JP2011512270A - Method and system for producing high density lignocellulosic pulp for use in thermoplastic composite manufacturing process - Google Patents

Method and system for producing high density lignocellulosic pulp for use in thermoplastic composite manufacturing process Download PDF

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Abstract

【課題】高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品の製造に使用される高密度リグノセルロース繊維凝集塊の製造方法で使用される高密度ベールのごときリグノセルロース繊維の高密度塊体からリグノセルロース繊維凝集塊を製造する方法が提供されている。
【解決手段】この方法は、高密度形態のリグノセルロース繊維をサイズ縮小装置に供給し、リグノセルロース繊維をサイズ縮小し、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品の製造に使用するのに適した平均サイズ特性を有した高密度リグノセルロース繊維凝集塊を製造する。リグノセルロース繊維の密度は処理を通じてほぼ一定に維持される。この方法に従ったリグノセルロース繊維の製造システムも提供される。
【選択図】図７A high performance, recyclable, moldable lignocellulose fiber and thermoplastic composite, or a high performance, recyclable, moldable lignocellulose fiber and thermoplastic composite. Provided is a method for producing a lignocellulosic fiber agglomerate from a high density agglomerate of lignocellulosic fibers such as a high density bale used in a method for producing a high density lignocellulose fiber agglomerate used in the manufacture of articles made from Has been.
This method supplies lignocellulosic fibers in a high density form to a size reduction device, reduces the size of the lignocellulose fibers, has high performance, is recyclable, and can be molded into lignocellulosic fibers and thermoplastics. Or high density with average size characteristics suitable for use in the manufacture of articles made from high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites Lignocellulose fiber agglomerates are produced. The density of lignocellulosic fibers remains substantially constant throughout the process. A system for producing lignocellulose fibers according to this method is also provided.
[Selection] Figure 7

Description

一般的に本発明はリグノセルロース／熱可塑物質複合物材料の分野に関する。特に本発明は、高密度リグノセルロースパルプを処理し、計測し、熱可塑物質複合物製造プロセスに供給する分野に関する。   In general, the present invention relates to the field of lignocellulose / thermoplastic composite materials. In particular, the present invention relates to the field of processing, measuring and supplying high density lignocellulose pulp to a thermoplastic composite manufacturing process.

リグノセルロース／熱可塑物質複合物は、熱可塑性ポリマーをリグノセルロース物質と組み合わせた物質であり、補強物質または充填物質として利用される。このような複合物の長所はカナダ国特許願２５２７３２５（セイン他）のごとき従来技術文献において紹介されている。   A lignocellulose / thermoplastic composite is a material that combines a thermoplastic polymer with a lignocellulosic material and is utilized as a reinforcing or filling material. The advantages of such composites are introduced in prior art documents such as Canadian Patent Application 2527325 (Cane et al.).

熱可塑性複合充填物または補強物として利用できるリグノセルロース物質には数多くの供給源が存在する。そのような供給源には木材系および非木材系の材料が含まれる。非木材系材料には、麻、亜麻、小麦およびサイザル麻のごとき農作物から採取される靭皮繊維および葉繊維が含まれる。   There are many sources of lignocellulosic materials that can be utilized as thermoplastic composite fillers or reinforcements. Such sources include wood based and non-wood based materials. Non-wood based materials include bast and leaf fibers taken from crops such as hemp, flax, wheat and sisal.

供給源の種類によって、そのようなリグノセルロース物質を供給する種々な機械的あるいは化学的処理形態も存在する。そのような形態には、木粉および鋸屑、粉砕繊維あるいは粉砕繊維束、連続練紡、織マットおよび不織マット並びにパルプ等の粉末または粒体が含まれる。   Depending on the type of source, there are also various mechanical or chemical treatment forms for supplying such lignocellulosic material. Such forms include powders or granules of wood flour and sawdust, ground fibers or bundles of fibers, continuous kneading, woven and non-woven mats and pulp.

一般的にパルプ繊維は化学的及び／又は機械的にパルプ化処理されているリグノセルロース物質の製品である。クラフトパルプ化およびメカニカルパルプ化を含んだこのようなパルプ化処理はパルプ・製紙産業界ではよく知られている。リグノセルロースパルプは農作物繊維源からでも製造できるが、飛び抜けて多いパルプ供給源は、製紙、厚紙および湿気吸収製品で使用される木材である。   Generally, pulp fiber is a product of lignocellulosic material that has been chemically and / or mechanically pulped. Such pulping processes, including kraft pulping and mechanical pulping, are well known in the pulp and paper industry. Lignocellulosic pulp can be produced from crop fiber sources, but a prominent source of pulp is wood used in papermaking, cardboard and moisture-absorbing products.

ほとんどのリグノセルロースパルプは高密度化され、ベール状に梱包される。このベール形態は、このような原料の安価な保存および運搬を可能にする、特に商業的に入手可能な木材パルプのベールは、熱可塑物質複合物の利用形態で使用されるリグノセルロース繊維の大量で比較的に安定した供給を可能にする。   Most lignocellulosic pulps are densified and packed in bale. This bale form allows for the inexpensive storage and transportation of such raw materials, especially the commercially available wood pulp bale is a large amount of lignocellulosic fibers used in thermoplastic composite utilization forms. Enables a relatively stable supply.

リグノセルロース物質を熱可塑物質と組み合わせるのに利用される多数の従来方法が存在する。それらの大部分がプラスチックプロセス（処理）業界の専門家には知られている。このようなプロセスには、押出成型、複合／合成処理、圧縮成型、射出成型およびそれらの組み合わせ、またはそれらの変形が含まれる。   There are a number of conventional methods used to combine lignocellulosic materials with thermoplastic materials. Most of them are known to experts in the plastics process industry. Such processes include extrusion molding, composite / synthetic processing, compression molding, injection molding and combinations thereof, or variations thereof.

今日まで、ほとんどの従来および商業利用可能なリグノセルロース／熱可塑物質複合物は、木粉のごとき粉末形態で供給されるリグノセルロース物質を使用する。粉末は繊維物質よりも流動性が高いため、そのような製造プロセスへの供給の困難性は低減される。その他の従来リグノセルロース／熱可塑物質複合物の主要なカテゴリには圧縮成型品が含まれる。しかしこの場合、典型的には繊維はオープン型枠に投入され、種々な形状のマット形態で供給されるため、供給問題は小さくなる。   To date, most conventional and commercially available lignocellulose / thermoplastic composites use lignocellulosic material supplied in powder form such as wood flour. Since powders are more fluid than fiber materials, the difficulty of feeding into such manufacturing processes is reduced. Another major category of conventional lignocellulose / thermoplastic composites includes compression molded articles. In this case, however, the fiber is typically put into an open formwork and supplied in various forms of mats, thus reducing supply problems.

押出機のごときプラスチック成型または混合機に繊維材料を供給することは、熱可塑物質複合物業界ではよく知られた技術的挑戦である。もし材料のバルク密度が低すぎれば、あるいは繊維長が長すぎれば、“ブリッジング現象”が発生する。この“ブリッジング現象”とは、材料が流動せず、押出機の供給スロート（狭部）等におけるプロセス中継部に目詰まりを発生させる現象である。   Feeding fiber material to a plastic molding or blender such as an extruder is a well-known technical challenge in the thermoplastic composite industry. If the material bulk density is too low, or if the fiber length is too long, a “bridging phenomenon” occurs. This “bridging phenomenon” is a phenomenon in which the material does not flow and clogging occurs in the process relay section in the supply throat (narrow section) of the extruder.

ガラス繊維とリグノセルロース繊維の両方により補強される熱可塑物質の分野では、材料供給とブリッジング現象に関わる諸問題を解決するために数多くの方法が利用されてきた。繊維材料を供給する技術に関する多くの問題は、機械的性能を含んだ他の技術条件にも関連する。   In the field of thermoplastics reinforced by both glass fibers and lignocellulosic fibers, a number of methods have been utilized to solve the problems associated with material supply and bridging phenomena. Many problems with the technology of supplying fiber materials are also related to other technical conditions, including mechanical performance.

機械的特性を最大限に高めるため、熱可塑物質複合体の利用において繊維長の増加がしばしば所望される。しかしながら、繊維材料の流動性は繊維長の増加によって減少する。この問題に対処する１つの解決策はプロセスの性格を変更し、糸形態または連続練紡形態で繊維材料を提供することである。この場合、練紡は“引抜成型”され、その後に切断されて押出機により混合される。このようなプロセスの弱点は練紡または糸の製造が原料コストを押し上げることである。   In order to maximize mechanical properties, increased fiber length is often desired in the use of thermoplastic composites. However, the fluidity of the fiber material decreases with increasing fiber length. One solution to address this problem is to change the nature of the process and provide the fiber material in a yarn form or a continuous kneaded form. In this case, the kneaded spinning is “pultruded”, then cut and mixed by an extruder. The weakness of such a process is that spinning or yarn production increases raw material costs.

米国特許６７４３５０７（２００４年）においてバーロー他は、材料供給の容易化のために水溶性バインダを使用して、リグノセルロースパルプをまず高密度ペレットに変換するプロセスを解説する。そのためには、シート状の繊維をまず別々の束に分割し、バインダによってペレット状にしなければならない。これら両ステップの追加とバインダの使用はプロセスのコストを押し上げる。その発明の別な実施態様は、シート形成に先立ってパルプを捕獲して製粉機によりペレット状にする。この実施態様では商業的に入手できる市場パルプが利用できない。   In US Pat. No. 6,743,507 (2004), Barlow et al. Describe the process of first converting lignocellulose pulp into high density pellets using a water soluble binder for ease of material supply. For this purpose, the sheet-like fibers must first be divided into separate bundles and pelletized with a binder. The addition of both these steps and the use of binders increase the cost of the process. Another embodiment of the invention captures pulp prior to sheet formation and pellets it with a mill. In this embodiment, commercially available market pulp is not available.

米国特許６８１１８７９においてデズッタ他は、大量のフレーク状パルプが導管および他の密閉容器内で流動性が高いという事実に基づいて、セメント質製品に加えるときに特定量にて計測できる特定サイズ、特定密度および特定湿気分散性を有した新形態のフレーク状パルプを開示する。デズッタ他は米国特許６８３７４５２において個別パルプフレークを製造するために液体パルプストックを脱水するプロセスをさらに開示する。このようなフレーク状パルプは梱包のためにベール機に送られる。   In U.S. Pat. No. 6,811,879, Dessta et al. Described a specific size, specific density that can be measured in a specific amount when added to a cementitious product based on the fact that a large amount of flaky pulp is highly fluid in conduits and other closed containers. And a new form of flaky pulp with specific moisture dispersibility. Destta et al. Further disclose in US Pat. No. 6,834,452 a process for dewatering liquid pulp stock to produce individual pulp flakes. Such flake pulp is sent to a bale machine for packaging.

デズッタおよびハンセンは米国特許７２０１８２５および７３０６８４６において、流動性があって計測可能なセルロース材料の分離粒体製造プロセスを開示している。このような粒体には高密度化された個別セルロース繊維が含まれる。   Desetta and Hansen, in US Pat. Nos. 7,201,825 and 7,306,846, disclose a process for producing separated granules of a flowable and measurable cellulosic material. Such granules contain individualized cellulose fibers that are densified.

繊維材料の流動性を向上させるために加工補助剤を加えることができる。カブキン他は米国特許６８８３３９９（２００４年）において、流動性を高めるために亜麻靭皮繊維と結束繊維の混合物を利用する。シマダ他は米国特許５０８７５１８（１９９２年）において、ガラスフレークおよび繊維を混合し、熱可塑性樹脂に混入された自由流動補強物質を提供する。   Processing aids can be added to improve the flowability of the fiber material. Kabukin et al., In US Pat. No. 6,883,399 (2004), utilizes a mixture of flax bast fibers and binding fibers to enhance fluidity. Shimada et al., In US Pat. No. 5,087,518 (1992), mixes glass flakes and fibers to provide a free-flow reinforcing material incorporated into a thermoplastic resin.

利用できるリグノセルロース材料の様々な供給源および利用形態、並びに繊維材料の現在の供給技術にも拘わらず、様々な熱可塑物質複合物製造プロセスに高密度リグノセルロースパルプを供給するためのプロセスの需要が存在する。このようなプロセスは、供給に困難が伴わず、そのような複合物製造プロセスの特定条件を満たし、供給量の正確な制御が可能でなければならない。   Demand for processes to supply high density lignocellulosic pulp to various thermoplastic composite manufacturing processes, regardless of the various sources and forms of use of lignocellulosic materials and the current supply technology of fiber materials Exists. Such a process should be difficult to supply, meet the specific requirements of such a composite manufacturing process, and allow for precise control of the supply.

本発明は前述の条件を満たし、ブリッジング現象を伴わずに複合物製造プロセスにリグノセルロースパルプを送り込むことができる。本発明は従来の市場パルプの使用を可能にし、スケール調整が容易であり、連続形態またはバッチ形態にて、リグノセルロースパルプをあらゆる熱可塑物質複合物製造プロセスに直接的に組み込ませる。   The present invention satisfies the above-mentioned conditions and can feed lignocellulose pulp into the composite manufacturing process without bridging phenomenon. The present invention allows the use of conventional market pulp, is easy to scale, and allows lignocellulose pulp to be directly incorporated into any thermoplastic composite manufacturing process in continuous or batch form.

１実施態様によれば、本発明は、高性能であって、リサイクル可能で成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造に利用される高密度リグノセルロース繊維凝集塊、または高性能であって、リサイクル可能で成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物で成る物品の製造方法に関する。この方法は、高密度形態のリグノセルロース繊維をサイズ縮小装置に供給するステップと、その高密度形態のリグノセルロース繊維のサイズを減少させて、高性能であって、リサイクル可能で成型可能であるリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造において利用するのに適した平均サイズを有した高密度リグノセルロース繊維凝集塊、または高性能であって、リサイクル可能で成型可能であるリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物で成る物品を製造するステップとを含む。   According to one embodiment, the present invention is a high density, high density lignocellulosic fiber agglomerate used in the manufacture of recyclable and moldable lignocellulose fiber and thermoplastic composites, or high performance. The present invention relates to a method for manufacturing an article made of a composite of recyclable and moldable lignocellulose fibers and a thermoplastic material. The method comprises supplying a high density form of lignocellulosic fiber to a size reduction device and reducing the size of the high density form of lignocellulose fiber to provide a high performance, recyclable and moldable lignocellulose fiber. High density lignocellulosic fiber agglomerates with an average size suitable for use in the manufacture of cellulose fiber and thermoplastic composites, or high performance, recyclable and moldable lignocellulose fibers and heat Producing an article comprising a composite of plastic materials.

別の実施態様によれば、本発明は高性能であって、リサイクル可能で成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造に利用される高密度リグノセルロース繊維凝集塊、または高性能であって、リサイクル可能で成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物で成る物品を製造するシステムに関する。このシステムは、高密度形態のリグノセルロース繊維のサイズを縮小させ、高性能であって、リサイクル可能で成型可能であるリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造において利用するのに適した平均サイズを有した高密度リグノセルロース繊維凝集塊、または高性能であって、リサイクル可能で成型可能であるリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物で成る物品を製造するサイズ縮小装置を含む。   According to another embodiment, the present invention is a high performance, high density lignocellulosic fiber agglomerate used in the manufacture of recyclable and moldable lignocellulose fiber and thermoplastic composites, or high performance The invention relates to a system for producing an article comprising a recyclable and moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composite. This system reduces the size of high density form of lignocellulosic fibers and is suitable for use in the production of high performance, recyclable and moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites. A size reduction device for producing high density lignocellulosic fiber agglomerates having sizes, or high performance, recyclable and moldable lignocellulose fiber and thermoplastic composites.

以下において、添付の図面を利用した本発明の好適実施例の詳細な説明が提供されている。
図１は、本発明の１実施例のブロック図である。 図２は、典型的なブリーチクラフトパルプベールを図示する。 図３は、典型的なフラッシュ乾燥高収率パルプベールを図示する。 図４は、垂直供給装置を備えた例示的な低速高トルクシステムを図示する。 図５は、水平供給装置を備えた例示的な低速高トルクシステムを図示する。 図６は、管内のスクリューの断面図である。 図７は、ロータ撹拌器を備えた例示的な重量減少スクリュー供給システムを図示する。 In the following, a detailed description of a preferred embodiment of the present invention is provided using the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention. FIG. 2 illustrates a typical bleached kraft pulp bale. FIG. 3 illustrates a typical flash dried high yield pulp bale. FIG. 4 illustrates an exemplary low speed high torque system with a vertical feeder. FIG. 5 illustrates an exemplary low speed high torque system with a horizontal feed device. FIG. 6 is a cross-sectional view of the screw in the tube. FIG. 7 illustrates an exemplary weight loss screw supply system with a rotor agitator.

図面において、本発明の１実施例が例示的に図示されている。本文の説明および図面は本発明の説明のみを目的として提供されており、本発明の限定は意図されていない。   In the drawings, an embodiment of the invention is illustrated by way of example. The description and drawings in the text are provided solely for the purpose of illustrating the present invention and are not intended to limit the present invention.

本発明は、例えば高密度ベールであるリグノセルロース繊維の高密度塊体から高密度繊維凝集塊を製造する方法およびシステムに関する。専門家であれば承知するであろうが、本発明はベールパルプ形態以外のリグノセルロース繊維の高密度形態を利用することができる。ここで使用される“ベール”とは、形状、寸法、あるいはベールの形成方法には関係なく、高密度化された塊体のことである。高密度繊維凝集塊は高密度繊維凝集塊製造装置によって製造される。パルプ凝集塊はリグノセルロース繊維の穏やかなサイズ縮小により製造される。このサイズ縮小は大きな“脱繊維化”あるいはパルプ密度低下を介さずに行われる。また高密度繊維凝集塊製造装置は、個々の繊維に対するせん断作用を最小限度に止めて繊維凝集塊を取り除き、繊維長を保存するように設計されている。   The present invention relates to a method and system for producing high density fiber agglomerates from high density agglomerates of lignocellulosic fibers, for example high density veil. As one skilled in the art will appreciate, the present invention can utilize high density forms of lignocellulosic fibers other than the bale pulp form. “Veil” as used herein refers to a densified mass regardless of shape, size, or method of forming the bale. The high-density fiber agglomerate is produced by a high-density fiber agglomerate production apparatus. Pulp agglomerates are produced by gentle size reduction of lignocellulose fibers. This size reduction is done without significant “defibration” or pulp density reduction. The high-density fiber agglomerate producing apparatus is designed to minimize the shearing action on individual fibers, remove the fiber agglomerates, and preserve the fiber length.

本発明の高密度繊維は熱可塑物質複合物製造プロセスに供給するための特殊な特性を提供するように製造できる。その際、例えば、重量減少供給システムが利用される。その特性は、（ａ）比較的に狭い粒体サイズ分布を提供し、（ｂ）複合物製造時に供給および中継部において減少された“ブリッジング現象”を示す。このような特性は、サイズ縮小ステップおよび熱可塑物質複合物製造プロセスの進行に続いてプロセスに原料供給するのに便利である（介入プロセス）。   The high density fibers of the present invention can be manufactured to provide special properties for feeding into a thermoplastic composite manufacturing process. In this case, for example, a weight reduction supply system is used. Its properties show (a) a relatively narrow particle size distribution and (b) a “bridging phenomenon” that is reduced in the feed and relay sections during composite production. Such characteristics are useful for feeding raw materials into the process following the size reduction step and the progress of the thermoplastic composite manufacturing process (intervening process).

本発明の別な実施態様によれば、繊維密度は介入プロセス時に実質的に維持される。従って、本発明の方法とシステムによって製造された高密度繊維は、複合物製造プロセスに先立って、システムおよびプロセスを通じて保存、運搬あるいは供給される。リグノセルロース繊維の密度はこれら方法とプロセスを通じて維持され、高密度繊維凝集塊は、元々供給された高密度形態のリグノセルロース繊維の密度とほぼ等しいか実質的に等しい個別粒体密度を有する。   According to another embodiment of the invention, the fiber density is substantially maintained during the intervention process. Accordingly, the high density fibers produced by the method and system of the present invention are stored, transported or supplied through the system and process prior to the composite production process. The density of lignocellulosic fibers is maintained throughout these methods and processes, and the high density fiber agglomerates have individual particle densities that are approximately equal to or substantially equal to the density of the originally supplied high density form of lignocellulose fibers.

本発明の１実施態様は、リグノセルロース繊維から高密度化リグノセルロース繊維凝集塊を製造する方法に関する。この方法は、リグノセルロース繊維の高密度塊体を形成するプロセスによってリグノセルロース繊維の高密度塊体を入手するステップを含む。本発明の別実施態様は、高密度ベール形態で得られたリグノセルロース繊維から高密度リグノセルロース繊維凝集塊を製造する方法に関する。   One embodiment of the present invention relates to a method for producing densified lignocellulose fiber aggregates from lignocellulose fibers. The method includes obtaining a high density mass of lignocellulose fibers by a process of forming a high density mass of lignocellulose fibers. Another embodiment of the present invention relates to a method for producing high density lignocellulose fiber agglomerates from lignocellulose fibers obtained in a high density bale form.

熱可塑物質複合物におけるベール形態のリグノセルロースの使用は、製紙業者および水分吸収剤製品製造業者で活用される産業での従来にはない利用形態である。複合物で利用するためのベール形態リグノセルロースパルプを使用するときに対処しなければならない２つの重要な問題は、従来の熱可塑物質複合物製造プロセスに供給可能な適した形態にパルプベールを変換し、正確な量のそのようなパルプを製造プロセスへ供給することである。この方法の全体像は図１に関して解説されている。   The use of veiled lignocellulose in thermoplastic composites is an unprecedented application in industry utilized by papermakers and moisture absorbent product manufacturers. Two important issues that must be addressed when using lignocellulosic pulp in bale form for use in composites are the conversion of pulp veils into suitable forms that can be supplied to conventional thermoplastic composite manufacturing processes. And supplying an accurate amount of such pulp to the manufacturing process. An overview of this method is described with respect to FIG.

製紙はパルプベールの主要な利用先であるため、ベール全体が水タンク内または水パルプ容器内に投入されるので、典型的には乾燥プロセスの必要がない。一方、熱可塑物質複合物製造プロセスは低湿度パルプを必要とする。よって、複合物製造のためにベールを分解または溶解させる水の使用の利点は失われている。   Since papermaking is the primary source of pulp bale, the entire bale is typically placed in a water tank or water pulp container, and typically does not require a drying process. On the other hand, the thermoplastic composite manufacturing process requires low humidity pulp. Thus, the advantages of using water to break or dissolve the veil for composite production are lost.

水分吸収剤製品においては、典型的にはパルプベールは乾燥処理される。違いは低バルク密度の“脱繊維化”形態のパルプが必要なことである。これは熱可塑物質複合物の利用では供給中にブリッジング現象を起こすであろう。   In moisture absorbent products, pulp bale is typically dried. The difference is that a low bulk density “defibrinated” form of pulp is required. This will cause bridging during feeding in the use of thermoplastic composites.

本発明の目的に照らして、“リグノセルロースパルプ”とは、化学的または機械的なパルプ化プロセス、あるいはそれらの両方のプロセスで製造された全てのリグノセルロース繊維のことである。このようなプロセスには、クラフトプロセス、亜硫酸プロセス、あるいは高収量パルプ化プロセスの系統を含む。高収量パルプ化プロセスの例には、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、およびブリーチケミサーモメカニカルパルプ（ＢＣＴＭＰ）が含まれる。パルプは木材源および農産物繊維のごとき非木材源の繊維でよく、未使用のものでも再使用の繊維でも構わない。パルプ形態のリグノセルロース繊維が本発明には好適であるが、酵素処理された繊維のごとき他の形態のリグノセルロース繊維でも利用できる。   For the purposes of the present invention, “lignocellulose pulp” refers to all lignocellulosic fibers produced in a chemical or mechanical pulping process, or both processes. Such processes include kraft, sulfite, or high yield pulping processes. Examples of high yield pulping processes include thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), and bleach chemithermomechanical pulp (BCTMP). The pulp may be non-wood source fibers such as wood sources and agricultural fibers, which may be unused or reused. Although lignocellulosic fibers in the form of pulp are suitable for the present invention, other forms of lignocellulosic fibers such as enzyme-treated fibers can also be used.

この実施態様で言及するベール密度とは、下流の熱可塑物質複合物製造プロセスに最終的に供給される材料の理論的最大密度のことである。このベール密度は、パルプ化プロセスのタイプに応じてシート形成時またはベール圧縮時に制御できる。   The bale density referred to in this embodiment is the theoretical maximum density of the material that is ultimately fed into the downstream thermoplastic composite manufacturing process. This bale density can be controlled during sheet formation or bale compression depending on the type of pulping process.

リグノセルロースパルプの最大供給源は、ブリーチクラフトパルプや高収量パルプのごとき商業ベースで入手が可能な木材パルプである。商業的に入手可能なブリーチクラフトパルプベールは、典型的には、図２で示すような完全ベールを形成するように乾燥され、積み上げられた個別のシート状パルプで成るが、高収量パルプベールは、典型的には、フラッシュ乾燥され、個別のブロックまたは“クッキー”に圧縮成型された均質パルプ塊体で成る。その後、この“クッキー”は、典型的には図３で示すような完全ベールを形成するように４層に積み上げられる。クラフトパルプベールは典型的には５００から６００ポンド（約２２５から約２７０ｋｇ）の重量であり、０．８から１．１ｇ／ｃｍ3の密度であるが、ケミサーモメカニカルパルプのフラッシュ乾燥ベールは３００から５００ポンド（約１３５から２２５ｋｇ）であり、０．５から０．９ｇ／ｃｍ3の密度である。これら両タイプのベールは“乾燥状態”で搬出される。すなわち約１０から１６％の乾燥湿潤量である。 The largest source of lignocellulose pulp is wood pulp available on a commercial basis such as bleach kraft pulp and high yield pulp. Commercially available bleach kraft pulp bale typically consists of individual sheet pulps dried and stacked to form a complete bale as shown in FIG. Typically, it consists of a homogenous pulp mass that has been flash dried and compression molded into individual blocks or “cookies”. The “cookies” are then stacked in four layers to form a complete bale, typically as shown in FIG. Kraft pulp bale typically weighs 500 to 600 pounds (about 225 to about 270 kg) and has a density of 0.8 to 1.1 g / cm 3 , while Chemothermo mechanical pulp flash dry bale is 300 To 500 pounds (about 135 to 225 kg) with a density of 0.5 to 0.9 g / cm 3 . Both types of bale are transported “dry”. That is, a dry and wet amount of about 10 to 16%.

リグノセルロースパルプベールが提供されると、衛生ナプキンやオムツ製造のごとき他の利用形態のためにベールのサイズを縮小する試みが従来技術によって為された。このような方法の例には、ベールをシート状またはスラブ状に切断あるいは分割する方法、ベールをハンマーミルのごとき様々な形態の高衝撃または高速ミル処理あるいは粉砕処理する方法が含まれる。しかし、このようなプロセスは熱可塑物質複合物製造プロセスに適したパルプ形態を提供しない。   Once lignocellulosic pulp bale was provided, attempts were made by the prior art to reduce the size of the bale for other uses such as sanitary napkins and diapers. Examples of such methods include methods of cutting or dividing the bale into sheets or slabs, and methods of high impact or high speed milling or grinding of the bale in various forms such as a hammer mill. However, such a process does not provide a suitable pulp form for the thermoplastic composite manufacturing process.

ベールを様々な形態の高衝撃または高速粉砕処理するとき、パルプのバルク密度は大きく減少し、大量の粉塵が生産される。このようなプロセスで変換されたパルプはその低バルク密度形態のために供給が非常に困難である。   When the bale is subjected to various forms of high impact or high speed grinding, the bulk density of the pulp is greatly reduced, producing a large amount of dust. Pulp converted by such a process is very difficult to feed due to its low bulk density form.

本発明は供給に適した形態にリグノセルロースパルプを変換する別な方法を利用する。前述の技術を使用する代わりに、本発明は“高密度繊維凝集塊”をベール表面から製造することでベールを直接的に変換できる。このことはベールに対する事前の改質や処理を経ずに実行される。このような高密度繊維凝集塊は、様々な熱可塑物質複合物製造プロセスへの制御された供給に適している。本発明はまた最大限に繊維長を維持し、粉塵の産出を最小限にする。   The present invention utilizes another method of converting lignocellulose pulp into a form suitable for feeding. Instead of using the technique described above, the present invention can directly convert the bale by producing a “high density fiber agglomerate” from the bale surface. This is done without prior modification or processing of the bale. Such high density fiber agglomerates are suitable for controlled delivery to various thermoplastic composite manufacturing processes. The present invention also maintains maximum fiber length and minimizes dust production.

この高密度繊維凝集塊とは、約０．２から３．０インチ（約０．５１から０．７２ｃｍ）幅、好適には０．５から１．０インチ（０．１３から０．２５ｃｍ）幅で、パルプベールの予備変換密度に近い個別の凝集塊密度を有した粒体のことである。このような凝集塊は、楕円形、矩形、立方形、または円盤形、等、様々な形状である。楕円または円形の凝集塊である場合には“幅”は直径であり、不規則形状または矩形の凝集塊である場合には“幅”は２本の断面寸法の長い方である。パルプ源のタイプおよびベールタイプによっては、凝集塊は様々な厚みを有する。例えば、クラフトパルプから凝集塊が得られた場合には、凝集塊はフラッシュ乾燥高収量パルプベールからの凝集塊よりも薄い厚みを有する（フレーク形態）。   This high density fiber agglomerate is about 0.2 to 3.0 inches (about 0.51 to 0.72 cm) wide, preferably 0.5 to 1.0 inches (0.13 to 0.25 cm). It is a granule with an individual agglomerate density in width that is close to the pre-conversion density of the pulp bale. Such agglomerates have various shapes such as oval, rectangular, cubic, or disk shape. In the case of an oval or circular agglomerate, the “width” is the diameter, and in the case of an irregular or rectangular agglomerate, the “width” is the longer of the two cross-sectional dimensions. Depending on the type of pulp source and the bale type, the agglomerates have various thicknesses. For example, if agglomerates are obtained from kraft pulp, the agglomerates have a thinner thickness (flakes) than agglomerates from flash dried high yield pulp bale.

典型的には、個別の凝集塊密度はバルク密度よりも高い。なぜなら後者は個別の凝集塊がどのように梱包されるかより決定され、高密度ベールは、ほぼ最高梱包密度を表すからである。高密度繊維凝集塊のバルク密度は、典型的には０．１から０．８ｇ／ｃｍ3である。好適には、個別凝集塊の密度は元々のベール密度と等しい。本発明により製造された高密度繊維凝集塊は狭い粒体サイズ分布を有しており、それらの密度がほぼ維持される限り、プロセス中の供給および中継部において“ブリッジング現象”を発現しないであろう。狭いサイズ分布のため、制御された均等供給量が達成できる。 Typically, the individual agglomerate density is higher than the bulk density. This is because the latter is determined by how the individual agglomerates are packed, and the high density bale represents approximately the highest packing density. The bulk density of the high density fiber agglomerates is typically 0.1 to 0.8 g / cm 3 . Preferably, the density of the individual agglomerates is equal to the original bale density. The high density fiber agglomerates produced in accordance with the present invention have a narrow particle size distribution and as long as their density is substantially maintained, do not develop a “bridging phenomenon” in the feed and relay sections during the process. I will. Due to the narrow size distribution, a controlled uniform feed rate can be achieved.

図１は本発明の１特定実施例を示すブロック図である。リグノセルロースパルプベール２０は高密度繊維凝集塊製造装置２１に供給される。ベールはベルトコンベア等の標準的運搬手段によって供給できる。本発明の１実施態様においては、高密度繊維凝集塊製造装置は、“低速”で回転する１以上のシャフトまたは“ロータ”を備えた機械である。各ロータは一連のカッタまたは突起を有している。高密度繊維凝集塊を製造するため、ベールは低速ロータに押し付けられる。ロータを低速で運転することで、パルプの高密度凝集塊は、大きな“脱繊維化現象”やパルプ密度低下を示すことなくカッタによってベール表面から直接的に穏やかに取り除かれる。カッタは個別の繊維に大きなせん断作用を及ぼすことなく繊維凝集塊をベール表面から取り除き、繊維長を保存する。   FIG. 1 is a block diagram illustrating one specific embodiment of the present invention. The lignocellulose pulp bale 20 is supplied to the high-density fiber agglomerate production apparatus 21. The bale can be supplied by standard transport means such as a belt conveyor. In one embodiment of the present invention, the high density fiber agglomerate producing device is a machine with one or more shafts or “rotors” rotating at “low speed”. Each rotor has a series of cutters or protrusions. The bale is pressed against the low speed rotor to produce a dense fiber agglomerate. By operating the rotor at low speed, the dense agglomerates of pulp are gently and directly removed from the bale surface directly by the cutter without exhibiting a large “defibrination phenomenon” or pulp density reduction. The cutter removes fiber agglomerates from the bale surface without significant shearing on individual fibers and preserves fiber length.

このような高密度繊維凝集塊製造装置の１例は、スクリーン５０と、それぞれ所定間隔で提供された突起、ブレードまたはカッタを備えた１以上のロータ５１とを備えた図４と図５で示す低速高トルクシュレッダである。このようなシュレッダはＳＳＩシュレッディングシステム社等の会社から商業的に入手できる。このタイプの装置は垂直または水平に運転できる。すなわち、図４で示す垂直の場合にはベールはロータの上に置かれるが、図５で示す水平の場合にはベールはロータに対して横方向に押し付けられる。   One example of such a high density fiber agglomerate production apparatus is shown in FIGS. 4 and 5 comprising a screen 50 and one or more rotors 51 each provided with projections, blades or cutters provided at predetermined intervals. It is a low speed, high torque shredder. Such shredders are commercially available from companies such as SSI Shredding Systems. This type of device can be operated vertically or horizontally. That is, in the vertical case shown in FIG. 4, the bale is placed on the rotor, but in the horizontal case shown in FIG. 5, the bale is pressed laterally against the rotor.

カットまたはせん断ロータによって運転される多数のサイズ縮小装置が存在するが、本発明の実施態様は低速で高トルクの運転を必要とする。“低速”とは、好適には１５０ＲＰＭ未満の速度、さらに好適には９０ＲＰＭ未満の速度であるが、選択されるＲＰＭの設定と実際の結果はカッタ寸法やロータ径のごとき他の要因に依存する。一般的に、低速高トルク運転は、数百ＲＰＭ以上で運転される顆粒機またはハンマーミルのごとき類似するサイズ縮小プロセスとは異なるものである。低ＲＰＭでの運転によって、高密度凝集塊を抽出するため、典型的な顆粒機の場合と較べて増加したトルクが維持されなければならない。   While there are a number of size reduction devices operated by cut or shear rotors, embodiments of the present invention require high speed operation at low speed. “Low speed” is preferably a speed of less than 150 RPM, more preferably a speed of less than 90 RPM, but the selected RPM settings and actual results depend on other factors such as cutter dimensions and rotor diameter. . In general, low speed, high torque operation is different from similar size reduction processes such as granulators or hammer mills operating at several hundred RPM or higher. In order to extract dense agglomerates by operation at low RPM, an increased torque must be maintained compared to typical granulators.

さらに高いＲＰＭで運転される同様に設計されている装置と較べて低速および高速で運転したときの違いは変換された製品を調べれば明らかとなる。なぜなら、ＲＰＭが低レベルに維持され、高密度凝集塊が製造されたときパルプの密度が維持されるからである。ＲＰＭの増加はバルク密度の大きな減少を招き、高密度凝集塊の代わりに綿毛状パルプが製造される。例えば、０．６ｇ／ｃｍ3のベール密度の典型的なパルプベールは、もしＲＰＭが１５０以上で処理されれば０．０２ｇ／ｃｍ3のバルク密度に減少される。このような低密度は大きなブリッジング現象および供給の困難性をもたらす。ＲＰＭの増加は粉塵の増加をも招く。 The difference when operating at low speeds and high speeds as compared to similarly designed devices operating at higher RPM becomes apparent when examining the converted product. This is because the density of the pulp is maintained when the RPM is maintained at a low level and a dense agglomerate is produced. An increase in RPM results in a large decrease in bulk density, producing fluffy pulp instead of high density agglomerates. For example, a typical pulp bale with a bale density of 0.6 g / cm 3 is reduced to a bulk density of 0.02 g / cm 3 if treated with an RPM of 150 or higher. Such low density results in large bridging phenomena and supply difficulties. An increase in RPM also causes an increase in dust.

複合物形成または成型ステップ２４のスケールによっては、高密度繊維業集塊製造ステップ２１での様々な塊体処理量が要求される。さらに、パルプベールは様々な寸法で供給される。ロータの数と形状は凝集塊製造システムの処理量とベール処理性能の両方に影響を及ぼす。例えば、４ロータシステムは１ロータシステムよりも大きなベールを取り扱うことができ、及び／又は処理量が多い。しかし凝集塊製造システムのロータのサイズと数は単にスケールの問題であり、本発明の原理の主要な要素ではない。   Depending on the scale of the composite formation or molding step 24, various agglomerate throughputs in the high density textile industry agglomerate manufacturing step 21 are required. Furthermore, the pulp bale is supplied in various dimensions. The number and shape of the rotor affects both the throughput and bale processing performance of the agglomerate production system. For example, a 4-rotor system can handle a larger bale and / or has a higher throughput than a 1-rotor system. However, the size and number of rotors in the agglomerate production system is simply a matter of scale and not a major element of the principles of the present invention.

パルプベールタイプ、開始ベール密度、スクリーンサイズ／スクリーン形状およびカッタ形状／カッタ間隔のごときプロセス変数の組み合わせが、高密度繊維凝集塊の最終サイズと最終形状を決定する。これは供給ステップ２３の処理量とサイズにマッチし、成型ステップ２４で供給される複合物製造プロセスにもマッチしたものである。狭くて制御可能な凝集塊サイズ分布はそのような変数調整を介して維持される。   A combination of process variables such as pulp bale type, starting bale density, screen size / screen shape and cutter shape / cutter spacing determines the final size and shape of the dense fiber agglomerates. This matches the throughput and size of the supply step 23, and also matches the composite manufacturing process supplied in the molding step 24. A narrow and controllable aggregate size distribution is maintained through such variable adjustment.

高密度繊維凝集塊製造のために、ロータに対する十分なベール圧力を維持するためには、プロセス進行中のベール上に連続して供給される追加ベールの重量を利用するか、あるいは、凝集塊が製造されているときにベールの重量の減少に伴って圧力を維持する“ラム”等の装置を使用することが望ましい。このラムとは、ロータに対してベールに圧力を加える装置であり、油圧システムにより動力を与えられることが多い。このような装置は、図４で示すような垂直供給式サイズ縮小システムの場合に下方に圧力を加えるか、図５で示す水平供給式システムの場合に横方向に圧力を加える。十分な圧力が維持されないと、ベールはロータ上で“フロート（浮遊）”し、高密度繊維凝集塊は製造されない。   In order to maintain sufficient bale pressure on the rotor for high density fiber agglomerate production, the weight of additional bale continuously fed onto the bale during the process can be utilized, or It is desirable to use a device such as a “ram” that maintains pressure as the weight of the bale decreases as it is manufactured. This ram is a device that applies pressure to the bale against the rotor and is often powered by a hydraulic system. Such a device applies pressure downward in the case of a vertical feed size reduction system as shown in FIG. 4 or in the lateral direction in the case of a horizontal feed system as shown in FIG. If sufficient pressure is not maintained, the bale “floats” on the rotor and no dense fiber agglomerates are produced.

高密度繊維凝集塊の製造に続いて、複合物製造ステップ２４の入口まで凝集塊の密度を維持することが重要である。密度の大きな減少は後続の供給ステップまたは取り扱いステップでブリッジング現象の問題を招く。高密度繊維凝集塊はステップ２２で一時的に保管されるか、ステップ２３で供給システムに直送される。オプションでは、高密度繊維凝集塊は複合物製造プロセスに供給される前に湿気含有量減少のために乾燥工程に送られる。もし高密度繊維凝集塊が一時的に保管され、供給前に乾燥されるなら、前述に類似した条件で運転される第２の供給および搬送システムが使用されるべきである。   Following the production of the high density fiber agglomerates, it is important to maintain the agglomerate density up to the entrance of the composite production step 24. A large decrease in density leads to bridging problems in subsequent feeding or handling steps. The high density fiber agglomerates are temporarily stored at step 22 or sent directly to the supply system at step 23. Optionally, the high density fiber agglomerates are sent to the drying process for moisture content reduction before being fed into the composite manufacturing process. If the high density fiber agglomerates are temporarily stored and dried prior to feeding, a second feeding and conveying system operating at conditions similar to those described above should be used.

よって、サイズ縮小ステップ２１と複合物製造ステップ２４との間で行われる保存、搬送または供給のステップを含んだ必要数のシステムおよび関連プロセスが、パルプ密度をさほど減少させずに提供されるべきである。   Thus, the requisite number of systems and associated processes, including storage, transport or supply steps performed between the size reduction step 21 and the composite manufacturing step 24 should be provided without significantly reducing pulp density. is there.

本発明の最終ステップは、ステップ２３で高密度繊維凝集塊を熱可塑物質複合物製造プロセス２４で使用される典型的な装置に供給することである。このようなプロセスは押出成型（例えば、シングルスクリューまたはツインスクリュー押出成型）、複合成型、射出成型、または直列複合・射出成型システムのごときそれらの組み合わせを含む。典型的には、このような製造プロセスで使用される装置は上部に関連ホッパを備えた供給スロート（狭部）を有する。凝集塊はホッパに投入され、重力作用により下方の回転スクリュー内に放出される。凝集塊がホッパからスクリュー内に適切に流入するように、供給ステップ２３中に密度が維持されて、複合物製造に使用される装置の供給スロートにおける“ブリッジング現象”が防止されなければならない。継続的供給またはバッチプロセスにより供給される凝集塊の正確な供給量を決定するため、供給ステップは供給量の正確な制御をしなければならない。   The final step of the present invention is to supply the high density fiber agglomerates in step 23 to the typical equipment used in the thermoplastic composite manufacturing process 24. Such processes include extrusion (eg, single screw or twin screw extrusion), composite molding, injection molding, or combinations thereof such as in-line composite and injection molding systems. Typically, the equipment used in such a manufacturing process has a feed throat (narrow) with an associated hopper on top. The agglomerates are put into the hopper and discharged into the lower rotary screw by gravity. In order for the agglomerates to flow properly from the hopper into the screw, the density must be maintained during the feeding step 23 to prevent "bridging phenomena" in the feeding throat of the equipment used for composite production. In order to determine the exact feed rate of agglomerates fed by a continuous feed or batch process, the feed step must have an accurate control of the feed rate.

本発明の１実施態様では、高密度繊維凝集塊は、少なくとも１つのスクリュー（好適にはスパイラルスクリュー）を使用して供給される。しかしながら、凝集塊密度を減少させないスクリューであればどのようなものであっても構わない。典型的にはスクリューはほぼ同一長である管の内部に搭載される。スパイラルスクリューが好適である。なぜなら、そのオープンスパイラル形状は密度をほとんど減少させないで凝集塊を搬送させ、凝集塊はスクリューネジ山内に“詰まる”ことがないからである。さらに複合物製造プロセスによっては、複数の供給スクリューも使用される。   In one embodiment of the invention, the high density fiber agglomerates are supplied using at least one screw (preferably a spiral screw). However, any screw that does not reduce the aggregate density may be used. Typically, the screw is mounted inside a tube that is approximately the same length. A spiral screw is preferred. This is because the open spiral shape conveys the agglomerates with little decrease in density and the agglomerates do not “clog” within the screw threads. Further, depending on the composite manufacturing process, a plurality of supply screws are also used.

図６は管体７１内のスクリュー７０の断面図である。スクリュー外縁と管体内壁との距離“Ｄ”は、凝集塊のバルク密度の低下と、凝集塊のブリッジング現象の発生を防止すべく、スクリューと管体壁との間での凝集塊のせん断を防止するように選択されなければならない。もし距離“Ｄ”が小さすぎれば、凝集塊は脱繊維化され、距離“Ｄ”が大きすぎれば、スクリューへの不適切な充填が発生し、材料は供給させず、あるいは供給量が減少する。よって管体内壁との関係で正確に寸法されたスパイラルスクリューが、ブリッジング現象を引き起こさずに高密度凝集塊を搬送することができる。最良の距離“Ｄ”は供給されている凝集塊のサイズによるが、そのサイズは凝集塊の最大径または最大長にほぼ等しい。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the screw 70 in the tube body 71. The distance “D” between the outer edge of the screw and the wall of the tube determines the shear of the agglomerate between the screw and the tube wall in order to prevent the bulk density of the agglomerate from decreasing and the bridging phenomenon of the agglomerate. Must be selected to prevent. If the distance “D” is too small, the agglomerates will be defibrillated, if the distance “D” is too large, improper filling of the screw will occur and no material will be supplied or the supply will be reduced. . Therefore, the spiral screw accurately dimensioned in relation to the wall of the tube can convey the high-density aggregate without causing the bridging phenomenon. The best distance “D” depends on the size of the agglomerates being supplied, but that size is approximately equal to the maximum diameter or length of the agglomerates.

図７は必須コンポーネントを有した典型的な重量減少スクリューフィーダ（供給機）の側面図である。このようなフィーダは、ホッパ６４およびモータとシステムコントロール６３に連結されている荷重セル６２と共に前述のスクリューおよび管体６１を備えている。重量減少フィーダにおいては、供給量は、ホッパ内の高密度凝集塊の重量減少を追尾する荷重セルとシステムコントロールを使用して制御される。典型的には供給量はスクリュー速度によって制御されるので、重量減少の割合に合わせてスクリュー速度をコンスタントに変更することで、供給量が動力学的に調整可能となる。ホッパに少量の凝集塊が残っているとき、フィーダが一時的に“体積分析モード”で運用される間にシステムは再充填される。   FIG. 7 is a side view of a typical weight-reducing screw feeder (feeder) with essential components. Such a feeder comprises the aforementioned screw and tube 61 together with a hopper 64 and a load cell 62 connected to the motor and system control 63. In a weight reduction feeder, the feed rate is controlled using a load cell and system control that tracks the weight loss of the dense agglomerates in the hopper. Since the supply amount is typically controlled by the screw speed, the supply amount can be dynamically adjusted by changing the screw speed constantly according to the rate of weight reduction. When a small amount of agglomerates remains in the hopper, the system is refilled while the feeder is temporarily operated in "volumetric mode".

材料の流動には適さない寸法のフィーダホッパを使用する場合等、状況によっては本発明の１実施態様は撹拌を伴うスクリューフィーダを使用する。本発明の目的に照らして、この撹拌とはフィーダホッパ内で高密度凝集塊バルクを継続的運動状態に維持させる機能である。撹拌の１例は、図７で示すような回転“アーム６０”セットによるものである。凝集塊がフィーダホッパ内に存在するとき、撹拌機構が凝集塊の密度を減少させないことが重要である。振動ホッパ壁のごとき別形態の撹拌も利用できる。   In some situations, such as when using a feeder hopper that is not suitable for material flow, one embodiment of the present invention uses a screw feeder with agitation. For the purposes of the present invention, this agitation is the function of maintaining the dense agglomerate bulk in continuous motion within the feeder hopper. One example of agitation is by a rotating “arm 60” set as shown in FIG. When agglomerates are present in the feeder hopper, it is important that the agitation mechanism does not reduce the agglomerate density. Other forms of agitation such as vibrating hopper walls can also be used.

実施例１
リグノセルロースパルプベールから高密度繊維凝集塊を製造するため、約０．８ｇ／ｃｍ3のベール密度、６０ｃｍＸ８０ｃｍＸ５４ｃｍのサイズ、１５％未満の乾燥湿気含有量であるサーモメカニカルパルプベールが、ＳＳＩシュレッディングシステム社（米国オレゴン州ウィルソンビル）のＱ１００低速高トルクシュレッダに供給された。このシステムは２インチカッタと１．５インチスクリーンが装備されており、約３０ＲＰＭで運用された。Ｑ１００システムは４ロータを有しており、２５０〜３００定格馬力を有している。高密度繊維凝集塊製造はオプションの油圧ラムを使用せずに実行され、追加ベールは継続的にその上に供給され、下方向きの圧力を維持した。もしベールが継続圧力維持のために供給されなかったなら、処理中のベールは、その重量が減少されるとロータ上で“フロート（浮遊）”したであろう。得られた高密度繊維凝集塊はオリジナルベール密度に近い個別密度を有しており、約０．５ｇ／ｃｍ3のバルク密度を有していた。 Example 1
In order to produce high density fiber agglomerates from lignocellulosic pulp bale, a thermomechanical pulp bale having a bale density of about 0.8 g / cm 3 , a size of 60 cm × 80 cm × 54 cm, and a dry moisture content of less than 15% is an SSI shredding system. (Q Wilsonville, Oregon, USA) Q100 low speed high torque shredder. The system was equipped with a 2 inch cutter and a 1.5 inch screen and operated at about 30 RPM. The Q100 system has 4 rotors and has a rated horsepower of 250-300. High density fiber agglomerate production was carried out without the use of an optional hydraulic ram and additional bale was continuously fed over it to maintain downward pressure. If the bale was not supplied to maintain continuous pressure, the bale being processed would “float” on the rotor as its weight was reduced. The resulting high density fiber agglomerates had individual densities close to the original veil density and had a bulk density of about 0.5 g / cm 3 .

製造後に、高密度繊維凝集塊は密度の変化なしに、ブラベンダ・テクノロジー社（カナダ国オンタリオ州ミシソーガ）製のＤＲＳシリーズ重量減少スクリューフィーダの延伸ホッパに送られた。このスクリューフィーダにはスパイラルスクリューと、ホッパ内のロータを利用する撹拌機構が装備されていた。このフィーダのために選択された延伸ホッパは矩形であり、ブリッジング現象をさらに小さくするように直壁状であった。凝集塊はブリッジング現象なく供給され、スクリューを十分に充填した。バッチモードと継続供給モードの両方が実行され、フィーダの定格体積測定処理量にマッチした供給量が達成された。   After production, the high density fiber agglomerates were sent to the draw hopper of a DRS series weight reduction screw feeder manufactured by Brabender Technology, Inc. (Mississauga, Ontario, Canada) without change in density. This screw feeder was equipped with a spiral screw and a stirring mechanism using a rotor in the hopper. The drawn hopper selected for this feeder was rectangular and had a straight wall shape to further reduce the bridging phenomenon. The agglomerates were fed without bridging and the screw was fully filled. Both batch mode and continuous feed mode were implemented and a feed rate that matched the feeder's rated volumetric throughput was achieved.

Claims (46)

高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品の製造に使用される高密度リグノセルロース繊維凝集塊の製造方法であって、
ａ）リグノセルロース繊維の高密度塊体を入手するステップと、
ｂ）リグノセルロース繊維の前記高密度塊体をサイズ縮小装置に供給するステップと、
ｃ）前記サイズ縮小装置を使用してリグノセルロース繊維の前記高密度塊体のサイズを縮小するステップであって、縮小によって、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品を製造するステップと、
を含んで成ることを特徴とする製造方法。 Made from high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites, or from high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites. A method for producing high-density lignocellulosic fiber agglomerates used in the manufacture of articles,
a) obtaining a high density mass of lignocellulose fibers;
b) supplying the high density mass of lignocellulose fibers to a size reduction device;
c) reducing the size of the high-density mass of lignocellulosic fibers using the size reduction device, wherein the reduction results in high performance, recyclable, moldable lignocellulose fibers and thermoplastics. Manufacturing a composite of materials or an article made from a composite of high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fibers and thermoplastics;
The manufacturing method characterized by comprising. 製造された高密度繊維凝集塊はリグノセルロース繊維の高密度塊体の密度とほぼ等しい粒体密度を有していることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. The production method according to claim 1, wherein the produced high-density fiber agglomerate has a particle density substantially equal to the density of the high-density mass of lignocellulose fibers. リグノセルロース繊維の粒体密度は、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品の製造において使用するためのサイズ縮小処理後にも実質的に維持されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   The particle density of lignocellulosic fiber is high performance, recyclable, moldable lignocellulose fiber and thermoplastic, or high performance, recyclable, moldable lignocellulose fiber and The method of claim 1, wherein the method is substantially maintained after a size reduction process for use in the manufacture of articles made from a composite of thermoplastic materials. 少なくとも１体のロータを含んだサイズ縮小装置が使用されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein a size reduction device including at least one rotor is used. リグノセルロース繊維の高密度塊体は、該高密度塊体を高密度化された形態で少なくとも１体のロータと接触させることでサイズ縮小されることを特徴とする請求項４記載の製造方法。   The method according to claim 4, wherein the high-density mass of lignocellulose fibers is reduced in size by contacting the high-density mass with at least one rotor in a densified form. サイズ縮小ステップは低ＲＰＭにて高トルクで実施されることを特徴とする請求項４記載の製造方法。   5. The manufacturing method according to claim 4, wherein the size reduction step is performed at a low RPM and a high torque. 高密度凝集塊が所定のサイズとなるように高密度リグノセルロース繊維の塊体をサイズ縮小することを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. The method according to claim 1, wherein the mass of the high-density lignocellulose fiber is reduced in size so that the high-density agglomerate has a predetermined size. 高密度繊維凝集塊が狭い粒体サイズ分布を有し、繊維長の短縮が最小限となるようにリグノセルロース繊維の高密度塊体のサイズを縮小することを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. The production of claim 1, wherein the high-density fiber agglomerates have a narrow particle size distribution and the size of the high-density agglomerates of lignocellulose fibers is reduced so that fiber length shortening is minimized. Method. 高密度繊維凝集塊のブリッジング現象が低減させるようにリグノセルロース繊維の高密度塊体のサイズを縮小することを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. The method according to claim 1, wherein the size of the high-density mass of lignocellulose fibers is reduced so as to reduce the bridging phenomenon of the high-density fiber aggregate. 高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品を製造するために、所定の塊体流量にて製造プロセス内に高密度繊維凝集塊を供給するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   Made from high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites, or from high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites. The method of claim 1, further comprising the step of supplying a high density fiber agglomerate in the production process at a predetermined mass flow rate to produce the article to be produced. リグノセルロース繊維および熱可塑物質の複合物、またはリグノセルロース繊維および熱可塑物質の複合物から製作される製品の製造に使用すべく、押出成型装置、複合成型装置、バッチ混合装置、射出成型装置、または直列複合・射出成型装置内に、所定の塊体流量にて高密度繊維凝集塊を供給することを特徴とする請求項１０記載の製造方法。   Extrusion molding equipment, composite molding equipment, batch mixing equipment, injection molding equipment, for use in the manufacture of composites of lignocellulose fibers and thermoplastics, or products made from composites of lignocellulose fibers and thermoplastics, Alternatively, the high-density fiber agglomerate is supplied into the serial composite / injection molding apparatus at a predetermined mass flow rate. 高密度繊維凝集塊を製造装置に供給するために回転スクリュー装置を利用することを特徴とする請求項１１記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 11, wherein a rotary screw device is used to supply the high-density fiber agglomerates to the manufacturing device. 重量減少スクリューフィーダを利用して製造装置に高密度繊維凝集塊を供給することを特徴とする請求項１２記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 12, wherein the high-density fiber agglomerates are supplied to the manufacturing apparatus using a weight-reducing screw feeder. 略１から１００ＲＰＭの速度で少なくとも１体のロータを回転させることを特徴とする請求項１０記載の製造方法。   The method according to claim 10, wherein at least one rotor is rotated at a speed of approximately 1 to 100 RPM. サイズ縮小装置として、少なくとも１体のロータを備えた低速で高トルクであるシュレッダを利用することを特徴とする請求項１記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein a shredder having a low speed and a high torque and including at least one rotor is used as the size reduction device. サイズ縮小装置として、少なくとも１体のロータとスクリーンとを備えた低速で高トルクであるシュレッダを利用することを特徴とする請求項１記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein a shredder having at least one rotor and a screen and having a low speed and a high torque is used as the size reduction device. スクリューフィーダに少なくとも１体のスパイラルスクリューを使用することを特徴とする請求項１３記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 13, wherein at least one spiral screw is used for the screw feeder. スクリューフィーダに撹拌機構を使用することを特徴とする請求項１７記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 17, wherein a stirring mechanism is used for the screw feeder. 略０．１から１．５ｇ／ｃｍ3のバルク密度を有した高密度繊維凝集塊を製造することを特徴とする請求項１記載の製造方法。 The method according to claim 1, wherein a high-density fiber agglomerate having a bulk density of about 0.1 to 1.5 g / cm 3 is produced. ０．２から３インチ（約０．５から７．６ｃｍ）の平均幅を有した高密度繊維凝集塊を製造することを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. A method according to claim 1, wherein high density fiber agglomerates having an average width of 0.2 to 3 inches (about 0.5 to 7.6 cm) are produced. リグノセルロース繊維の高密度塊体はクラフトパルプであることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. The method according to claim 1, wherein the high-density mass of lignocellulose fibers is kraft pulp. リグノセルロース繊維の高密度塊体は高収量パルプであることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. The method according to claim 1, wherein the high-density mass of lignocellulose fibers is a high-yield pulp. リグノセルロース繊維の高密度塊体は農産物繊維パルプであることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. The production method according to claim 1, wherein the high-density mass of lignocellulose fibers is agricultural fiber pulp. リグノセルロース繊維の高密度塊体は、０から２０％の乾燥湿気含有量であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   The method according to claim 1, wherein the lignocellulose fiber high-density mass has a dry moisture content of 0 to 20%. 略０．４から１．２ｇ／ｃｍ3の密度を有したリグノセルロース繊維の高密度塊体を使用することを特徴とする請求項１記載の製造方法。 2. The method according to claim 1, wherein a high-density mass of lignocellulose fibers having a density of about 0.4 to 1.2 g / cm < 3 > is used. リグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造プロセスには、押出成型、複合成型、バッチ混合、射出成型および直列複合・射出成型から選択される製法が介在す
ることを特徴とする請求項１記載の製造方法。 2. The process for producing a composite of lignocellulosic fibers and a thermoplastic material includes a production method selected from extrusion molding, composite molding, batch mixing, injection molding, and serial composite / injection molding. Manufacturing method. 高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品の製造に使用される高密度リグノセルロース繊維凝集塊の製造システムであって、リグノセルロース繊維の高密度塊体のサイズを縮小するサイズ縮小装置を含んで成り、該サイズ縮小装置は、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品の製造に使用されるリグノセルロース繊維凝集塊を製造することを特徴とする製造システム。   Made from high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites, or from high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites. A system for producing high-density lignocellulose fiber agglomerates used in the manufacture of articles comprising a size reduction device for reducing the size of a high-density mass of lignocellulose fibers, the size reduction device comprising: Performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites, or high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composites A production system for producing a lignocellulosic fiber agglomerate used in the production of an article. サイズ縮小装置は、リグノセルロース繊維の高密度塊体の密度とほぼ等しい個別の凝集塊密度を有した高密度リグノセルロース繊維凝集塊を製造するように運用されることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   28. The size reduction device is operated to produce a high density lignocellulose fiber agglomerate having an individual agglomerate density approximately equal to the density of the high density agglomerates of lignocellulose fibers. Manufacturing system. サイズ縮小装置は、少なくとも１体のロータを含んでいることを特徴とする請求項２８記載の製造システム。   30. The manufacturing system of claim 28, wherein the size reduction device includes at least one rotor. ロータは低ＲＰＭにて高トルクで運用され、リグノセルロース繊維の高密度塊体は該ロータとの接触を通してサイズが縮小されることを特徴とする請求項２９記載の製造システム。   30. The manufacturing system according to claim 29, wherein the rotor is operated at a low RPM and a high torque, and the high-density mass of lignocellulose fibers is reduced in size through contact with the rotor. サイズ縮小装置は低ＲＰＭにて高トルクで運用されることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   28. The manufacturing system according to claim 27, wherein the size reduction device is operated at a low RPM and a high torque. サイズ縮小装置は、少なくとも１体のロータを備えた低速高トルクシュレッダであることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   28. The manufacturing system according to claim 27, wherein the size reduction device is a low speed, high torque shredder having at least one rotor. 少なくとも１体のロータは略１から１００ＲＰＭの速度で回転することを特徴とする請求項３２記載の製造システム。   The manufacturing system of claim 32, wherein the at least one rotor rotates at a speed of approximately 1 to 100 RPM. サイズ縮小装置は所定サイズの高密度リグノセルロース繊維凝集塊を製造するように運用されることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   28. The manufacturing system according to claim 27, wherein the size reduction device is operated so as to manufacture high-density lignocellulose fiber aggregates of a predetermined size. サイズ縮小装置は、繊維長の縮小を最低限に保ち、狭い凝集塊サイズ分布を有したリグノセルロース繊維凝集塊を製造するように運用されることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   28. The production system according to claim 27, wherein the size reduction device is operated to produce lignocellulose fiber aggregates having a narrow aggregate size distribution while keeping the fiber length reduction to a minimum. サイズ縮小装置は、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、または、高性能であり、リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される物品が製造されるように製造プロセスに供給する、ブリッジング現象を低減させる高密度リグノセルロース繊維凝集塊を製造するように運用されることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   The size reduction device is a high performance, recyclable, moldable lignocellulosic fiber and thermoplastic composite, or a high performance, recyclable, moldable lignocellulose fiber and thermoplastic composite. 28. Operated to produce a high density lignocellulosic fiber agglomerate that reduces bridging phenomena that feeds the production process so that an article made from the composite is produced. Manufacturing system. サイズ縮小装置は、リグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物、またはリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物から製作される製品の製造において使用される１以上の装置に作動式にリンクされており、該１以上の装置は、
ａ）押出成型装置、
ｂ）複合成型装置、
ｃ）バッチ混合装置、
ｄ）射出成型装置、又は／及び
ｅ）直列複合・射出成型装置
であって、高密度リグノセルロース繊維凝集塊は前記１以上の装置に所定の塊流量で供給されることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。 The size reduction device is operatively linked to one or more devices used in the manufacture of a lignocellulosic fiber and thermoplastic composite, or a product made from lignocellulosic fiber and thermoplastic composite. The one or more devices are:
a) extrusion molding device,
b) Composite molding equipment,
c) batch mixing equipment,
d) an injection molding device, and / or e) an in-line composite / injection molding device, wherein the high density lignocellulose fiber agglomerates are supplied to the one or more devices at a predetermined mass flow rate. 27. The manufacturing system according to 27. １以上の装置は少なくとも１体の回転スクリューを含んでおり、高密度繊維凝集塊は該１以上の装置に所定の塊流量で供給されることを特徴とする請求項３７記載の製造システム。   38. The manufacturing system according to claim 37, wherein the one or more devices include at least one rotating screw, and the high density fiber agglomerates are supplied to the one or more devices at a predetermined mass flow rate. １以上の装置は重量減少スクリューフィーダを含んでおり、高密度繊維凝集塊は該１以上の装置に所定の塊流量で供給されることを特徴とする請求項３８記載の製造システム。   39. The manufacturing system of claim 38, wherein the one or more devices include a weight reducing screw feeder, and the high density fiber agglomerates are supplied to the one or more devices at a predetermined mass flow rate. 重量減少スクリューフィーダは少なくとも１体のスパイラルスクリューを有していることを特徴とする請求項３９記載の製造システム。   40. The manufacturing system of claim 39, wherein the weight reducing screw feeder has at least one spiral screw. 重量減少スクリューフィーダは撹拌機構を含むか、撹拌機構に連結されていることを特徴とする請求項３９記載の製造システム。   40. The manufacturing system according to claim 39, wherein the weight reducing screw feeder includes or is connected to a stirring mechanism. サイズ縮小装置は、１以上のロータとスクリーンを備えた低速低トルクシュレッダを含んでいることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   28. The manufacturing system of claim 27, wherein the size reduction device includes a low speed, low torque shredder having one or more rotors and a screen. サイズ縮小装置は、略０．１から１．５ｇ／ｃｍ3のバルク密度を有した高密度リグノセルロース繊維凝集塊を製造するように運用されることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。 28. The production system of claim 27, wherein the size reduction device is operated to produce high density lignocellulose fiber agglomerates having a bulk density of approximately 0.1 to 1.5 g / cm < 3 >. サイズ縮小装置は、０．２から３インチ（約０．５から７．６ｃｍ）の平均幅を有した高密度リグノセルロース繊維凝集塊を製造するように運用されることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   28. The size reduction device is operated to produce high density lignocellulosic fiber agglomerates having an average width of 0.2 to 3 inches (about 0.5 to 7.6 cm). The described manufacturing system. リグノセルロース繊維の高密度塊体は高密度ベール形態であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。   2. The production method according to claim 1, wherein the high-density mass of lignocellulose fibers is in the form of a high-density bale. リグノセルロース繊維の高密度塊体は高密度ベール形態であることを特徴とする請求項２７記載の製造システム。   28. The production system according to claim 27, wherein the high-density mass of lignocellulose fibers is in the form of a high-density bale.
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