CN101044270A - 容易由于生物活动而降解的纤维材料的处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

容易由于生物活动而降解的材料在全部被微生物例如细菌和真菌降解之前利用臭氧来处理。臭氧渗透该材料，不仅使活性有机物本身失活，而且使细菌和真菌的孢子失活。臭氧处理实施至少一个循环，所述循环包括使该材料在容器(3)中经受500mBar的负压、然后用含臭氧的气体填充该容器(45)。在优选实施方案中，可以在臭氧处理之前实施至少一个蒸汽处理循环(45)，基本包括施加真空(40，44)、然后用蒸汽填充该容器(43)，尤其是用约80℃的蒸汽。

Description

容易由于生物活动而降解的纤维材料的处理方法和设备

技术领域

本发明涉及处理容易由于生物活动而降解的纤维材料、特别是棉包(bales)的方法以及用于实施该方法的设备。

背景技术

为了商业和运输目的，原棉被压缩成包。目前，棉包被限定为具有8.5％水含量，因为它们的价格由重量来确定。但是，由于是生物材料并且负载这些水含量，因此棉易于腐烂，即由于细菌、真菌等而生物降解。

US-6,557,267(Wanger；2001年4月27日提交)描述了一种用于抑制或至少延迟棉包腐烂过程的方法，该文献通过引用并入本文。使棉包交替重复地经历真空和“水气”，即基本为蒸汽(“蒸汽处理”)。这样，由于棉包芯和棉包外部之间的压差驱动蒸汽深深渗入棉包中。通常，蒸汽的温度为约80℃(“蒸汽处理温度’)并且以约0.5Bar的压力来施加，该压力等于蒸汽处理温度下的水蒸气压力。

该过程的进行使得甚至棉包芯达到约80℃的温度。在该温度下，大多数活性微生物被破坏或失活。但是，例如真菌的孢子存活，因此一段时间后真菌的生长又将发生，例如在1～2个月之后。

类似的腐烂或降解影响在纱和织物材料中也可观察到，所述纱和织物材料至少部分由容易遭受这种降解的纤维材料组成。具体地，纱在交易时也具有8.5％的水含量，这促进了生物活动。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种为纤维材料特别是棉包提供改进保护的方法，所述纤维材料容易由于生物活动而降解，更具体而言是由于包括真菌的微生物的活动而降解。

因此，通过臭氧渗透纤维材料，或者更精确而言，通过具有有效浓度臭氧的气体渗透纤维材料，使包括其孢子的微生物被更有效和更充分地破坏或失活。具体地，所述材料可以是(原)棉包。

在包括权利要求的全部说明书中，术语“微生物”是指任意种类的微生物体，例如细菌和真菌，或者是其活性形式或者其孢子。对于孢子，是指细菌和真菌的耐久形式。

除非另有说明，百分比为重量百分比。

优选的是，在蒸汽处理之后用臭氧来处理即所谓臭氧处理，例如根据US-6,557,267。

根据权利要求14，用于实施该方法的设备包含用于容纳纤维材料的容器、排气或真空泵以及臭氧发生器。通常，由于实践的原因，需要臭氧破坏装置和空气清洗装置，以通过清洗容器中的环境建立可接受的工作条件。需要后一种装置以符合工作条件和环境保护的要求。

如上所述，在优选实施方案中，根据本发明的设备另外包含蒸汽处理所需的装置。

附图说明

现在将参考附图利用非限制性典型实施方案来进一步说明本发明。

图1表示根据本发明的设备的示意图；

图2表示第一实施方案的温度和压力对时间的曲线；和

图3表示第二实施方案的温度和压力对时间的曲线。

结构

实施本方法的设备1围绕装有待处理材料的容器3布置。所述材料可以是原棉包，但也可以是未染色的棉纱管、棉织物匹、编织物、毡、绒布等。除了纯棉纤维材料，也可以来考虑容易生物降解的作为纯材料形式或与棉结合的其它天然纤维材料例如苎麻、剑麻、黄麻、亚麻、毛、丝。通常，这些材料具有生物来源。

容器3经臭氧供应阀14、清洗阀16、真空阀18和蒸汽阀20分别连接臭氧储存器5、清洗气体管7、真空泵9和蒸汽发生器11。

容器3和臭氧储存器5分别经排泄阀22、23连接排泄管线25。排泄管线25提供有通风臭氧破坏器(vent ozone destructor)(VOD)装置27和传感器28，用于测定排泄管线25中的臭氧浓度。通风臭氧破坏器装置27将臭氧浓度降低到可将废气排放到环境中的程度。

臭氧储存器5的排泄阀23允许在过压的情况下处理臭氧或者在工作中断之后或长时间不使用时将其内容物完全交换。

由臭氧发生器32经臭氧发生器阀30向臭氧储存器32供应臭氧。臭氧发生器32是已知的类型，例如利用电介质阻挡放电的一类。向臭氧发生器32提供清洗气体作为工作气体。该气体由气体源34供应。

作为替代方案，臭氧发生器32可具有其自身的气源，例如纯氧，从而为储存器5生产高臭氧浓度的气流。清洗气体可以是空气，该空气被纯化以避免在清洗步骤期间处理材料的微生物二次污染。如果气源34用于臭氧发生器32，则气体需另外符合后者的要求，即它必须具有至多例如-60℃的露点并且必须不含灰尘和烃类。例如，利用纯氧，可以达到最高约14％的臭氧浓度，而利用空气和用电介质阻挡放电型臭氧发生器可实现至多约4.5％的臭氧。

为了使臭氧储存器5保持较小，其在高压下充填含臭氧的气体。因此，臭氧发生器是供应至少1bar过压的含臭氧气体的一类发生器。

操作

将待处理的材料例如棉包储存在容器3中并关闭容器3。

图2表示在处理期间的温度38[℃]和压力39[mBar]对时间[分钟]的演变。在初始阶段，通过打开真空阀18在容器3中产生100mBar的第一真空40。由此，尽可能除去最初所含的空气。当然，由此可能已经杀灭了高级生物体例如昆虫。

在第二阶段，在时间42期间实施一到五个蒸汽处理循环。第一，打开蒸汽阀20，以使容器3充满蒸汽。约2分钟之后，关闭蒸汽阀20并打开真空阀18，在约2分钟内将压力再次降至约200mBar。在蒸汽处理周期43的过程中，容器中的压力为约500mBar，温度为约80℃。如上所述，该压力由选定的蒸汽处理温度例如80℃下水蒸气压力所确定。还应该注意的是，棉包芯中的温度仅在最后蒸汽处理周期43中达到约80℃，特别是在棉包被压实的情况下。

换言之，蒸汽处理循环通常重复进行，并且以一定的方式选择蒸汽处理持续时间和真空回收蒸汽之比，使得至少在最后周期过程中，所处理材料(例如棉包)单元的所谓芯温度达到蒸汽处理温度。

还发现，容器中温度在每一个负压周期的结束44处降低到约60℃。但是，该温度是任意的并且仅仅与系统的热特性相关(绝缘、建立负压所需的时间、蒸发等)。

第五蒸汽处理周期之后是臭氧处理阶段45，其进行约5分钟并且在该期间容器中的压力达到环境压力(1Bar)。通过打开臭氧供应阀14，利用来自臭氧储存器5的臭氧填充容器。当合理尺寸的臭氧储存器不能够经过合理的努力在仅仅几分钟内供应所需体积的臭氧时，利用臭氧处理阶段之间的时间，使用较低输出速率的臭氧发生器来填充臭氧储存器5。

由于容器3中的压力仍为约500mBar或更低，因此臭氧被引入到材料中。此外，只要存在可利用的游离臭氧，则它在材料内部保持活性并且继续使微生物和孢子等失活，而且特别是在后续阶段过程中。

在臭氧处理阶段45之后，通过打开清洗阀16来清洗容器3。清洗过程通常利用由气源34供应的纯净空气或氧气来进行，持续该过程直到臭氧传感器28显示容器可以打开没有危险。

关闭清洗气体阀16并且打开容器3。移除材料并将其包裹在大致微生物密封的包装例如箔中。该包装使得在材料中保持含臭氧的气氛。以往，材料已经被封装在密封的包装中以维持8.5％的水含量，因此现有的封装步骤一般是充分的，并且可以稍稍改进以改良微生物密封性。

由于臭氧具有灭菌和抗微生物效果并且在材料内，因此长期的危害仅仅是来自环境的再次污染。但是，除了封装之外，材料本身的外周具有过滤效果并且阻止微生物和孢子的渗透和二次污染。具体地，材料芯(例如棉包)中几乎不可见的可怕腐烂被有效抑制。

图3表示根据本发明方法的一般性实施方式，与图2所表示的相同，图3使用相同的附图标记表示对应的步骤。在此，实施n个蒸汽处理循环，接着实施m个臭氧处理喜欢，m+n＝总循环数。具体地，在所述m个臭氧处理步骤的每一个之前经过负压周期48，在该负压周期48期间，容器2内的压力降低至100～约500mBar。由于含臭氧的气体相对较冷，因此温度在臭氧处理循环过程中降低并且达到环境温度，由虚线49表示。

在m个臭氧处理循环之后，可以在臭氧处理之后类似地进行如上文参考图2所述的步骤。

由上所述，本领域技术人员可以构想出其它的变化方案，例如变换蒸汽处理和臭氧处理的次数。但是，最后步骤是臭氧处理步骤，以便保持在打包材料例如棉包内保留臭氧作用的优点。

还注意到，臭氧还可以具有漂白效果，这至少在处理棉包的情况下是另一个优点。

另一方面在于，臭氧甚至杀灭高级生物体例如昆虫。具体地，在跨境贸易中，可以避免特殊并且通常是环境上危险的处理，例如利用甲溴、氰酸或其它杀生物剂的熏蒸。

从上述实施例，本领域技术人员能够衍生出许多变化方案以及替代方案，而不偏离由权利要求所限定的本发明的保护范围，例如：

-本发明可应用于压实或未压实的原棉、易于通过微生物和其它活生物体而降解、腐烂等的生物来源的其它纤维材料、或者含有包括棉与其它成分例如合成纤维或羊毛的混合物中的这些纤维材料的材料。

-应用于纱管和线管或织物，特别是显著厚度或致密堆叠布置的这些物质。例如棉包、纱管和线管通常需要具有8.5％的水含量，这促进了微生物的生长。

-通过重复施加真空和灌注臭氧来实施臭氧处理，而不预先进行蒸汽处理。在清洗之后，将处理的材料再次放入微生物密封的包装中或卷起，以使臭氧保持在材料的内部。

-特别是对于紧密压实的材料，可以实施多于一个的臭氧处理循环，如参考图3所描述，然而为了更好地渗透，可以加强负压，在臭氧处理之前将压力降低至低于500mBar的压力，优选为100mBar～500mBar。

-当容器填充臭氧时，在最后压力下可以进行预定的暂停，以允许材料内臭氧浓度更好平衡，然后仅仅实施清洗。相反，关于该概括性的方法，可以在一个或多个臭氧处理步骤之后立即进行负压步骤。例如，第一臭氧处理步骤45的平台期(图3中的左侧)被缩短或压缩，最后的臭氧处理步骤45(图3中的右侧)通过清洗之前地等待时间而被延长。

-通常，臭氧处理的持续时间应该适合实际需要，例如待处理材料的种类、密度和厚度。已经发现，臭氧处理持续时间可以选择为约3～约20分钟，从填充容器开始直到下一步骤开始(产生负压、清洗等)。

Claims (17)

1.一种处理容易由于生物活动而降解的纤维材料的方法，其中所述材料至少经历一个臭氧处理循环，所述臭氧处理循环包括下列步骤：

-在封闭容器(3)中使所述材料经受负压，然后

-对所述材料应用臭氧处理步骤，所述臭氧处理步骤包括用具有有效臭氧浓度的气体填充容器、任选随后将所述材料保留在含臭氧的气氛中，使得所述材料被所述气体有效渗透，从而利用臭氧破坏所述材料中的微生物。

2.根据权利要求1的方法，其中所述负压是至多约500mBar(50kPa)的压力。

3.根据权利要求1的方法，其中所述负压是约100mBar(10kPa)～约500mBar(50kPa)的压力。

4.根据权利要求1的方法，其中所述臭氧处理步骤具有3分钟～20分钟的持续时间。

5.根据权利要求1的方法，其中至少最后的臭氧处理步骤具有约5分钟的持续时间。

6.根据权利要求1的方法，其中所述含臭氧气体的臭氧含量为至少4wt％。

7.根据权利要求1的方法，其中所述含臭氧气体是通过使由空气直到纯氧组成的气体经过臭氧发生器将氧转化为臭氧而产生。

8.根据权利要求7的方法，其中所述含臭氧的气体储存在臭氧储存器(5)中，并且通过将所述臭氧储存器(5)在所述容器(3)中清空而基本填充所述容器。

9.根据权利要求1的方法，其中所述材料包含压实或未压实的原棉包。

10.根据权利要求1的方法，其中所述材料是至少部分由容易由于生物活动而降解的棉和/或其它纤维材料组成的包、线管和/或纺织物匹、织物、线、毡、绒布和/或纱。

11.根据权利要求1的方法，其中在臭氧处理完成之后，将所述材料包裹在基本上微生物密封的包装中以使臭氧保持在所述材料中。

12.根据权利要求1的方法，其中在所述臭氧处理之前或期间，所述材料经历包括具有下列步骤的至少一个循环的蒸汽处理：

-使所述材料在封闭的容器(3)中经受负压；

-利用蒸汽填充所述容器(3)，以将所述材料充分加热到生物体被破坏或失活的温度。

13.根据权利要求12的方法，其中在最后的蒸汽处理循环之后进行至少一个最后的臭氧处理循环，所述最后的臭氧处理步骤的第一步的负压产生任选部分或全部由之前蒸汽处理循环结束时存在的负压构成。

14.一种用于实施根据权利要求1的方法的设备(1)，包含能够基本气密性密封的容器(3)，所述容器连接至少臭氧源(5，32)和真空泵(9)。

15.根据权利要求14的设备(1)，还包含蒸汽源(11)，使得容器(3)可以填充蒸汽。

16.一种容易由于生物活动而降解的纤维材料，其中所述材料被包裹在基本上微生物密封的包装中并且所述材料内的自由空间填充有含臭氧的气体，从而抑制生物活动。

17.根据权利要求16的纤维材料，其中所述材料是至少部分由容易由于生物活动而降解的棉和/或其它纤维材料组成的打包棉包、线管和/或纺织物匹、织物、线、毡、绒布和/或纱。

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