用于从作物残余物制备超吸收性粒料和/或纤维材料的方法技术

所述方法涉及从玉米生产的作物残余物制造海绵组织吸收性粒料和纤维材料。该方法优化了目标的性能且简单经济。此方法包括下面的步骤：(i)在茎秆的最低穗轴下方切割种植在田地中的玉米茎秆，以便优选高于70厘米的较少叶子的茎秆段留在田地中；每个较少叶子的茎秆段包括海绵状芯、包裹所述芯的茎秆皮和包裹所述茎秆皮或所述茎秆所带的叶状物；(ii)尽可能接近地面地切割所述较少叶子的茎秆段；(iii)收获在步骤(ii)中切割的较少叶子的茎秆段；(iv)将在步骤(iii)中所收获的较少叶子的茎秆段切割成其最大尺寸以mm计(优选为它们的长度)为5‑50的茎秆节；(v)向步骤(iv)的茎秆节提供机械冲击，以便将它们的海绵状芯与其茎秆皮以及叶状物分离，以将所述茎秆皮转变成细长的纤维碎片并获得含有以下物质的混合物：f1.形成超吸收性粒料级分的所述海绵状芯，f2.形成纤维物质级分的所述细长的纤维碎片，f3.和形成叶状级分的所述叶状物，(vi)将所述3种级分彼此分离；(vii)回收所述三种级分f1‑f2‑f3；(viii)可能将所述f1超吸收性粒料减小至较小粒料尺寸使得它们的长度包含在0.1‑20mm之间。本发明专利技术还涉及所述超吸收性粒料和纤维材料、涉及包括所述粒料和/或所述纤维材料的组合物和制造的产品以及它们在液体或气体的物理‑化学和化学/生物处理中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于生产新的生物来源材料，特别是吸收性材料和纤维材料的方法。本专利技术还涉及从植物，特别是髓单子叶植物开花植物(优选玉米)中提取这些新的生物来源材料以及将从植物提取的原材料转化成所述新的生物来源材料。本专利技术还涉及所述新的生物来源材料本身，以及它们作为超吸收剂；；纤维填料，用于化学处理的装置，用于纯化气态和/或液态物质的装置；用于去污的装置；；用于过滤的装置；植物基底组分；肥料组分；等等的用途。所述新的生物来源材料在它们的许多用途中的实施以及由所述新的生物来源材料衍生的产品/组合物的制备包括在本专利技术中。
技术介绍
和技术问题对于高性能吸收剂和/或纤维材料存在持续和迫切的需求。已知泡沫是在许多工业中大量使用的吸收性材料，例如，用于记录和保留液体，用于建筑物的绝缘或用于包装。这些泡沫的绝大多数在化石原料的合成中产生，因此不可持续地获得。实例包括聚苯乙烯和聚氨酯。此外，丙烯酸和丙烯酸钠的合成共聚物作为吸收剂用于卫生产品，特别是在尿布中的使用日益扩大。这些已知吸收剂的溶胀能力当然是其性能的关键标准。具有高吸水能力的吸收性材料也可以具有作为植物基底或用于改善堆肥混合物的重要应用。在这个角度上，所述吸收性材料必须是可生物降解的，上述合成泡沫显然不是这样的。纤维材料是一类不同于泡沫的吸收剂，并且在作物应用中也可能是这样。在这些方面，生物来源材料似乎是作为用于生产吸收剂和/或纤维产品的原料的良好候选物，其可以用于需要它们的吸收、水溶胀和固定能力的应用中。植物可以因此提供可持续供应的能够在种植区域中应用的泡沫和/或纤维材料。DE4222139A1描述了由具有高含量的髓的植物的茎干(stem)碎片例如来自玉米茎秆(stalk)制成的填料。这些使用的植物处于成熟状态。该制造方法包括切割植物、拣出叶子、捆扎和干燥茎秆、将它们放置在田地中，达到80-90重量％的干含量。然后将干燥的茎秆切割成0.5-10cm长的圆柱体，用作多孔建筑材料例如充气混凝土、隔热板和瓷砖的成孔剂，作为包装材料或用作针对害虫的有气味物质的载体或用于植物肥料。EP0470596A2描述了由颗粒形式的玉米茎秆制成的吸收性材料(粒度包括在10和150目之间：(2mm-100μm)。制造方法包括脱壳、脱胶、压碎和通过振动筛分的分离，或者可选地，湿法加工，随后脱水和干燥。衍生自玉米茎干的所述吸收性材料用于制造一次性吸收制品(尿布、女性卫生垫、敷布)。所述制造方法不是工业化的，并且不能分离玉米茎秆的不同组分，即髓、皮、叶子。根据EP0470596A2的2mm-100μm颗粒包含髓、皮和叶子的混合物。本专利技术旨在解决上述问题和/或需求中的至少一个：a)提供一种特别是用于从作物残余物生产超吸收性粒料和/或纤维材料的方法，所述方法是快速的和工业化的；b)提供一种特别是用于从作物残余物生产超吸收性粒料和/或纤维材料的方法，所述方法能够容易和高效地分离髓、皮和叶子；c)提供一种特别地用于从作物残余物生产超吸收性粒料和/或纤维材料的方法，所述方法使得可以获得一些吸水能力大于或等于其自身重量的5倍和其最大尺寸(长度)大于或等于2mm的超吸收性粒料；d)提供一种特别是用于从作物残余物生产超吸收性粒料和纤维材料的方法，所述方法使得能够以工业规模并且同时和独特地获得具有不同可开发功能的超吸收性的粒料和纤维材料；e)提供一种特别地用于从作物残余物生产超吸收性粒料和/或纤维材料的方法，所述方法使得能够得到一些以kg/m3表示的非压缩形式的密度为10-100的超吸收性粒料；f)提供具有上述规格：制造特征、吸收特征；密度的超吸收性粒料和/或纤维材料；g)提供可用作源自动物排泄物、液体烃(包括油及其衍生物)的气体和/或液体产品的吸收剂/过滤器/消除装置或作为任何基底的化学处理的支撑物的超吸收性粒料，所述支撑物可包括至少一种活性成分，可用作加工助剂；h)提供作为肥料和/或泥炭替代物和/或作为作物辅助剂、包装材料、纸浆、绝缘材料或其组分的纤维材料。
技术实现思路
为追求这个目标，专利技术人致力于开发一种新的和改进的方法，这使得可以符合上述目标(a-h)中的至少一个。为此，根据第一方面，本专利技术提出了一种特别地用于从单子叶开花植物(优选玉米)栽培的作物残余物生产超吸收性粒料和/或纤维材料的方法，包括以下步骤：(i)在茎秆的最低玉米穗轴下方切割种植在田地中的玉米茎秆，以便优选高于或等于30、50、70厘米(以递增的优先级)的较少叶子的茎秆段留在田地中；每个较少叶子的茎秆段包括海绵状芯、包裹所述芯的茎秆皮和包裹所述茎秆皮或所述茎秆所带的叶状物；(ii)尽可能接近地面地切割所述较少叶子的茎秆段；(iii)收获在步骤(ii)中切割的较少叶子的茎秆段；(iv)将在步骤(iii)中所收获的较少叶子的茎秆段切割成其最大尺寸以mm计(优选为它们的长度)为5-50；8-40；10-30(以递增的优先级)的茎秆节；(v)对步骤(iv)的茎秆节提供机械冲击，以便·将它们的海绵状芯与其茎秆皮以及叶状物分离，·将所述茎秆皮转变成细长的纤维碎片；·并获得包含以下物质的混合物：f1.形成超吸收性粒料级分的所述海绵状芯，f2.形成纤维物质级分的所述细长纤维碎片，f3.和形成叶状级分的所述叶状物；(vi)将所述3种级分彼此分离；(vii)回收所述三种级分f1-f2-f3；(viii)可将f1超吸收性粒料减小至包含在0.1-10mm，优选0.5-3mm之间的较小粒料尺寸。本专利技术特别是基于如下发现：茎秆的不同部分之间的良好分离，保证了生物来源的产物作为原料在各种应用中基于吸收能力、低密度、过滤能力；绝缘性能的性能。本专利技术的大问题是理解不同的植物茎秆组分(髓/皮/叶)相对于彼此如何不利，以及优化这些组分的分级的重要性，以完善这些生物来源的精制原料的应用性质。根据本专利技术的方法的工业和经济可行性还依赖于这样的事实：回收植物副产物以便给予回收的超吸收性粒料和纤维材料高附加值。由此可以看出，根据本专利技术的方法在作物残余物向动物饲养业的普通转变方面具有竞争性。但是，鉴于收获的作物残余物高的数量和多样性，有效分离的挑战是相当棘手的。这些材料的混合物非常不均匀，因此不适合工业应用。在
中使用海绵组织/髓假定海绵组织/髓与其它植物材料整体或部分分离，以便最好地表达海绵组织/髓的特定性能。通过根据本专利技术的方法已经克服的另一个困难是获得各自具有均匀密度的副产物的不同级分。根据本专利技术的方法是连续或不连续的。在较少叶子的茎秆的收获步骤(iii)之后，这些较少叶子的茎秆优选立即装载到运输工具中。然后将它们转移到将它们进行储存的区域，之后在根据本专利技术的方法的以下步骤中进行加工。定义这些定义在本文中作为实施例给出，并且旨在促进本申请的构造。复数等价于单数且可互换。“玉米”代表与玉米本身类似的任何单子叶开花植物。“玉米穗轴”对应于“玉米穗”“海绵状”是指由植物髓即薄壁细胞制成的多孔超吸收剂。在根据本专利技术的方法的步骤(i)中在其下方切割玉米茎秆的“田地茎秆的最低玉米穗轴”优选对应于由玉米脱粒机的驱动器确定的最低玉米穗。“较少叶子的茎秆段”是叶子比例[g叶/g叶和茎秆]×100，例如以增加的优先级为：小于或等于5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特别地用于从单子叶开花植物(优选玉米)栽培的作物残余物生产超吸收性粒料和/或纤维材料的方法，其包括以下步骤：(i)在茎秆的最低穗轴下方切割种植在田地中的玉米茎秆，以便优选高于或等于(以递增的优先级)30、50、70厘米的较少叶子的茎秆段留在田地中；每个较少叶子的茎秆段包括海绵状芯、包裹所述芯的茎秆皮和包裹所述茎秆皮或所述茎秆所带的叶状物：(ii)尽可能接近地面地切割所述较少叶子的茎秆段；(iii)收获在步骤(ii)中切割的较少叶子的茎秆段；(iv)将在步骤(iii)中所收获的较少叶子的茎秆段切割成其最大尺寸以mm计(优选为它们的长度)为5‑50；8‑40；10‑30(以递增的优先级)的茎秆节；(v)向步骤(iv)的茎秆节提供机械冲击，以便·将它们的海绵状芯与其茎秆皮以及叶状物分离，·将所述茎秆皮转变成细长的纤维碎片；·并获得包含以下物质的混合物：f4.形成超吸收性粒料级分的所述海绵状芯；f5.形成纤维物质级分的所述细长的纤维碎片；f4.和形成叶状级分的所述叶状物；(vi)将所述3种级分彼此分离；(vii)回收所述三种级分f1‑f2‑f3；(viii)可将f1超吸收性粒料减小至包含在0.1‑20mm，优选1‑5mm之间的较小粒料尺寸使得以mm表示的它们的最大尺寸(优选它们的长度)为0.1‑20mm，优选1‑5mm。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种特别地用于从单子叶开花植物(优选玉米)栽培的作物残余物生产超吸收性粒料和/或纤维材料的方法，其包括以下步骤：(i)在茎秆的最低穗轴下方切割种植在田地中的玉米茎秆，以便优选高于或等于(以递增的优先级)30、50、70厘米的较少叶子的茎秆段留在田地中；每个较少叶子的茎秆段包括海绵状芯、包裹所述芯的茎秆皮和包裹所述茎秆皮或所述茎秆所带的叶状物：(ii)尽可能接近地面地切割所述较少叶子的茎秆段；(iii)收获在步骤(ii)中切割的较少叶子的茎秆段；(iv)将在步骤(iii)中所收获的较少叶子的茎秆段切割成其最大尺寸以mm计(优选为它们的长度)为5-50；8-40；10-30(以递增的优先级)的茎秆节；(v)向步骤(iv)的茎秆节提供机械冲击，以便·将它们的海绵状芯与其茎秆皮以及叶状物分离，·将所述茎秆皮转变成细长的纤维碎片；·并获得包含以下物质的混合物：f4.形成超吸收性粒料级分的所述海绵状芯；f5.形成纤维物质级分的所述细长的纤维碎片；f4.和形成叶状级分的所述叶状物；(vi)将所述3种级分彼此分离；(vii)回收所述三种级分f1-f2-f3；(viii)可将f1超吸收性粒料减小至包含在0.1-20mm，优选1-5mm之间的较小粒料尺寸使得以mm表示的它们的最大尺寸(优选它们的长度)为0.1-20mm，优选1-5mm。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法是不连续的，并且包括实施步骤(i)(ii)(iii)的在田地中的第一阶段，所收获的较少叶子的茎秆段从作物地点运输到可能的储存区域和/或加工场所的第二阶段，可能的储存的第三阶段，和其中实施步骤(iv)和后面的步骤的处理较少叶子的茎秆段的最后阶段。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(ii)中待切割的较少叶子的茎秆段具有大于或等于10mm、15mm或甚至20mm，优选地在10至50mm之间，并且更优选地在15和40mm之间的最小直径。4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中输送步骤(iv)的茎秆节并将其悬浮在空气流中，用于它们根据步骤(v)进行处理；其中步骤(iv)的茎秆节也进行切割用于它们根据步骤(v)进行处理；其中在步骤(v)的过程中提供给步骤(iv)的茎秆节的机械冲击优选地至少部分地通过如下的组合进行：一方面，在空气流中移动的茎秆节与产生空气流的至少一个风扇的至少一个转子的碰撞，和另一方面，优选地通过有利地位于所述(多个)转子上的(多个)叶片/(多个)刀片实施的切割。5.根据权利要求4所述的方法，其中优选地通过至少一个旋风分离器在分离步骤(vi)之前从所述三种级分f1-f2-f3的输送空气流中提取所述三种级分f1-f2-f3。6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中根据步骤(vi)的3种级分f1-f2-f3的分离包括将2种级分f1-f2与级分f3的第一次分离，和级分f1与级分f2的第二次分离；第一次分离优选通过网眼宽度优选≥40mm和更优选≥60mm的至少一个粗网筛进行；第二次分离优选通过宽度优选≤20mm和更优选≤15mm，甚至更优选5至10mm的至少一个狭缝筛进行。7.根据权利要求6所述的方法，其中在第一次分离和/或第二次分离中使用的(多个)筛中的至少一个是振动筛。8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述f1级分被压缩。9.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中使f1超吸收性粒料与至少一种活性成分接触，后者优选为液体形式，优选溶液，将其进行喷雾和/或在其中浸泡所述f1超吸收性粒料。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述活性成分在包含如下(优选由如下组成)的组中进行选择：·无机酸，优选在包含如下(优选由如下组成)的亚组中进行选择：H3PO4、HCl、H2SO4...；H3PO4是特别优选的；·无机碱，优选在包含如下(优选由如下组成)的亚组中进行选择：NaOH、Ca(OH)2、KCl，...及其混合物；·粒料表面化学改性剂，优选选自疏水剂或亲水剂；·和它们的混合物。11.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中对f2级分进行机械精制，以便减小纤维的厚度Tf如下：Tf≤1mm，和优选地Tf≤0.5mm。12.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中在湿阶段机械精制f2级分以制备纸浆，优选添加至少一种苛性剂，优选氢氧化钠(NaOH)，以便减小纤维的长度Lf如下：Lf≤3mm，和优选地Lf≤2mm。13.特别用于实施根据前述权利要求中至少一项所述的方法的装置，包括：(m.i)用于在茎秆的最低玉米穗轴下方切割种植在田地中的玉米茎秆的装置；所述装置(m.i)优选是常规割草机、收割机、收获机...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·格拉斯，
申请(专利权)人：索尔巴吸收器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH