纤维颗粒和形成纤维颗粒的方法技术

本发明专利技术公开了用于制造纤维素纤维增强聚合物产品和材料的低水分经加工纤维素纤维颗粒，和从湿态经加工纤维素纤维基原料形成这种低水分纤维素纤维颗粒的非挤压式方法。所述纤维素纤维颗粒包括经加工的纤维素纤维和混合塑料和／或无机物，如矿物、粘土等，并具有约０．１－１４重量％的含水量。所述非挤压式方法包括：能够从含水量为约４０－８０重量％的湿态经加工纤维素纤维基废料形成低水分纤维素纤维颗粒的干燥、粉碎和造粒步骤。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
纤维颗粒和形成纤维颗粒的方法专利
本专利技术通常涉及纤维素纤维颗粒，更具体而言，涉及低含水量的非挤压式纤维素颗粒以及由湿态的废料形成纤维素纤维颗粒的方法。专利技术背景用各种填料增强的聚合物广泛地用于家居和工业产品以及建筑材料等中。通过混入无机填料，如碳酸钙、滑石、云母和硅灰石和合成填料如玻璃、石墨、炭和凯夫拉尔(kevlar)纤维以及天然填料，如纤维素纤维，这些聚合物的一些机械性能得到大幅度改进。用于增强聚合物的纤维素纤维一般包括有效粒度为约10-60目的木粉或粉碎木纤维。应用这样的纤维素纤维填料的结果是会带来许多缺陷。例如，因为低堆积密度和在混合前或混合过程中需要预干燥，用木粉或粉碎木纤维进行加工的结果是低生产率和高成本。这些填料的粉末特性不仅会造成操作困难，还会给工艺操作人员的健康带来危险。木粉和粉碎木纤维还会由于材料装填在一起而引起堵塞或结块并极难于输送和向挤出机进料，挤出机的进口相对于这些材料的低堆积密度而言通常较小。为避免与采用粉末状木粉或粉碎木纤维有关的问题，曾尝试将所述纤维压缩成颗粒。采用制粒机由粉碎木纤维或木粉形成颗粒的常规方法包括采用水作为粘合剂。然而，在这些颗粒中形成的水分成为复合材料颗粒下游加工的不利条件。当将聚合物用作粘合剂时，必须将聚合物加入工艺中，因而提高了加工成本。除了这些问题以外，采用粉碎木纤维或木粉作为原料来形成纤维素纤维一聚合物颗粒或直接形成纤维素纤维增强的聚合物材料或产品的成本相当高昂。更为节约成本的纤维素纤维基原料的其它来源由于工业上将粉碎木纤维或木粉视为优选原料而被忽视。例如，在大多数造纸厂废水中存在的材料能够充足地供应经加工的纤维素纤维。当今，随同其它不适用于造纸厂工艺的其它材料如塑料和/或无机物一起，每年造纸厂要抛弃数百万吨的加工纤维素纤维。迄今为止，尚没-->有处理这种基本呈湿态的废弃纤维素材料并将其制成颗粒形式以用于制造复合材料以及燃料、动物草垫、美化环境和许多其它加工纤维素纤维用途的方法。因此，需要提供具有低含水量和高堆积密度的经加工纤维素纤维颗粒，以及采用湿态的废弃经加工纤维素纤维基原料制造这种纤维素纤维颗粒的方法。专利技术概述本专利技术涉及改进的、可用于纤维素纤维增强聚合物产品和材料以及燃料、动物草垫、美化环境和许多其它加工纤维素纤维用途的低含水量纤维素颗粒，并涉及用于将湿态经加工的纤维素纤维基原料转化为这种低含水量纤维素颗粒的改进的非挤压式方法。在一个创新方面中，本专利技术的纤维素纤维颗粒具有约0.1-14重量％的含水量，最优选约1.0-5重量％。在另一个创新方面中，本专利技术的非挤压式方法由具有约40-80重量％含水量的湿态经加工的纤维素纤维基原料制备低含水量的纤维素纤维颗粒。在又一个创新方面中，在本专利技术非挤压式方法中用于帮助将纤维素纤维粘结成颗粒形式的材料，如塑料和/或无机物如矿物、粘土等是所述原料固有的。与现有技术不同，不需要加入这些成分作为粘合剂。在优选实施方案中，本专利技术的纤维素纤维颗粒包含可自由流动的圆柱形或球形纤维颗粒，其具有约0.1-14.0重量％的含水量，优选约1.0-5.0重量％。所述纤维素纤维颗粒优选包含约60-99重量％的经加工的纤维素纤维，约0-30重量％的塑料和/或约0-40重量％的无机物或灰分，包括矿物、粘土等，其中所述颗粒优选包括至少约1-5重量％的塑料或无机物和不超过约40重量％的组合塑料和无机物。颗粒的长度和/或直径尺寸为约1/16英寸-2英寸，优选1/8英寸-1/2英寸。颗粒的堆积密度优选为约12-50磅/立方英尺，优选为约20-40磅/立方英尺。所述纤维素颗粒优选由湿态的经加工纤维素纤维基原料制成。所述经加工的纤维素纤维基原料优选源自造纸纸浆和来自一或多个造纸厂生产阶段中的其它废水。所述废水材料一般包含主要由经加工的纤维素纤维和混合塑料和/或无机物如矿物、粘土等组成的混合物。所述混合塑料一般包括一或多种聚烯烃，如，但不限于聚乙烯、聚丙烯、-->聚丁烯和聚苯乙烯。该废水材料的含水量为约40-80重量％，且纤维素与塑料和/或无机物的重量比为约99-1％到60-40％。在另一个优选实施方案中，本专利技术的非挤压式方法包含接受并干燥湿态的经加工纤维素纤维基原料，粉碎经干燥的材料，然后将经干燥、粉碎的材料制粒。可以在粉碎和制粒之间任选地采用附加的干燥步骤以提高干燥效率。优选地，可以采用商购的干燥系统和工艺将含水量为约40-80重量％的纤维素和混合塑料和/或无机物原料干燥至含水量为约1.0-14.0重量％，最优选为约1.0-5.0重量％。可以采用商购的破碎机或制粒机、球磨机和/或锤式粉碎机来完成粉碎步骤，即将纤维素和混合塑料和/或无机物组成的材料粉碎至有效粒度为约10-60目的颗粒尺寸。根据纤维素的来源和所实施粉碎的类型和程度的不同，纤维素纤维的长宽比可以为10∶1-300∶1。最后，可以采用商购的螺杆压榨机、制粒机和/或压实机来实施可能包含压实、制粒和/或致密的制粒步骤来压实经干燥和粉碎的原料并形成颗粒。优选将原料从约1-10磅/立方英尺的堆积密度压实至约12-50磅/立方英尺的堆积密度，优选为约20-40磅/立方英尺，然后形成长度和或直径尺寸为约1/16英寸-2英寸的颗粒，优选为约1/8英寸-1/2英寸。通过本专利技术的方法制备的纤维颗粒在可能用于制造复合材料之外还有利地具有多种用途。例如，所述纤维颗粒可以用作动物草垫、景观美化材料、发电用燃料等。当用作动物草垫或用于景观美化时，较高的堆积密度有助于防止纤维素纤维被风和阵风吹跑，而在景观美化的情况中使纤维吸收养分并为植物和树提供养分，在动物草垫的情况下吸收并提供除臭剂。通过本专利技术获得的较低的含水量还使养分和除臭剂的较高吸收成为可能，而在以前单独通过常规制粒机工艺制备的纤维颗粒中是不能获得的。近似地，通过本专利技术的方法获得的较低的水分和较高的堆积密度使每磅或每吨接受的原料产生的B.T.U形式的热能增加了不止两倍，这使本专利技术这种纤维颗粒制备的加工成本大大合理化了。继而，从以下的详细描述和附图，本专利技术的目的和优点将变得显而易见。附图简述-->图1A是简要说明本专利技术经加工的纤维素纤维基颗粒的立体图。图1B是本专利技术经加工的纤维素纤维基颗粒的照片。图2是本专利技术由湿纤维素纤维基废料形成纤维素纤维基颗粒的方法的流程图。图3是详细说明实施本专利技术方法的示范系统的简要工艺图。优选实施方案的详细描述本专利技术涉及改进的、可用于纤维素纤维增强聚合物产品和材料以及燃料、动物草垫、环境美化材料和许多其它加工纤维用途的低含水量纤维素颗粒，并涉及用于将湿态经加工的纤维素纤维基废料转化为这种低含水量纤维素颗粒的改进的非挤压式方法。参见图1，简要表示了本专利技术的纤维素纤维颗粒10，其可以是圆柱形或球形，通常为圆柱形并具有约1/16英寸-2英寸的直径D和长度L尺寸，优选为1/8英寸-1/2英寸。在图2B中提供了本专利技术典型颗粒的照片。优选地，本专利技术纤维素纤维颗粒的含水量为约0.5-14重量％，优选为约1.0-5.0重量％，且所述颗粒的堆积密度为约12-50磅/立方英尺，优选为约20-40磅/立方英尺。所述纤维素纤维颗粒优选包含约60-99重量％的纤维素纤维，约0-30重量％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用非挤压式方法形成的纤维颗粒，其包含经加工的纤维素纤维并具有约０．１－１４．０重量％的含水量。

【技术特征摘要】
US 2002-3-29 10/109,8161.一种用非挤压式方法形成的纤维颗粒，其包含经加工的纤维素纤维并具有约0.1-14.0重量％的含水量。2.权利要求1的纤维颗粒，其中所述含水量为约1.0-5.0重量％。3.权利要求1的纤维颗粒，其还包含塑料。4.权利要求1的纤维颗粒，其还包含无机材料。5.权利要求1的纤维颗粒，其还包含灰分。6.权利要求4的纤维颗粒，其中所述无机材料是粘土。7.权利要求1的纤维颗粒，其中形成的纤维颗粒包含约60-99重量％的纤维素纤维，约0-30重量％的塑料，和约0-40重量％的无机物，其中该颗粒包括至少约1-5重量％的塑料或无机物和不超过约40重量％的组合塑料和无机物。8.权利要求1的纤维颗粒，其中该纤维颗粒通常为直径和长度尺寸为约1/16-2英寸的圆柱体形。9.权利要求1的纤维颗粒，其中该纤维颗粒通常为直径尺寸为约1/16-2英寸的球形。10.权利要求1的纤维颗粒，其中该...

【专利技术属性】
技术研发人员：JW克鲁斯，D特劳布，M维申格拉德，
申请(专利权)人：纤维技术聚合物有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]