DE69719733T2 - Verfahren zur Herstellung von absorbierenden Materialien - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von absorbierenden Materialien

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von absorbierenden Materialien. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von absorbierenden Materialien aus einem Brei aus wiederverwerteten Fasern.
  • Absorbierende Materialien, insbesondere granulierte absorbierende Materialien, werden für eine Vielzahl verschiedener Industrie- und Haushaltszwecke verwendet. Typische Anwendungen umfassen die Absorption von Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser, Öl, Schmierfett und Lösemittel, die auf Fußböden und anderen Oberflächen verschüttet sind, und als Tierstreu, wie z. B. Katzenstreu.
  • Herkömmliche granulierte Flüssigkeitsabsorptionsmittel umfassen normalerweise natürlich vorkommende organische oder anorganische absorbierende Materialien, wie z. B. Ton, Sand, Holzschnitzel, Sägemehl, Erdnussschalen, Reishülsen und zerfasertes Papier, Pappe und Zeitungspapier. Tierstreuprodukte umfassen eine besondere Klasse an granulierten Flüssigkeitsabsorptionsmitteln und werden verwendet, um Tierabfallprodukte in Haushalten mit Haustieren, insbesondere Katzen, zu sammeln. Herkömmliche Tierstreuprodukte umfassen typischerweise inerte Materialien mit großer Oberfläche, wie z. B. Ton, Bentonite und Zellulose. Duftstoffe und geruchshemmende Mittel können zu manchen dieser Materialien hinzugefügt werden, um Gerüche zu verbessern und/oder zu überdecken.
  • Herkömmliche absorbierende Materialien, umfassend Absorptionsmittel für flüssige Industrieabfälle und Tierstreu, sind nicht vorteilhaft, da sie im Allgemeinen eine niedrige Absorptionsfähigkeit aufweisen und Staubbildungs- und Entsorgungsprobleme schaffen. Typische absorbierende Materialien nach dem Stand der Technik können eine Flüssigkeitsmenge absorbieren, die gleich oder kleiner als ihr eigenes Gewicht ist. Dementsprechend sind diese Materialien rasch gesättigt und müssen häufig weggeworfen und ersetzt werden. Das erhöht die Kosten, die mit der Verwendung von Absorptionsmitteln für flüssige Industrieabfälle und Tierstreu verbunden sind. Mit besonderer Bezugnahme auf Tierstreu gibt es Entsorgungsprobleme, da die gesättigte Streu oft an Streukisten und -schalen haftet. Herkömmliche Absorptionsmittel weisen auch eine hohe Schüttdichte, im Allgemeinen von etwa 577 bis etwa 800 kg/m³ (etwa 36 bis etwa 50 lbs/ft³), auf, was Handhabungsprobleme für Konsumenten schafft. Herkömmliche Streu neigt auch dazu, an den Füßen von Haustieren zu haften, was dazu führt, dass die Streu aus dem Streukistchen hinaus verteilt wird. Das schafft Haushaltsprobleme. Anorganische Absorptionsmittel, wie z. B. Tonabsorptionsmittel, sind auch reibend und können einen Schaden für den umliegenden Fußboden verursachen.
  • Es besteht ein steigender Bedarf an Verfahren zur Entsorgung von Faserbrei aus Papiererzeugungsanlagen. In einer herkömmlichen Papier-Entfärbungsanlage können 100 Trockentonnen Altpapier zu etwa 65 bis etwa 80 Trockentonnen wiederverwerteten (wiederverwendbaren) Fasern verarbeitet werden. Die verbleibenden 20 bis 35 Tonnen Altpapier sind unbrauchbar und werden Teil des Breis, der von der Entfärbungsanlage produziert wird. Dieser unbrauchbare Brei enthält typischerweise etwa 50 bis etwa 70 Prozent Wasser. Daher können 100 Trockentonnen Altpapier etwa 70 bis etwa 120 Nasstonnen an zu entsorgendem Brei produzieren.
  • Herkömmliche Verfahren zur Entsorgung von Faserbrei umfassen Deponieentsorgung, Landverteilung, Kompostierung und Verbrennung. Deponie- und Verteilungsflächen werden mit besorgniserregender Geschwindigkeit gefüllt, und die Einrichtung neuer Flächen ist auf Grund von Umweltbedenken schwierig. Die Kompostierung und Verbrennung von Faserbrei weckt ebenfalls Umweltbedenken. Manche innovative Faserbrei-Entsorgungstechniken umfassen eine Verarbeitung des Faserbreis zu Pellets als Brennmaterial oder zu leichten Zuschlagstoffen für Bau, Pyrolyse, Vergasung und Beimengung in Zement. Allerdings erfordern diese Techniken im Allgemeinen die Verwendung von komplexen Verfahren und teurer Ausrüstung.
  • Die Einbringung von Faserbrei in. Tierstreu ist ebenfalls berichtet worden. Zum Beispiel beschreibt Lowe et al., US- Patentschrift Nr. 4,721,059 Tierfüllmittel, die aus dem Abfallmaterial hergestellt werden, das bei der Papierherstellung anfällt. Die Verfahren zur Herstellung der Tierfüllmittel von Lowe et al. weisen dahingehend Nachteile auf, dass sie erfordern, dass entwässerte Fasern mit einem Klumpenzerteiler, einer Zerkleinerungsmühle oder einem Zerfaserer auf eine Faserlänge von 1 bis 10 mm zerrissen oder zerteilt werden, wobei eine Faserlänge von 1 bis 4 mm bevorzugt ist. Das Zerreißen oder Zerfasern der Fasern auf eine spezielle Faserlänge erfordert zusätzliche Herstellungsschritte und daher gesteigerte Herstellungskosten.
  • Cortigene et al., US-Patentschrift Nr. 4,203,388 beschreibt eine Tierstreu, die pelletisierte und getrocknete Abfälle einer Sekundärfaseranlage umfasst. Die Verfahren zur Herstellung von Tierstreu von Cortigene et al. weisen dahingehend Nachteile auf, dass sie erfordern, dass der Faserbrei auf einen Wassergehalt zwischen etwa 32 und 40% entwässert wird. Das Entwässern von Faserbrei auf einen Wassergehalt von 40% kann schwierig sein. Darüberhinaus erfordern die Verfahren, die in der Patentschrift von Cortigene et al. offenbart sind, dass die entwässerte Breimasse vor dem Pelletisieren in kleine Stücke geschnitten wird. Das Entwässern des Breis auf einen Wassergehalt von 40% oder weniger und das Schneiden der Breimasse in kleine Stücke erfordern zusätzliche Herstellungsschritte und daher erhöhte Herstellungskosten.
  • EP-A-0 039 522 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsabsorptionsmaterials aus Faserabfallbrei. Der Faserabfallbrei stammt aus einem Verfahren, in dem Fasern, die zur Gänze oder im Wesentlichen aus Zellulose bestehen, in einer wässrigen Suspension verarbeitet werden, wie es bei der Herstellung von Papier, Pulpe und Pappe üblich ist.
  • WO-A-96/19284 betrifft ein Verfahren zur Wiederverwertung von Papier, das umfasst, dass zerkrümelte Fasern einem Roll- und Rommelvorgang in einer länglichen Trommel unterworfen werden.
  • EP-A-0 115 898 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeits- oder Stoßabsorptionsmaterials, welches das Entwässern des Abwassers aus einem Papierherstellungsverfahren umfasst.
  • Obwohl Verfahren zur Wiederverwertung von Faserbrei zu wiederverwerteten Papierproduktem entwickelt worden sind, sind die Verfahren nicht sehr breit angenommen worden auf Grund der Schwierigkeit, die mit der Qualitätskontrolle der entstehenden Recyclingpapierprodukte verbunden ist.
  • Dementsprechend besteht ein Bedarf an neuen und/oder besseren absorbierenden Materialien, einschließlich absorbierender Materialien zur Verwendung als Absorptionsmittel für flüssige Industrieabfälle und Haushaltsabsorptionsmittel, wie z. B. Tierstreu. Die vorliegende Erfindung betrifft diese, sowie andere wichtige Anwendungen.
  • Diese Aufgabe wird erreicht durch das Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 und die Anwendung gemäß unabhängigem Anspruch 11 oder 12. Weitere vorteilhafte Aspekte und Details der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft zum Teil ein Verfahren zur Herstellung von absorbierenden Materialien. Es wird ein Verfahren zur Herstellung von absorbierendem Material bereitgestellt, welches das Bereitstellen eines Breis aus nicht-zerrissenen und ungeschnittenen wiederverwerteten Fasern mit einem Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 40% umfasst. Der Brei wird pelletisiert, um nasse Pellets zu bilden, die nachfolgend getrocknet werden.
  • Äußerst erstrebenswerte und unerwartete Vorteile werden mit der Erfindung erreicht. In diesem Zusammenhang weisen die absorbierenden Materialien, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, erstrebenswerte Flüssigkeitsabsorptionskapazitäten bzw. Flüssigkeitsabsorbenzkapazitäten auf. Dementsprechend können kleinere Mengen der absorbierenden Materialien verwendet werden, um große Mengen an Flüssigkeit zu absorbieren. Die erstrebenswerte Flüssigkeitsabsorptionskapazität erhöht die Kostenwirksamkeit der vorliegenden absorbierenden Materialien. Sie müssen auch nicht so häufig wie herkömmliche absorbierende Materialien entfernt und durch frische absorbierende Materialien ersetzt werden. Das verringert Umweltbedenken. Zusätzlich wird bei der vorliegenden Erfindung Brei aus wiederverwerteten Fasern als Rohmaterial verwendet, dessen Entsorgung im Allgemeinen in den allgemeinen Unkosten des Herstellers enthalten ist. Daher kann die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, um die Herstellungskosten für absorbierende Materialien deutlich zu verringern.
  • Die vorliegenden absorbierenden Materialien weisen eine geringe Schüttdichte auf, was eine leichte Handhabung durch den Konsumenten ermöglicht. Die Verfahren zur Herstellung der vorliegenden absorbierenden Materialien aus Brei aus wiederverwerteten Fasern sind einfach und umfassen eine minimale Anzahl an Verfahrensschritten. Daher sind bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zusätzliche Verfahrensschritte, wie z. B. das teure Entwässern des Breis, das Zerreißen oder Zerfasern der Fasern und/oder das Schneiden der entwässerten Breimasse in kleine Stücke unnötig, die in Verbindung mit der Herstellung aus Faserbrei von absorbierenden Materialien nach dem Stand der Technik erforderlich sein können.
  • Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen besser hervorgehen.
  • Wie zuvor und in der gesamten Beschreibung verwendet, sollten die folgenden Ausdrücke, wenn nicht anders angegeben, so verstanden werden, dass sie die folgenden Bedeutungen aufweisen.
  • "Brei aus wiederverwerteten Fasern" bezieht sich auf die primären komprimierbaren Abfallfeststoffe, die von einer Entwässerungsvorrichtung in einer Anlage, zum Beispiel einer Tissue-Güte-Entfärbungsmühle abgegeben werden, die Altpapier zu wiederverwerteten Fasern verarbeitet. Brei aus wiederverwerteten Fasern besteht hauptsächlich aus Wasser, Zellulosefasern und anderen Zusatzstoffen, die bei der Papierherstellung verwendet werden, einschließlich Leim, Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Beschichtungsmaterialien und Tinte. Brei aus wiederverwerteten Fasern weist im Allgemeinen im nassen Zustand eine dunkelgraue Farbe und im trockenen Zustand eine hellgraue Farbe auf.
  • "Nicht-zerrissen" bezieht sich auf einen Brei aus wiederwerteten Fasern, der einen Brei umfasst, der nicht zerrissen oder zerfasert worden ist, wie z. B. durch eine Zerkleinerungsmühle oder einen Zerfaserer. Brei aus nicht- zerrissenen Fasern umfasst im Allgemeinen einen Brei, der durch ein mechanisches Förderband befördert und in eine Pelletisiervorrichtung zugeführt werden kann.
  • "Ungeschnitten" bezieht sich auf eine Breimasse aus wiederverwerteten Fasern, die in kleine Stücke geschnitten wird, nachdem sie entwässert worden ist.
  • "Nasse Pellets" bezieht sich auf Pellets, die aus Brei aus wiederverwerteten Fasern hergestellt werden, bevor er getrocknet wird.
  • "Flüssigkeitsabsorptionskapazität" bzw. "Flüssigkeitsabsorbenzkapazität" bezieht sich auf die Fähigkeit des hier beschriebenen absorbierenden Materials, Flüssigkeit zu absorbieren. Flüssigkeitsabsorptionskapazität wird als Gewicht an Flüssigkeit ausgedrückt, das von einem absorbierenden Material absorbiert wird, dividiert durch das Gewicht des absorbierenden Materials.
  • Der Ausdruck "%" oder "Prozent" bezieht sich auf Gewichtsprozent.
  • Die absorbierenden Materialien, die hier bereitgestellt werden, sind äußerst absorbierend und können zum Absorbieren von verschiedenen Flüssigkeiten verwendet werden, einschließlich nichtpolarer Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Flüssigkeiten auf Petroleumbasis, wie z. B. Öl und Fett, polarer Flüssigkeiten, wie zum Beispiel wässriger Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser und Urin, und Lösemittel, einschließlich organischer Lösemittel. Die vorliegenden absorbierenden Materialien sind äußerst nützlich zum Absorbieren von unabsichtlich verschütteten Flüssigkeiten auf Oberflächen, wie z. B. verschüttetem Öl und Lösemitteln auf Fußböden, Werkbänken und Straßen. Die vorliegenden absorbierenden Materialien sind auch besonders nützlich als Tierstreu, insbesondere Katzenstreu, zum Absorbieren von Tierurin und anderen flüssigen Abfällen. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind auf Umweltbedenken im Zusammenhang mit der Entsorgung von Brei aus wiederverwerteten Fasern ausgerichtet. Die Verfahren, die hier bereitgestellt sind, sind einfach und können mit minimaler Ausrüstung durchgeführt werden. Daher kann die Herstellung der vorliegenden absorbierenden Materialien zum Beispiel innerhalb oder in der Nähe einer Altpapierrecyclinganlage durchgeführt werden. Das umgeht die Notwendigkeit, Brei aus wiederverwerteten Fasern zu einer separaten Verarbeitungsanlage zu transportieren.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft zum Teil ein Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Materials. Das Verfahren umfasst die Verwendung von Brei aus wiederverwerteten Fasern, der einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 40% aufweist. In Abhängigkeit von den Vorgängen, die in einer bestimmten Altpapier-Recyclinganlage durchgeführt werden, kann der Brei aus wiederverwerteten Fasern auch einen sekundären Brei umfassen. Sekundärer Brei besteht hauptsächlich aus mikrobieller Biomasse. Allerdings umfasst der Brei aus wiederverwerteten Fasern aus Sicherheits- und Umweltgründen vorzugsweise im Wesentlichen nur wenig oder keinen sekundären Brei.
  • Der Aschegehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern ist ein Zeiger für die Menge an Zusatzstoffen, die im Altpapier enthalten ist. Der Aschegehalt von Brei aus wiederverwerteten Fasern ist im Allgemeinen etwa 20 bis 80 %. Altpapier, das viele Füll- und Beschichtungsmaterialien enthält, zum Beispiel Zeitschriften, stellt einen Brei aus wiederverwerteten Fasern bereit, der einen hohen Aschegehalt aufweist. Brei aus wiederverwerteten Fasern von Zeitungspapier-Entfärbungsmühlen enthält im Allgemeinen einen geringen Aschegehalt. Ein repräsentatives Beispiel für Asche besteht aus den folgenden Materialien.
  • Material %
  • Si als SiO&sub2; 46,4
  • Al als Al&sub2;O&sub3; 40,6
  • Fe als Fe&sub2;O&sub3; 4,5
  • Ti als TiO&sub3; 1,5
  • Ca als CaO 7,4
  • Mg als MgO 0,9
  • Na als Na&sub2;O 0,9
  • K als K&sub2;O Null
  • S als SO&sub2; 0,3
  • P als P&sub2;O&sub5; 0,8
  • Glühverlust bei 900ºF 0,1
  • Unbestimmt 0,2
  • Gesamt 100,0
  • A. H. Nadelman und LP Neston, TAPPI, Vol. 43(2), S. 120 (1960).
  • Der Aschegehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern, der bei den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann variieren und hängt zum Beispiel von der Mühle ab, aus der der Brei aus wiederverwerteten Fasern gewonnen wird, von den bestimmten Komponenten, die im Brei aus wiederverwerteten Fasern enthalten sind, und ähnlichem. In bevorzugten Ausführungsformen weist der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen geringen Aschegehalt auf. Das kommt daher, dass die Asche, die im Allgemeinen ein Maß für die Konzentration an anorganischen Materialien ist, die im Brei vorhanden sind, nicht wesentlich zur Flüssigkeitsabsorptionskapazität der absorbierenden Materialien beiträgt, die daraus hergestellt werden.
  • Vorzugsweise ist der Aschegehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern kleiner als 80%, wobei ein Aschegehalt von weniger als etwa 75% mehr bevorzugt ist. Noch mehr bevorzugt weist der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Aschegehalt von weniger als etwa 70% auf, wobei ein Aschegehalt von weniger als 65% noch mehr bevorzugt ist. Noch mehr vorzugsweise weist der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Aschegehalt von weniger als etwa 60% auf, wobei ein Aschegehalt von weniger als etwa 55% noch mehr bevorzugt ist. Noch mehr vorzugsweise weist der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Aschegehalt von weniger als etwa 50%, zum Beispiel etwa 47%, auf, wobei ein Aschegehalt von weniger als etwa 45% noch mehr bevorzugt ist. Noch mehr vorzugsweise weist der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Aschegehalt von weniger als etwa 40% auf, wobei ein Aschegehalt von weniger als etwa 35% noch mehr bevorzugt ist. Noch mehr vorzugsweise ist der Aschegehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern geringer als etwa 30%, wobei ein Aschegehalt von weniger als etwa 25% noch mehr bevorzugt ist. Ein besonders bevorzugter Aschegehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern ist etwa 23%.
  • Wie oben angeführt, weist der Brei aus wiederverwerteten Fasern, der in den vorliegenden Verfahren verwendet wird, einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 40% auf. Wie nachfolgend genau besprochen, ist der Feuchtigkeitsgehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern ein wichtiger Faktor und kann die Einfachheit, mit der der Brei zu Pellets verarbeitet wird, sowie die Flüssigkeitsabsorptionskapazität der entstehenden absorbierenden Materialien beeinflussen. Vorzugsweise weist der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 40% bis 70% auf. Insbesondere ist der Feuchtigkeitsgehalt des Breis von 42% bis weniger als 70%, wobei ein Feuchtigkeitsgehalt von 50 % bis weniger als 70% noch mehr bevorzugt ist. Noch mehr vorzugsweise weist der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Feuchtigkeitsgehalt von 55% bis weniger als 70% auf, wobei ein Feuchtigkeitsgehalt von 60% bis weniger als 70% noch mehr bevorzugt ist. Besonders bevorzugt ist ein Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 60 bis 68%, und insbesondere mehr als 60 bis 66% und noch mehr bevorzugt etwa 63%.
  • Brei aus wiederverwerteten Fasern enthält typischerweise etwa 50 bis etwa 70% Feuchtigkeit. Um den Feuchtigkeitsgehalt zu verringern, kann der Brei mit jeder beliebigen geeigneten Entwässerungsvorrichtung entwässert werden, umfassend zum Beispiel eine Filzpress- oder Schraubenpressvorrichtung. Selbstverständlich kann der Feuchtigkeitsgehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern durch die Zugabe von Wasser erhöht werden.
  • Nachdem der Brei aus wiederverwerteten Fasern mit einem Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 40% bereitgestellt worden ist, wird der Brei pelletisiert, um nasse Pellets zu bilden. Obwohl davon ausgegangen wird, dass eine große Vielzahl verschiedener Pelletisiervorrichtungen erhältlich ist und verwendet werden kann, um den Brei zu pelletisieren, ist festgestellt worden, dass bestimmte Vorrichtungen und insbesondere Pelletisiervorrichtungen vom Form-Walz-Typ für diesen Vorgang bevorzugt sind. Die Form in einer Form-Walz-Pelletisier-Vorrichtung liegt in Form eines Metallrings vor. Während des Vorganges rotiert die Form etwa zwei oder drei Mal, um den Brei aus wiederverwerteten Fasern zu komprimieren und zu extrudieren. Die Extrusionskraft in einer Form-Walz- Pelletisier-Vorrichtung ist tangential zur Formoberfläche. Daher kann der Brei, obwohl er allmählich eine Matte auf der Formoberfläche bildet, dennoch fortlaufend aus der Form ausgestoßen werden, ohne zu verstopfen.
  • Es ist festgestellt worden, dass im Gegensatz zu den Form- Walz-Pelletisier-Vorrichtungen bestimmte Pelletisiervorrichtungen, einschließlich Pelletisiervorrichtungen, bei denen die Extrusionskraft in eine andere Richtung als tangential zur Formoberfläche angewendet wird, wie z. B. Schneckenpressvorrichtungen, für eine Verwendung im Pelletisiervorgang weniger bevorzugt sind. Das kommt daher, dass diese anderen Extrudiervorrichtungen eine erhöhte Tendenz aufweisen, verstopft zu werden. In diesem Zusammenhang extrudieren Schneckenpressvorrichtungen den Brei aus wiederverwerteten Fasern durch eine flache Form, die mehrere Löcher aufweist. Die Extrusionskraft ist senkrecht zur Formoberfläche in den Schneckenpressen. Während des Vorganges bildet der Brei allmählich eine Matte auf der Formoberfläche, die die Löcher in der Vorrichtung verstopft.
  • Einstellbare Abschnittmesser können verwendet werden, um den extrudierten Brei in nasse Pellets zu schneiden, die die gewünschte Länge aufweisen. Vorzugsweise weisen die nassen Pellets einen Durchmesser von 2,4 mm (3/32 Inch) bis 6,35 mm (1/4 Inch) und eine Länge von 3,2 mm (1/8 Inch) bis 12,7 mm (1/2 Inch) auf. Insbesondere weisen die nassen Pellets einen Durchmesser von 3,2 mm (1/8 Inch) bis 4,76 mm (3/16 Inch) und eine Länge von 4,76 mm (3/16 Inch) bis 7,94 mm (5/16 Inch) auf.
  • Wie oben angemerkt, kann der Feuchtigkeitsgehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern deutlich die weitere Verarbeitung des Breis zu Pellets beeinflussen. Wenn der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, wie z. B. 70% oder mehr, wird Wasser während des Extrudierens aus dem Brei ausgedrückt. Das führt zur Entstehung von separaten Wasser- und Breiphasen. Zusätzlich fehlt den entstehenden nassen Pellets strukturelle Einheit und sie neigen dazu, vor dem Trocknen aneinander zu kleben. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern kleiner als 70% ist, wird das Ausdrücken von Wasser während des Extrudierens im Wesentlichen verhindert. Zusätzlich wird die strukturelle Einheit der nassen Pellets bei einem Feuchtigkeitsgehalt von unter 70% wesentlich verbessert. Die Tendenz der nassen Pellets, aneinander zu kleben, kann im Wesentlichen ausgeschaltet werden durch Verwendung eines Breis aus wiederverwerteten Fasern, der einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 65% aufweist. Allerdings nimmt, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Breis auf weniger als 42% verringert wird, zum Beispiel 40%, die bruchlose Verformbarkeit des Breis aus wiederverwerteten Fasern ab. In der Folge entstehen Schwierigkeiten beim Extrudieren des Breis aus wiederverwerteten Fasern mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 40%, und die Formen der Pelletisiervorrichtung weisen eine erhöhte Tendenz auf, verstopft zu werden. Dementsprechend ist der Feuchtigkeitsgehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern größer als 40%, zum Beispiel wenigstens 42%. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt unter 40% fällt, tritt ein wiederholtes Verstopfen der Farmen auf, und bei Feuchtigkeitsgehalten von etwa 25% oder weniger ist das Verstopfen sehr stark, was zu einer Außerbetriebnahme der Pelletisiervorrichtung führt.
  • Zusätzlich zu den Auswirkungen auf die Pelletbildung kann der Feuchtigkeitsgehalt des Breis aus wiederverwerteten Fasern auch eine starke Auswirkung auf die Flüssigkeitsabsorptionskapazität der entstehenden Pellets aufweisen. Es ist zum Beispiel beobachtet worden, dass Pellets, die aus Brei aus wiederverwerteten Fasern mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt von zum Beispiel mehr als 40%, wie z. B. 42% hergestellt worden sind, verbesserte Flüssigkeitsabsorptionskapazitäten im Vergleich zu Pellets aufweisen, die aus Brei aus wiederverwerteten Fasern mit einem geringeren Feuchtigkeitsgehalt von zum Beispiel weniger als 42%, wie z. B. 40% oder weniger, hergestellt worden sind. Der Erfinder möchte sich zwar nicht auf irgendeine Lehre der Durchführung festlegen, aber die Gründe dafür, dass Pellets, die aus Brei aus wiederverwerteten Fasern mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt hergestellt worden sind, verbesserte Flüssigkeitsabsorptionskapazitäten aufweisen, sind folgende. Während des Trocknens verdampft die Feuchtigkeit in den nassen Pellets, was Hohlräume erzeugt. Diese Hohlräume sind in der Lage, Flüssigkeit einzuschließen. Pellets, die aus Brei aus wiederverwerteten Fasern mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt hergestellt werden, weisen mehr Hohlraum als Pellets auf, die aus Brei aus wiederverwerteten Fasern mit einem geringeren Feuchtigkeitsgehalt hergestellt werden. Pellets, die mehr Hohlräume aufweisen, sind in der Lage, eine größere Menge an Flüssigkeit zu absorbieren oder einzuschließen.
  • Nachdem die nassen Pellets aus der Pelletisiervorrichtung abgegeben worden sind, werden die Pellets getrocknet. Eine Vielzahl verschiedener Trockentechniken zum Trocknen der nassen Pellets ist verfügbar, und solche Techniken sind für einen Fachmann auf der Basis der vorliegenden Offenbarung offensichtlich. Vorzugsweise werden die Pellets getrocknet unter Verwendung eines Verfahrens, bei dem die Pellets relativ zueinander im Wesentlichen bewegungslos bleiben, wodurch eine Reibbewegung im Wesentlichen vermieden wird. "Reibbewegung" bezieht sich, wie hier verwendet, auf eine Bewegung der Pellets, wobei die Pellets gegeneinander oder gegen andere Oberflächen, wie z. B. die Wände der Trocknungsvorrichtung, reiben. Reibbewegung ist unerwünscht, da sie zu einer Erosion und/oder Zerstörung der Pellets sowie zur Entstehung von Feinstoffen und Staub führen kann. In bevorzugten Ausführungsformen wird eine Förderbandtrockenvorrichtung verwendet, um die nassen Pellets zu trocknen. Die Verwendung eines Förderbandtrockners minimiert die Reibbewegung der Pellets während des Trocknungsvorganges, was im Wesentlichen zu einer Ausschaltung der Erzeugung von Staub oder Feinteilen führt. Im Gegensatz dazu können andere Trockner, wie z. B. Rotationstrockner, die Zerstörung von Pellets und die Erzeugung von Feinteilen und Staub verursachen, und ihre Verwendung sollte vermieden werden.
  • In bevorzugten Ausführungsformen werden die nassen Pellets auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 10% getrocknet, wobei ein Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5% mehr bevorzugt ist. Der gewünschte Feuchtigkeitsgehalt der getrockneten Pellets kann durch Erhitzen der nassen Pellets auf zwischen etwa 110ºC (230ºF) und etwa 127ºC (260ºF) für einen Zeitraum von etwa 5 bis etwa 10 Minuten erreicht werden. Eine Vielzahl verschiedener Wärmequellen ist für eine Verwendung zum Erhitzen der nassen Pellets auf eine gewünschte Temperatur und zum Trocknen der Pellets auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt erhältlich. Geeignete Wärmequellen umfassen zum Beispiel Dampf und Naturgas. Nach dem Trocknen können die getrockneten Pellets mit Umgebungsluft gekühlt werden.
  • Wenn gewünscht kann ein Deodorant und/oder Duftstoff in die absorbierenden Materialien eingebracht werden. Diese Einbringung kann während der Verarbeitung des Breis aus wiederverwerteten Fasern stattfinden, zum Beispiel nach dem Entwässern und vor dem Pelletisieren, oder nach dem Trocknen. Die Einbringung eines Deodorants und/oder Duftstoffes kann besonders erwünscht sein bei absorbierenden Materialien, die als Tierstreu verwendet werden. Das jeweilige Deodorant und/oder der Duftstoff, der ausgewählt wird, können variieren und hängen zum Beispiel von der vorgesehenen Endanwendung ab. Geeignete Deodorants oder Duftstoffe umfassen zum Beispiel Katzenstreu- Desodoriseure, die im Handel erhältlich sind von Church & Dwight Co., Inc. (Princeton, NJ), oder Backpulver.
  • Die absorbierenden Materialien, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, weisen erwünschterweise hohe Flüssigkeitsabsorptionskapazitäten auf. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die vorliegenden absorbierenden Materialien eine Flüssigkeitsabsorptionskapazität von wenigstens 1,1 auf, wobei Flüssigkeitsabsorptionskapazitäten von mehr als etwa 1,1, zum Beispiel etwa 1,2, etwa 1,3 oder etwa 1,4 mehr bevorzugt sind. Noch mehr bevorzugt ist, dass die absorbierenden Materialien eine Flüssigkeitsabsorptionskapazität von wenigstens etwa 1,5 aufweisen, wobei Flüssigkeitsabsorptionskapazitäten von wenigstens etwa 1,6 noch mehr bevorzugt sind. In einer noch mehr bevorzugten Ausführungsform weisen die absorbierenden Materialien eine Flüssigkeitsabsorptionskapazität von mehr als etwa 1,6 auf.
  • Die absorbierenden Materialien, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, weisen erwünschterweise eine geringe Schüttdichte auf, was eine leichte Handhabung durch Konsumenten fördert. Es ist beobachtet worden, dass absorbierende Materialien mit geringerer Schüttdichte im Allgemeinen aus Brei aus wiederverwerteten Fasern mit einem geringeren Aschegehalt erreicht werden. Es wird davon ausgegangen, dass dies daher kommt, dass die Partikelgröße von Asche im Allgemeinen viel kleiner als die der Fasern ist, und dass Partikel von kleinerer Größe typischerweise Pellets mit höherer Schüttdichte bilden.
  • In bevorzugten Ausführungsformen weisen die vorliegenden absorbierenden Materialien eine Schüttdichte von weniger als 577 kg/m³ (36 lb/ft³), wie z. B. 560, 545, 513 und 500 kg/m³ (35, 34, 33, 32 und 31 lb/ft³) auf. Insbesondere weisen die absorbierenden Materialien eine Schüttdichte von weniger als etwa 480 kg/m³ (30 lb/ft³), wie z. B. etwa 465, 448, 432, 416, 400, 384, 368, 352, 336 und 320 kg/m³ (29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21 und 20 lb/ft³) oder weniger auf.
  • Die vorliegenden absorbierenden Materialien können verwendet werden, um Flüssigkeiten zu absorbieren, zum Beispiel Flüssigkeiten, die auf Oberflächen verschüttet worden sind, wie z. B. Flüssigkeiten auf Petroleumbasis, einschließlich Öl. Die verschüttete Flüssigkeit wird absorbiert, indem das absorbierende Material mit der Flüssigkeit in Berührung gebracht wird, zum Beispiel durch Ablegen des absorbierenden Materials auf die verschüttete Flüssigkeit. Das absorbierende Material wird auf der Flüssigkeit gelassen, bis sie absorbiert ist, und das benetzte absorbierende Material kann für eine geeignete Entsorgung weggenommen werden.
  • Die absorbierenden Materialien sind besonders geeignet für eine Verwendung als Tierstreu. Das absorbierende Material wird in eine Streuschale gegeben und wird mit Abfall von einem Tier, zum Beispiel einem Haustier, wie z. B. einer Katze, in Berührung gebracht, indem das Tier sich in das absorbierende Material entleert. Das gebrauchte absorbierende Material kann leicht entsorgt werden, zum Beispiel durch Wegspülen in einer Toilette.
  • Die Erfindung wird weiter in den folgenden Beispielen beschrieben. Die Beispiele sind wirkliche Beispiele und sind nur zum Zwecke der Veranschaulichung und sollen nicht als einschränkend für die beigefügten Ansprüche verstanden werden.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1 bis 5 und 7 beschreiben die Herstellung von pelletisierten absorbierenden Materialien gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. Beispiel 6 beschreibt die Herstellung von pelletisierten absorbierenden Materialien nicht gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. Beispiel 8 bis 13 beschreiben Tests zur Bewertung der Flüssigkeitsabsorptionskapazitäten der absorbierenden Materialien, die in Beispiel 1 bis 7 hergestellt worden sind, sowie absorbierender Materialien nach dem Stand der Technik.
  • Beispiel 1 bis 12 sind wirkliche Beispiele, während Beispiel 13 ein prophetisches Beispiel ist.
  • BEISPIEL 1
  • Brei aus wiederverwerteten Fasern aus einer Altpapier- Entfärbungsanlage in den Vereinigten Staaten wurde zur Herstellung eines absorbierenden Materials verwendet. Der Brei wurde mit einer Handpresse auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 65% entwässert und analysiert, was einen Aschegehalt von etwa 23% ergab. Der Brei wurde direkt in eine Form-Walz-Pelletisiervorrichtung zugeführt und pelletisiert. Die nassen Pellets wurden auf weniger als 10% Feuchtigkeit getrocknet unter Verwendung von Labortrockenschränken oder einer Förderbandtrockenvorrichtung.
  • BEISPIEL 2 BIS 6
  • Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass der Brei vor dem Pelletisieren auf einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 70% (Beispiel 2); etwa 60% (Beispiel 3); etwa 50% (Beispiel 4); etwa 42% (Beispiel 5); und etwa 30% (Beispiel 6) entwässert wurde.
  • BEISPIEL 7
  • Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass der Brei aus wiederverwerteten Fasern aus einer Altpapier-Entfärbungsanlage in Canada erhalten wurde. Der Aschegehalt dieses Breis wurde analysiert und ergab etwa 47%.
  • BEISPIEL 8
  • Die Pellets, die in Beispiel 1 bis 7 hergestellt wurden, wurden auf Schüttdichte (lb/ft³) und Wasserabsorptionskapazität (Gramm absorbiertes Wasser pro Gramm Trockenpellet) bewertet. Die Ergebnisse dieser Bewertung sind in Tabelle 1 angeführt. TABELLE 1
  • Eine Betrachtung von Tabelle 1 ergibt, dass absorbierende Materialien, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden (Beispiel 1 bis 5), geringere Schüttdichte und verbesserte Wasserabsorptionskapazitäten aufweisen im Vergleich zu den absorbierenden Materialien, die in Beispiel 6 hergestellt werden. Pellets, die aus dem Brei aus wiederverwerteten Fasern mit einem Feuchtigkeitsgehalt von wenigstens 50% und mehr (Beispiel 1 bis 4) hergestellt werden, weisen besonders verbesserte Wasserabsorptionskapazitäten auf, Zusätzlich zeigt die Betrachtung von Tabelle 1, dass die Wasserabsorptionskapazität sich bei Aschegehalten von weniger als 47% verbessert.
  • BEISPIEL 9
  • Dieses Beispiel betrifft eine Bewertung und einen Vergleich der Schüttdichte und Wasserabsorptionskapazitäten der Pellets, die in Beispiel 3 hergestellt werden, und zweier im Handel erhältlicher Ton-Tierstreuprodukte. Die Ergebnisse dieser Bewertung sind in Tabelle 2 angeführt. TABELLE 2
  • Die Betrachtung von Tabelle 2 zeigt, dass das absorbierende Material von Beispiel 3 geringere Schüttdichte und verbesserte Wasserabsorptionskapazitäten im Vergleich zu Ton-Katzenstreu nach dem Stand der Technik aufweist.
  • BEISPIEL 10
  • Dieses Beispiel betrifft eine Bewertung und einen Vergleich der Schüttdichten und Ölabsorptionskapazitäten der Pellets, die in Beispiel 3 hergestellt werden, von zerfasertem Altpapier und einem im Handel erhältlichen Tonabsorptionsmittel. Die Ergebnisse dieser Bewertung sind in Tabelle 3 angeführt. TABELLE 3
  • Eine Betrachtung von Tabelle 3 zeigt, dass die absorbierenden Materialien von Beispiel 3 geringere Schüttdichten als Tonstreu nach dem Stand der Technik und verbesserte Ölabsorptionskapazitäten im Vergleich zu Ton- Katzenstreu nach dem Stand der Technik aufweisen. Obwohl zerfasertes Altpapier eine geringere Schüttdichte und eine höhere Ölabsorptionskapazität als die Pellets von Beispiel 3 aufweist, ist es auch deutlich teurer als die absorbierenden Materialien, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, da dafür ein Produkt mit Marktwert als Rohmaterial verwendet wird.
  • BEISPIEL 11
  • Dieses Beispiel betrifft eine Bewertung der Auswirkung der Pelletgröße auf die Flüssigkeitsabsorptionskapazität. Sechs verschiedene Größen von Pellets wurden mit den folgenden Abmessungen hergestellt, von denen alle in mm (Inch) ausgedrückt sind:
  • (A) Durchmesser 2,38 (3/32) und Länge 4,76 (3/16);
  • (B) Durchmesser 2,38 (3/32) und Länge 11,11 (7/16);
  • (C) Durchmesser 3,175 (1/8) und Länge 4,76 (3/16);
  • (D) Durchmesser 3,175 (1/8) und Länge 11,11 (7/16);
  • (E) Durchmesser 6,35 (1/4) und Länge 4,76 (3/16); und
  • (F) Durchmesser 6,35 (1/4) und Länge 11,11 (7/16).
  • Die Pellets (A) bis (F) wurden für ihre Wasserabsorptionskapazität bewertet. Die Ergebnisse dieser Bewertung sind in Tabelle 4 angeführt. TABELLE 4
  • Die Betrachtung von Tabelle 4 zeigt, dass für Pellets mit einem Durchmesser von mehr als 2,38 mm (3/32 Inch) kürzere Pellets und insbesondere Pellets mit einer Länge von 4,76 mm (3/16 Inch) verbesserte Wasserabsorptionskapazitäten aufweisen. Von den sechs Größen von Pellets, die in diesem Beispiel bewertet worden sind, wiesen die Pellets von Größe (C) die höchste Wasserabsorptionskapazität auf.
  • BEISPIEL 12
  • Die absorbierenden Materialien, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, wurden auf Haushalte mit Katzen verteilt. Die absorbierenden Materialien wurden von den Katzenbesitzern auf ihre Wirksamkeit als Katzenstreu bewertet. Die Katzenbesitzer berichteten, dass die absorbierenden Materialien folgendermaßen als Katzenstreu wirksam waren:
  • (A) sie absorbieren Flüssigkeiten gut;
  • (B) sie weisen im Wesentlichen keine Tendenz auf, an den Füßen der Katze zu haften;
  • (C) sie sind im Wesentlichen staubfrei;
  • (D) sie machen eine Streuschale leicht zu reinigen;
  • (E) sie erfordern wenig oder keine Wartung zwischen den Auswechslungen mit frischem absorbierendem Material;
  • (F) sie sind wegspülbar und daher leicht zu entsorgen;
  • (G) sie weisen im Wesentlichen keine Tendenz auf, aus der Streuschale ausgestreut zu werden; und
  • (H) sie sind optisch ansprechend für den Katzenbesitzer.
  • Es wurde auch berichtet, dass die Katzen von den vorliegenden absorbierenden Materialien angezogen wurden, wenn sie einen Platz suchten, um sich von Urin und/oder Stuhl zu lösen.
  • BEISPIEL 13
  • Die Bewertung, die in Beispiel 12 durchgeführt wurde, wird wiederholt mit der Ausnahme, dass die absorbierenden Materialien auch einen Duftstoff, ein keimtötendes Mittel und/oder ein bakterienvernichtendes Mittel enthielten. Zusätzlich zu den Eigenschaften (A) bis (H) oberhalb, wird das absorbierende Material als wirksame Tierstreu in folgender Hinsicht wahrgenommen:
  • (I) es absorbiert Gerüche;
  • (J) es verzögert Keimwachstum;
  • (K) es macht Streuschalen weniger auffällig;
  • (L) es weist einen angenehmen Geruch auf; und
  • (M) es verlängert den Zeitraum zwischen den Auswechslungen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Materials umfassend:
(a) Herstellung eines Faserbreis mit einem Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 40%;
(b) Pelletisieren des Breis aus wiederverwerteten Fasern, um nasse Pellets zu bilden; und
(c) Trocknen der nassen Pellets,
dadurch gekennzeichnet, dass der Faserbrei ein Brei aus nicht-zerrissenen und ungeschnittenen, wiederverwerteten Fasern ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Brei aus wiederverwerteten Fasern, einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 40% bis 70% hat.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 42% bis weniger als 70% hat.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 50% bis weniger als 70% hat.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Feuchtigkeitsgehalt von 50% bis 66% hat.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Pelletisieren des Breis aus wiederverwerteten Fasern mit einer Form-Walz- Pelletisier-Vorrichtung.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nassen Pellets während des Trocknens im Wesentlichen relativ zueinander bewegungslos bleibt.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Trocknen der Pellets mit einem Förderbandtrockner.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Herstellen des Breis aus wiederverwerteten Fasern aus einer Tissue-Güte- Entfärbungsmühle.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brei aus wiederverwerteten Fasern einen Aschegehalt von weniger als 80% aufweist.
11. Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines absorbierenden Materials umfassend eine Schüttdichte von weniger als 577 kg/m³ (36 lb/ft³) und einer Flüssigkeitsabsorbenzkapazität von wenigstens 1,1.
12. Verwendung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis zur Herstellung eines absorbierenden Materials umfassend Pellets mit einem Durchmesser von 2,4 mm (3/32) Inch) bis 6,35 mm (1/4 Inch) und einer Länge von 3,2 mm (1/8 Inch) bis 12,7 mm (1/2 Inch).
13. Verwendung gemäß Anspruch 12, wobei die Pellets einen Durchmesser von 3,2 mm (1/8 Inch) bis 4,76 mm (3/16 Inch) und eine Länge von 4,76 nun (3/16 Inch) bis 7,94 mm (5/16 Inch) hat.
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