CN1816433B - 制备纤维材料的方法 - Google Patents

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Abstract

制备用于生产成型部件的纤维材料的方法，其中将粘合剂加入纤维材料并且在加热条件下将纤维材料压制成成型部件，特征在于将一部分塑料颗粒和/或塑料纤维混合到第一组颗粒或纤维的颗粒物料或纤维物料中，所述塑料颗粒和/或塑料纤维的粒径大致相当于第一组颗粒或纤维的粒径，其中塑料颗粒和/或塑料纤维通过在盘式精碎机中将纯的或者混合的塑料附聚物粉碎和/或纤维分离获得，并且如果必要，则在粉碎过程期间将水送入盘式精碎机。

Description

制备纤维材料的方法
技术领域
本发明涉及一种制备用于生产成型部件的纤维材料的方法。
背景技术
在早先的专利申请DE10326181中，描述了在木质材料板，即特别是木片(wood chip)和木质纤维板的生产中，通过由得自于从废物处理中得来的混合塑料的粉碎或纤维分离的附聚物代替一部分木片或木质纤维。一方面塑料颗粒的尺寸和另一方面木片或木质纤维的尺寸大致相等。因此，产生了对混合塑料全部材料利用的可能性。
在现有的用于废物塑料例如来自消费者家庭的包装材料、酸奶杯、保护性包装、购物袋、洗涤剂用的瓶、牙膏管等的收集系统中，通常获得了混合塑料。除了由LDPE、HDPE或PP形成的常用薄膜和塑料之外，它们通常还包括由聚酰胺、聚碳酸酯、PET或其他塑料形成的薄膜残料。被收集公司送到加工和分类设备中的不同塑料的含量的定量分布特别取决于收集状态和居民的质量意识。尽管预先分类，但也不能实现不同种类的塑料的完全分离。LDPE薄膜与HDPE薄膜之间的清楚分类的分离可以实现约95％的份额。然而，除此之外还有仅用于LDPE和HDPE塑料的收集系统，其中所收集的主要的塑料薄膜通过薄膜压延机加工。
将来自收集系统的薄膜或瓶的碎片任选地在被清洗和预分类之后粉碎成薄片或片屑。为了得到足够用于运输的堆积密度，在所谓的结块处理中将薄片或片屑加工成粒料。取决于纯度和分类，该粒料是非常均匀的(在塑料类别高纯度下)，或者从外观上以及从附聚物的相容性和几何形状上出发，其具有非常不均匀的结构(不同来源的各种不同类别的塑料高度的充分混合，例如来自家庭收集系统的混合塑料)。在所提及的结块处理中，借助于搅拌机中的摩擦将薄片或片屑加热以使得它们熔融。通过间隔性进行的用冷水喷射加热的附聚物，一部分有机组分通过水蒸气逸出。同时，熔融的薄膜片断冷却并且附聚成粒状的可倾注体。该附聚物具有相对高的堆积密度并且非常适合于运输。结块方法已经在例如AT 343445或DE19801286C1中描述。
在通过塑料代替木片或木质纤维中，要求塑料颗粒在它们的几何形状和尺寸上与所替代的碎片板或纤维板的木材颗粒类似，以得到类似于常规木质材料板的那些的结果。因此，在纤维材料中纤维含量应该占优势，并且在碎片材料中碎片含量应该占优势。
通常制备的附聚物以极其不同的形状和尺寸存在，因此由于归因于碎片的不同尺寸而在混合过程中存在着强烈的分层性能，其不适于作为木材生产中的原料。用这两种碎片制得的板材主要在工件的表面上具有不均匀的外观-这是由于局部的附聚物堆积，并因此它们造成了这两种碎片明显不充分的混合。另外，由于不充分的混合，因此不能确保分别形成具有均匀组织结构的连续的塑料-塑料或塑料-木材结构。此外，所希望的机械性能比如横向拉伸强度、挠曲强度以及在湿润条件下的性能比如溶胀性和吸水性也不能获得。
正如已经在早先的专利申请中描述的那样，出于这些原因而使用粉碎的附聚物，对此可以使用不同的研磨技术。对于也需要使用磨碎的塑料附聚物的木材生产者而言，剩下的仅仅是从第三方购买磨碎的塑料附聚物或者投资一台昂贵的研磨机。
对于由其他的纤维材料，例如由植物纤维比如得自于亚麻或大麻的那些，或者甚至由玻璃纤维或碳纤维来制造材料的生产者而言，也产生了类似的问题。当将这些纤维与由回收塑料制成的纤维混合以制备相应的纤维材料时，塑料附聚物必须由生产者自己来磨碎，这需要合适的研磨机，或者其将从第三方获得磨碎的形式，这同样需要相对高的费用。
根据US 5,154,361A已知一种粉碎塑料部件的方法，其中塑料颗粒在水中的悬浮体与抗泡剂一起通过盘式精碎机。在一个例子中，悬浮体中含有3％的固体物质。向悬浮体中也可混入纤维素纤维。
根据EP 0 588 023A已知一种制备复合体的方法，其中作为起始材料使用以塑料涂覆的复合材料，优选纸或卡板纸。该复合材料粉碎成颗粒，和接着物料至少加热到复合材料中塑料的熔化温度并在压力下相互复合。根据DE 101 28 549已知，由天然纤维或碎片这样制备成型体，即添加一种塑料聚合物作为粘结剂。成型部件由挤出制备。
发明内容
本发明基于这样的目的：提供一种制备用于生产成型部件的纤维材料的方法，在该方法中显著地降低了用于使用纤维分离或磨碎的回收塑料的费用。
该目的通过如下所述本发明的方法来解决：制备用于生产成型部件的纤维材料的方法，其中将一定比例塑料颗粒和/或塑料纤维混合到第一组颗粒或纤维中，其中将粘结剂加入纤维材料并且在加热条件下将纤维材料压制成成型部件，其中塑料颗粒和/或塑料纤维通过在盘式精碎机中将纯的或者混合的塑料附聚物粉碎和/或纤维分离获得，在此在粉碎过程期间将水送入盘式精碎机，特征在于由纯的或混合的塑料形成的附聚物在盘式精碎机中粉碎，和所述塑料颗粒和/或塑料纤维的粒径大致相当于第一组颗粒或纤维的粒径。
根据本发明，将一定比例的塑料颗粒和/或塑料纤维混合到第一组颗粒或纤维的颗粒物料或纤维物料中，所述塑料颗粒和/或塑料纤维的粒径大致相当于第一组颗粒或纤维的粒径，其中塑料颗粒和/或塑料纤维通过在盘式精碎机中将纯的或者混合的塑料附聚物粉碎和/或纤维分离而获得。在这种情况下，可以在粉碎操作期间将水或另一种液体作为润滑剂加入到盘式精碎机中。盘式精碎机是在木材工业中广泛用于分别使较大的木材颗粒或碎木屑纤维分离的常规设备(参见Holz-Lexikon，3.Auflage，第2卷，580-584页)。粉碎的塑料颗粒的尺寸通过圆盘的距离来调节。对于较粗大的附聚物的情况，必要时可以通过逐步减小精碎机中的圆盘距离来进行逐步的粉碎。
当在精碎机中将塑料粉碎时，出于冷却的目的而加入水。由此，防止了塑料在粉碎过程期间熔融并且粘涂到圆盘表面上。另外，水在精碎机圆盘之间起到了滑动剂和润滑剂的作用。
薄膜材料主要具有线型分子取向，这通过在其生产中的拉伸和伸展过程而产生，例如对于聚乙烯或聚丙烯薄膜。这样的结果是：来自该起始塑料的附聚物易于容易地优选以一个方向，即最初的优选方向分离。在精碎机中结块的纯塑料附聚物的粉碎过程利用了该性能，并且通过精碎机圆盘的径向、凹槽状结构而使得纤维分离的低熔点纯塑料附聚物主要是长方形、纤维状的外观。通过改变精碎机中圆盘的距离，获得了相对精确限定的纤维尺寸。因此可以将结块塑料的纤维尺寸匹配木质纤维的尺寸，以得到用于进一步生产加工的均匀组织结构。
借助于根据本发明的方法，还可以将混合的塑料附聚物粉碎。在这种情况下，通过在精碎机中加工将混合的塑料附聚物成比例地一方面粉碎成具有确定尺寸的颗粒并且另一方面粉碎成具有确定尺寸的纤维。如天然的那样，一方面颗粒的比例和另一方面纤维的比例取决于混合的塑料附聚物的组成而变化。附聚物中薄膜塑料的含量越高，则由精碎过程得到的塑料纤维的比例也越高。
因此，生产木质材料或由木质材料制的成型部件比如板或其他物品的生产者可以借助于已经存在的机械布置用他自己的方式加工以结块状态的回收塑料，直到提供了所希望的用于生产成型部件的替代材料。目前，结块的回收塑料的利用份额仍然相对低，因为直到现在几乎没有真正意义上的应用。其原因在于混合的塑料主要含有不能完全熔融的组成物质。即使在高温下也通常仅仅得到高粘性的物质，其即使在渐增的加热时也不会变成流体。另一方面，混合塑料含有已经在105-115℃下熔融的种类。当超过该熔点时，这些塑料在呼出二氧化碳和水下分解成碳。
根据本发明的方法并不限于其对于木质材料的应用，而是当使用例如得自于亚麻、大麻、玻璃或碳材料的其他纤维材料时也有相似程度的有利性。
根据本发明的方法的一个条件是盘式精碎机，借助于它可以例如在生产具有塑料份额的木质材料板或由具有塑料份额的纤维材料生产其他的成型部件中以可精确调节的尺寸制得合成纤维材料，而不需要另外的研磨装置。
根据本发明的一个实施方案，有利的是从精碎机出来的塑料颗粒或纤维接着进行干燥。可以在工业上常见的干燥装置中进行干燥，这些装置同样提供在生产木质材料用的生产设备中。
可以有利地在盘式精碎机中单独将塑料附聚物分别粉碎或者纤维分离。然而，同样可以想像到的是在盘式精碎机中以单个操作将较粗大的木材颗粒(碎屑)和塑料附聚物的混合物粉碎。以这种方式获得了对于木材以及对于塑料而言大致相等的粒径。另外实现了塑料与木材颗粒的良好的充分混合。
具体实施方式
在下面将给出已经根据本发明的方法制得的纤维材料的一些例子以及根据本发明的方法的一些例子。
实施例1
在盘式精碎机中将纯的塑料纤维分离。
塑料原料：得自于薄膜残料的低熔点的纯塑料附聚物，粒径＜10mm。
冷却剂和润滑剂：水，温度10℃，相对于塑料附聚物的数量含量为300％。
实施例2
在盘式精碎机中将混合的塑料附聚物和木材颗粒粉碎。
木材原料：木材颗粒，碎片状，长度至多10mm，木材湿度约6％。
塑料原料：混合的塑料附聚物，粒径＜10mm。
冷却剂和润滑剂：水，温度10℃，相对于木材颗粒和塑料附聚物的数量含量为300％。
尽管有在前的处理，但无论怎样附聚物可能仍然含有有机污染物比如酸奶的残料。
因此希望创造一种其中由塑料制成的纤维材料具有足够高的纯度的方法。
在粉碎过程开始之前，至少将附聚物级分进行蒸煮处理并且除去附着的污染物。热蒸汽蒸煮器在100℃-180℃的温度下并且优选以1-4巴的超压而操作，其中根据本发明的一个实施方案，蒸煮时间为3-10分钟。
由于蒸煮器中的湿热气氛，因此仍然附着在附聚物上的有机污染物被释出并且在蒸煮操作后通过废水而分离。可以将废水在生物净化装置中净化，然后蒸发并且焚烧或者作为蒸汽直接送入焚烧装置。在蒸煮处理后，净化的附聚物-或者例如碎木屑和附聚物的混合物-通过供料螺杆或者螺旋进料器到达精碎机。附聚物的比例相对于总物料为0-95％，残料优选由碎木屑或碎片形成。正如所提及的那样，也可以将纯的附聚物加入蒸煮器和/或精碎机。
通过所提及的蒸煮处理实现了附聚物的消毒。例如被结块过程所改变的碳水化合物和蛋白质化合物通过蒸煮处理被溶掉并且降解。
将在精碎机中被粉碎的材料干燥至所希望的最终湿度。根据本发明的一个实施方案，借助于在内部超压下连续循环的热蒸汽流将潮湿的物料干燥，为此目的，可以使用温度约为180℃、本身所公知的所谓的热蒸汽纤维干燥机。在于干燥机(干燥管)中的停留时间期间，将在精碎机中被粉碎的纤维干燥至所希望的最终湿度。使循环的热蒸汽流在其已经优选在热交换器中被加热之后再次循环。通过使热蒸汽流再循环，非常小的颗粒(粉尘)被回收到干燥机中。在精碎机中，高达20％的细颗粒部分可以由通过热蒸汽流被部分排出的附聚物所产生。当在循环中将细颗粒部分回收时，发生了纤维材料的改性，使得附聚物的细颗粒部分粘结到木质纤维上。这导致了木质纤维的憎水性并且导致了纤维与附聚物的细颗粒部分胶粘。由此，细颗粒部分不会在干燥操作中损失，而是其被一起使用并且如所提及的那样由于其它胶料部分可以节省下来而导致了纤维混合物的改进。另外，可以省略细颗粒部分的废物处理。如果不使用所述的方法，则将发生纤维和细颗粒部分的分离。由于不同的粒径，磨碎的附聚物将流出纤维束。
取决于所使用的附聚物的组成，纤维分离的附聚物和磨碎的附聚物的混合物由所述的精碎过程产生。由于它们的组成，附聚物中例如由纵向拉伸的薄膜形成的LDPE部分在精碎过程中得到了纤维状的材料。例如，当在精碎机中将纯的薄膜附聚物与PE部分单独粉碎时，主要生成了纤维材料。
更合适地在精碎机中将附聚物中的交联塑料的部分比如HDPE、PP或PET粉碎成磨碎料。当在成型部件比如木质材料板的生产方法中不希望有太多的磨碎料时，还可以通过筛分处理，例如空气分级方法将其筛去。
另外，通过精碎处理产生的纤维和磨碎料的混合物还有以下起因：当通过精碎机圆盘的肋条将结块的颗粒以平行于原始塑料的拉伸方向粉碎时产生了结块的纤维。当通过精碎机圆盘的肋条将结块的颗粒以与原始塑料的拉伸方向的横向粉碎时产生了磨碎料。
当以常规的精碎处理将碎木屑和附聚物一起粉碎时，可以基于早先描述的方法由所得的纤维原料而不需要加入另外的粘合剂在工业上常用的不连续或连续的木质材料生产机器上制备木质材料成型部件例如板。
也可以将根据本发明方法制备的纤维原料以空气动力的无纺布或纤维铺设方法而用于生产具有木质纤维部分的绝缘材料板，在这种情况下可以省略所谓的芯-皮纤维，所谓的双组分纤维(两种组分的纤维，带有低熔点的皮层和较高熔点的芯的聚丙烯纤维)作为粘合剂的加入。不必要加入另外的粘合剂。空气动力无纺布形成方法已经例如在AT207674中描述。包括空气动力无纺布形成和将纤维无纺布在连续炉中均匀加热而生产具有粘合剂纤维部分的绝缘材料板的方法已经从DE10056829A1中获知。
通过使用蒸煮并且精碎的附聚物代替芯-皮纤维，可以制得松散密度范围为60-300kg/m3的便宜的绝缘材料板，而不需要加入另外的粘合剂纤维。当将高纯的附聚物纤维用于生产绝缘材料时，由于附聚物纤维与木质纤维的多个粘结点，因此生成了具有高的复原力的弹性绝缘材料板。在木材湿度为u＝7％时，附聚物纤维的比例相对于所使用的木质纤维的质量可以为5-80％。将在实施例4和5中更详细地描述不同种类的带有附聚物纤维的绝缘材料的生产。实施例6描述了将蒸煮和精碎的附聚物用于具有较高密度的木质材料板。
实施例3：蒸煮器设定
温度175℃，
超压：4巴，
蒸煮时间5分钟。
实施例4：松散密度范围为60-120kg/m3的绝缘材料
目标松散密度：100kg/m3
厚度：100mm
在7％木材湿度下相对于木质纤维质量的附聚物纤维含量为60％
在连续炉中用于使热塑性附聚物部分活化的温度：175℃，
连续炉中的皮带速度：0.5m/分钟
堆积密度约为10kg/m3
实施例5：松散密度范围为150-300kg/m3的绝缘材料
目标松散密度：250kg/m3
厚度：5mm
在7％木材湿度下相对于木质纤维质量的附聚物纤维含量为40％
在连续炉中用于使热塑性附聚物部分活化的温度：175℃，
连续炉中的皮带速度：0.5m/分钟
堆积密度约为1.25kg/m3
实施例6：木屑板
目标松散密度：约650kg/m3
厚度：13mm
在7％木材湿度下相对于木质纤维质量的附聚物纤维含量为30％
在多层压机中压板的温度约240℃，压制时间因子为15s/mm和初始压力为6巴，持续时间约80秒，然后将压力降低至3.5巴，保持该压力约40秒，进一步将压力降低至1.5巴，保持该压力70秒，然后释放压力。

Claims (20)

1.制备用于生产成型部件的纤维材料的方法，其中将一定比例塑料颗粒和/或塑料纤维混合到第一组颗粒或纤维中，其中将粘结剂加入该混合材料并且在加热条件下将该混合材料压制成成型部件，其中塑料颗粒和/或塑料纤维通过在盘式精碎机中将由纯的或者混合的塑料形成的附聚物粉碎和/或纤维分离获得，在此在粉碎过程期间将水送入盘式精碎机，特征在于由纯的或混合的塑料形成的附聚物在盘式精碎机中粉碎和/或纤维分离，和所述塑料颗粒和/或塑料纤维的粒径大致相当于第一组颗粒或纤维的粒径，其中，通过将亚麻、大麻、玻璃或碳材料进行纤维分离得到第一组纤维，或通过将木材粉碎或纤维分离得到第一组颗粒或纤维。
2.根据权利要求1的方法，特征在于在盘式精碎机中仅仅将由纯的塑料形成的附聚物进行纤维分离。
3.根据权利要求1或2的方法，特征在于在粉碎后将塑料颗粒和/或塑料纤维干燥。
4.根据权利要求1的方法，特征在于在盘式精碎机中将混合的和/或纯的塑料附聚物与木材颗粒一起粉碎成颗粒和/或纤维。
5.根据权利要求1或2的方法，特征在于在盘式精碎机中实现了塑料和/或木材颗粒，和/或塑料和木质纤维的良好的充分混合。
6.根据权利要求1或2的方法，特征在于所送入的水的温度至多为50℃。
7.根据权利要求1或2的方法，特征在于通过湿润的木材颗粒将水送入精碎机。
8.根据权利要求1或2的方法，特征在于将水以气态送入精碎机。
9.根据权利要求1或2的方法，特征在于塑料附聚物的最大尺寸为40mm。
10.根据权利要求1或2的方法，特征在于通过供料螺杆将要被粉碎和/或纤维分离的材料送入精碎机。
11.根据权利要求1或2的方法，特征在于至少将附聚物级分在精碎机中粉碎之前进行蒸煮处理，并且除去附着的污染物。
12.根据权利要求11的方法，特征在于蒸煮处理在100℃-180℃的温度下和在1-4巴的超压下进行。
13.根据权利要求11的方法，特征在于蒸煮时间为3-10分钟。
14.根据权利要求1或2的方法，特征在于在粉碎后在热的蒸汽流中将颗粒和/或纤维干燥至所希望的最终湿度，并且在闭合回路中将热的蒸汽流送回到将被干燥的材料中。
15.根据权利要求14的方法，特征在于将热的蒸汽流在其被导回到将被干燥的材料中之前加热。
16.根据权利要求1或2的方法，特征在于在盘式精碎机中将混合的塑料和/或纯的塑料附聚物与木材颗粒一起粉碎成颗粒和/或纤维，并且在循环回路中用热蒸汽将粉碎材料干燥。
17.根据权利要求1或2的方法，特征在于通过供料螺杆将要被粉碎和/或纤维分离的材料送入精碎机。
18.根据权利要求1-17任一项的方法用于生产木质材料部件的应用，其通过由源自回收塑料的磨碎附聚物形成的塑料颗粒或纤维部分地代替木片或木质纤维而实现。
19.根据权利要求18的应用，特征在于所述木质材料部件是木质纤维板。
20.根据权利要求1-17任一项的方法用于生产具有木质纤维部分的绝缘材料板的应用。
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