CN103619917B - 木材纤维的乙酰化 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种改进的用于木材碎屑和/或木材纤维的乙酰化的精磨机系统。本发明包括一种用于精磨机系统中木材碎屑的乙酰化的方法，该精磨机系统包括进料斗组件、非蒸汽蒸煮器组件和精磨机（纤维分离机）组件，其中该碎屑在该料斗组件和该蒸煮器组件之间在连接多区域压缩进料螺杆内与乙酰化流体进行接触。

Description

木材纤维的乙酰化

技术领域

本发明涉及用于制备乙酰化木材纤维（特别是软木材纤维）的方法，该乙酰化木材纤维适合作为具有独特且极其所需性能的中、高密度纤维板或板材（panel）制造中的原料。表述“纤维板”包括“刨花板”制品。

背景技术

传统上，中、高密度纤维板制造中所使用的木材纤维由主要来自于诸如松树或云杉的软木材起始材料的木材碎屑制备。这种碎屑经过所谓的精磨机系统而转换成纤维，该精磨机系统基本由碎屑料斗（储藏）组件、蒸煮器（digester）组件和精磨机（纤维分离机）组件组成，其中，碎屑通过合适的进料螺杆单元而从料斗运送到蒸煮器，并从蒸煮器运到精磨机。在蒸煮器中，碎屑通过暴露于蒸汽中而被软化并供给到精磨机，精磨机在碎屑被吹入常规的烟道气干燥机之前将碎屑研磨成纤维。由这种木材纤维制成的复合木材纤维板或板材被用于各行业，但是在可能会暴露于水分的情况下，其应用有限。在这种情况下，木板经受溶胀和随后的强度损失以及细菌降解和真菌降解。

在纤维板的制造中使用乙酰化材料以减轻水分的不利影响是已知的，但是迄今这些材料的生产还没有在工业规模上成功地实现。

发明内容

本发明的目的是解决这种严重的局限性。

从而，本发明旨在于改进用于木材碎屑和/或木材纤维乙酰化的商业精磨机系统，并从而有利地影响随后由乙酰化木材纤维制成的纤维板的性能。

相应地，在第一实施方式中，本发明包括一种用于精磨机系统中乙酰化木材碎屑的方法，该精磨机系统包括进料斗组件、非蒸汽的蒸煮器（non-steam digester）组件和精磨机（纤维分离机）组件，该碎屑在该料斗组件和该蒸煮器组件之间在连接式多区域压缩进料螺杆内与乙酰化流体接触。

本文中使用的术语“碎屑”是指木材成分的类型，包括多种形式，通常与制造实践中的一样。

优选地，连接式进料螺杆包括用于加入乙酰化流体的三压力区域进料螺杆，理想地包括第一压缩区域、第二区域和第三压缩区域，其中，在第二区域中释放压力并且加入乙酰化流体。

在第二实施方式中，本发明包括根据第一实施方式的方法，其中，又将乙酰化流体加入蒸煮器组件中以提高最终的木材乙酰化程度。

在第三实施方式中，本发明包括根据第一实施方式和第二实施方式的方法，其中，通过连接式进料螺杆在蒸煮器和精磨机（热纤维分离机）组件之间另外加入乙酰化流体，以进一步提高最终的木材乙酰化水平。

从而，能够在商业精磨机系统内将木材碎屑和/或木材纤维乙酰化，以对优异且极其所需性能的纤维板提供乙酰化木材纤维原料。

优选地，首先通过例如热空气，将根据本发明的待乙酰化和待精磨的木材碎屑（典型地约50mm×25mm×10mm的尺寸）干燥至0.5%～6%的含水量，优选2%～4%的含水量，最优选2.5%～3.5%的含水量，然后供给至进料斗。

通过三压力区域进料螺杆机构将干燥木材碎屑从进料斗运送至蒸煮器的三压力区域进料螺杆机构提供了第一轻压缩区域，例如在环境温度下为1.1～1.2比1；第二区域，在第二区域中释放压力到大气压并且通过例如中空的螺杆筒体来引入乙酰化流体，乙酰化流体典型地包括在85℃～135℃的温度下的以体积计的乙酸酐（90%）和乙酸（10%）的混合物；以及第三压缩区域，其中第三压缩区域对潮湿的碎屑施加适度压力，例如在平衡温度下为1.3～1.4比1。通过乙酰化流体和残余水之间以及乙酰化流体和碎屑之间的放热反应，木材碎屑堆（mass）的温度进一步提高。在典型的软木材碎屑的情况下，取决于停留时间，离开压力区域进料螺杆时的乙酰化程度可以预期为约4～6重量%的增益（gain）。在环境温度下，引入至多区域压缩进料螺杆的木材碎屑首先与诸如氮气或烟道气的惰性气体混合（以排除空气）。

在本发明的第二实施方式中，在145℃～170℃范围内的温度和3～4巴的压强下，（从压缩螺杆的第三区域）进入蒸煮器组件的部分乙酰化的木材碎屑进一步暴露于在大体柱状蒸煮器的顶部处引进的乙酰化流体（例如以重量计的90/10的乙酸酐/乙酸的混合物）。典型地，蒸煮器中的碎屑停留时间是3～8分钟。在这个方法中，蒸汽未被引入蒸煮器中，尽管它会存在于常规的精磨机系统中。在木材碎屑离开蒸煮器时，典型地，它具有16～19%的乙酰基含量（重量增益）。

通过将乙酰化木材碎屑转换为纤维的典型的进料螺杆，乙酰化木材碎屑从系统的蒸煮器运送到精磨机（纤维分离机）组件。

在本发明的第三实施方式中，乙酰化流体也通过进给螺杆引入到精磨机（纤维分离机）组件中，该精磨机（纤维分离机）包括例如静止/旋转双盘精磨机。典型地，在环境温度和压力下，该流体包括以体积计的35～60%的乙酸酐和40～65%的乙酸的混合物，从而使木材碎屑/新制得的木材纤维暴露以进一步乙酰化，典型地达到19～20重量%增益。

由于木材纤维由精磨机板以高速射出，所以在送到诸如盘式干操机的常规干燥机之前，木材纤维可优选以旋风分离（cyclone）的方式来收集材料以降低它的速度。进一步，纤维乙酰化也可以发生在这个后期，增加典型的最终的乙酰化水平至21～23重量%的增益。

精磨机（纤维分离机）组件中乙酰化的一个明显好处是暴露用于乙酰化的木材的反应表面积更大。

乙酰化流体可以包括30～95%的乙酸酐和5～70%的乙酸的混合物（以重量计）。

本发明还涉及对木材碎屑进行纤维分离的精磨机系统，该系统包括进料斗组件、非蒸汽的蒸煮器组件和精磨机（纤维分离机）组件，该系统包括连接进料斗和蒸煮器的多区域压缩进料螺杆。优选地，在这种精磨机系统中，连接式进料螺杆包括三压力区域进料螺杆。

具体实施方式

实施例1

在精磨机系统中，将（通过热空气）干燥至约3.5重量%的含水量的云杉木材碎屑（约50mm×25mm×10mm的尺寸）与氮气混合并连续地从料斗通过三压力区域进料螺杆供给至蒸煮器组件。在进料螺杆的第一区域中，在通过将压力释放到大气压的第二区域之前，碎屑被轻微压缩至其体积的1.15比1.00，而且在100℃的温度下通过进料螺杆的中空筒引入乙酸酐（90%）和乙酸（10%）的混合物。在第三区域中，对碎屑施加适当压力，以1.4比1.0的比例减少其体积。在进入蒸煮器时，通过除去它的热护套并关闭蒸汽入口阀而进行适当改进，以便在此方法中没有蒸汽进入蒸煮器，在碎屑通过连接式中空进料螺杆被供给到精磨机系统的精磨机（纤维分离机）组件之前，在约150℃的温度和3巴的压力下，碎屑进一步与90/10的乙酸酐和乙酸的混合物接触约5分钟。在环境温度和压力下，通过该进给螺杆进一步引入由60%乙酸酐和40%乙酸的混合物组成的乙酰化流体。通过常规方法减慢并干燥从精磨机板的乙酰化木材纤维。发现木材乙酰化的程度为约21重量%的增益。

实施例2

在这个实施例中，使用约45mm×45mm×8mm的尺寸的辐射松木材碎屑重复实施例1。除了下面的区别以外，对实施例1中所使用的那些实施同样的处理条件。碎屑的含水量为约2.5%，蒸煮器中的90/10的乙酸酐和乙酸的混合物的温度在4巴的压力下为165℃，碎屑停留时间为约8分，而且通过连接蒸煮器组件和精磨机组件的进料螺杆而引入的乙酸酐/乙酸混合物为35/65。木材纤维最终的乙酰化程度为约23重量%的增益。

根据本发明的乙酰化木材纤维可易于利用在例如MDF或HDF的复合木材纤维板或板材的制造中，与由未经乙酰化的木材纤维制成的类似制品相比，当暴露于水分时，它显示出诸如强度和耐久性上非常优越的性能。

Claims (8)

1.一种在精磨机系统中乙酰化木材碎屑的方法，所述精磨机系统包括进料斗组件、非蒸汽的蒸煮器组件和精磨机组件，所述方法包括使所述碎屑在连接多区域压缩进料螺杆内与所述进料斗组件和所述蒸煮器组件之间的乙酰化流体进行接触，其中，通过连接式进料螺杆在所述蒸煮器组件和所述精磨机组件之间另外加入乙酰化流体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述连接式进料螺杆包括用于加入所述乙酰化流体的三压力区域进料螺杆。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述三压力区域进料螺杆包括第一压缩区域、第二区域和第三压缩区域，其中，在所述第二区域中释放压力并且加入乙酰化流体。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述蒸煮器组件另外加入乙酰化流体。

5.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述木材碎屑在供给到所述进料斗之前干燥至水分为0.5％～6％的含水量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述含水量为2％～4％。

7.一种用于对木材碎屑进行纤维分离的精磨机系统，所述系统包括进料斗组件、非蒸汽的蒸煮器组件和精磨机组件，所述系统包括连接所述进料斗和所述蒸煮器的多区域压缩进料螺杆，其中，所述系统包括用于在所述蒸煮器组件和所述精磨机组件之间另外加入乙酰化流体的连接式进料螺杆。

8.根据权利要求7所述的精磨机系统，其中，连接式进料螺杆包括三压力区域进料螺杆。