復(fù)合材料的制作方法
【專利說明】復(fù)合材料 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本申請涉及天然纖維塑料復(fù)合物，包含該天然纖維塑料復(fù)合物的產(chǎn)品，以及制備 所述復(fù)合物和產(chǎn)品的方法。本申請更具體涉及包含脫墨污泥作為填料和/或加強(qiáng)材料的天 然纖維塑料復(fù)合物。
[0002] 背景
[0003] 天然纖維塑料復(fù)合產(chǎn)品通常包含有機(jī)纖維材料和至少一種塑料聚合物，所述有機(jī) 纖維材料通常來源于木材，例如鋸肩。所述復(fù)合產(chǎn)品可用于諸多用途，例如用于家具、甲板、 柵欄、窗框和門框。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)脫墨污泥可用作天然纖維塑料復(fù)合產(chǎn)品中的填料和/或加強(qiáng)材料。在脫 墨工藝中脫墨污泥作為側(cè)流形成，通常包含礦物填料、纖維和油墨。至今為止所述側(cè)流已經(jīng) 用作填埋物或燃燒物。干污泥的組分通常包含約20% (w/w)的纖維素纖維和約70%的礦 物，主要是碳酸鈣。油墨的量很少，但是非常重要，因?yàn)樗绊懽罱K產(chǎn)品的外觀，使污泥在復(fù) 合產(chǎn)品中的應(yīng)用很有挑戰(zhàn)性。
[0005] -個(gè)實(shí)施方式提供一種發(fā)泡形式的天然纖維塑料復(fù)合產(chǎn)品，該產(chǎn)品包含熱塑性聚 合物和干燥的脫墨污泥，所述污泥包含纖維素纖維和礦物。
[0006] -個(gè)實(shí)施方式提供一種制備所述包含脫墨污泥的天然纖維塑料復(fù)合物的方法。
[0007] -個(gè)實(shí)施方式提供包含所述天然纖維塑料復(fù)合物的復(fù)合產(chǎn)品，所述天然纖維塑料 復(fù)合物包含脫墨污泥。
[0008] -個(gè)實(shí)施方式提供一種天然纖維塑料復(fù)合產(chǎn)品，其包含第一層和第二層，所述第 一層形成所述產(chǎn)品的至少一部分表面，其中，
[0009] -第一層包含熱塑性聚合物和纖維素基顆粒，
[0010] -第二層包含熱塑性聚合物和脫墨污泥，所述污泥包含纖維素纖維和礦物。
[0011] -個(gè)實(shí)施方式提供了一種制造天然纖維塑料復(fù)合產(chǎn)品的方法，該方法包括：
[0012] -形成產(chǎn)品的第一層，所述第一層包含熱塑性聚合物材料和纖維素基顆粒，所述第 一層形成產(chǎn)品的至少一部分表面，和
[0013] -由包含熱塑性聚合物和脫墨污泥的混合物形成產(chǎn)品的第二層，所述污泥包含纖 維素纖維和礦物。
[0014] 獨(dú)立權(quán)利要求中揭示了主實(shí)施方式。在從屬權(quán)利要求中揭示了各種實(shí)施方式。除 非另有說明，從屬權(quán)利要求中所述的特征可以互相自由組合。
[0015] 當(dāng)商品填料被常常認(rèn)為是廢料的材料替代時(shí)，提供了與環(huán)境壓力相關(guān)的效應(yīng)。
[0016] -方面，當(dāng)填埋場中的廢料可用于他處，這些廢料的量可以減少。而且，需要燃燒 的廢料也減少，因此釋放的溫室氣體也減少。此外，在復(fù)合材料中可以包括相對較多的脫墨 污泥。
[0017] 另一方面，新鮮填料如滑石或碳酸鈣的量減少，不可再生的天然資源的用量減少。 例如，新鮮填料的開采和再加工（例如研磨）消耗大量能量和資源。財(cái)政上可以節(jié)省大量 開支，因?yàn)樗鰝?cè)流的總成本預(yù)估約為18M€。如果這些側(cè)流可轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品如填料和加 強(qiáng)材料，財(cái)政價(jià)值變得更高。
[0018]當(dāng)在復(fù)合物中用脫墨污泥（通常具有較低的纖維含量）代替新鮮填料和/或加強(qiáng) 纖維時(shí)，在復(fù)合產(chǎn)品的制備方法中可使用較高的溫度。這提供了可以使用具有較高熔化溫 度的熱塑性聚合物而不會(huì)損害填料和加強(qiáng)材料的效應(yīng)。這樣能夠制備耐熱性復(fù)合物，可用 作例如技術(shù)塑料或用于代替聚酰胺玻璃纖維。
[0019]當(dāng)含再循環(huán)污泥的聚合物發(fā)泡時(shí)，在較高填料含量下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高熔體強(qiáng)度。這 通常是有挑戰(zhàn)性的，提供獲得高品質(zhì)產(chǎn)品的效果，所述高品質(zhì)是例如增加的剛度和尺寸穩(wěn) 定性，以及降低的重量和成本。
[0020] 所得到的具有良好熔體強(qiáng)度的復(fù)合材料能制備耐久且均勻的產(chǎn)品，該產(chǎn)品可用于 例如具有薄層或薄壁的產(chǎn)品。
[0021] 當(dāng)含脫墨污泥的復(fù)合材料用于具有至少兩層的復(fù)合產(chǎn)品時(shí)，再循環(huán)的含油墨材料 的不佳外觀可以被另一復(fù)合物層覆蓋，但是，該另一復(fù)合物層應(yīng)與含污泥的復(fù)合物相容。這 樣提供的效果是，在產(chǎn)品中可以使用大量含油墨材料，產(chǎn)品具有可接受的表面外觀，在發(fā)泡 時(shí)是輕質(zhì)且耐久的。含污泥的復(fù)合物提供加強(qiáng)性質(zhì)，可以通過能夠進(jìn)行兩個(gè)不同復(fù)合物層 之間良好粘附的方法制備。
[0022] 附圖簡要說明
[0023] 圖la-le顯示兩層產(chǎn)品的例子。
[0024] 圖2顯示依據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的設(shè)置的一個(gè)例子。
[0025] 圖3以簡化示意圖的方式顯示依據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的方法的一個(gè)例子。
[0026] 圖4顯示所得產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度和撓曲強(qiáng)度。
[0027] 圖5顯示所得產(chǎn)品的抗沖強(qiáng)度。
[0028] 圖6顯不產(chǎn)品的一個(gè)例子。
[0029]發(fā)明詳述
[0030] 除非另有說明，文中揭示的百分?jǐn)?shù)值表示干重的重量百分?jǐn)?shù)。一個(gè)實(shí)施方式提供 了一種天然纖維塑料復(fù)合產(chǎn)品，該產(chǎn)品包含至少一種熱塑性聚合物、有機(jī)纖維和礦物填料， 其中所述復(fù)合產(chǎn)品含有或包含脫墨污泥，所述脫墨污泥含有或包含有機(jī)纖維如纖維素纖維 和礦物。有機(jī)纖維和礦物纖維至少部分地來源于脫墨污泥。脫墨污泥可提供含有機(jī)纖維和 礦物填料的材料的至少50 % (w/w)，或至少60 % (w/w)，或至少70 % (w/w)，或至少80 % (w/ w)，或至少90% (w/w)，或至少95% (w/w)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所有有機(jī)填料和礦物填料 來源于脫墨污泥，或至少99% (w/w)來源于此。但是，在一些情況中，可以添加額外的有機(jī) 纖維，例如纖維素纖維，以增強(qiáng)復(fù)合產(chǎn)品的強(qiáng)度，例如添加的量可以為纖維的30 - 50% (w/ w)。在一個(gè)例子中，其它再循環(huán)材料可作為填料和/或加強(qiáng)材料加入，例如含再循環(huán)塑料、 粘合劑、硅酮等的材料。這些材料可源自例如紙和塑料層壓物。這些材料可構(gòu)成復(fù)合產(chǎn)品 中約10 - 90% (w/w)的填料和/或加強(qiáng)材料，例如常規(guī)復(fù)合物中50 - 90%，或發(fā)泡復(fù)合物 中 10 - 20%。
[0031] 脫墨是從再循環(huán)紙的紙纖維中除去印刷油墨從而制得脫墨漿料的工業(yè)方法。剩余 的不可用材料主要是油墨、塑料、填料和短纖維，稱為污泥。所生產(chǎn)的污泥被認(rèn)為主要是兩 種類型：高灰污泥（>30%干重）和低灰污泥（〈30%干重）。高灰污泥是紙漿廠產(chǎn)生的化學(xué) 絮凝污泥，由再循環(huán)纖維生產(chǎn)紙所產(chǎn)生的原污泥，以及造紙廠產(chǎn)生的脫墨污泥。低灰污泥表 示紙漿廠或造紙廠產(chǎn)生的原污泥、二次污泥或生物污泥。
[0032] 用于制備復(fù)合產(chǎn)品的原料通常由污泥形成，所述污泥包含廢紙?zhí)幚砗?或造紙廠 和/或廢水處理設(shè)施的廢棄物。通過在至少一個(gè)干燥步驟中干燥來處理污泥。所述污泥包 含來自廢紙?zhí)幚砗?或造紙廠和/或廢水處理設(shè)施的廢棄物，例如污泥、廢棄物和殘余物。 在一個(gè)實(shí)施方式中，污泥至少包含來自廢水處理的廢棄物，諸如污泥、廢棄物和殘余物，例 如RCF污泥。在一個(gè)實(shí)施方式中，污泥主要包含來自廢紙?zhí)幚淼膹U棄物，例如來自脫墨工藝 的廢棄物，例如RCF污泥。此外，污泥可包含來自造紙廠的廢棄物，例如污泥、廢棄物和殘余 物。通常，這些造紙廠廢棄物不包含生物污泥。此外，污泥可包含來自廢水處理設(shè)施的廢棄 物，例如污泥，例如原污泥和/或生物污泥。此外，污泥可包含來自任何紙工業(yè)處理的廢棄 物，例如污泥、廢棄物和殘余物。此外，污泥還可包含來自其它工藝的污泥和廢棄物。在本 文中，RCF污泥表示任何RCF廢棄物，例如脫墨廢棄物或任何來自RCF工藝的不同RCF廢棄 物的組合，即來自再流通或再循環(huán)的纖維設(shè)施，其中對廢紙進(jìn)行處理。污泥可包括紙涂層中 使用的礦物，填料和印刷油墨，以及纖維，細(xì)料，粘性材料如淀粉，膠乳和粘合劑，以及其它 無機(jī)組分和/或少量其它組分，優(yōu)選其它廢棄組分。在一個(gè)例子中，污泥包含50 - 90% (w/ w)，例如60 - 80% (w/w)的無機(jī)組分。在一個(gè)例子中，污泥包含小于90% (w/w)，例如小于 85% (w/w)的無機(jī)組分。在一個(gè)例子中，污泥包含大于55% (w/w)，例如大于60% (w/w)的 無機(jī)組分。污泥可以是高固體污泥，其中干固體含量可約為50 - 70%。污泥在使用之前可 以脫水，形成高固體污泥。在一個(gè)例子中，在脫水過程中利用重力臺(tái)、盤式過濾器和/或螺 旋壓機(jī)等對污泥進(jìn)行處理。
[0033] 在一個(gè)例子中，污泥包含50-100% (w/w)來自廢紙?zhí)幚淼膹U棄物。在一個(gè)例子中， 污泥包含80-100% (w/w)的來自廢紙?zhí)幚淼膹U棄物。在一個(gè)例子中，污泥包含大于80% (w/w)、優(yōu)選大于90% (w/w)的來自廢紙?zhí)幚淼膹U棄物。在一個(gè)例子中，污泥包含大于80% (w/w)的RCF污泥。在一個(gè)例子中，污泥包含大于90% (w/w)的RCF污泥。在一個(gè)例子中， 污泥包含80-100 % (w/w)的RCF污泥。在一個(gè)例子中，污泥包含小于50 % (w/w)，或小于 40% (w/w)，或小于30% (w/w)或小于20% (w/w)的來自造紙廠的廢棄物。在一個(gè)例子中， 污泥包含小于10% (w/w)的來自造紙廠的廢棄物。在一個(gè)例子中，污泥包含小于50% (w/ w)，或小于40% (w/w)，或小于30% (w/w)，或小于20% (w/w)的來自廢水處理設(shè)施的污泥。 在一個(gè)例子中，污泥包含小于10% (w/w)來自廢水處理設(shè)施的污泥。在一個(gè)例子中，污泥包 含小于50% (w/w)，或小于40% (w/w)，或小于30% (w/w)的來自造紙廠的廢棄物和來自 廢水處理設(shè)施的污泥。在一個(gè)例子中，污泥包含小于20% (w/w)的來自造紙廠的廢棄物和 來自廢水處理設(shè)施的污泥。在一個(gè)例子中，污泥包含50-100% (w/w)的來自造紙廠的廢棄 物。在一個(gè)例子中，污泥包含小于50% (w/w)的來自廢紙?zhí)幚淼膹U棄物。
[0034] 可以在一個(gè)或多個(gè)干燥步驟中進(jìn)行干燥。在一個(gè)例子中，干燥在一個(gè)步驟中進(jìn)行。 在一個(gè)例子中，干燥在至少兩個(gè)干燥步驟中進(jìn)行。優(yōu)選地，在干燥后，干污泥的水分含量低 于15%，或低于10%，或低于5%，或低于4%，或低于3%，或低于2%，或低于1 %。
[0035] 可利用選自下組的干燥裝置進(jìn)行干燥：間接干燥器，直接污泥干燥器，槳式干燥 器，閃蒸干燥器，流化床干燥器，旋風(fēng)干燥器，空氣干燥器，空氣研磨器，轉(zhuǎn)子磨機(jī)，離心磨 機(jī)，空氣紊流磨機(jī)，空氣紊流干燥器，任何其它合適的干燥機(jī)和其它合適的磨機(jī)，以及它們 的組合?？衫闷渲蓄w粒被相互隔開的空氣干燥器或空氣研磨器進(jìn)行干燥。在一個(gè)例子中， 通過轉(zhuǎn)子磨機(jī)進(jìn)行干燥。當(dāng)在轉(zhuǎn)子磨機(jī)中進(jìn)行干燥時(shí)，熱干燥和機(jī)械干燥可同時(shí)進(jìn)行，確保 干燥過程中材料的纖維化和干燥。不需要額外的纖維化步驟。其它干燥裝置也是可行的。 在一個(gè)例子中，干燥裝置還可用作研磨器。在一個(gè)例子中，研磨器可用作干燥裝置。在一個(gè) 例子中，在干燥的同時(shí)進(jìn)行纖維化。在一個(gè)例子中，在干燥中可使用低溫。在一個(gè)例子中， 在 25-170°C、優(yōu)選 25-100°C或 100-170°C、更優(yōu)選 25-60°C或 50-100°C或 100-160°C的溫度 下干燥污泥。重要的是，對溫度加以選擇，使有機(jī)組分不會(huì)被破壞。此外，殘余熱量，例如來 自磨機(jī)的殘余熱量可用于本發(fā)明的方法。
[0036] 在一個(gè)例子中，該方法包括在污泥干燥后分離或崩解團(tuán)聚物的額外步驟?？墒褂?本身已知的任何崩解或壓碎裝置進(jìn)行團(tuán)聚物的崩解。
[0037] 在一個(gè)例子中，污泥的壓碎與干燥結(jié)合進(jìn)行。在一個(gè)例子中，團(tuán)聚物在干燥過程中 破裂，因此不需要單獨(dú)的壓碎步驟。在一個(gè)例子中，該方法在干燥之前包括壓碎污泥的預(yù)處 理步驟。可用本身已知的任何壓碎裝置進(jìn)行壓碎處理。
[0038] 復(fù)合產(chǎn)品中使用的脫墨污泥通常在運(yùn)輸和/或使用之前進(jìn)行干燥。干污泥的含 水量或濕含量可以為0. 1 - 10% (w/w)，例如0. 1 - 1 % (w/w)。污泥可包含25 - 45% (w/ w)的有機(jī)材料和55 - 75% (w/w)的礦物，通常大多是碳酸鈣（通常占總含量的50 - 60% (w/w))。其它礦物包含高嶺土和滑石。有機(jī)材料包含有機(jī)纖維，主要是纖維素纖維，粘合 劑，膠乳，淀粉和其它提取的木組分，例如樹脂，脂肪和樹脂酸。在一些例子中，污泥包含約 17-19%的纖維素纖維。粘性物（粘合劑，膠乳，淀粉等）的量可以例如約為11-13%，提 取物的量約為〇. 5%。在一個(gè)實(shí)施方式中，污泥含10 - 30% (w/