專利名稱：固體合成燃料以及它作為木材代用品的用途的制作方法
一般來說，本發(fā)明涉及一種合成的木材代用品。
本發(fā)明尤其涉及一種固體的圓木形狀的燃料及其制備方法，這種燃料普遍由可以用作木材代用品的合成材料組成。
對于第三世界國家中由于砍伐森林、水土流失和沙漠化所造成的嚴(yán)重的生態(tài)和社會破壞，木材的易燃性應(yīng)用雖然不是唯一的因素，但是被認(rèn)為是一個重要的因素。由于戶外烹調(diào)(烤肉的野餐)的習(xí)慣，在比較發(fā)達的國家也已經(jīng)有記錄表明對木材和其它固體燃料的需要在不斷增加。
除了由石油來源而來的易燃產(chǎn)品之外，與木材相似的易燃產(chǎn)品的使用，可以顯著地減少產(chǎn)木地區(qū)的砍伐森林?？紤]到第三世界國家，特別是有抵制文化特征、至今仍然排斥接受更有價值的燃料如煤油和液化石油氣的情況的那些國家，以及考慮到節(jié)約時間的需要這兩方面的因素，在識別安全穩(wěn)定地供應(yīng)的廉價材料方面，可以找到一種合理的補救方法。
用植物廢料獲得人造的爐用圓木，在這一技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的，并且這種產(chǎn)品在市場上是可以買到的(參見US5393310，US4179269，US4333783和US4302210)。
與這些固體合成材料有關(guān)的問題通常是，這種材料部分地燃燒、在熱容量較低情況下的迅速燃燒以及產(chǎn)生燃燒殘余物(灰燼)。
此外，使用的可再生成分雖然是廢料，但是造成與砍伐森林有關(guān)的同樣問題即，可再生能源的周期性消耗比它們的自然增長高得多，因此，這個問題變成惡性循環(huán)。
為了解決這些問題，該技術(shù)中已經(jīng)提出用由纖維素廢料組成的圓木狀或顆粒狀人造易燃材料，該材料中加有不同數(shù)量的熱塑性樹脂。
例如，WO7900988公開了一種組合物，含有含量為1-10％的熱塑性聚合物。
US5342418認(rèn)為熱塑性樹脂(優(yōu)選聚烯烴)的百分比可以高達60％，但是，實際上舉例的含量為15-30％。
US4952216涉及一種易燃材料，這種材料含有作為主要成分(66-76％)的再循環(huán)聚乙烯。然而，這種廢料的使用具有一些缺點，這些缺點是出自于燃燒相中放出的有害和有毒的物質(zhì)。
US4236897涉及一種易燃材料，這種材料在室溫下含有50-99％的纖維素材料和1-50％的熱塑性樹脂固體。這種熱塑性樹脂優(yōu)選以低于25％重量的含量存在，實際上含量高于這個值會對最終產(chǎn)品的燃燒性能產(chǎn)生不利的影響。
只由熱塑性材料組成的合成易燃材料不能形成適合的木材代用品，這是因為它們在短時間內(nèi)燃燒不完全并且往往會熄滅(參見US4236897)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，用本發(fā)明的固體燃料能克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，這種固體燃料是通過將發(fā)泡劑加到熔融態(tài)的合成材料中獲得的。
根據(jù)這一點，本發(fā)明的第一個方面涉及一般由合成材料組成的固體、圓木狀燃料，這種燃料可用作木材的代用品，它是用如下方法制得的，該方法的特征在于1)在熔融態(tài)混合以下產(chǎn)品(a)含量為70-97％重量的高分子量的熱塑性樹脂，該樹脂的密度為0.8-1.0g/cm3，熔點等于或低于230℃；(b)含量為3-30％重量的低分子量的樹脂；(c)對每千克熱塑性樹脂(a)含量為0.02-0.5摩爾的選自無機或有機化合物的發(fā)泡劑；2)通過陽模擠出這種熔融的混合物；以及最后3)將擠出的物料切成圓柱形狀。
可以用作本發(fā)明燃料的主要成分的熱塑性樹脂通常是聚烯烴，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯以及它們的共聚物。
優(yōu)選使用熔點等于或低于180℃并且密度為0.85-0.97g/cm3的樹脂。
由于含芳基的熱塑性樹脂在燃燒不完全的情況下會放出有害物質(zhì)，所以即使它們符合上述熔點標(biāo)準(zhǔn)，它們也不適于制備本發(fā)明的燃料。
可用于本發(fā)明的低分子量(MW為268-2000)的樹脂例如是石油來源的蠟或來自于費-托類合成法的衍生物。
優(yōu)選以基于熱塑性樹脂的5-15％重量的含量，使用這些樹脂。
用于控制形成多孔性的發(fā)泡劑可以是無機的或有機的發(fā)泡劑，無機發(fā)泡劑例如是CO2、N2、空氣、蒸汽或Ar，有機發(fā)泡劑選自C1-9的脂族烴或一些化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)例如是偶氮二碳酰胺、偶氮二異丁腈、N，N′-二甲基-N，N′-二亞硝基對苯二酰胺和三肼基三嗪。優(yōu)選用CO2作為發(fā)泡劑。
用于制備本發(fā)明燃料的發(fā)泡劑的含量，相對于每千克熱塑性樹脂一般為0.02-0.5摩爾，優(yōu)選為0.05-0.3摩爾。
本發(fā)明的燃料另外還可以含有含碳物質(zhì)，這種含碳物質(zhì)選自廢樹脂、纖維素、木質(zhì)物或碳質(zhì)物，這種含碳物質(zhì)的含量基于熱塑性樹脂的重量最多為27％。
可以用市場上能買到的普通設(shè)備，例如發(fā)泡擠出機或擠出研磨機，來制備本發(fā)明的固體燃料。
發(fā)泡擠出機通常包括固體顆粒樹脂的加料系統(tǒng)、使該樹脂熔融或者使各種成分混合成為熔融體的加熱系統(tǒng)、引入發(fā)泡劑的系統(tǒng)、使發(fā)泡劑均勻地分布在熔融體中的混合系統(tǒng)以及使熔融體冷卻至擠出溫度的冷卻系統(tǒng)。使熔融體通過陽模從高壓區(qū)到低壓區(qū)擠出。借助于通過減壓使發(fā)泡劑膨脹來產(chǎn)生發(fā)泡結(jié)構(gòu)。
Tandem型擠出機是特別優(yōu)選的，它由第一擠出機和第二擠出機組成，第一擠出機具有高加料速度以便混合和使發(fā)泡劑在熔融體中均勻地分布，第二擠出機具有用于冷卻步驟的低加料速度。
擠出機中的溫度的特點是，相對于所用的熱塑性樹脂的特定的熔點，在熔融區(qū)高于該熔點10-20℃，在混合區(qū)和發(fā)泡劑的注入中低于該熔點20-40℃，以及在冷卻區(qū)低于該熔點40-60℃。
擠出陽模處的壓力為2-10MPa。
在優(yōu)選的條件下進行操作時，以100-200MPa的壓力和高于31℃的溫度，將CO2引入到熔融態(tài)的混合物中。
將必須要使其顆粒減小成小尺寸顆粒的含碳物質(zhì)加到熔融的聚合物混合物中時，一般使用擠出研磨機。
然后，通過將粒狀的熱塑性樹脂、蠟和含碳物質(zhì)加入到擠出研磨機中，來制備固體的合成燃料，擠出研磨機從市場上能買到的那些中選擇，例如，由California Pellet Mill Company生產(chǎn)的擠出研磨機；擠出機中原料和器壁之間的摩擦產(chǎn)生使樹脂和蠟熔融所需要的熱量，由此使含碳物質(zhì)粘合和englobe。
然后將發(fā)泡劑連續(xù)地注入到擠出研磨機內(nèi)熔融的聚合物熔體中。然后通過陽模將物料擠出并用刀切成圓柱形狀。
按照ASTM D3576測定，在優(yōu)選條件下操作時獲得的燃料所帶有的含有CO2的氣泡的尺寸為0.11-0.076mm。
由于眾所周知CO2對乙烯聚合物有透氣性，因此在老化過程中這種發(fā)泡劑逐漸地通過氣泡壁滲透并且被擴散到這種燃料中的空氣所取代。這個過程在大約一個月內(nèi)達到基本上平衡的狀態(tài)。
在內(nèi)部氣泡中含有空氣的發(fā)泡結(jié)構(gòu)有助于改善只是發(fā)生在人造圓木內(nèi)表面的高溫分解；反之亦然，只是使產(chǎn)品完全燃燒，但是不能使氣泡內(nèi)產(chǎn)生的高溫分解產(chǎn)物擴散到外面。由此方法，通過增加高溫分解產(chǎn)物和燃燒中間產(chǎn)物在高溫下的停留時間，可以促進完全燃燒為CO2和H2O。
這種結(jié)構(gòu)可以在不放出燃燒不完全的產(chǎn)物例如灰、醛、酮或多核芳香烴(PNA)的情況下，提供伴隨有可見火焰的長燃燒時間并且同時保證完全燃燒。
本發(fā)明的合成燃料的比重(與4℃時的水相比)為0.40-1.40，優(yōu)選0.60-0.90，氣泡尺寸為0.11-0.076mm。
這種材料的熱容量為16-32GJ/t，優(yōu)選22-27GJ/t。
通過ISO 589-81法所測定的含水量低于2％。
灰分含量(干基)低于3％，在合成燃料沒有含再循環(huán)材料的情況下灰分含量為1-0.1％。
通過ISO562-81法測定的揮發(fā)性物質(zhì)的含量為80-90％。
通過按ASTM D3172-73法的差值計算出的固定的碳的含量為5-10％。
在沒有含再循環(huán)材料的純合成燃料的情況下，硫含量低于0.01％重量。
相對于已知現(xiàn)有技術(shù)的易燃材料，本發(fā)明的合成燃料具有以下優(yōu)點-生產(chǎn)和供應(yīng)有保證(不受季節(jié)/生物循環(huán)或者再循環(huán)廢產(chǎn)物的限制)；-能大規(guī)模生產(chǎn)，適合于當(dāng)今世界對用作能源的木材的消耗超過600000000Tep(石油的當(dāng)量噸)，占砍伐森林所毀壞地區(qū)的30％的木材產(chǎn)量；和-對環(huán)境的影響較小，這是因為特別是相對于再循環(huán)的塑料、碳的衍生物和歸類為生物物質(zhì)的材料，這種材料實際上不含雜原子(Cl、S、重金屬元素等)。
權(quán)利要求
1.一種固體的圓木狀燃料，該燃料一般由合成材料組成，可被用作木材的代用品，是用以下方法制得的，該方法的特征在于1)在熔融態(tài)混合以下產(chǎn)品(a)含量為70-97％重量的高分子量的熱塑性樹脂，該樹脂的密度為0.8-1.0g/cm3，熔點等于或低于230℃；(b)含量為3-30％重量的低分子量的樹脂；(c)對每千克熱塑性樹脂(a)含量為0.02-0.5摩爾的選自無機或有機化合物的發(fā)泡劑；2)通過陽模擠出這種熔融的混合物；以及最后3)將擠出的物料切成圓柱狀。
2.權(quán)利要求1的燃料，其特征在于熱塑性樹脂是選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或它們的共聚物的聚烯烴。
3.權(quán)利要求2的燃料，其特征在于熱塑性樹脂的熔點等于或低于180℃。
4.權(quán)利要求1的燃料，其特征在于低分子量的樹脂選自石油來源的蠟或來自于費-托類合成法的衍生物。
5.權(quán)利要求4的燃料，其特征在于以基于熱塑性樹脂5-15％重量的含量使用低分子量樹脂。
6.權(quán)利要求1的燃料，其特征在于發(fā)泡劑選自無機化合物例如CO2、N2、Ar或蒸汽，或者選自有機化合物例如C1-9的脂族烴或一些化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)例如是偶氮二碳酰胺、偶氮二異丁腈、 N，N′-二甲基-N，N′-二亞硝基-對苯二酰胺和三肼基三嗪。
7.權(quán)利要求6的燃料，其特征在于發(fā)泡劑是CO2。
8.權(quán)利要求1的燃料，其特征在于對每千克熱塑性樹脂，發(fā)泡劑的含量為0.05-0.3摩爾。
9.權(quán)利要求7的燃料，其特征在于以100-200MPa的壓力，將發(fā)泡劑引入到聚合物混合物中。
10.權(quán)利要求1的燃料，其特征在于該燃料另外還含有選自再循環(huán)的塑料、纖維素、木質(zhì)物或碳物質(zhì)的含碳物質(zhì)，這種含碳物質(zhì)的含量基于熱塑性樹脂的重量計最多為27％。
11.權(quán)利要求1的燃料，其特征在于該燃料的比重為0.60-0.90，其中存在的氣泡的尺寸為0.11-0.076mm。
全文摘要
一種固體的圓木狀燃料，一般由合成材料組成，該燃料用作木材的代用品，制法包括1)在熔融態(tài)混合(a)70-97％重量的高分子量熱塑性樹脂，其密度為0.8-1.0g/cm
文檔編號C10L5/00GK1150170SQ96112588
公開日1997年5月21日 申請日期1996年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月14日
發(fā)明者P·加里巴底, L·佩萊格里尼 申請人:尤羅恩股份公司