【０００１】
発明の背景
１．発明の分野：
本発明は、羽毛、特に家禽の羽毛の加工処理方法、およびそれより製造された羽毛製品に関する。
【０００２】
２．背景：
米国だけで毎年約４０億トンの羽毛が家禽処理作業で製造される。これらの羽毛は、ほとんど全て、家畜用飼料添加剤として一般に使用される粉末状の複雑な蛋白質を製造するために溶出精製処理される。残念ながら、このような溶出精製処理プロセスのコストは、典型的には、溶出精製処理製品の経済価値と同等かまたはそれを超える。
【０００３】
家禽の羽毛には他の用途に望ましいと思われるある一定の特徴および性質があるけれども、羽毛をこのような用途で使用できる能力は、これまでは、（ａ）羽毛の不均質な構造、（ｂ）家禽の羽毛を十分にクリーニングして蛋白質、細菌、その他の汚染物を除去することの困難さとコスト、（ｃ）羽毛材料の短期的および長期的腐敗を防止することの困難さ、および（ｄ）羽毛材料が望ましくない臭気を発生する傾向といったようなことによって妨げられてきた。例えば、S. A. HaoushおよびM. M. El-Hawaryは、Concrete International、１９９４年６月号の「羽毛繊維強化コンクリート（Feather Fiber Reinforced Concrete）」と題される彼らの論文の中で、家禽の羽毛は軽量コンクリートの製造用添加剤として使用できることを示唆している。しかし、HaoushおよびEl-Hawaryは、羽毛材料を洗浄し、クリーニングし、スクリーニングし、または乾燥する有効な何らの方法も開示できず、そして短期的および長期的腐敗を防ぐ羽毛の効果的な処理手段の必要が存在することを認めている。
【０００４】
HaoushおよびEl-Hawaryによって示唆された用途に加えて、米国特許第６４１，９２３号明細書は、石灰、塩化マンガン、塩化カルシウムおよび羽毛の混合物より成る材料をボイラー表面の被覆材料として用いることを示唆している。米国特許第７０８，００３号明細書は、ベンゼンまたはガソリンに溶解された生ゴムを、硫黄、ホワイチング、アラビアゴム、およびベンゼンでも洗浄されている羽毛と混合することによって形成されるゴム代替材料を開示している。米国特許第１，７６３，４１１号明細書は、カットした羽毛をクランクケースオイル、調合ペイントまたはタールと混合することによって形成される人造ゴルフコース被覆材料を開示している。
【０００５】
米国特許第５，７０５，０３０号明細書は、（ａ）原料羽毛を採集し、（ｂ）その羽毛を極性の水溶性有機溶媒（エタノール）中で洗浄し、（ｃ）このエタノール洗浄工程を繰り返し、（ｄ）その羽毛から溶媒を除去し、次いで（ｅ）その羽毛の羽軸（羽柄）から機械的裁断または剪毛によって羽毛の繊維成分を取り除く工程を含む、羽毛から繊維を製造する方法を開示している。この特許は、羽毛繊維製品は絶縁材料、布帛、紙様製品、押出成形物および複合物品の製造に有用であるかもしれないことを示唆している。
【０００６】
米国特許第５，７０５，０３０号明細書は、ここで参照することによりその全開示が本明細書に含まれるものである。
米国特許第５，７０５，０３０号明細書のエタノール洗浄法は、これまでに提案されたある種の他の羽毛加工処理方法よりも有望ではあるけれども、それには重大な欠点がある。例えば、エタノールのような揮発性有機溶媒は比較的高価であり、しかも明白な安全、取り扱い、加工処理および環境上のコスト、諸要求および諸懸念を生じさせる。加えて、米国特許第５，７０５，０３０号明細書の方法は、２つの溶媒洗浄工程、溶媒除去工程および乾燥工程を必要とし、それらの全てが羽毛を機械的に裁断または剪毛する前に行われるという点で相対的に複雑である。
【０００７】
発明の概要
本発明は、上記で議論した必要を満たし、そして上記で議論した諸問題を軽減する羽毛の加工処理方法を提供するものである。本発明の方法は、腐敗しないか、または不快な臭気を発しない、絶縁材料、布帛、フィルター、卵用カートン、他の成形物品、紙および他の紙様製品のような最終製品を製造するのに十分に適している、創意に富む羽毛製品材料を提供する。この発明の羽毛材料は、また、建設、その他の用途のための押出成形物および複合材料の製造にも十分に適している。
【０００８】
１つの面において、本発明の羽毛加工処理方法は、家禽の羽毛を水性液体キャリアー溶液の存在下で（例えば、リファイニングおよび／またはパルプ化によって）縮小化する（reducing）工程を含む。水性液体キャリアー溶液は、好ましくは、過酸化水素、漂白剤または洗浄剤を、羽毛を縮小化工程中にクリーニングおよび消毒するのに有効な濃度で含む。別法として、またはそれに加えて、縮小化羽毛材料は、羽毛材料を縮小化工程後に過酸化水素水溶液または洗浄剤溶液中でかき混ぜるか、混合するか、さもなければ攪拌することによってクリーニングおよび消毒することができるだろう。
【０００９】
もう１つの面において、本発明は、羽毛を少なくとも１つのリファイナー、少なくとも１つのパルパーおよびそれらの組み合わせより成る群から選ばれる縮小化装置で縮小化する工程を含む羽毛の加工処理方法を提供する。本発明は、さらに、この発明の方法によって製造される製品を提供する。
【００１０】
もう１つの面において、本発明は、羽毛を、過酸化水素、洗浄剤、漂白剤およびそれらの組み合わせより成る群から選ばれるクリーニング剤の存在下で縮小化する工程を含む羽毛の加工処理方法を提供する。この発明の羽毛加工処理方法は、羽毛を過酸化水素、インキ抜き物質またはそれらの組み合わせの存在下で縮小化する工程を含むのが好ましい。
【００１１】
さらにもう１つの面において、本発明は、（ａ）縮小化紙材料を縮小化羽毛材料に加えて組み合わされた縮小化材料を形成する工程、および（ｂ）その組み合わせ縮小化材料から製品を形成する工程を含む方法を提供する。本発明は、また、上記発明の方法によって製造される製品も提供する。
【００１２】
本発明のさらなる目的、特長および利点は、当業者には、添付図面を調べると、また好ましい態様についての次の説明を読むと直ちに明らかになるだろう。
好ましい態様の詳細な説明
本発明の羽毛加工処理方法および同システムの態様２は、図２で図式的に説明されている。本発明のシステムは、一般に任意のタイプの羽毛を加工処理するのに用いることができる。本発明のシステム２は、ニワトリの羽毛および他のタイプの家禽羽毛を加工処理するのに特によく合っている。
【００１３】
本発明のシステム２において、家禽加工処理作業または他の羽毛源からの羽毛はインフィードシステム（infeed system）４に送り出される。インフィードシステム４は、例えば、原料羽毛材料を溶出精製プラントに送るのに使用されるタイプの典型的なインフィードシステムであることができる。この技術分野の当業者であれば理解されるだろうように、このようなシステムは羽毛を加工処理システムに制御または半制御速度で連続的に送り出すことができる。
【００１４】
必要ならば、インフィードシステム４は、汚れた原料羽毛をいかなる他の身体部分（例えば、頭および足）およびいかなる異物（例えば、金属物体、手袋等々）も除去される区域６に送り出すことができる。この技術分野の当業者であれば理解されるであろうように、このような身体部分および異物を除去する一般に任意の方法が使用できる。例えば、区域６は、溶存空気が原料羽毛から肉部分および異物を物理的に分離するために用いられている、水を満たした溶存空気浮選（dissolved air flotation：DAF）槽を含むことができるだろう。固有の浮力差のために、頭、足または他の肉物体はどれも、その槽に対する空気の添加割合を、肉物体が槽を羽毛の速度よりも実質的に遅い速度で移動するように調整することによって除去することができ、かくして肉物体は羽毛から、槽内に適切に配置されている仕切り板または他のセパレーターにより分離せしめられる。他方、金属物体は、槽の底に設けられたトラップの中に単に落とし込むことで原料羽毛から分離する。
【００１５】
別法として、またはそれに加えて、異物は、金属検出器、遠心式（例えば、サイクロン式）クリーナー、および／またはこの技術分野で公知の他の装置またはシステムを用いて工程６で除去することができる。
【００１６】
分離システム６から、湿潤した原料羽毛は、好ましくは、その湿潤原料羽毛を縮小化してリファイニングおよび／またはパルプ化された羽毛材料をもたらすことができる装置８に運ばれる。装置８は、再生利用紙からパルプを製造するために製紙工業で一般に使用されるタイプの、１つのまたは複数のリファイニング機および／またはパルプ化機であるのが好ましい。この技術分野の当業者であれば理解されるだろうように、パルプ化／リファイニング工程は連続式またはバッチ式のいずれでも行うことができる。本明細書で用いられる用語「リファイナー」または「リファイニング」機は、ディスクミル装置類も包含する。
【００１７】
工程８でパルパーが使用されるならば、それは再生利用紙を加工処理するのに使用されるタイプのものであるのが好ましい。パルパーは、離解ゾーン中に狭い許容差を持つローターおよびステーター集成体を有するタイプの高剪断パルパーであるのが最も好ましい。
【００１８】
本発明における使用によく合った商業的に入手できるパルパーの１例は、Bolton Emerson社から入手できるTORNADOパルパーである。もう１つの、適しているが、若干低速の装置が、例えばThermo Black Clawson社から入手できる。
【００１９】
本発明の方法２の工程８は、再生利用紙を加工処理するのに使用されるタイプの１つまたは２つ以上のリファイニング機を用いて行われるのが好ましい。工程８で用いられるリファイニング装置は、シングルディスクか、ダブルディスクのデザインのいずれかのディスクミルタイプリファイナーであるのが最も好ましい。この技術分野の当業者であれば理解されるだろうように、一般に任意のタイプおよび程度の粉砕、剪毛、裁断、微粉化、摩擦、毛羽立ち、または所望とされる他のリファイニングを達成するために、このような装置で色々な別種のディスクが用い得る。
【００２０】
本発明者は、本発明で使用されるリファイナーおよびパルパーが、羽毛材料の加工処理に予想外かつ驚くほど有効であることを発見した。これらの装置は、羽毛材料の固有の構造強度を統御し、そしてそのような材料が一緒に凝集する傾向を克服するのに十分に適している。これらの装置は、かくして、より高い品質を持つ一貫して変わらない均質な製品を効率的かつ経済的に製造する。これら装置は、また、大量の羽毛を、その中に異物が多少含まれているものであっても処理することが可能である。
【００２１】
本発明のシステム２において、羽毛は、好ましくは、リファイニングまたはパルプ化装置８の中で１種または２種以上のクリーニング剤を含む水性液体キャリアー溶液の存在下で加工処理される。適したクリーニング剤の例に、限定されるものではないが、溶媒（好ましくは、過酸化水素のような無機溶媒）；洗浄剤；漂白剤（好ましくは、塩素漂白剤）；および表面活性剤がある。所望とされるならば、抗菌剤、脱臭剤、農薬、界面活性剤または他の薬剤のようなさらに他の添加剤もキャリアー溶液中に含めることができる。使用される特定のクリーニング剤（１種または２種以上）および添加剤は、例えば、リファイニングされた製品に所望とされる保存寿命、構造上の性質、表面特性、結合部位および他の結果を達成し、または生み出すように選択することができる。
【００２２】
本発明のシステム２は次のものを含む：クリーニング剤またはクリーニング剤溶液が貯蔵される槽または他の容器１２；クリーニング剤またはその溶液をリファイニングまたはパルプ化装置８に送り出すための導管１０（典型的には、計量ポンプまたは他の適切な計量装置（図示されず）を含む）；および再循環水を廃水処理システム１６からリファイナー／パルパー８に送り出すための導管１４。
【００２３】
リファイナーまたはパルパー８に送り出されるクリーニング剤、再循環水および／または清水の量は、羽毛を縮小化操作中に効果的に運び、クリーニングし、そして消毒するために制御されるのが好ましい。かくして、羽毛は、それらがリファイニングまたはパルプ化装置８の中で粉砕され、細断され、さもなければ縮小化されている間にクリーニングされ、かつ消毒される。別法として、羽毛材料は、この後で議論されるように、リファイニングおよび／またはパルプ化後にクリーニング、消毒等々がなされ得る。
【００２４】
リファイニングまたはパルプ化装置８内におけるクリーニング剤の濃度、リファイニングまたはパルプ化装置８内における羽毛の滞留時間、および羽毛材料がリファイニングまたはパルプ化装置８を通して再循環される程度は、所望とされる特定の最終製品を得るのに必要な通りに変えることができる。関連のある因子として、例えば原料羽毛供給材料の大きさ、構造および汚染物レベル、並びに得られる縮小化生成物に所望とされる大きさおよび純度が挙げられる。
【００２５】
羽毛材料を運ぶために、そして縮小化生成物に必要な縮小化、クリーニングおよび消毒の程度を達成するために、十分なクリーニング剤および水がリファイナー／パルパー８に、装置内の液体キャリアー溶液対羽毛の容積比が約１００：１〜約１：１の範囲内となるように加えられるのが好ましい。使用される特定のクリーニング剤（１種または２種以上）に関わらず、リファイニングまたはパルプ化装置８中におけるキャリアー溶液対羽毛の容積比は、約５０：１〜約２：１の範囲内であるのがさらに好ましく、約１９：１であるのが最も好ましい。
【００２６】
本発明の方法で用いられるクリーニング剤が過酸化水素、漂白剤、表面活性剤またはそれらの組み合わせであるならば、槽１２中に貯蔵されるか、さもなければ本発明の方法で使用される上記クリーニング剤の水溶液は、その溶液の総容量に基づいて約３５〜約５０容量％の範囲内のクリーニング剤濃度を有するのが好ましい。加えて、その結果として得られるリファイナーまたはパルパー８中の総水性キャリアー溶液中における過酸化水素および／または漂白剤の濃度は、容量で約２００〜約５，０００ppmの範囲内であるのが好ましい。水性液体キャリアー溶液中の過酸化水素、界面活性剤および／または漂白剤の濃度は、約３００〜約３，５００容量ppmの範囲内であるのがさらに好ましい。この濃度は、過酸化水素では約２，５００容量ppmが、または表面活性剤若しくは漂白剤では約５００容量ppmが最も好ましい。
【００２７】
他方、リファイニングまたはパルプ化装置８中で用いられるクリーニング剤が洗浄剤であるならば、キャリアー溶液中の洗浄剤の濃度は、態様１００のリファイニングまたはパルプ化装置１０６に関して以下において議論される濃度と同じであるのが好ましい。
【００２８】
大部分の用途で、羽毛は約５秒〜約１５分の範囲内のリファイニングまたはパルプ化装置８内総滞留時間を有するのが好ましい。この技術分野の当業者であれば理解されるだろうように、所望とされるならば装置８の複数回パスを用いることができる。一部の典型的なリファイニング機は１回のパスにつき約５〜約６０秒を必要とする。パルピングまたはリファイニング装置８内の材料の温度は、典型的には約６０〜約１６０°Ｆの範囲内である。
【００２９】
羽毛材料をクリーニングおよび消毒することに加えて、本発明の方法における過酸化水素溶液の使用は、羽毛材料に望ましい漂白および白化効果を及ぼすことができる。さらに、これまでに示唆されていた有機溶媒の使用とは対照的に、本発明の方法に従っての希薄過酸化水素水溶液の使用は重大な安全性の懸念を生じさせ、かつ火災または爆発の重大な危険を提起しない。さらにまた、過酸化水素によって与えられる有効酸素は、重大な廃物処理および環境問題を引き起こすのではなく、廃水処理システム１８の生物学的酸素要求量（BOD）レベルを下げることによってその廃水処理システムを補助する。BODレベルは、EPAによっておよび国および地方の環境当局によって監視および制限されている。
【００３０】
縮小化工程８に続いて、また最終製品に必要な粒度低下量および／または他の特性に依存して、本発明の方法は、場合によって、１つまたは２つ以上の追加の縮小化および／またはリファイニング工程２０を含むこともできる。羽毛パルプをさらに縮小化および／または別の方法でリファイニングするのに使用できるだろう装置およびシステム２０の例として次のものがあるが、但しそれらに限定されない：リンター； ブレンダー；ミル；チョッパー；遠心式グラインダー；クリーナー；および／または追加のパルパーまたはリファイナー。
【００３１】
縮小化工程８、および場合によって用いられるリファイニング工程２０の後に、縮小化された羽毛製品はその材料をその繊維成分および羽柄成分に分離するように処理することができる。このような分離は、例えば、羽毛材料を乾燥し、次いで、例えばリンター、円錐式セパレーター、オルガン式セパレーター、コーム／ブラシセパレーター、または２つまたは３つ以上のそのような装置の組み合わせを用いて分離する米国特許第５，７０５，０３０号明細書で説明される方法に従って行うことができる。
【００３２】
しかし、本発明の方法２では、リファイニング若しくはパルプ化装置８、または場合によって用いられるリファイニング工程２０からもたらされる湿潤材料を、液圧スクリーン装置２２を用いてその繊維成分または羽柄成分に直接分離することが好ましい。液圧スクリーン装置はこの技術分野において容易に入手でき、それらは、例えば再生利用紙の加工処理に一般に使用される。典型的な液圧スクリーンシステムに加圧型スクリーンがあり、この場合それらは繊維材料を羽柄材料から大きさに基づいて分離するように働く。そのスクリーンは、典型的には、所望の大きさを持つ繊維を通過させ、同時にそれより大きい全ての成分を保持しておくスロット、穴および／または他の開口を含む。スロット、穴または他の開口は、典型的には、約０．００１〜約０．１インチの範囲内の直径または幅を有し、そして好ましくは約０．００５〜約０．０３インチの範囲内の幅または直径を有する。液圧スクリーン装置、好ましくはその受け入れ側に、目詰まりを防ぐために補給水を加えることができる。
【００３３】
本発明の方法の工程２２で用いられる分離装置は、垂直か水平のいずれかの加圧型スクリーンを含むタイプの液圧スクリーン装置であるのが最も好ましい。さらに、その中に含まれる開口は、約０．２５〜約１インチの範囲内の長さを有するスロットであるのが好ましい。
【００３４】
望むならば、加圧型スクリーンによって保持される材料は、場合によっては、リファイニングまたはパルプ化装置８、および／または、場合によって用いられる縮小化／リファイニング工程２０で追加加工処理するために再循環させることができる。さらに、液圧スクリーン装置２２からの繊維材料は、場合によっては、不必要なさらなる羽柄材料が除去できる他のクリーナー（例えば、製紙工業で一般に用いられるタイプのもの）に送ることができる。
【００３５】
図１に図解されるように、液圧スクリーニングシステム２２で製造され、分離された繊維および羽柄製品は、好ましくは、各々、それぞれの脱水装置２４および２６に送り出される。脱水装置２４または２６は、各々、好ましくは、１つまたは２つ以上のデカンター遠心機、１つまたは２つ以上の遠心式ベルトプレス、スクリュープレスまたはこのような装置の組み合わせのいずれかを含む。このような装置はこの技術分野で周知であって、商業的に入手できる。或いはまた、繊維および／または羽柄製品の脱水は、紙をシート形成するのに用いられるもののようなシート形成機を用いて成し遂げることができる。使用される装置（１つまたは２つ以上）のタイプに依存するが、デカンター遠心機の回転速度、遠心ベルトプレスによって与えられる圧搾力等々は、得られる脱水製品の各々が５０重量％以下の水分率を有するように、十分な量の水を羽柄および繊維製品から除去すべく制御されるのが好ましい。脱水装置２４および２６で除去された水は、廃水処理システム１６に案内される。
【００３６】
脱水後に、ばらばらの繊維および羽柄製品は、好ましくは、各々、残っている水分の少なくとも大部分が除去されるそれぞれの乾燥装置２８または３０に送り出される。適した乾燥システムの例に、限定されるものではないが、強制空気オーブン、高周波オーブンまたは乾燥機、チューブ乾燥機（例えば、ジェットチューブ乾燥機）、またはこれらに匹敵する他の乾燥システムがある。ばらばらの繊維および羽柄製品材料は、別法として、渦若しくはフラッシ式チューブ乾燥機を用いて、或いは紙に似た材料をシート形成し、次いでコンベヤー式乾燥装置で乾燥することによって乾燥することができる。乾燥されたとき、繊維および羽柄製品の各々は、典型的には、最終用途および／または消費者の要求に依存して約５〜約２０重量％の範囲内の最終水分率を有する。
【００３７】
別法として、羽柄材料は、高速渦式乾燥機を用いて、以下において議論されるように乾燥し、同時にさらに粉砕することができるか、または機械的装置を用いて粉砕することができる。
【００３８】
乾燥後に、それぞれの繊維製品および羽柄製品は色々な製品を製造するのに直接使用することもできるし、或いは出荷およびさらなる加工のために包装することもできる。例えば、繊維製品は、これを圧縮梱包するか、またはロールに巻き、そしてポリエチレン製のバッグまたはラップの中に貯蔵することができる。適したタイプの圧縮梱包機がこの技術分野で入手でき、そして、例えば合成繊維の梱包に一般に使用される。乾燥羽柄製品は、例えばロールにシート形成することによって、または梱包することによって包装することができる。
【００３９】
実施例１
細断したニワトリの羽毛を、２５００容量ppmの過酸化水素濃度を有する過酸化水素水溶液中で連続的にかき混ぜた。羽毛から実質的に全ての脂肪および残留蛋白質を除去し、かつ羽毛の表面上並びにその繊維および羽柄の中空領域中の細菌を殺すのに、２〜３分間のそのような混合で十分であることが観察された。攪拌が激しくなればなるほど、所要混合時間は短くなることも観察された。比較試験は、本質的に同じ量の攪拌が羽毛をエタノールで加工処理するのに必要とされることを明らかにした。
【００４０】
実施例２
細断したニワトリの羽毛を３５００容量ppmまでの過酸化水素濃度を有する過酸化水素水溶液中で１５分以下の時間かき混ぜることによって追加の試験を行った。得られた製品の電子顕微鏡写真を用いての検査は、そのようなより高い濃度の過酸化水素にこの長い時間曝露したときでも、羽毛はいかなる有意の表面劣化も被らないことを明らかにした。
【００４１】
本発明の羽毛加工処理システムのもう１つの態様１００が、図２で図式的に説明されている。本発明のシステム２のように、本発明のシステム１００も一般に任意のタイプの羽毛を加工処理するのに用いることができるが、ニワトリの羽毛および他のタイプの家禽羽毛を加工処理するのに特によく合っている。羽毛は家禽加工作業または他の羽毛源から得ることができ、そして前記で議論したインフィードシステム４に類似したインフィードシステム１０２に送り出される。羽毛は、好ましくは、初めに、原料羽毛材料中に含まれるいかなる金属物体も検出、除去される金属検出器１０４を通して運ばれる。
【００４２】
金属検出器１０４から、原料羽毛は、好ましくは、その原料羽毛をパルプ様材料に縮小化することができる装置１０６に運ばれる。前記で議論した装置８に関するように、装置１０６は再生利用紙からパルプを製造するために製紙工業で一般に用いられるタイプのリファイナーおよび／またはパルパーであるのが好ましい。パルプ化／リファイニング工程１０６は、連続式かバッチ式のいずれかで行うことができる。
【００４３】
本発明システムの態様１００において、羽毛は、上記で議論した、好ましくは洗浄剤から成るクリーニング剤をある一定量で含む水性液体キャリアー溶液１０８の存在下においてリファイニングまたはパルプ化装置１０６中で加工処理されるのが好ましい。リファイナーまたはパルパー１０６に送り出されるキャリアーおよび洗浄剤または他のクリーニング剤の量は、好ましくは、羽毛を縮小化操作中に効果的に運び、クリーニングし、そして消毒するために制御される。その結果リファイナーまたはパルパー内にもたらされる作用および乱流は、羽毛から脂肪および残留蛋白質を洗い落とすのを助ける。かくして、羽毛は、それらがリファイニングまたはパルプ化装置１０６中で粉砕され、裁断され、さもなければ縮小化されつつある間にクリーニングされ、そして消毒される。以下において議論されるように、クリーニング剤（１種または２種以上）は、別法として、縮小化工程後に用いることもできる。
【００４４】
パルプ化装置１０６内における洗浄剤または他のクリーニング剤の濃度、羽毛のリファイニングまたはパルプ化装置１０６内における滞留時間、および全ての羽毛材料がリファイニングまたはパルプ化装置１０６を通して再循環される程度は、所望とされる特定の最終製品を得るために、前記でリファイニングまたはパルプ化装置８に関して議論したものと同じように変えることができる。
【００４５】
パルプ製品に必要な縮小化、クリーニングおよび消毒の程度を達成するためには、洗浄剤が使用されると仮定すると、十分な水および洗浄剤が、リファイナーまたはパルパー１０６に、（ａ）リファイナーまたはパルパー内の液体キャリアー溶液対羽毛の容積比が約１００：１〜約１：１の範囲内となり、かつ（ｂ）その水性キャリアー溶液中の洗浄剤の濃度が原料羽毛１トンあたり約２〜約２０ポンドの範囲内となるように加えられるのが好ましい。リファイナーまたはパルパー１０６中のキャリアー溶液対羽毛の容積比は、約５０：１〜約２：１の範囲内であるのが好ましく、約１９：１であるのが最も好ましい。
【００４６】
他方、使用されるクリーニング剤が過酸化水素および／または漂白剤であるならば、キャリアー溶液中のクリーニング剤の濃度は、前記で態様２のリファイニングまたはパルプ化装置８に関して議論したのと同じであるのが好ましい。
【００４７】
大部分の用途で、羽毛は約５秒〜約４時間の範囲内のリファイニングまたはパルプ化装置８内総滞留時間を有するのが好ましく、少なくとも５分の総滞留時間を有するのが最も好ましい。前記でリファイニングまたはパルプ化装置８に関して議論したのと同じようにして、必要または所望とされるならばリファイニングまたはパルプ化装置１０６中の複数回パスを用いることができる。リファイニングまたはパルプ化装置１０６内の材料の温度は、典型的には約４０〜約１６０°Ｆの範囲内である。
【００４８】
本明細書で議論されている本発明の色々な態様で用いられる洗浄剤は、脂肪、油およびグリースを乳化させ、そして一般的な汚れ洗浄力を与えるタイプの湿潤剤であるのが最も好ましい。本発明の方法およびシステムでの使用に特によく適しているこのタイプの商業的に入手できる湿潤剤の例は、Steen Research, Inc. から入手できるFIBERWET DIである。FIBERWET DIは、ケイ酸塩類、エチレンジアミン四酢酸、ナトリウム、キシレンスルホネート、オクタン・スルホン酸ナトリウム、３モルのエチレンオキシドで変性されたラウレスナトリウム、およびアルカリールエーテルホスフェート類の混合物から成る。
【００４９】
態様２に関するように、場合によっては、抗菌剤、脱臭剤、農薬、界面活性剤または他の薬剤のようなさらなる添加剤が、態様１００で用いられるキャリアー溶液に加えることができる。さらに、本発明の方法１００の縮小化の手法は、また、所望とされる粒度低下の量および／または最終製品に必要な他の特性に依存して、１つまたは複数の追加の縮小化および／またはリファイニング工程を含むことができる。縮小化羽毛材料をさらに縮小化し、および／または別の方法でリファイニングするために使用できるだろう装置およびシステムの例を挙げると、リンター；ブレンダー；ミル；チョッパー；遠心式グラインダー；および／またはパルパー若しくはリファイナーがあるが、これらに限定されない。
【００５０】
縮小化工程１０６に次いで、湿潤した縮小化羽毛材料は一連の遠心式クリーナー１１０に通して処理されるのが好ましい。製紙工業で一般に使用されるタイプの遠心式クリーナーが、本発明における使用に特によく合っている。遠心式クリーナー１１０は前進遠心式クリーナーであるのが最も好ましい。このタイプのクリーナーは、例えばPosiflow社またはUniflow社から商業的に入手できる。このクリーナーは、比較的大きい圧力降下（最も好ましくは、入口から出口まで約５〜約３０％の範囲内の圧力降下）を生む小さいノズルを用いるのが好ましい。
【００５１】
遠心式クリーナーは、縮小化羽毛材料中に残っている足の皮、頭の諸部分、眼球等々のような汚染物を全て容易に除去し、また縮小化羽毛材料中に残っている溶液の大部分も除去する。単一の遠心式クリーナー１１０が用い得るけれども、縮小化羽毛材料は一連の少なくとも２つの遠心式クリーナー１１０を通して処理されるのが好ましい。
【００５２】
湿潤した縮小化羽毛材料は、次に、その中に残っている水および洗浄剤溶液の大部分をさらに除去するために圧搾されるのが好ましい。湿潤縮小化材料を圧搾処理する際に使用するのに特によく適した機械的プレス１１２の例は、パルプおよびスラッジ繊維を脱水するための製紙工業で一般に使用されるタイプのスクリュープレスである。このような装置は、Vincent Corporation、Dupps company、Press Technology、その他の会社から商業的に入手できる。
【００５３】
圧搾処理羽毛パルプ材料は、清浄な水を用いて残っているいかなるクリーニング剤、脂肪または蛋白質物質も洗い流す洗浄槽１１４へと運び込まれる。洗浄槽は、縮小化羽毛材料を懸濁状態にしておくために何らかの方法でかき混ぜられるか、さもなければ（例えば、櫂型攪拌機または他のタイプの攪拌装置若しくはシステムを用いて）攪拌される。
【００５４】
洗浄槽１１４中の洗浄水の温度は、典型的には約４０〜約１６０°Ｆの範囲内である。洗浄水を清浄に保つために、滑り流を洗浄槽１１４から（例えば計量弁または変速ポンプを用いて）連続的に除去し、そして新しい補給水を連続的に加えるのが好ましい。この洗浄工程は、数秒から２０分ぐらいまで、必要なだけ続けることができる。望まれるならば、また必要ならば、洗浄水は、場合によっては、過酸化水素、漂白剤、消毒剤、脱臭剤等々のような添加剤を含んでいることができる。
【００５５】
洗浄後、きれいな縮小化材料は、その繊維成分と羽柄成分とに分離されるのが好ましい。このような分離は、前記で本発明システム２について議論した装置のどれを用いても行うことができる。本発明システム２に関するように、本発明システム１００の分離工程は、好ましくは、製紙工業で一般に用いられるタイプの液圧スクリーン装置１１６を用いて行われる。加圧型スクリーンによって保持された材料は、場合によっては、これをさらなるパルプ化またはリファイニングするために再循環させることができる。さらに、液圧スクリーン装置１１６からの繊維製品は、場合によっては、不必要なさらなる羽柄材料または他の材料を除去できる、製紙工業で一般に用いられるタイプの他のクリーナーに送ることができる。
【００５６】
本発明システム２の場合にもあることだが、本発明システム１００の液圧スクリーン装置１１６で分離された繊維および羽柄材料は、好ましくは、各々、前記で議論した脱水装置２４または２６と同様の、それぞれの脱水装置１１８および１２０に送り出される。脱水装置２４および２６に関するように、本発明システム１００で用いるのに適した脱水装置１１８および１２０の例として、デカンター遠心機、紙シート形成機、ベルトプレス、スクリュープレスおよび／または一般に任意の他のタイプの機械的または遠心式プレスが挙げられるが、これらに限定されない。
【００５７】
脱水後、繊維製品材料は直接使用してもよいし、或いは乾燥および包装してもよい。本発明システム１００で用いられる乾燥機１２２および包装システム１２４は、本発明の加工処理システム２について前記で議論した乾燥機３０および包装システムのどれかと同じであることができる。
【００５８】
脱水装置１２０からの羽柄材料は、本発明のシステム２において製造された羽柄材料と実質的に同じ方法で加工処理することができる。しかし、本発明のシステム１００で製造される羽柄材料は、包装に先だって、高速渦型乾燥機または回転ドラム乾燥機のような高速攪拌乾燥機１２６で乾燥されるのが最も好ましい。高速攪拌乾燥機は、また、羽柄材料を球形に似た、または実質的に球形の粒子にさらに粉砕するようにも働く。さらに、羽柄製品中に残っている繊維材料は乾燥機によって少しも損なわれず、望ましいことに長さが短くされる可能性もある。
【００５９】
高速渦型乾燥機はこの技術分野で公知である。本発明における使用に特によく適した、商業的に入手可能な渦型乾燥機の１例は、Carrier Vibrating Equipment社製のTORNESH DRYERである。高速渦型乾燥機に代わる乾燥機として、加速回転速度で作動し、そして追加のそらせ板が付け加えられている回転ドラム乾燥機が使用できる。
【００６０】
高速渦型乾燥機１２６のあとに、本発明のシステム１００は、渦型乾燥機１２６で作られた繊維および羽柄製品がその空気流から包装のために分離される分離、採集システム１２８、好ましくはサイクロン式分離、採集システムを含むのが好ましい。繊維材料と球形羽柄製品材料とは、典型的には、著しく異なる飛行特性を有し、従ってそれら自身サイクロン式分離に向いているということから見て、サイクロン式分離技術またはバッグハウス技術がこの目的に特によく合っている。分離された材料は、本発明システム２で製造された繊維および羽柄材料と同じようにして袋詰めされるか、梱包されるか、ロールに巻かれるか、さもなければ包装システム１３０で包装することができる。
【００６１】
上記で指摘したように、本発明の方法の色々な態様で製造された独特の羽毛繊維材料は、多数のタイプの有用な製品、組成物および物品を製造するために用いることができる。このような製品を製造する際には、色々なタイプの添加剤がその繊維材料と混合することができる。このような添加剤の例を挙げると、限定されるものではないが、媒染剤および染料；バインダー；発泡剤；硬化剤；化学的サイズ剤；充填材；他の植物、動物または合成の繊維；化学的架橋剤；湿潤剤；および酸化還元試薬がある。
【００６２】
本発明の方法で製造された乾燥羽柄材料は、例えば充填材料、バインダー材料、肥料または動物飼料として使用することができる。
本発明の羽毛加工処理方法および同システムのもう１つの態様１５０は、図３に描かれている。本発明の態様１５０は、インフィード工程１５２、異物除去工程１５４、および縮小化工程（好ましくは、リファイニングまたはパルプ化工程）１５６を含み、それら工程は態様２の工程４、６および８、並びに態様１００の工程１０２、１０４および１０６について前記で説明されたのと同じ装置および手法を利用するのが好ましい。態様１５０において、槽または容器１５８からのクリーニング剤は、（ａ）導管１６０経由でリファイニングまたはパルプ化装置１５６の上流側に、（ｂ）導管１６２経由でリファイニングおよび／またはパルプ化装置１５６の下流側に、および／または導管１６０および１６２の両導管経由で装置１６０の上流側および下流側に加えることができる。使用されるクリーニング剤および濃度は、態様２および１００について前記で議論したものと同じであるのが好ましい。
【００６３】
態様１５０は、次に、縮小化羽毛材料を水１６６で希釈する工程１６４を含む。好ましくは、縮小化羽毛材料を約０．０５〜約２０容積％の範囲内の固形分濃度まで希釈するに足る水が加えられる。縮小化羽毛材料を約０．０８〜約１０容積固形分％の範囲内の固形分濃度まで希釈するに足る水が加えられるのがさらに好ましく、そして縮小化羽毛材料を約０．１〜約５容積固形分％の範囲内の固形分濃度まで希釈するのに足る量で加えるのが最も好ましい。
【００６４】
希釈された縮小化羽毛材料は、次に、本発明の方法２の工程２２で用いられたタイプの液圧スクリーン装置１６８か、または（ｂ）本発明の方法１００の工程１１０で用いられたタイプの遠心式クリーナーのいずれかに送り出されるのが好ましい。どちらのタイプの装置が用いられるかに関わらず、家禽羽毛材料は装置１６８または１７０で羽毛繊維製品１７２と羽柄製品１７４とに分離される。液圧スクリーン装置１６８が用いられるならば、その疎水性材料がスクリーンを目詰まりさせるのを防ぐために装置の繊維側に追加の水を加えることができる。
【００６５】
遠心式クリーナー１７０が用いられるならば、装置は、望ましくは、異物を全縮小化羽毛流からさらに分離するように運転することができる。遠心式クリーナー１７０は１回パスまたは多数回パス流れとして作動するように配列させることができ、また直列配置、並列配置または直列／並列の組み合わせ配置で運転することができる。遠心式クリーナー１７０の使用は、所望とされる繊維／羽柄分離度を達成するために、液圧スクリーン装置１６８によって必要とされるよりも大きなリファイニングまたはパルプ化度を必要とすることがある。
【００６６】
分離された繊維製品および羽柄製品１７２および１７４は、前記において態様２および１００で議論されたのと同じようにして加工処理、乾燥および／または包装することができる。分離された繊維製品および羽柄製品１７２および１７４は、好ましくは、各々、それら分離製品を攪拌機付きスラリー槽１７６および１７８に送り出すことによって追加加工処理の準備がなされる。スラリー槽１７６および１７８では、材料の状態を工程１８０および１８２でさらに加工処理するために整え、またはその処理のための材料の準備を行うために適切な結合剤、染料および／または他の材料が加え得る。加工処理工程１８０および１８２は前記した色々な態様で説明したものと同じであることもできるし、或いは後記において本発明の方法およびシステムの態様２００および２５０で説明されるタイプのシート形成法または成形法であることもできる。
【００６７】
縮小化羽毛材料に加えられる化学的結合剤は、それが用いられるならば、一般に、後続の加工処理中に、増加した湿潤強度を与え、および／または得られる製品の乾燥強度を永久的に高めるのに有効な添加剤となり得る。例えば、（ａ）Steen Research社から入手できるSC-3875のような高分子量アニオン性アクリルアミド共重合体と、（ｂ）Steen Research社から入手できるSC-3311のような高カチオン性度を有する中分子量アクリルアミド共重合体との組み合わせが、羽毛材料中のケラチン鎖を一緒に効果的に橋架けしてその材料の剪断抵抗性を大きく高め、かつそれらの湿潤および乾燥の両強度を有意に高めるために加えることができる。別法として、またはそれに加えて、Steen Research社から入手できるSC-211EOのような熱硬化性のカチオン性ポリアミドを羽毛材料に加えて、それらの一時的湿潤強度および永久的乾燥強度を共にさらに高めることができる。
【００６８】
繊維および／または羽柄材料に加えることができる追加の薬剤の例を挙げると次のものがある：材料の防塵性を改善するのに、かつ材料の耐水性を一時的に改善するのに有効な、Steen Research社から入手できるPOLYLINK-32のような高分子物質；成形された羽毛構造物の永久的極限耐水性を増加させるのに、かつ羽毛の粉立ちを防止するのに有効なSteen Research社から入手できるPOLYLINK-33のような高分子物質；および成形された物品に永久的ゴム状コーティングを与えるのに、かつ永久的耐水性を増加させ、そして羽毛の粉立ちを防止するのに有効なSteen Research社から入手できるPOLYLINK-34のようなスチレン・ブタジエンエマルジョン。
【００６９】
工程１７６および１７８で繊維および／または羽柄材料とブレンドすることができるさらなる添加剤の例に、凝集剤、並びに殺真菌剤、および最終製品中のカビ、菌類、その他の細菌類を殺し、および／またはそれらの増殖を抑制するのに有効な公知の銅系化合物があるが、これらに限定されない。
【００７０】
本発明の方法およびシステムの第四態様２００は図４に描かれている。態様２００は、好ましくは、初期の工程、プロセスおよびシステム１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２、１６４および１６６を含み、それらは前記において態様１５０で説明された対応する番号が付けられている工程、プロセスおよびシステムと同じである。態様２００は、羽毛および羽柄材料を分離する工程を含むか、またはリファイニングされた羽毛材料を、繊維成分および羽柄成分を分離することなく利用するかのいずれかを行うことができる羽毛シート形成法である。図４に示される態様２００において、繊維および羽柄成分は分離工程なしで一緒に使用される。
【００７１】
図４に描かれる態様２００では、縮小化羽毛材料２０２に染料２０４と（前記で述べたもののような）適切な結合剤２０６、および他の添加剤（例えば、殺カビ剤、凝集剤等々）が加えられるのが好ましい。本発明の方法における使用に適した染料物質の例を挙げると、限定されるものではないが、繊維工業で羊毛製品に用いられる染料、アントラキノン系染料、含クロム金属タイプ（chromium matalized type）の染料物質およびそれらの組み合わせがある。
【００７２】
態様２００で製造された、リファイニングされた羽毛材料は単独でシート製品を製造するために使用してもよいし、或いは、望ましいことであるが、同様に製造された縮小化紙材料と組み合わせて使用してもよい。態様２００では、縮小化紙材料は、パルプ、クラフト紙、リサイクル紙または他の紙材料から、この技術分野で知られているタイプのリファイニングおよび／またはパルプ化法を用いて製造される。この技術分野の当業者であれば理解されるだろうように、紙縮小化法は、好ましくは次の工程を含む：紙材料から異物を除去する工程２０８；適切なクリーニング剤を紙材料に加える工程２１０；および前記で説明した同じタイプのリファイニングおよび／またはパルプ化装置を用いて紙材料をリファイニングまたはパルプ化する工程２１２。
【００７３】
工程２０６で製造された縮小化羽毛材料、および工程２１２で製造された縮小化紙材料は、各々、スラリー槽２１４へとポンプで送られるか、または別の方法で送り出され、そこでそれら材料は一緒に完全にブレンドされる。スラリー槽２１４は、かき混ぜシステム、攪拌システム、またはこの技術分野で知られている他のタイプの混合システムを含んでいるのが好ましい。
【００７４】
槽２１４からの縮小化材料は、この技術分野で紙および他の紙製品を製造するために用いられる、一般に任意のタイプのシート形成装置を用いてシート形成して紙様製品にすることができる。槽２１４から送り出されるスラリーは、少なくとも２：３、好ましくは１９：１以下の羽毛対紙重量比を有するのが好ましい。スラリーは約４：１〜約９：１の範囲内の羽毛対紙重量比を有するのがさらに好ましく、約１７：３の羽毛対紙重量比を有するのが最も好ましい。槽２１４から送り出されるスラリーは、また、約１〜約１０重量％の範囲内の総固形分濃度を有するのが好ましい。スラリーは約１．５〜約７重量％の固形分濃度を有するのがさらに好ましく、約３〜約５重量％の固形分濃度を有するのが最も好ましい。
【００７５】
本発明の方法で用いられるシート形成システムは、再生利用紙材料から紙シートを製造するのに用いられるタイプのシステムであるのが好ましい。この技術分野の当業者であれば理解されるだろうように、このシステムは、中に製品の脱水を助ける多重真空区画を有するフォーミングボックス２１６を含むタイプのものであるのが好ましい。この技術分野の当業者であればさらに理解されるだろうように、この装置は、好ましくは、製品シートを機械的に脱水する１つのまたは一連の加圧ロールも含む。
【００７６】
フォーミングボックス２１６で製造されたシートは、好ましくは乾燥システム２１８に送り出される。乾燥システム２１８は、また、紙のシートを乾燥するためにこの技術分野で用いられるタイプのものであるのが好ましい。適した乾燥システムの例に、限定されるものではないが、熱ロール乾燥機；トンネル乾燥機；フラッシュチューブ乾燥機；およびそれらの組み合わせがある。
【００７７】
工程２１８で用いられる熱ロール乾燥機は、紙また薄葉紙工業で用いられるタイプのものであるのが好ましく、そしてスチームまた加熱媒体で加熱された一連の磨きローラーを含んでいるのが好ましい。このようなローラーは、典型的には、耐粘着性コーティングを有する。使用されるローラー数と温度は、典型的には、材料の水分率および所望とされる特定の蒸発速度に依存する。
【００７８】
必要ならば、ロール乾燥機の上方部分は、羽毛シートの強度が有意量の垂直走行を可能にするには十分でないならば取り外してもよい。或いはまた、例えば製品の強度を高めるために追加の結合剤樹脂を用いることができる。
【００７９】
工程２１８でトンネル乾燥機が用いられるならば、その中の空気流はシート製品をコンベヤーに対して押し付けるか、または羽毛シートをコンベヤーから押しのけるかのいずれかとなるように選択的に向けられる。この技術分野の当業者であれば理解されるだろうように、選択される空気流の方向は、主として製品シート中の水分レベルに依存する。
【００８０】
乾燥羽毛シート製品は、次に、一般に再生利用紙の包装に使用されるのと同じようにして、かつ実質的に同じ手法を用いて工程２２０で包装することができる。かくして、消費者の好みによるが、シート形成製品は、例えば巻取材として、平版として、または梱として包装することもできるし、或いは圧縮梱包または真空包装することもできる。本発明によって製造された羽毛シート材料の用途の例を挙げると、限定されるものではないが、充填材材料、濾過媒体、絶縁材料、マット材料および原料素材材料がある。
【００８１】
成形物を製造するための本発明の方法およびシステムの態様２５０は、図５に描かれている。図５に描かれている態様２５０は、好ましくは、態様２００で用いられているのと同じ工程、手法およびシステム１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２、１６４、１６６、２０２、２０４、２０６および２１４を含む。態様２５０は、場合によっては、縮小化紙材料を槽２１４中の羽毛スラリーに加えるために使用される工程、手法およびシステム２０８、２１０および２１２も含んでいることができる。
【００８２】
態様２５０において、槽２１４から送り出されるスラリーは、少なくとも２：３、好ましくは１９：１以下の羽毛対紙重量比を有するのが好ましい。スラリーは約４：１〜約９：１の範囲内の羽毛対紙重量比を有するのがさらに好ましく、約１７：１の羽毛対紙重量比を有するのが最も好ましい。槽２１４から送り出されるスラリーは、また、約１〜約１０重量％の範囲内の総固形分濃度を有するのが好ましい。スラリーは約１．５〜約７重量％の固形分濃度を有するのがさらに好ましく、約３〜約５重量％の固形分濃度を有するのが最も好ましい。
【００８３】
本発明の方法の態様２５０では、スラリー槽２１４からのリファイニングされたスラリー材料は、好ましくは工程２５２で成形され、次いで工程２５４で乾燥される。工程２５２で用いられる成形システムまたは装置は、一般に、包装に用いられる成形パルプ製品を製造するために用いられるタイプの任意の成形システムであることができる。成形システムは、最も好ましくは真空成形型システムであり、そして真空を用いて金型上に懸濁繊維を確保しておくフォーミング部を含むのが最も好ましい。
【００８４】
本発明の方法２５０によって製造することができる特に望ましい製品の例を挙げると、限定されるものではないが、卵用カートン；瓶用包装材料；電子部品包装材料；園芸用品等々がある。
【００８５】
成型された羽毛製品を乾燥するために用いられる乾燥システム２５４は、一般に、任意の乾燥機、オーブン、または紙若しくは他の材料から製造される同様の製品を乾燥するためにこの技術分野で用いられる他の乾燥システムであることができる。
【００８６】
乾燥後、成形羽毛製品は、工程２５６において、他の材料から製造された同じ製品を包装するのに用いられるのと実質的に同一の手法と装置を用いて包装することができる。このようなシステムの例に、卵用カートンまたは平かごを集めるのに使用されるもののような嵌め合わせ装置があるが、これらに限定されない。
【００８７】
かくして、本発明は、その諸目標を成し遂げるべく、かつ前記の目的および利点並びにそれらに内在するものを達成すべく十分に適合されている。以上、この開示の目的のために現在好ましい態様について説明したが、この技術分野の当業者には数多くの変更および修正は明白であろう。このような変更および修正は、前記の特許請求の範囲により定義されるこの発明の精神内に包含されるものである。
【００８８】
また、この技術分野の当業者には、本明細書で説明される好ましい態様の色々なプロセス工程および特長は、これらを交換して使用することにより、本発明のさらに他の、また追加の態様を与え得ることも明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の羽毛加工処理方法および同システムの態様２を図式的に説明するブロック図である。
【図２】本発明の羽毛加工処理方法および同システムの別の態様１００を図式的に説明するブロック図である。
【図３】本発明の羽毛加工処理方法および同システムのもう１つ別の態様１５０を図式的に説明するブロック図である。
【図４】シート形成プロセスを含む本発明の羽毛加工処理方法および同システムのもう１つ別の態様２００を図式的に説明するものである。
【図５】成形プロセスを含む本発明の羽毛加工処理方法および同システムのさらにもう１つ別の態様２５０を図式的に説明するものである。[0001]
Background of the Invention
1. Field of the Invention:
The present invention relates to a method of processing feathers, especially poultry feathers, and feather products produced therefrom.
[0002]
2. background:
In the United States alone, about 4 billion tonnes of feathers are produced in poultry processing operations each year. Almost all of these feathers are eluted and purified to produce complex powdered proteins commonly used as livestock feed additives. Unfortunately, the cost of such an elution purification process is typically equal to or greater than the economic value of the elution purification product.
[0003]
Although poultry feathers have certain characteristics and properties that may be desirable for other uses, the ability of feathers to be used in such applications has so far been limited to (a) the non-uniform structure of feathers, b) the difficulty and cost of thoroughly cleaning poultry feathers to remove proteins, bacteria, and other contaminants; (c) the difficulty of preventing short- and long-term spoilage of feather material; d) Feather materials have been hampered by such things as a tendency to produce undesirable odors. For example, SA Haoush and MM El-Hawary describe in their paper entitled "Feather Fiber Reinforced Concrete" in Concrete International, June 1994, that poultry feathers are made of lightweight concrete. It suggests that it can be used as a manufacturing additive. However, Haoush and El-Hawary cannot disclose any effective methods of washing, cleaning, screening or drying feather material and effective means of treating feathers to prevent short and long term spoilage Admit that the need exists.
[0004]
In addition to the applications suggested by Haoush and El-Hawary, U.S. Pat. No. 641,923 suggests using a material consisting of a mixture of lime, manganese chloride, calcium chloride and feather as a coating material on a boiler surface. are doing. U.S. Pat. No. 708,003 discloses a rubber replacement material formed by mixing raw rubber dissolved in benzene or gasoline with sulfur, whiting, gum arabic, and feathers that are also washed with benzene. ing. U.S. Pat. No. 1,763,411 discloses a synthetic golf course covering material formed by mixing cut feathers with crankcase oil, formulated paint or tar.
[0005]
U.S. Pat. No. 5,705,030 discloses (a) collecting raw feathers, (b) washing the feathers in a polar water-soluble organic solvent (ethanol), and (c) performing the ethanol washing step. A process for producing fibers from feathers, comprising repeatedly (d) removing solvent from the feather and then (e) removing the fiber component of the feather from the feather shaft (feather handle) by mechanical cutting or shearing. Is disclosed. This patent suggests that feather fiber products may be useful in the manufacture of insulating materials, fabrics, paper-like products, extrudates and composite articles.
[0006]
U.S. Pat. No. 5,705,030 is hereby incorporated by reference in its entirety.
Although the ethanol cleaning method of U.S. Pat. No. 5,705,030 is more promising than certain other feather processing methods proposed heretofore, it has significant drawbacks. For example, volatile organic solvents, such as ethanol, are relatively expensive and create obvious safety, handling, processing and environmental costs, requirements, and concerns. In addition, the method of US Pat. No. 5,705,030 requires two solvent washing steps, a solvent removal step and a drying step, all of which are performed before mechanically cutting or shearing the feather. Is relatively complex in that
[0007]
Summary of the Invention
The present invention provides a method of processing feathers that meets the needs discussed above, and that alleviates the problems discussed above. The method of the present invention is intended to produce end products such as insulating materials, fabrics, filters, egg cartons, other molded articles, paper and other paper-like products that do not spoil or emit an unpleasant odor. Provide inventive feather product materials that are well suited for: The feather material of the present invention is also well suited for the production of extrudates and composites for construction and other uses.
[0008]
In one aspect, the feather processing method of the present invention comprises reducing poultry feathers in the presence of an aqueous liquid carrier solution (eg, by refining and / or pulping). The aqueous liquid carrier solution preferably contains hydrogen peroxide, a bleach or detergent in a concentration effective to clean and disinfect the feathers during the downsizing process. Alternatively or additionally, the reduced feather material is cleaned and disinfected by stirring, mixing, or otherwise agitating the feather material in an aqueous hydrogen peroxide or detergent solution after the miniaturization step. I can do it.
[0009]
In another aspect, the present invention provides a method of processing feathers, comprising the step of reducing the feathers with a reducing device selected from the group consisting of at least one refiner, at least one pulper, and combinations thereof. The invention further provides a product made by the method of the invention.
[0010]
In another aspect, the present invention provides a method of processing feathers comprising the step of reducing feathers in the presence of a cleaning agent selected from the group consisting of hydrogen peroxide, detergents, bleaches, and combinations thereof. provide. The feather processing method of the present invention preferably includes the step of downsizing feathers in the presence of hydrogen peroxide, a deinking material or a combination thereof.
[0011]
In still another aspect, the present invention comprises: (a) adding minified paper material to minified down material to form a combined minified material; and (b) forming an article from the combined minified material. Providing a method comprising: The invention also provides a product made by the method of the invention.
[0012]
Further objects, features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art upon examination of the accompanying drawings and upon reading the following description of preferred embodiments.
Detailed description of preferred embodiments
Embodiment 2 of the feather processing method and the system according to the present invention is schematically illustrated in FIG. The system of the present invention can generally be used to process any type of feather. The system 2 of the present invention is particularly well-suited for processing chicken feathers and other types of poultry feathers.
[0013]
In the system 2 of the present invention, feathers from a poultry processing operation or other feather source are delivered to an infeed system 4. The in-feed system 4 can be, for example, a typical in-feed system of the type used to feed raw feather material to an elution purification plant. As will be appreciated by those skilled in the art, such systems can continuously deliver feathers to a processing system at a controlled or semi-controlled speed.
[0014]
If necessary, the infeed system 4 can send the dirty raw material feathers to an area 6 where any other body parts (eg, head and feet) and any foreign objects (eg, metal objects, gloves, etc.) are removed. . As will be appreciated by those skilled in the art, generally any method of removing such body parts and foreign matter can be used. For example, zone 6 can include a water-filled dissolved air flotation (DAF) tank in which dissolved air is used to physically separate meat portions and foreign matter from raw material feathers. right. Due to the inherent buoyancy difference, any head, foot or other meat object adjusts the rate of air addition to its tub so that the meat object moves through the tub at a speed substantially lower than the speed of the feathers. The meat can then be separated from the feathers by a partition or other separator suitably located in the vat. On the other hand, metal objects are separated from raw material feathers simply by dropping them into a trap provided at the bottom of the tank.
[0015]
Alternatively, or in addition, foreign matter may be removed in step 6 using a metal detector, a centrifugal (eg, cyclone) cleaner, and / or other devices or systems known in the art. it can.
[0016]
From the separation system 6, the wet raw feather is preferably conveyed to an apparatus 8 that can reduce the wet raw feather to provide a refined and / or pulped feather material. Apparatus 8 is preferably one or more refining and / or pulping machines of the type commonly used in the paper industry to produce pulp from recycled paper. As will be appreciated by those skilled in the art, the pulping / refining step can be performed either continuously or batchwise. The term "refiner" or "refining" machine as used herein also encompasses disc milling equipment.
[0017]
If a pulper is used in step 8, it is preferably of the type used to process recycled paper. Most preferably, the pulper is a type of high shear pulper having a rotor and stator assembly with narrow tolerances in the defibration zone.
[0018]
One example of a commercially available pulper that is well suited for use in the present invention is TORNADO pulper available from Bolton Emerson. Another suitable but slightly slower device is available, for example, from Thermo Black Clawson.
[0019]
Step 8 of method 2 of the present invention is preferably performed using one or more refining machines of the type used to process recycled paper. Most preferably, the refining device used in step 8 is a disk mill type refiner of either a single disk or double disk design. As will be appreciated by those skilled in the art, generally to achieve any type and degree of grinding, shaving, cutting, micronizing, rubbing, fluffing, or other refining as desired. In addition, various other types of disks can be used in such devices.
[0020]
The present inventor has discovered that the refiners and pulpers used in the present invention are unexpectedly and surprisingly effective in processing feather materials. These devices control the inherent structural strength of the feather material and are well suited to overcoming the tendency of such materials to aggregate together. These devices thus efficiently and economically produce consistently homogeneous products of higher quality. These devices can also process large amounts of feathers, even if they contain some foreign matter.
[0021]
In the system 2 of the present invention, the feathers are preferably processed in a refining or pulping unit 8 in the presence of an aqueous liquid carrier solution containing one or more cleaning agents. Examples of suitable cleaning agents include, but are not limited to, a solvent (preferably an inorganic solvent such as hydrogen peroxide); a detergent; a bleach (preferably a chlorine bleach); and a surfactant. is there. If desired, further additives such as antimicrobials, deodorants, pesticides, surfactants or other agents can be included in the carrier solution. The particular cleaning agent (s) and additives used may, for example, provide the desired shelf life, structural properties, surface properties, binding sites and other results for the refined product. You can choose to achieve or produce.
[0022]
The system 2 of the present invention comprises: a tank or other container 12 in which the cleaning agent or cleaning agent solution is stored; a conduit 10 for delivering the cleaning agent or solution thereof to a refining or pulping unit 8 (typically In particular, a metering pump or other suitable metering device (not shown); and a conduit 14 for pumping recirculated water from the wastewater treatment system 16 to the refiner / pulper 8.
[0023]
The amount of cleaning agent, recirculated water and / or fresh water delivered to the refiner or pulper 8 is preferably controlled to effectively carry, clean and disinfect feathers during the downsizing operation. Thus, the feathers are cleaned and disinfected while they are crushed, shredded or otherwise reduced in a refining or pulping unit 8. Alternatively, the feather material may be cleaned, disinfected, etc. after refining and / or pulping, as discussed below.
[0024]
The concentration of the cleaning agent in the refining or pulping unit 8, the dwell time of the feathers in the refining or pulping unit 8, and the extent to which the feather material is recycled through the refining or pulping unit 8 are desired. It can be varied as needed to obtain a particular end product. Relevant factors include, for example, the size, structure and contaminant levels of the raw feather feed, and the size and purity desired for the resulting minified product.
[0025]
Sufficient cleaning agent and water are provided to the refiner / pulper 8 to carry the feather material and to achieve the degree of miniaturization, cleaning and disinfection required for the minified product, the liquid carrier solution in the apparatus versus the feather. Is preferably added so that the volume ratio is within the range of about 100: 1 to about 1: 1. Regardless of the particular cleaning agent (s) used, the volume ratio of carrier solution to feather in the refining or pulping unit 8 can range from about 50: 1 to about 2: 1. More preferably, it is most preferably about 19: 1.
[0026]
If the cleaning agent used in the method of the present invention is hydrogen peroxide, a bleach, a surfactant or a combination thereof, the cleaning agent may be stored in the tank 12 or otherwise used in the method of the present invention. The aqueous solution of the cleaning agent preferably has a cleaning agent concentration in the range of about 35 to about 50% by volume, based on the total volume of the solution. In addition, the concentration of hydrogen peroxide and / or bleach in the total aqueous carrier solution in the resulting refiner or pulper 8 is preferably in the range of about 200 to about 5,000 ppm by volume. More preferably, the concentration of hydrogen peroxide, surfactant and / or bleach in the aqueous liquid carrier solution is in the range of about 300 to about 3,500 ppm by volume. This concentration is most preferably about 2,500 ppm by volume for hydrogen peroxide or about 500 ppm by volume for surfactants or bleaches.
[0027]
On the other hand, if the cleaning agent used in the refining or pulping unit 8 is a detergent, the concentration of the cleaning agent in the carrier solution will be the concentration discussed below with respect to the refining or pulping unit 106 of embodiment 100. Is preferably the same as
[0028]
For most applications, the down preferably has a total residence time in the refining or pulping unit 8 in the range of about 5 seconds to about 15 minutes. As will be appreciated by those skilled in the art, multiple passes of apparatus 8 can be used if desired. Some typical refining machines require about 5 to about 60 seconds per pass. The temperature of the material in the pulp or refining unit 8 is typically in the range of about 60 to about 160 ° F.
[0029]
In addition to cleaning and disinfecting feather material, the use of a hydrogen peroxide solution in the method of the present invention can exert desirable bleaching and whitening effects on the feather material. Further, in contrast to the use of organic solvents previously suggested, the use of dilute aqueous hydrogen peroxide in accordance with the method of the present invention raises significant safety concerns and poses a significant risk of fire or explosion. Do not pose danger. Furthermore, the available oxygen provided by hydrogen peroxide does not cause significant waste treatment and environmental problems, but rather lowers the biological oxygen demand (BOD) level of the wastewater treatment system 18 to reduce the wastewater treatment system. To assist. BOD levels are monitored and limited by EPA and by national and local environmental authorities.
[0030]
Following the miniaturization step 8 and depending on the amount of particle size reduction and / or other properties required for the final product, the method of the present invention may optionally include one or more additional miniaturizations and / or Alternatively, a refining step 20 can be included. Examples of devices and systems 20 that could be used to further reduce and / or otherwise refine feather pulp include, but are not limited to: linters; blenders; mills; choppers; Centrifugal grinder; cleaner; and / or additional pulper or refiner.
[0031]
After the downsizing step 8, and optionally the refining step 20, the downsized feather product can be treated to separate the material into its fibrous and plumage components. Such separation may include, for example, drying the feather material and then separating using, for example, a linter, conical separator, organ separator, comb / brush separator, or a combination of two or more such devices. The method can be performed according to the method described in US Pat. No. 5,705,030.
[0032]
However, in method 2 of the present invention, the wet material resulting from the refining or pulping unit 8, or the optional refining step 20, is directly applied to its fibrous or plumage component using a hydraulic screen unit 22. Separation is preferred. Hydraulic screen devices are readily available in the art and they are commonly used, for example, in the processing of recycled paper. Typical hydraulic screen systems include pressurized screens, which serve to separate the fibrous material from the umbrella material based on size. The screen typically includes slots, holes and / or other openings that allow the fibers of the desired size to pass through while retaining all of the larger components. The slots, holes or other openings typically have a diameter or width in the range of about 0.001 to about 0.1 inches, and preferably in the range of about 0.005 to about 0.03 inches. With a width or diameter within. Make-up water can be added to the hydraulic screen device, preferably on its receiving side, to prevent clogging.
[0033]
Most preferably, the separation device used in step 22 of the method of the present invention is a hydraulic screen device of the type that includes either a vertical or horizontal pressurized screen. Further, the openings contained therein are preferably slots having a length in the range of about 0.25 to about 1 inch.
[0034]
If desired, the material retained by the press screen may optionally be recycled for further processing in a refining or pulping unit 8 and / or an optional miniaturization / refining step 20. Can be done. Further, the fibrous material from the hydraulic screen device 22 can optionally be sent to other cleaners (e.g., of the type commonly used in the paper industry) from which unnecessary additional feather material can be removed.
[0035]
As illustrated in FIG. 1, the separated fiber and quilt products produced by the hydraulic screening system 22 are preferably delivered to respective dewatering devices 24 and 26, respectively. Each of the dewatering devices 24 or 26 preferably comprises one or more decanter centrifuges, one or more centrifugal belt presses, screw presses or a combination of such devices. Such devices are well known in the art and are commercially available. Alternatively, dewatering of the fiber and / or feather products can be accomplished using a sheet former, such as that used to sheet paper. Depending on the type of equipment (one or more) used, the rotational speed of the decanter centrifuge, the squeezing force provided by the centrifugal belt press, etc., may be such that each of the resulting dewatered products has a Preferably, it is controlled to remove a sufficient amount of water from the stalks and textiles to have a rate. The water removed by the dehydrators 24 and 26 is guided to the wastewater treatment system 16.
[0036]
After dewatering, the discrete fibers and plumage products are preferably sent to respective drying devices 28 or 30, respectively, where at least a majority of the remaining moisture is removed. Examples of suitable drying systems include, but are not limited to, a forced air oven, a microwave oven or dryer, a tube dryer (eg, a jet tube dryer), or other comparable drying systems. Separate fiber and plumage product materials can alternatively be dried using a vortex or flash tube dryer or by sheeting a paper-like material and then drying in a conveyor dryer. it can. When dried, each of the fiber and quilt products typically has a final moisture content in the range of about 5 to about 20% by weight, depending on the end use and / or consumer requirements.
[0037]
Alternatively, the tuyere material can be dried using a high-speed vortex dryer, as discussed below, and simultaneously further milled, or milled using mechanical devices.
[0038]
After drying, the respective textile and plumage products can be used directly to produce a variety of products, or can be packaged for shipping and further processing. For example, the textile can be compressed or rolled and stored in a polyethylene bag or wrap. Suitable types of compression balers are available in the art and are commonly used, for example, for packing synthetic fibers. The dried plumage product can be packaged, for example, by sheeting into rolls or by packing.
[0039]
Example 1
The chopped chicken feathers were continuously stirred in an aqueous hydrogen peroxide solution having a hydrogen peroxide concentration of 2500 ppm by volume. A few minutes of such mixing is sufficient to remove substantially all fat and residual protein from the feather and to kill bacteria on the surface of the feather and in the fibers and hollow areas of the plumage. Was observed. It was also observed that the higher the agitation, the shorter the required mixing time. Comparative tests revealed that essentially the same amount of agitation was required to process the feather with ethanol.
[0040]
Example 2
An additional test was performed by stirring chopped chicken feathers in an aqueous hydrogen peroxide solution having a hydrogen peroxide concentration of up to 3500 vol ppm for a period of up to 15 minutes. Examination of the resulting product using electron micrographs revealed that the feathers did not undergo any significant surface degradation when exposed to such higher concentrations of hydrogen peroxide for this long period of time. .
[0041]
Another aspect 100 of the feather processing system of the present invention is schematically illustrated in FIG. Like system 2 of the present invention, system 100 of the present invention can also be generally used to process any type of feather, but is particularly useful for processing chicken feathers and other types of poultry feathers. Fits well. Feathers can be obtained from poultry processing operations or other feather sources and are delivered to an infeed system 102 similar to the infeed system 4 discussed above. The feather is preferably initially conveyed through a metal detector 104 which detects and removes any metallic objects contained in the raw feather material.
[0042]
From the metal detector 104, the raw feather is preferably conveyed to a device 106 that can reduce the raw feather to a pulp-like material. As with device 8 discussed above, device 106 is preferably a refiner and / or pulper of the type commonly used in the paper industry for making pulp from recycled paper. The pulping / refining step 106 can be performed either continuously or batchwise.
[0043]
In embodiment 100 of the system of the present invention, feathers are processed in a refining or pulping unit 106 in the presence of an aqueous liquid carrier solution 108 containing a fixed amount of a cleaning agent, as discussed above, preferably consisting of a cleaning agent. Preferably. The amount of carrier and detergent or other cleaning agent delivered to the refiner or pulper 106 is preferably controlled to effectively carry, clean and disinfect the down during the downsizing operation. The resulting effects and turbulence in the refiner or pulper help wash out fat and residual protein from the feather. Thus, the feathers are cleaned and disinfected while they are crushed, cut or otherwise reduced in a refining or pulping unit 106. As discussed below, the cleaning agent (s) may alternatively be used after the miniaturization step.
[0044]
The concentration of the detergent or other cleaning agent in the pulping unit 106, the dwell time in the refining or pulping unit 106, and the extent to which all feather material is recycled through the refining or pulping unit 106 , Can be varied in the same manner as discussed above with respect to the refining or pulping unit 8 to obtain the particular end product desired.
[0045]
Assuming that a detergent is used to achieve the degree of miniaturization, cleaning and disinfection required for the pulp product, sufficient water and detergent are provided to the refiner or pulper 106 and (a) the refiner or pulper. And the volume ratio of the liquid carrier solution to the feather in the aqueous carrier solution is in the range of about 100: 1 to about 1: 1 and (b) the concentration of the detergent in the aqueous carrier solution is about 2 to about 20 per ton of raw material feather. Preferably, it is added to be in the range of pounds. Preferably, the volume ratio of carrier solution to feather in the refiner or pulper 106 is in the range of about 50: 1 to about 2: 1 and most preferably about 19: 1.
[0046]
On the other hand, if the cleaning agent used is hydrogen peroxide and / or bleach, the concentration of the cleaning agent in the carrier solution is the same as discussed above with respect to the refining or pulping unit 8 of embodiment 2. Preferably it is.
[0047]
For most applications, the feather preferably has a total residence time in the refining or pulping unit 8 in the range of about 5 seconds to about 4 hours, and most preferably has a total residence time of at least 5 minutes. Multiple passes through the refining or pulping unit 106 can be used, if necessary or desired, in a manner similar to that discussed above with respect to the refining or pulping unit 8. The temperature of the material in the refining or pulping unit 106 typically ranges from about 40 to about 160 ° F.
[0048]
Most preferably, the detergent used in the various embodiments of the invention discussed herein is a wetting agent of the type that emulsifies fats, oils and greases and provides a general soil cleansing power. An example of a commercially available humectant of this type that is particularly well suited for use in the methods and systems of the present invention is FIBERWET DI available from Steen Research, Inc. FIBERWET DI consists of a mixture of silicates, ethylenediaminetetraacetic acid, sodium, xylenesulfonate, sodium octanesulfonate, sodium laureth modified with 3 moles of ethylene oxide, and alkaryl ether phosphates.
[0049]
As with Embodiment 2, in some cases, additional additives such as antimicrobial agents, deodorants, pesticides, surfactants, or other agents can be added to the carrier solution used in Embodiment 100. Furthermore, the miniaturization approach of the method 100 of the present invention may also depend on one or more additional miniaturizations and depending on the amount of particle size reduction desired and / or other properties required for the final product. And / or may include a refining step. Examples of devices and systems that could be used to further reduce and / or otherwise refine the reduced feather material include linters; blenders; mills; choppers; centrifugal grinders; and / or pulpers. Or a refiner, but is not limited to these.
[0050]
Following the miniaturization step 106, the wet minified feather material is preferably processed through a series of centrifugal cleaners 110. Centrifugal cleaners of the type commonly used in the paper industry are particularly well suited for use in the present invention. Most preferably, the centrifugal cleaner 110 is a forward centrifugal cleaner. Cleaners of this type are commercially available, for example, from Posiflow or Uniflow. The cleaner preferably employs a small nozzle that produces a relatively large pressure drop (most preferably in the range of about 5 to about 30% from the inlet to the outlet).
[0051]
The centrifugal cleaner easily removes any contaminants such as foot skin, head parts, eyeballs, etc. remaining in the reduced feather material and removes a large amount of the solution remaining in the reduced feather material. Also remove parts. Preferably, the reduced feather material is processed through a series of at least two centrifugal cleaners 110, although a single centrifugal cleaner 110 may be used.
[0052]
The wet, reduced feather material is then preferably squeezed to further remove most of the water and detergent solution remaining therein. An example of a mechanical press 112 that is particularly well-suited for use in squeezing wet-shrink material is a screw press of the type commonly used in the paper industry for dewatering pulp and sludge fibers. Such devices are commercially available from Vincent Corporation, Dupps company, Press Technology, and other companies.
[0053]
The squeezed feather pulp material is conveyed to a wash tank 114 that flushes any remaining cleaning agent, fat or protein material using clean water. The wash tank may be agitated or otherwise agitated (eg, using a paddle stirrer or other type of stirrer or system) to keep the reduced feather material in suspension.
[0054]
The temperature of the wash water in the wash tank 114 is typically in the range of about 40 to about 160 ° F. To keep the wash water clean, it is preferable to continuously remove the slip stream from the wash tank 114 (eg, using a metering valve or a variable speed pump) and to continuously add fresh make-up water. This washing step can be continued as needed from a few seconds to about 20 minutes. If desired and necessary, the wash water can optionally contain additives such as hydrogen peroxide, bleaches, disinfectants, deodorants and the like.
[0055]
After washing, the clean minced material is preferably separated into its fibrous and gull components. Such separation can be performed using any of the devices discussed above for the system 2 of the present invention. As with the present system 2, the separation step of the present system 100 is preferably performed using a hydraulic screen device 116 of the type commonly used in the paper industry. The material held by the press screen may optionally be recycled for further pulping or refining. In addition, the textile product from the hydraulic screen device 116 can be sent to other cleaners of the type commonly used in the paper industry, where in some cases unnecessary additional feathers or other materials can be removed.
[0056]
As is the case with system 2 of the present invention, the fibers and gull materials separated by hydraulic screen device 116 of system 100 of the present invention are preferably similar to dewatering devices 24 or 26, respectively, discussed above. Are sent out to the respective dehydrators 118 and 120. As with dewatering devices 24 and 26, examples of dewatering devices 118 and 120 suitable for use in the present system 100 include decanter centrifuges, paper sheet formers, belt presses, screw presses and / or generally any other Type, but not limited to, mechanical or centrifugal presses.
[0057]
After dewatering, the textile material may be used directly or may be dried and packaged. The dryer 122 and packaging system 124 used in the inventive system 100 can be the same as any of the dryers 30 and packaging systems discussed above for the processing system 2 of the present invention.
[0058]
The quilt material from the dewatering device 120 can be processed in substantially the same manner as the quilt material produced in the system 2 of the present invention. However, most preferably, the quilt material produced by the system 100 of the present invention is dried in a high speed agitator dryer 126, such as a high speed vortex or rotary drum dryer, prior to packaging. The high speed stir dryer also serves to further break down the tuyere material into spherical-like or substantially spherical particles. In addition, the fibrous material remaining in the plumage product is not compromised in any way by the dryer and may desirably be shortened in length.
[0059]
High speed vortex dryers are known in the art. One example of a commercially available vortex dryer that is particularly well suited for use in the present invention is TORNESH DRYER from Carrier Vibrating Equipment. As an alternative to a high speed vortex dryer, a rotating drum dryer operating at an accelerated rotational speed and having additional deflectors can be used.
[0060]
After the high speed vortex dryer 126, the system 100 of the present invention comprises a separation and collection system 128, preferably where the fiber and plumage products made in the vortex dryer 126 are separated from the air stream for packaging. Preferably comprises a cyclonic separation and collection system. In view of the fact that the fiber material and the spherical tufted product material typically have significantly different flight characteristics and are therefore themselves well-suited for cyclonic separation, the cyclone separation or baghouse technology is not Especially well suited to the purpose. The separated material is bagged, packed, rolled, or otherwise packaged in the packaging system 130 in the same manner as the fiber and quilt material produced in the system 2 of the present invention. be able to.
[0061]
As pointed out above, the unique feather fiber material made in various aspects of the method of the present invention can be used to make many types of useful products, compositions and articles. In making such products, various types of additives can be mixed with the fiber material. Examples of such additives include, but are not limited to, mordants and dyes; binders; blowing agents; hardeners; chemical sizing agents; fillers; other plant, animal or synthetic fibers; There are a crosslinker; a wetting agent; and a redox reagent.
[0062]
The dried plumage material produced by the method of the present invention can be used, for example, as a filling material, a binder material, a fertilizer, or an animal feed.
Another aspect 150 of the feather processing method and system of the present invention is depicted in FIG. Aspect 150 of the invention includes an in-feed step 152, a contaminant removal step 154, and a downsizing step (preferably a refining or pulping step) 156, which are steps 4, 6 and 8 of aspect 2, and Preferably, the same apparatus and techniques described above for steps 102, 104 and 106 of aspect 100 are utilized. In embodiment 150, the cleaning agent from the tank or vessel 158 is (a) upstream of the refining or pulping unit 156 via conduit 160 and (b) the refining and / or pulping unit 156 via conduit 162. It can be added downstream and / or upstream and downstream of the device 160 via both conduits 160 and 162. Preferably, the cleaning agents and concentrations used are the same as those discussed above for embodiments 2 and 100.
[0063]
Aspect 150 then includes a step 164 of diluting the reduced feather material with water 166. Preferably, enough water is added to dilute the reduced feather material to a solids concentration in the range of about 0.05 to about 20% by volume. More preferably, sufficient water is added to dilute the reduced feather material to a solids concentration in the range of about 0.08 to about 10% solids by volume, and reduce the reduced feather material to about 0.1 to about 5%. Most preferably, it is added in an amount sufficient to dilute to a solids concentration within the range of% solids by volume.
[0064]
The diluted minified feather material may then be used in a hydraulic screen device 168 of the type used in step 22 of method 2 of the present invention, or (b) a type used in step 110 of method 100 of the present invention. Is preferably sent to any of the centrifugal cleaners. Regardless of which type of device is used, poultry feather material is separated into feather fiber product 172 and feather handle product 174 in device 168 or 170. If a hydraulic screen device 168 is used, additional water can be added to the fiber side of the device to prevent the hydrophobic material from clogging the screen.
[0065]
If a centrifugal cleaner 170 is used, the apparatus can be desirably operated to further separate foreign matter from the total reduced feather stream. The centrifugal cleaner 170 can be arranged to operate as a single pass or multiple pass flow, and can be operated in a series, parallel, or combined series / parallel arrangement. The use of a centrifugal cleaner 170 may require a greater degree of refining or pulping than required by the hydraulic screen device 168 to achieve the desired fiber / piglet separation. .
[0066]
The separated textile and quilt products 172 and 174 can be processed, dried and / or packaged in the same manner as discussed above in embodiments 2 and 100. The separated textile and gull products 172 and 174 are preferably prepared for further processing by sending the separated products to slurry tanks 176 and 178 with agitators, respectively. In the slurry baths 176 and 178, suitable binders, dyes and / or other materials are provided to condition the material for further processing in steps 180 and 182, or to prepare the material for processing. Can be added. The processing steps 180 and 182 may be the same as described in the various aspects above, or may be a sheet forming or molding type of the type described below in the method and system aspects 200 and 250 of the present invention. It can be a law.
[0067]
The chemical binder added to the reduced feather material, if used, generally provides increased wet strength during subsequent processing and / or permanently increases the dry strength of the resulting product Can be an effective additive. For example, (a) a high molecular weight anionic acrylamide copolymer such as SC-3875 available from Steen Research and (b) a medium molecular weight having a high degree of cationicity such as SC-3311 available from Steen Research. The combination with the acrylamide copolymer effectively bridges the keratin chains in the feather material to greatly increase the shear resistance of the material and significantly increase both wet and dry strength of the material. Can be added. Alternatively or additionally, a thermosetting cationic polyamide, such as SC-211EO, available from Steen Research, may be added to the feather material to further enhance both their temporary wet strength and permanent dry strength be able to.
[0068]
Examples of additional agents that can be added to the fiber and / or plumage materials include: Effective to improve the dust resistance of the material and to temporarily improve the water resistance of the material A polymeric material such as POLYLINK-32, available from Steen Research; a Steen Research effective to increase the permanent extreme water resistance of the molded feather structure and to prevent feather dusting Polymeric substances such as POLYLINK-33 available from the company; and effective in providing a permanent rubbery coating to molded articles, increasing permanent water resistance, and preventing feather dusting Styrene-butadiene emulsion such as POLYLINK-34 available from Steen Research.
[0069]
Examples of additional additives that can be blended with the fiber and / or plumage material in steps 176 and 178 include flocculants, and fungicides, and kill mold, fungi, and other bacteria in the final product; and And / or include, but are not limited to, known copper-based compounds that are effective at inhibiting their growth.
[0070]
A fourth aspect 200 of the method and system of the present invention is depicted in FIG. Aspect 200 preferably includes the initial steps, processes and systems 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, and 166, which are correspondingly numbered as described above for aspect 150. Same as process, process and system. Embodiment 200 includes a feather sheet that can either include a step of separating feather and feather material, or utilize a refined feather material without separating fiber and feather components. It is a forming method. In the embodiment 200 shown in FIG. 4, the fiber and gull components are used together without a separation step.
[0071]
In the embodiment 200 depicted in FIG. 4, the reduced feather material 202 is provided with a dye 204 and a suitable binder 206 (such as described above), and other additives (eg, fungicides, flocculants, etc.). Preferably it is added. Examples of dye substances suitable for use in the method of the present invention include, but are not limited to, dyes used in wool products in the textile industry, anthraquinone dyes, chromium matalized type dyes. There are substances and their combinations.
[0072]
The refined feather material produced in embodiment 200 may be used alone to produce a sheet product or, if desired, in combination with similarly produced reduced paper material. May be used. In embodiment 200, the minified paper material is made from pulp, kraft paper, recycled paper or other paper material using a refining and / or pulping method of a type known in the art. As will be appreciated by those skilled in the art, the paper reduction method preferably includes the following steps: removing debris from the paper material 208; adding a suitable cleaning agent to the paper material. Step 210; and Step 212 of refining or pulping the paper material using the same type of refining and / or pulping equipment described above.
[0073]
The minified feather material produced in step 206 and the minified paper material produced in step 212 are each pumped or otherwise pumped to a slurry tank 214 where they are combined. Is perfectly blended. Slurry tank 214 preferably includes a stirring system, a stirring system, or other type of mixing system known in the art.
[0074]
The minified material from vat 214 can be sheeted into a paper-like product using generally any type of sheet former used to make paper and other paper products in the art. . The slurry delivered from the tank 214 preferably has a feather to paper weight ratio of at least 2: 3, and preferably 19: 1 or less. More preferably, the slurry has a feather to paper weight ratio in the range of about 4: 1 to about 9: 1, and most preferably has a feather to paper weight ratio of about 17: 3. The slurry delivered from vessel 214 also preferably has a total solids concentration in the range of about 1 to about 10% by weight. More preferably, the slurry has a solids concentration of about 1.5 to about 7% by weight, most preferably about 3 to about 5% by weight.
[0075]
The sheet forming system used in the method of the present invention is preferably a system of the type used to produce paper sheets from recycled paper material. As will be appreciated by those skilled in the art, the system is preferably of the type that includes a forming box 216 having multiple vacuum compartments therein to assist in dewatering the product. As will be further appreciated by those skilled in the art, the apparatus also preferably includes one or a series of pressure rolls that mechanically dewater the product sheet.
[0076]
Sheets produced in the forming box 216 are preferably sent to a drying system 218. The drying system 218 is also preferably of the type used in the art for drying sheets of paper. Examples of suitable drying systems include, but are not limited to, a hot roll dryer; a tunnel dryer; a flash tube dryer; and combinations thereof.
[0077]
The hot roll dryer used in step 218 is preferably of the type used in the paper or tissue industry, and preferably includes a series of scouring rollers heated with steam or a heating medium. Such rollers typically have a tack-resistant coating. The number of rollers and temperature used will typically depend on the moisture content of the material and the particular evaporation rate desired.
[0078]
If necessary, the upper portion of the roll dryer may be removed if the strength of the down sheet is not sufficient to allow a significant amount of vertical travel. Alternatively, additional binder resins can be used, for example, to increase the strength of the product.
[0079]
If a tunnel dryer is used in step 218, the airflow therein is selectively directed to either push the sheet product against the conveyor or push the feather sheet off the conveyor. As will be appreciated by those skilled in the art, the direction of air flow selected will depend primarily on the moisture level in the product sheet.
[0080]
The dried feather sheet product can then be packaged at step 220 in a manner similar to that typically used for packaging recycled paper, and using substantially the same techniques. Thus, depending on the preference of the consumer, the sheet-forming product can be packaged, for example, as a roll, as a lithographic plate or as a bale, or can be compressed or vacuum packaged. Examples of uses of the feather sheet material produced by the present invention include, but are not limited to, filler materials, filtration media, insulating materials, matting materials, and raw material materials.
[0081]
An embodiment 250 of the method and system of the present invention for producing a molding is depicted in FIG. The embodiment 250 depicted in FIG. 5 preferably has the same steps, techniques and systems 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 202, 204, 206 used in embodiment 200. And 214. Aspect 250 may also optionally include the steps, techniques and systems 208, 210 and 212 used to add the minified paper material to the down slurry in the tank 214.
[0082]
In embodiment 250, the slurry delivered from vessel 214 preferably has a feather to paper weight ratio of at least 2: 3, preferably 19: 1 or less. More preferably, the slurry has a feather to paper weight ratio in the range of about 4: 1 to about 9: 1, and most preferably has a feather to paper weight ratio of about 17: 1. The slurry delivered from vessel 214 also preferably has a total solids concentration in the range of about 1 to about 10% by weight. More preferably, the slurry has a solids concentration of about 1.5 to about 7% by weight, most preferably about 3 to about 5% by weight.
[0083]
In the method aspect 250 of the present invention, the refined slurry material from the slurry tank 214 is preferably shaped at step 252 and then dried at step 254. The molding system or apparatus used in step 252 can generally be any molding system of the type used to produce molded pulp products for use in packaging. The molding system is most preferably a vacuum mold system and most preferably includes a forming section that uses a vacuum to secure the suspended fibers on the mold.
[0084]
Examples of particularly desirable products that can be made by the method 250 of the present invention include, but are not limited to, egg cartons; bottle wrapping materials; electronic component wrapping materials;
[0085]
The drying system 254 used to dry the molded feather product is commonly used in the art to dry any dryer, oven, or similar product made from paper or other materials. Other drying systems can be used.
[0086]
After drying, the shaped feather product can be packaged at step 256 using substantially the same techniques and equipment used to package the same product made from other materials. Examples of such systems include, but are not limited to, mating devices such as those used to collect egg cartons or baskets.
[0087]
Thus, the present invention is well-adapted to achieve its goals and to achieve the aforementioned objects and advantages as well as those inherent therein. While the presently preferred embodiments have been described for the purposes of this disclosure, many variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications are intended to be included within the spirit of the invention as defined by the following claims.
[0088]
In addition, those skilled in the art will appreciate that the various process steps and features of the preferred embodiments described herein may be used interchangeably with yet other and additional aspects of the present invention. It will also be clear that
[Brief description of the drawings]
[0089]
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a second embodiment of the feather processing method and the system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating another embodiment 100 of the feather processing method and the system according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating another embodiment 150 of the feather processing method and the system according to the present invention.
FIG. 4 schematically illustrates another embodiment 200 of the feather processing method and system of the present invention, including a sheet forming process.
FIG. 5 schematically illustrates yet another embodiment 250 of the feather processing method and system of the present invention, including a molding process.
