，該精制步驟包括采用精制雙螺桿實(shí)施的機(jī)械原纖分離步驟；
d)至少通過(guò)使用所述精制雙螺桿精制所述包含纖維素纖維的漿料懸浮體，以提供包含纖維素微纖維的組合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，在精制步驟末所得的包含纖維素微纖維的組合物的密度為至少850kg/m3。優(yōu)選地,按照實(shí)施例I中所述的方法測(cè)定密度值。精制或打漿是產(chǎn)生原纖分離的力學(xué)作用。如此通過(guò)所述精制雙螺桿(按照例如實(shí)施例中所示的那些能量消耗)處理所述包含纖維素纖維的漿料懸浮體，提供包含纖維素微纖維的組合物；并且在精制步驟末所得的包含纖維素微纖維的組合物的密度為至少850kg/m3,優(yōu)選地,密度按照實(shí)施例I中所述的方法測(cè)定。正如以下詳述，已確定，較之現(xiàn)有技術(shù)中所述的那些方法，本發(fā)明的方法能夠以較低的能量輸入/能量成本提供具有適合的密度和/或Schopper-Riegler值的材料。在本發(fā)明的上下文中，"包含纖維素纖維的材料"包括任何適合的材料，例如，但未必限于紙、再生紙，以及木質(zhì)纖維素纖維來(lái)源(包括但不限于，浸過(guò)的和未處理的大麻、亞麻、谷類(lèi)莖桿、小麥、大麥、黒麥、燕麥、稻米、渣料、酒糟和/或舊棉制品)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，含有纖維和相關(guān)原纖維是任何適合的材料的一部分。利用所述技術(shù)可加工任何(木質(zhì))-纖維素材料。優(yōu)選地，包含纖維素纖維的材料包含至少60重量％的纖維素。木質(zhì)素似乎不需要通過(guò)雙螺桿技術(shù)獲得増大內(nèi)部纖維表面和增大相互連接的微纖維漿，也不干擾雙螺桿精制方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，可對(duì)此類(lèi)材料進(jìn)行預(yù)處理，然后應(yīng)用于本發(fā)明的方法。所述預(yù)處理可包括以下的單獨(dú)處理或它們的組合除去有毒或不需要的材料、切割、錘磨或刺穿材料、洗滌及化學(xué)處理。例如，預(yù)處理可包括使用適合用于制備大麻、谷類(lèi)莖桿及其它木質(zhì)纖維素材料的碎紙機(jī)和可互換的錘磨機(jī)，與外部(相反的)材料分離(木材、金屬、石材、塑料等)和清潔系統(tǒng)(包括除塵系統(tǒng))相連。在所述方法的下ー步驟中，將包含纖維素纖維的組合物(優(yōu)選同時(shí)對(duì)其進(jìn)行粗磨)與水溶液/溶劑(例如自來(lái)水或去離子水)混合。例如，可通過(guò)將所述包含纖維素纖維的組合物干法提供至雙螺桿機(jī)中進(jìn)行所述混合。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)所述材料通過(guò)雙螺桿機(jī)時(shí)，在不同步驟對(duì)其所進(jìn)行的處理不同。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述步驟包括搓揉(kneading)所述材料,提供另ー步驟來(lái)限制所述材料的流量。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，若需要，所述水溶液/溶劑可包含額外的材料,例如下述添加劑(但不限干)濕潤(rùn)劑(用以加快水滲入原料)和/或稀酸或堿(用以軟化原料)和/或甲醇或こ醇(用以軟化原料)?？赏ㄟ^(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何手段進(jìn)行所述與水溶液/溶劑/液體的混合，但是，優(yōu)選地，通過(guò)將所述包含纖維素纖維的組合物供至配有供水(或水蒸汽)系統(tǒng)(優(yōu)選計(jì)量進(jìn)料系統(tǒng))的第一雙螺桿中制備所述漿料。在該雙螺桿中，將所述的液體與包含纖維素纖維的組合物加工成漿料。優(yōu)選地，在所述方法的此步驟中使用反向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿以軟化(潤(rùn)滑)纖維，由此使纖維損壞最小。通常，對(duì)于纖維的微粉化、處理和制漿步驟，可使用同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿纖維加工機(jī)，并且速度為，例如，250RPM，在400-600RPM的范圍內(nèi)，而且溫度設(shè)定為約50°，但是此溫度可根據(jù)被處理的纖維、液體加入速度和需要而改變。所述漿料的稠度可在10% -80%固體含量變動(dòng)，與現(xiàn)有技術(shù)中所述的方法相比是有利的，其中在例如漿料、紙和板材制造業(yè)中，已報(bào)告在制備纖維素微纖維的方法中使用甚至更低的稠度。在本發(fā)明的方法的一個(gè) 優(yōu)選的實(shí)施方案中，在步驟b)中，漿料懸浮體的稠度為至少30% ;優(yōu)選地，該稠度為35% -80% (包含端點(diǎn))，更優(yōu)選35% -75% (包含端點(diǎn))，甚至更優(yōu)選35% -55% (包含端點(diǎn))。在本申請(qǐng)的上下文中，稠度定義為在纖維的水懸浮體中固體的量，該纖維的水懸浮體在制漿造紙業(yè)中常稱(chēng)為"漿料"。已意外地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)提供稠度為至少30%，優(yōu)選稠度為35% -80% (包含端點(diǎn))，更優(yōu)選35%-55% (包含端點(diǎn))的漿料懸浮體，本發(fā)明的方法可以以高度經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)施，降低材料制造中所需的能量。在所述漿料懸浮體的稠度更低的情況中，本發(fā)明的方法的能量需求増大，使本發(fā)明的方法就經(jīng)濟(jì)和環(huán)境而言較不可取，但是，對(duì)于特別的技術(shù)應(yīng)用，它可能仍然是有效的。應(yīng)注意，這是明顯不同于本領(lǐng)域中已知的方法。例如，US 6379594描述在其中所述的方法中使用涂有纖維素的材料，并且在水溶液中按干物質(zhì)計(jì)算占5重量％ -8重量％。在本發(fā)明的方法的下ー步驟中，將所得的包含纖維素纖維的漿料懸浮體提供至精制步驟中，該精制步驟包括利用精制雙螺桿實(shí)施的機(jī)械原纖分離步驟，以及至少通過(guò)使用所述精制雙螺桿來(lái)精制所述包含纖維素纖維的漿料懸浮體，從而提供包含纖維素微纖維的組合物；其中在所述精制步驟末所得的纖維素微纖維組合物的密度為至少850kg/m3，優(yōu)選地按照實(shí)施例I中所述的方法進(jìn)行測(cè)定。在本發(fā)明的ー個(gè)方面中，提供后續(xù)用于形成制品的纖維素纖維的制備方法，該方法包括步驟制備含有液體和纖維素纖維的漿料，其中一形成該漿料，就將精制步驟中的漿料導(dǎo)入雙螺桿傳送器中，從而至少原纖分離該漿料中所含的纖維素纖維的外部原纖維。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解各種雙螺桿結(jié)構(gòu)可適用于本發(fā)明的方法，可使用以下實(shí)施例中所述的雙螺桿結(jié)構(gòu)。通過(guò)操作精制雙螺桿，處理包含纖維素纖維的漿料懸浮體以使所得的包含纖維素微纖維的組合物的密度為至少850kg/m3(參見(jiàn)實(shí)施例)，優(yōu)選地，按照實(shí)施例I中詳述的方法進(jìn)行測(cè)定。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，提供本發(fā)明所述的方法，其中所得的包含纖維素微纖維的組合物的密度為900kg/m3-1450kg/m3 (包含端點(diǎn))，更優(yōu)選1000kg/m3-1450kg/m3 (包含端點(diǎn))，甚至更優(yōu)選1150kg/m3-1400kg/m3(包含端點(diǎn))，最優(yōu)選1300kg/m3-1400kg/m3 (包含端點(diǎn))，優(yōu)選地，按照實(shí)施例I中詳述的方法進(jìn)行測(cè)定。由此獲得的材料可適當(dāng)?shù)赜糜诒景l(fā)明的方法的后續(xù)步驟中，用于制造但不限于ニ維或三維成型體，包括適合用作地板材料、墻板、天花板、包裝、印刷和書(shū)寫(xiě)材料或基材、家具、模塑包裝、樂(lè)器、汽車(chē)內(nèi)部、裝飾模塑等的板材或片材以及顆粒。在另ー個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述組合物包含纖維素微纖維，該纖維素微纖維的Schopper-Riegler值(SR)為至少60° SR，優(yōu)選至少70° SR，甚至更優(yōu)選至少80° SR。此Schopper-Riegler值可利用任何已知的方法進(jìn)行測(cè)定?？刹捎玫臉?biāo)準(zhǔn)是"BS ENISO 5267-1 2001.Pulps and d etermination of drainability. Schopper-RieglerMethod"。優(yōu)選地，并且本申請(qǐng)人推薦，按照實(shí)施例2中詳述(下文進(jìn)ー步描述)的方法測(cè)
Schopper-Riegler 值。在另ー個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，提供包含纖維素微纖維的組合物，其Schopper-Riegler 值(SR)為 75° SR-90。SR(包含端點(diǎn))，更優(yōu)選75° SR-88。SR(包含端點(diǎn))。此外，此Schopper-Riegler值可采用任何已知的方法進(jìn)行測(cè)定。可采用的標(biāo)準(zhǔn)是"BSEN IS O 5267-1 2001.Pulps and determination of drainability. Schopper-RieglerMethod"。優(yōu)選地，并且本申請(qǐng)人推薦，按照實(shí)施例2中詳述(下文進(jìn)ー步描述)的方法測(cè)
Schopper-Riegler 值。換言之，在利用精制雙螺桿精制包含纖維素纖維的漿料懸浮體來(lái)提供包含纖維素微纖維的組合物后,所得的材料(在任何干燥之前)的Schopper-Riegler值(SR)為至少60° SR，優(yōu)選至少70° SR，甚至更優(yōu)選至少80° SR，或者Schopper-Riegler值(SR)為75° SR-90。SR (包含端點(diǎn))，更優(yōu)選75° SR-88。SR (包含端點(diǎn))，優(yōu)選地按照實(shí)施例I中所述測(cè)定。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，在任何干燥之前，纖維素微纖維的組合物的Schopper-Riegler值為約86° SR,密度大于1300kg/m3 (如上所述)。已發(fā)現(xiàn),特別是此類(lèi)材料非常適合用于各種產(chǎn)品，包括但不限于三維物體，墻板和地板、壁磚和地板磚。通過(guò)本發(fā)明的方法，現(xiàn)可以以就經(jīng)濟(jì)和環(huán)境而言有利的方式提供這樣的材料。在另ー個(gè)實(shí)施方案中，在干燥前，可將包含微纖維的組合物，在含或不含任何添加劑(即任選地在通過(guò)用于混合添加劑的混合裝置后)的情況下，定型為成型體。已發(fā)現(xiàn)，在所述方法的此步驟中，所得的材料，由于其可塑性、柔韌性和可變形性，可被定型成任何需要或期望的形狀，例如，適合用于地板、墻板、天花板、包裝、印刷和書(shū)寫(xiě)材料和基材的片材或板材，以及一系列三維物體，包括但不限于家具、模塑包裝、樂(lè)器、汽車(chē)內(nèi)部、裝飾模塑。但是，作為上述的備選項(xiàng)，所得的材料，在風(fēng)干后，可被再潤(rùn)濕，從而提供有利的可塑性、柔韌性和可變形性，使其易于定型成任何期望的成型體，包括優(yōu)選為0. lmm-12mm的片材或板材。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何適合的方法進(jìn)行定型。在本發(fā)明的另ー個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述包含纖維素微纖維的組合物，任選地在通過(guò)上述加工裝置后，被風(fēng)干至優(yōu)選的2重量％ -10重量％ ,優(yōu)選5重量％ -7重量％的含濕量，其中使用Metier Toledo HG53-P Moisture Analyzer測(cè)定含濕量。例如，可利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何手段風(fēng)干(或者在70_105°C下烘干)至2重量％ -10重量％ ,優(yōu)選5重量％ -7重量％的含濕量。應(yīng)注意，在所述精制后施加的外壓、溫度和力量首要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)更快速的初歩排水、成型并保持定型，不代表達(dá)到高材料強(qiáng)度的前提。
在本發(fā)明的另一方面中，提供本發(fā)明的方法，其包括步驟從所述包含纖維素微纖維的組合物模塑成片材，以及將所述片材貼附至載體來(lái)形成地板磚。還提供可通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的包含纖維素微纖維的組合物，以及所述組合物在制造ニ維或三維定型體的方法中的用途，所述定型體包括適合用作任何地板、墻板、天花板、包裝、印刷和書(shū)寫(xiě)材料、基材、家具、模塑包裝、樂(lè)器、汽車(chē)內(nèi)部、裝飾模塑或它們的任何組合的片材或板材以及顆粒。在本發(fā)明的又一方面中，提供纖維素纖維的原纖分離裝置，所述裝置包括雙螺桿傳送器，所述雙螺桿傳送器具有用于導(dǎo)入纖維素纖維和/或包含所述纖維的液體的入口，以及位于相對(duì)端的經(jīng)原纖分離的纖維經(jīng)由其離開(kāi)的出口，其特征在于，介于入口和出口之間，在所述雙螺桿傳送器中配置至少ー組的精制部件和至少ー個(gè)限流裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，沿著所述傳送器的縱向配置有多組精制組，所述精制組被限流裝置分隔。在一個(gè)實(shí)施方案中，可配置用來(lái)沿著所述螺桿運(yùn)送材料的刮板(flight)組， 所述刮板組典型地配置在所述限流裝置之間。在一個(gè)實(shí)施方案中，雙螺桿傳送器的位于精制組處的部件用作對(duì)所述纖維發(fā)揮搓揉作用的搓揉部件。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述限流裝置是在所述雙螺桿傳送器上形成的一系列螺旋狀螺旋部件，其降低所述材料通過(guò)所述傳送器的流速。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述傳送器的螺旋部件是三葉或雙葉的，但是優(yōu)選為三葉的以改進(jìn)精制或原纖分離的效率。在一個(gè)實(shí)施方案中，以干形式將所述纖維提供至所述裝置的入口，并且分開(kāi)地將液體注入所述傳送器中。描述本發(fā)明的具體的實(shí)施方案，其中圖I顯示在根據(jù)本發(fā)明原纖分離之前的纖維；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明經(jīng)原纖分離的纖維；圖3以示意的方式顯示本發(fā)明所述的雙螺桿傳送器裝置。首先參照?qǐng)DI和2說(shuō)明纖維2的沿著縱軸方向的截面，圖I中的是在原纖分離之前，可見(jiàn)其外表面4相對(duì)平滑且連續(xù)。應(yīng)注意，此形式的該纖維可能已經(jīng)過(guò)制漿加工，并且可以以"干"形式提供，或者以濕形式在液體中傳送。在操作本發(fā)明所述的雙螺桿傳送器時(shí)，精制由數(shù)層稱(chēng)為原纖維的微纖維6構(gòu)成的纖維素纖維，其中原纖維在母纖維2的外表面部分地分離/解開(kāi)，由此產(chǎn)生許多潛在的結(jié)合位點(diǎn)，從而促成纖維和/或原纖維之間的氫鍵。此作用稱(chēng)為原纖分離。在某些實(shí)施方案中，所述精制雙螺桿是同向旋轉(zhuǎn)式或反向旋轉(zhuǎn)式的雙螺桿。的確，在隨附的實(shí)施例中，針對(duì)不同類(lèi)型的材料和漿料懸浮體的各種稠度舉例說(shuō)明。此外，已發(fā)現(xiàn)，如本文中所述，通過(guò)使用雙螺桿，可有利地利用稠度比現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)告的那些高的材料。此外，與例如US 6379594中所述的方法相比，顯著地縮短加工時(shí)間(當(dāng)以獲得等量的包含微纖維的組合物的時(shí)間表述時(shí)，從數(shù)小時(shí)降至數(shù)分鐘)，并且減少耗能。參照?qǐng)D3圖示說(shuō)明適應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明有效地精制和原纖分離纖維的雙螺桿傳送器10。該裝置包括在傳送器一端的入口 12，和在相對(duì)端的出口 14(相對(duì)于以箭頭16方向流經(jīng)傳送器的纖維和液體流，處于下游)。該螺桿傳送器配有一系列在其中形成的級(jí)段，由其對(duì)材料進(jìn)行不同的處理。
在此實(shí)施方案中，限流裝置18配置成左手螺旋螺桿部件的形式，并且典型地具有在它們中形成的間隔。限流裝置配置在所示精制部件20組的下游。限流裝置18用來(lái)減緩材料經(jīng)過(guò)該螺桿傳送器的流速，由此使材料向后退并且較長(zhǎng)時(shí)間地位于上游的精制部件組中，從而實(shí)現(xiàn)更有效的精制和原纖分離。因此，限流裝置調(diào)節(jié)材料經(jīng)過(guò)上游的精制部件組的流速，由此能夠達(dá)到期望的高效精制。精制部件組能夠相對(duì)低能量地精制，同時(shí)確保同樣有效地原纖分離原纖維。優(yōu)選地，沿著所示雙螺桿傳送器的長(zhǎng)度安置一系列部件組20，而不是較少量的更長(zhǎng)的部件組，以使產(chǎn)熱量最小。典型地，每組精制部件組包括搓揉部件，它用以與纖維接觸并且實(shí)施精制操 作。已發(fā)現(xiàn)，若所述搓揉部件組沿著該傳送器長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則材料可能被過(guò)度加熱并且脫水，故此在螺桿的后面的部件組中精制效率較低。優(yōu)選地，可能的最長(zhǎng)的精制組應(yīng)安置于螺桿剖面的末端，即接近出口。在一個(gè)實(shí)施方案中，沿著筒24的長(zhǎng)度可安置額外的液體入口 22，其中通過(guò)添加額外的液體使所述雙螺桿傳送器能夠減輕任何脫水效應(yīng)?？刂扑鲅b置中的材料的液體含量，并且所述傳送器中的材料的固體含量理想地應(yīng)為45% -75%，但是可使用固體含量至多為90%的材料來(lái)制備用于特殊目的的纖維，例如制備用于塑料的纖維。就所述雙螺桿傳送器的部件而言，其可以是雙葉的，但是優(yōu)選三葉的。較之雙葉的相應(yīng)部件，三葉的部件表現(xiàn)出更高的精制效率，其中對(duì)纖維的原纖分離精制作用歸因于旋轉(zhuǎn)部件的"擰"(Pinching)部分，其中材料被纏在沿著軸桿的位置上的相同部件的旋轉(zhuǎn)葉片之間以及在螺桿的搓揉部件的頂端與筒壁之間。在雙葉片旋轉(zhuǎn)吋，每轉(zhuǎn)"擰"兩次，而使用三葉片旋轉(zhuǎn)"擰"三次，由此旋轉(zhuǎn)一周獲得更好的精制。優(yōu)選地，例如，通過(guò)提供粗糙的表面修飾形成該部件的外表面以使精制作用最佳化。螺桿傳送器部件所處的筒的內(nèi)壁還可配有飾面以增大部件-筒界面處的精制作用。在一個(gè)實(shí)施方案中，將所述纖維材料在基本上干燥的條件下提供至入口中，并分開(kāi)地將液體提供至筒中。由此能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)精制，并且能夠采用更高的螺桿速度。如果可調(diào)節(jié)所述材料的固體含量，則也可控制精制水平。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，根據(jù)本文公開(kāi)的教導(dǎo)，能夠確定適當(dāng)?shù)牟僮鲄?shù)以獲得包含纖維素微纖維的組合物，并且其特征是密度為至少850kg/m3，優(yōu)選地，按照實(shí)施例I中所述的方法測(cè)定密度，例如，在纖維素纖維來(lái)源與本發(fā)明的方法的實(shí)施例中所用的纖維素纖維來(lái)源不同的情況中。實(shí)施例I :測(cè)定精制漿料的密度(由 The Wolfson Centre for Materials Processing, Brunei University,Uxbridge, Middlesex, UB8 3PH 開(kāi)發(fā))天然纖維精制稠度的公認(rèn)測(cè)定是壓縮精制纖維的密度分布圖。若具有期望的強(qiáng)度特征的漿板的密度分布圖可被再現(xiàn)，則可保持該強(qiáng)度特征。密度測(cè)量的方法I.取約相當(dāng)于3g干物質(zhì)的經(jīng)加工的漿料樣品，置于燒杯中。2.將50ml自來(lái)水加至漿料樣品中，然后用刮刀在燒杯中混合漿料纖維以分散濕漿料纖維。
3.取出步驟2的懸浮體，利用濾紙和Buckner漏斗或相似的裝置過(guò)濾出部分的游離水。過(guò)濾系統(tǒng)的使用應(yīng)使所得漿料的固體含量增至10% -12%4.將漿料(來(lái)自步驟3)置于壓塑模具(參見(jiàn)圖3)中并加壓至1201b/in2(約8.5kg/cm2)。可由基礎(chǔ)聚合物(或免于生銹的不銹鋼金屬)制成的壓塑模具由直徑(D-I)=20mm并且高度(H-I) = 12mm的圓柱形軸(20)構(gòu)成。將定量的漿料(來(lái)自步驟3)置于的圓柱形筒(24)中，冷模的下半部(21)(直徑(D-2) = 20. 2mm，高度(H_2) = 12mm)被固定在壓床中。將非常細(xì)的篩子(22)安置在該模的下半部(21)的底部以使水在壓塑時(shí)逸出。然后封閉該模，在壓カ下使模的下半部(21)正對(duì)著上半部(23)。當(dāng)模的兩半部分(21，23)在壓カ下聚齊時(shí)，漿料開(kāi)始脫水(或釋放水)。所用的紙漿纖維具有高保水性，故此緩慢且逐漸地施壓直至達(dá)到特定的壓カ(約8. 5kg/cm2)。保持壓カ15min。在此逐漸施壓的方法中，漿料中的水通過(guò)篩孔逸出，留下與模具的形狀相似的片形的強(qiáng)化漿料。5.在壓塑時(shí)應(yīng)小心以避免漿料與水一起從模具的底部逸出。6.壓塑后，通常利用具有相應(yīng)形狀的轉(zhuǎn)移工具從模具中取出模制的圓片，通過(guò)將它(模制的圓片)置于空氣循環(huán)烘箱中在105°C干燥直至干燥，即直至達(dá)到恒量。用MetierToledo HG53-P Moisture Analyzer 檢測(cè)干燥狀況。7.對(duì)每個(gè)測(cè)試樣品制備3個(gè)樣本。8.利用以下方法計(jì)算干燥的模制圓片的密度(d) i)利用氣體比重計(jì)(或比重計(jì))精確測(cè)量干燥的模制圓片的體積，ii)利用精密的稱(chēng)重天平測(cè)量干燥的模制圓片的重量，iii)利用下式計(jì)算干燥的模制圓片的密度密度=質(zhì)量(重量)/體積。實(shí)施例2:在衆(zhòng)料上測(cè)定Schopper-Riegler (由 Cross and Bevan LaboratoriesLimited, Edgworth House, High Street, Arlesey, SG15 6SX 開(kāi)發(fā)和使用)根據(jù)本發(fā)明，雖然可利用任何Schopper-Riegler測(cè)定方法(例如依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)"BSEN ISO 5267-1 2001 Pulps and determination of drainability. Schopper-RieglerMethod"的方法，(簡(jiǎn)寫(xiě)為"BS EN IS O 5267-12001"))測(cè)定 Schopper-Riegler 值，但是，申請(qǐng)人建議并推薦由Cross and Bevan Laboratories Limited開(kāi)發(fā)的以下方法，因?yàn)樗m合依照本發(fā)明制得的材料。標(biāo)準(zhǔn)"BS EN IS O 5267-1 2001"所述的方法與申請(qǐng)人推薦的方法之間的主要差別在于，在標(biāo)準(zhǔn)"BS EN ISO 5267-1 2001"所述的方法中，使用去離子水，而在申請(qǐng)人推薦的方法中使用自來(lái)水。雖然對(duì)結(jié)果而言并非非常必要，但是此自來(lái)水可能具有約6. 5的pH和約200ml/mg的硬度。該方法描述如何對(duì)衆(zhòng)料懸浮體進(jìn)行Schopper-Riegler (SR)測(cè)試。為了此測(cè)試方法，通過(guò)將特定量的自來(lái)水加入出自同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠壓機(jī)的精制材料中，得到漿料懸浮體。在實(shí)施例2的測(cè)試方法部分中詳述漿料懸浮體的制備(參見(jiàn)實(shí)施例2的"測(cè)試方法"部分的具體步驟2-5)。該試驗(yàn)測(cè)定在標(biāo)準(zhǔn)條件下從漿料纖維的排水速度。這指示纖維的纖絲化(磨散)和水合(吸水)的程度。漿料懸浮體的打散程度越高，則纖絲化和水合的程度越高，排水越緩慢，SR值越高。儀器I.標(biāo)準(zhǔn) Schopper-Riegler 測(cè)試儀(10),配有 2 個(gè) 1000ml 的量筒(11,12),如示意圖4中所示。2.汞玻璃溫度計(jì)。上述量筒(11，12)是具有指示體積和SR值的標(biāo)度(13)的I升量筒。體積標(biāo)度是從底部至頂部由Oml增至IOOOml值。SR標(biāo)度標(biāo)記為從底部至筒頂部由100° SR降至0° SR。例如，IOml 相當(dāng)于 99° SR，1° SR 相當(dāng)于 990ml。SR儀檢測(cè)方法毎日在使用前必須按照以下步驟檢測(cè)SR儀I.將2個(gè)量筒置于SR測(cè)試儀的孔下方。2.用20°C的水沖洗儀器。確保筒體(14)正確放置。降低密封錐(15)。將I升自來(lái)水倒入SR測(cè)試儀(10)的筒體(14)中。若水從儀器泄漏，則需要調(diào)整密封錐(15)的位置。棄去水，調(diào)整密封錐(15)，重新檢驗(yàn)。3.壓下釋放桿，等待所有的水排出。4.檢查與從前孔(18)收集在筒中的水的體積對(duì)應(yīng)的SR值。它應(yīng)該為4。5.若水的SR值大于4，徹底清潔筒體(14)中的絲網(wǎng)(16)，檢查溫度和再測(cè)試所用的水?？衫帽蛙浰?lái)清潔絲網(wǎng)(16)，然后徹底淋洗。絲網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)"BS EN ISO 5267-1 2001"中定義的絲網(wǎng)。測(cè)試方法I.通過(guò)Metier Toledo HG53-P Moisture Analyzer或任何其它公認(rèn)的測(cè)定水分的標(biāo)準(zhǔn)方法，計(jì)算同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿精制的漿料的精確的固體含量。2.取出相當(dāng)于2克干重的雙螺桿精制的漿料，加入500ml自來(lái)水中，用磁力攪拌器攪拌，并且借助于標(biāo)準(zhǔn)超聲波儀超聲處理(或者借助于標(biāo)準(zhǔn)的漿料粉碎機(jī)粉碎)直至已達(dá)到纖維完全分散。3.檢測(cè)水和漿料懸浮體的溫度，若需要調(diào)至20±0. 5°C，然后進(jìn)行此測(cè)試。4.如上所述放置2個(gè)量筒(11，12)，參見(jiàn)圖4。確保筒體(14)正確安置，降下密封錐(15)4.確保充分混合漿料溶液，然后測(cè)量步驟2中所得的體積。用20°C的水稀釋至IOOOml05.充分混合漿料ー來(lái)自步驟5—，快速且平滑地倒入圓柱體(14)中。緊靠密封錐
(15)的軸(17)倒入漿料以避免渦流。6.在所有的漿料ー來(lái)自步驟5—已被倒入筒體(14)中后，將密封錐(15)升起5秒。7.當(dāng)水已完全排出時(shí)，記錄與從前孔(18)收集的水的體積相當(dāng)?shù)腟R值。8.取出SR儀的筒體(14)，從絲網(wǎng)(16)洗下所有的纖維。倒空，原位放置筒(11，12)。9.用第二份漿料重復(fù)測(cè)試(步驟1-9)。 10.若兩次SR讀數(shù)之差大于4% (對(duì)于SR值25° SR，I單位)，使用另ー份漿料重復(fù)測(cè)定-步驟1-9。然后采用兩個(gè)最接近的值。計(jì)算計(jì)算兩次讀數(shù)的平均值。以最接近的整數(shù)紀(jì)錄SR值。
實(shí)施例3 :雙螺桿結(jié)構(gòu)以同向旋轉(zhuǎn)的咬合式雙螺桿作為雙螺桿精制系統(tǒng)實(shí)施本發(fā)明的方法。在此實(shí)施例中，筒內(nèi)徑為24mm，螺桿外徑(OD)為23. 6mm，螺桿內(nèi)徑(ID)為13. 3mm，螺桿的中心線之間的間距為18，75mm,螺距相對(duì)于旋轉(zhuǎn)是正的一但是可使用負(fù)部件_，并且螺桿設(shè)計(jì)是雙葉片型。此雙螺桿的結(jié)構(gòu)示于下表I中。從螺桿的入口側(cè)(表的上部)至出口側(cè)(表的下部)，表I依序給出每個(gè)螺桿的螺桿部件的數(shù)量和類(lèi)型。由此表可見(jiàn)，螺桿的總L/D比值為40 I，每個(gè)螺桿部件的直徑為23. 6mm，筒的直徑為24mm。表I :雙螺桿精制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.將包含纖維素纖維的組合物處理成包含纖維素微纖維的組合物的方法,其特征在于該方法包括以下步驟 a)提供包含纖維素纖維的組合物； b)將水溶液/溶劑混合到所述包含纖維素纖維的組合物中，以提供包含纖維素纖維的漿料懸浮體； c)將所述包含纖維素纖維的漿料懸浮體提供至精制步驟，該精制步驟包括采用精制雙螺桿實(shí)施的機(jī)械原纖分離步驟； d)至少通過(guò)使用所述精制雙螺桿來(lái)精制所述包含纖維素纖維的漿料懸浮體，以提供包含纖維素微纖維的組合物。
2.權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述精制步驟末獲得的包含纖維素微纖維的組合物的密度為至少850kg/m3。
3.權(quán)利要求I所述的方法，其中獲得的包含纖維素微纖維的組合物的密度為IOOOkg/m3-1450kg/m3，甚至更優(yōu)選 1150kg/m3-1400kg/m3，最優(yōu)選 1300kg/m3-1400kg/m3，以上密度范圍包含端點(diǎn)值，優(yōu)選按照實(shí)施例I中所述的方法測(cè)定所述密度。
4.在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在步驟b)中，所述漿料懸浮體的稠度為至少30%，優(yōu)選地稠度為35%-80%,更優(yōu)選35%-75%,甚至更優(yōu)選35%~55%,以上稠度范圍包含端點(diǎn)值。
5.在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在離開(kāi)步驟c)的雙螺桿時(shí)，所述包含纖維素微纖維的組合物的肖伯爾-瑞格勒值(SR)為至少60° SR，優(yōu)選至少70° SR，甚至更優(yōu)選至少80SR。。
6.在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中在沒(méi)有進(jìn)行任何干燥之前并且在離開(kāi)所述方法的雙螺桿時(shí)，所述包含纖維素微纖維的組合物的肖伯爾-瑞格勒值(SR)為75° SR-90。SR，更優(yōu)選75° SR-88。SR，以上數(shù)值范圍包含端點(diǎn)值。
7.權(quán)利要求5或6所述的方法，其中按照實(shí)施例2中所述的方法測(cè)定所述SR值。
8.權(quán)利要求5或6所述的方法，其中按照標(biāo)準(zhǔn)'BSEN ISO 5267-1 2001'測(cè)定所述SR值。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中用自來(lái)水代替去離子水。
10.在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a)的包含纖維素纖維的組合物選自紙、廢紙、回收紙。
11.在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其包括添加一種或多種額外的添加劑的步驟，該步驟優(yōu)選在所述精制步驟之后進(jìn)行。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述額外的添加劑選自無(wú)機(jī)和有機(jī)填料、流動(dòng)改性劑、施膠劑、染料、有色顏料和媒染劑。
13.在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述精制雙螺桿是同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿或反向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿。
14.在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其還包括將所述包含纖維素微纖維的組合物漿料模塑成二維或三維成型體的步驟。
15.在前權(quán)利要求1-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其還包括將所述包含纖維素微纖維的組合物模塑成片材并將所述片材貼附至載體來(lái)形成地板磚的步驟。
16.可通過(guò)權(quán)利要求1-13中的任一項(xiàng)所述的方法獲得的包含纖維素微纖維的組合物。
17.權(quán)利要求15所述的組合物在制備二維或三維成型體的方法中的用途，所述成型體包括適合用作地板、墻板、天花板、包裝、印刷和書(shū)寫(xiě)材料和基材、家具、模塑包裝、樂(lè)器、汽車(chē)內(nèi)部、裝飾模塑的片材或板材以及顆粒。
18.纖維素纖維的原纖分離裝置，所述裝置包括雙螺桿傳送器，所述雙螺桿傳送器具有用于導(dǎo)入纖維素纖維和/或包含所述纖維的液體的入口，以及位于相對(duì)端的經(jīng)原纖分離的纖維經(jīng)由其離開(kāi)的出口，其特征在于，介于入口和出口之間，在所述雙螺桿傳送器中配置至少一組的精制部件和至少一個(gè)限流裝置。
19.權(quán)利要求17所述的裝置，其中配置多組精制部件，所述精制部件組被限流裝置隔開(kāi)。
20.權(quán)利要求18所述的裝置，其中傳送器的位于精制組處的部件用作對(duì)所述纖維實(shí)施原纖分離的搓揉部件。
21.權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述限流裝置是螺旋狀螺桿結(jié)構(gòu)，其降低材料經(jīng)過(guò)所述傳送器的流速。
22.權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述螺桿部件是三葉的。
23.權(quán)利要求18所述的裝置，其中以干形式引入所述纖維，并且配置有引入液體的裝置，所述液體將與所述纖維混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及纖維素纖維的原纖分離方法和裝置。該原纖分離是通過(guò)使未經(jīng)處理的或預(yù)處理的纖維素纖維漿單次或多次通過(guò)雙螺桿纖維加工機(jī)實(shí)現(xiàn)的，所述纖維素纖維漿的固體材料稠度優(yōu)選為35％-55％。在此加工操作中，任選地，為了最優(yōu)化用于特定終端用途的材料的性能，用額外的纖維和無(wú)機(jī)添加劑進(jìn)一步增強(qiáng)纖維漿。制得的超原纖分離的纖維漿可定義為肖伯爾-瑞格勒(SR)水平達(dá)到75SR-85SR的，和/或制備密度優(yōu)選為至少850kg/m3的壓合干燥板的纖維漿。
文檔編號(hào)D21J1/00GK102639786SQ201080038082
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者K·塔維迪, L·阿基利, R·巴慕斯泰德?tīng)? T·迪安 申請(qǐng)人:接口國(guó)際有限公司