PL231391B1 - Sposób wytwarzania mieszanki masy włóknistej będącej mieszanką materiałów celulozowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mieszanki masy włóknistej będącej mieszanką materiałów celulozowych.

Materiał celulozowy pochodzący z przetworzenia słomy to interesujący rodzaj surowca dla przemysłu tworzyw drewnopochodnych. Pierwsze próby takiego zastosowania datują się już na 1-szą połowę XX w. Opis patentowy nr GB 327407 z dn. 02.04.1930 ujawnia zastosowanie preparatu ze słomy zbożowej jako domieszki do włóknistych mas drzewnych. Wieloletnie badania ujawniają jednak w praktyce, że skład chemiczny pierwotnej, rozdrobnionej tylko mechanicznie słomianej masy włóknistej posiada znaczną ilość wosków zawartych w tkance okrywającej łodyg zbóż. Liczne, wieloletnie badania, w tym krajowe, wykonane w COBR w Czarnej Wodzie wskazują że bez kosztownej i energochłonnej termiczno-chemicznej preparacji włókien lignocelulozy, masa taka podlega bardzo ograniczonemu procesowi pilśnienia nie dając wymaganych parametrów wytrzymałości mechanicznej płyty z niej otrzymanej. W efekcie możliwość zastąpienia części włókien drzewnych, domieszką zawierającą wyłącznie masę rozwłóknionej mechanicznie słomy jest bardzo ograniczona. Preparacja termiczno-chemiczna włókien ze słomy jest znacznie kosztowniejsza od mechanicznego rozdrobnienia i obniża ekonomiczny walor tego rozwiązania. Natomiast makulatura po rozdrobnieniu mechanicznym wykazuje bardzo wysoką zdolność do pilśnienia dzięki wysokiemu udziałowi czystych włókien celulozy w swojej strukturze. W przemyśle drukarskim i introligatorskim powstaje ponad to, podczas cięcia papieru, odpad w formie krótkich frakcji włókien celulozy zbyt drobnych do wykorzystania ponownie w papiernictwie. Takie właśnie poza papierniczy odpad celulozowy przewidziany jest do wykorzystania w opisywanej mieszance. Celuloza poza papiernictwem ma zastosowanie w budownictwie (jako materiał termoizolacyjny i dźwiękochłonny).

Istnieje wiele rozwiązań w których masy zawierające włókna celulozy pochodzące z makulatury łączone są dodawanymi do nich spoiwami celem formowania płyt i mat mających zastosowanie jako materiał termoizolacyjny. Opis patentowy US 5,725,733 ujawnia sposób wytwarzania termoizolacyjnych materiałów piankowych zawierających celulozę, z suchej masy celulozowej, środka powierzchniowo-czynnego, spoiwa, środka spieniającego, poprzez obróbkę termiczną w trakcie której środek spieniający uwalnia związek gazowy.

Opis patentowy EPO 644 861 ujawnia sposób wytwarzania masy celulozowej z rozdrobnionej makulatury lub odpadów drzewnych, która to mieszanina po spienianiu mechanicznym jest formowana w płyty.

Opis patentowy MXPA 04000504 ujawnia sposób wytarzania włóknin z użyciem między innymi pierwotnych włókien drzewnych i/lub celulozowych z przerobu makulatury spajanych za pomocą termoplastycznych włókien elastomerowych (TPU).

Z dokumentu PL289412 A1 znany jest materiał izolacyjno-konstrukcyjny na bazie pulpy makulaturowej i odpadów roślinnych z dodatkiem środków biostatycznych i/lub biobójczych zabezpieczających przed korozją biologiczną.

Dokument DE102009010696 A1 ujawnia mieszaninę papieru z recyklingu, lignocelulozy oraz włókien drzewnych, wykorzystywaną do produkcji wysokiej jakości papieru magazynowego. W opisanym w niemieckim zgłoszeniu rozwiązaniu wszystkie składniki mieszaniny włóknistej mieszane są jednocześnie, a następnie rozdrabnianie z dodatkiem roztworu na bazie NaOH.

Z opisu CN1844569 A znana jest sposób wytwarzania papieru z mieszaniny włóknistej na bazie odpadów z przemysłu alkoholowego zawierającego hemicelulozę oraz zawiesiny z drewna, słomy lub makulatury pochodzącej z recyklingu.

Sporządzenie mieszanki włókien celulozy pochodzących z rozkroju papieru i przerobu makulatury z włóknami lignoceluzy pochodzącej z mechanicznego przerobu słomy zbóż, umożliwia połączenie doskonałych szkieletowych właściwości włókien lignocelulozowych uzyskiwanych z mechanicznej obróbki słomy wykazujących jednak niską zdolność do pilśnienia, z wiotkimi mechanicznie ale zdolnymi do znakomitego spajania w procesach pilśnienia.

Aktualnie z względów wynikających z konieczności ochrony środowiska naturalnego jak i realiów ekonomicznych tak przetworzone surowce mogą mieć również zastosowanie w przemyśle tworzyw drewnopochodnych. Zastosowanie takie ma szczególne uzasadnienie w odniesieniu do makulatury nie będącej do wykorzystania w papiernictwie ze względu na dodatki, lub rozmiar frakcji włókien uniemożliwiający poddanie procesom właściwym dla technologii papierniczych. Jednocześnie zmiany zachodzące w rolnictwie powodują obecnie, pojawienie się znaczącej ilości biomasy roślinnej w formie słomy

PL 231 391 B1 zbóż, której wykorzystanie wymaga innowacyjnych technologii możliwych również do wykorzystania w przemyśle tworzyw drzewnych. Uzyskana mieszanina włókien drzewnych i celulozy pochodzącej z makulatury lignocelulozy ze słomy, umożliwia formowanie jej i spajanie znaną i stosowaną w przyśle płyt drzewnych metodą pilśnienia, prasowania i zagęszczania włókien (do gęstości ok. 200-1000 kg/m³). Mieszanie włókien pochodzących z makulatury z włóknami uzyskiwanymi ze słomy ma tę zaletę, że makulatura w przerobie daje włókna relatywnie czystej celulozy, szczególnie podatne na pilśnienie, wykazujące jednak większy skurcz w tym procesie. Włókna lignocelulozy z przerobu słomy znacznie gorzej podlegającej pilśnieniu głównie ze względu na naturalną obecność substancji hydrofobowych (woski kutyny inne tłuszcze), są natomiast znacznie mocniejsze i sztywniejsze mechanicznie i wykazują mniejsze tendencje do skurczu po procesie pilśnienia.

Celem wynalazku jest opracowanie mieszaniny włókien z surowca drzewnego i mieszanki rozdrobnionej makulatury i słomy do różnych zastosowań w tym do wytwarzania płyt pilśniowych konstrukcyjnych i izolacyjnych między innymi do izolacji termicznej i/lub akustycznej oraz innych zastosowań w przemyśle tworzyw drewnopochodnych. Istotne jest, że proces rozwłókniania słomy obejmuje etap wstępnego suchego mechanicznego niskoenergetycznego rozdrabniania, a końcowe rozwłóknienie przebiega w rafinatorze, przy domieleniu z włóknami drzewnymi z wykorzystaniem odpadowej energii odzyskiwanej z procesu wstępnego rozdrabniania surowca drzewnego.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania mieszanki masy włóknistej będącej mieszanką materiałów celulozowych: naturalnych włókien drzewnych, włókien z przerobu makulatury oraz lignocelulozowej biomasy roślinnej w formie słomy zbożowej charakteryzujący się tym, że obejmuje następujące kroki, w których: rozdrabnia się w rozdrabniaczu makulatury materiał z przerobu makulatury zawierający celulozę do uzyskania rozwłóknionej makulatury rozdrabnia się w rozdrabniaczu słomy słomę zbożową do uzyskania odseparowanej sieczki słomy roślin zbożowych, wstępnie miesza się w mieszadle rozwłóknioną makulaturę oraz sieczkę słomy roślin zbożowych do uzyskania ich suchej mieszanki, a następnie rozczynia się w hydropulperze suchą mieszankę makulatury oraz sieczki słomy roślin zbożowych, rozwłóknia się fizykochemicznie w defibratorze surowiec drzewny do postaci wodnej za wiesiny rozproszonych włókien drzewnych, a następnie miesza się w podwyższonej temperaturze w cyklonie wodną zawiesinę makulatury i sieczki słomy roślin zbożowych z wodną zawiesiną rozproszonych włókien drzewnych, a następnie tak uzyskaną mieszaninę rafinuje się w rafinatorze do uzyskania jednorodnej masy, przy czym podczas mieszania w cyklonie wykorzystuje się parę technologiczną powstałą na etapie rozwłókniania surowca drzewnego.

Korzystnie sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że miesza się w podwyższonej temperaturze w cyklonie mieszankę zawierającą proporcje 10-40 części wagowych rozwłóknionej makulatury oraz sieczki słomy roślin zbożowych i 60-90 części wagowych włókien drzewnych na 1 m³ suchej masy. Schemat technologiczny sposobu wytwarzania mieszanki obrazuje Figura nr 1.

Sposób wytwarzania masy włóknistej, z materiału zawierającego włókna drzewne i włókna rozdrobnionej mechanicznie mieszanki słomy i makulatury, według wynalazku charakteryzuje się tym, że rozdrobniony w rozdrabniaczu do makulatury (1) materiał zawierający celulozę w postaci cząstek materiału składających się z rozwłóknionej makulatury, uprzednio w procesie rozdrobnienia mechanicznego z użyciem rozdrabniacza do słomy (2) słomę-odseparowaną do formy sieczki o równej długości (tej samej frakcji korzystnie od 2 mm do 100 mm), miesza się wstępnie na sucho mieszadłem pneumatycznym (3) do uzyskania ich suchej mieszanki. Tak powstała mieszanka w postaci suchej masy może być magazynowana w silosie (4) do późniejszego wykorzystania, lub podawana bezpośrednio do hydropulpera (5), w którym otrzymywana jest wodna zawiesina opisanej wyżej suchej mieszanki.

Korzystnie, włókna drzewne uzyskane w znanym procesie fizykochemicznego rozwłóknienia materiału drzewnego w defibratorze (6) uprzednio przygotowane w postaci wodnej zawiesiny - pulpy podaje się poprzez cyklon (7) do rafinatora (8). Do cyklonu (7) podawana jest również z hydropulpera (5) pulpa - mieszanka włókien celulozy i słomy. W cyklonie (7) następuje wstępne zmieszanie masy włókien drzewnych i mieszanki celuloza/słoma. W cyklonie (7) następuje również intensywne podgrzanie mieszanki celuloza/słoma z wykorzystaniem ciepła odpadowego odbieranego od włókien drzewnych z procesu termo rozwłókniania w procesie usuwania z niej nadmiaru pary (tzw. rozprężenie procesu termo rozwłókniania). Podgrzanie frakcji słomy ma szczególnie korzystnie wpływa na nawilżenie i uplastycznienie surowca, co z kolei oddziaływuje pozytywnie na proces dalszego jej rozwłóknienia podczas domielenia w rafinatorze dając jakościowo dobrą masę włóknistą (8).

Powstała mieszanka włókna drzewne/celuloza/słoma podawana jest do rafinatora (8), w którym następuje domielenie włókien drzewnych, rozwłóknienie pogrzanych cząstek słomy i cząstek celulozy,

PL 231 391 Β1 oraz ostateczne zmieszanie wszystkich rodzajów włókien do jednorodnej masy. Tworzenia wieloskładnikowej masy poprzez mieszanie w środowisku wodnym z zastosowaniem procesów i ciepła, wykorzystywanych w przemyśle płyt drzewnych maszyn i urządzeń gwarantuje właściwe wymieszanie składników i dobre uplastycznienie wytworzonej masy, bez konieczności wprowadzania dodatkowych urządzeń.

W szczególności, stosuje się cząstki materiału zawierającego włókna drzewne uzyskane z materiału drzewnego, włókna celulozy z obróbki papieru i makulatury, włókna lignocelulozy ze słomy i dopuszczalnie z dodatkiem włókien celulozy innego pochodzenia korzystnie z odpadów tekstylnych bądź drzewnych.

Korzystnie stosuje się mieszaninę włókien celulozy makulaturowej, pochodzącej z przerobu słomy i włókien drzewnych w proporcji 80%-40% włókna drzewne, 20%-60% mieszanka włókien celulozy pochodzącej z przerobu słomy i makulatury i innych źródeł.

Korzystnie, stosuje się transport mieszaniny włókien z wykorzystaniem nadmuchu powietrza, przetłaczania i zlewania pulpy z wykorzystaniem energii elektrycznej, energii spalania paliw lub kombinację tych źródeł energii.

Korzystnie, stosuje się mieszanie do postaci jednorodnej mieszanki, a następnie wprowadzanie jej do procesów właściwych dla technologii odpowiednich materiałów, korzystnie płyt i/lub mat konstrukcyjnych i izolacyjnych. W szczególności, stosuje się do roztwarzania w cieczach, korzystnie wodzie, celem dalszego prasowania i formowania kobierca.

Korzystnie, wytwarza się tworzywa drewnopochodne o gęstości wyższej od 200 kg/m³, korzystnie o gęstości od 200 do 900 kg/m³.

Przykład 1

Makulaturę obejmującą różne rodzaje zadrukowanego papieru oraz tekturę falistą a także inne odpady celulozowe, rozdrabnia się w znany sposób, poprzez skrawanie a następnie rozdrabnianie mechaniczne - np. w rozdrabniaczu bijakowym.

W analogiczny znany sposób rozdrabnia się biomasę, korzystnie słomę roślin zbożowych. Korzystnie stosuje się makulaturę nie papierniczą a wytworzone w procesie mechanicznego rozdrabniania i rozrywania, kłaczkowate cząstki mieszanki wełny celulozowej miesza się w ilości 1/10 masy docelowej. W sumie podaje się 30 kg włókien mieszanki celulozy makulaturowej z włóknami pochodzącymi z przerobu biomasy korzystnie słomy zbóż oraz 270 kg włókien drzewnych.

Składniki zmieszane wstępnie przechodzą proces dokładnego mieszania z użyciem pulpera w postaci wodnej zawiesiny - pulpy. Z hydro pulpera zawiesina podawana jest do cyklonu gdzie jest podgrzewana i wstępnie mieszana z włóknami drzewnymi. Włókna drzewne uzyskane w procesie defibracji fizykochemicznej trafiają do cyklonu i po wymieszaniu z zawiesiną celuloza/słoma w postaci mieszanki podawane są na rafinator. Podaje się włókna drzewne w ilości 9/10 masy docelowej mieszanki. Domielony i wymieszany materiał z rafinatora pobierany może być do dalszych procesów technologicznych przewidzianych do formowania tworzyw drewnopochodnych.

Przykłady 2-5

Do mieszania za pomocą pulpera podaje się składniki przygotowane tak, jak w przykładzie 1, celem uzyskania pulpy - mieszanki włókien o składzie wskazanym w poniższej tablicy 1. Wytworzoną mieszankę włóknistą przetwarza się analogicznie jak w przykładzie 1. Proporcje w mieszankach dla przykładów 2-5 zawiera tabela 1

Tabela 1

Przykład	Mieszanka celuloza/słoma- kg/m3	włókna drzewne w kg/m3
2	60	240
3	75	225
4	100	200
5	150	150

PL 231 391 B1

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania mieszanki masy włóknistej będącej mieszanką materiałów celulozowych: naturalnych włókien drzewnych, włókien z przerobu makulatury oraz lignocelulozowej biomasy roślinnej w formie słomy zbożowej znamienny tym, że obejmuje następujące kroki, w których:

   rozdrabnia się w rozdrabniaczu makulatury (1) materiał z przerobu makulatury zawierający celulozę do uzyskania rozwłóknionej makulatury, rozdrabnia się w rozdrabniaczu słomy (2) słomę zbożową do uzyskania odseparowanej sieczki słomy roślin zbożowych, wstępnie miesza się w mieszadle (3) rozwłóknioną makulaturę oraz sieczkę słomy roślin zbożowych do uzyskania ich suchej mieszanki, a następnie rozczynia się w hydropulperze (5) suchą mieszankę makulatury oraz sieczki słomy roślin zbożowych, rozwłóknia się fizykochemicznie w defibratorze (6) surowiec drzewny do postaci wodnej zawiesiny rozproszonych włókien drzewnych, a następnie miesza się w podwyższonej temperaturze w cyklonie (7) wodną zawiesinę makulatury i sieczki słomy roślin zbożowych z wodną zawiesiną rozproszonych włókien drzewnych, a następnie tak uzyskaną mieszaninę rafinuje się w rafinatorze (8) do uzyskania jednorodnej masy, przy czym podczas mieszania w cyklonie (7) wykorzystuje się parę technologiczną powstałą na etapie rozwłókniania (6) surowca drzewnego.
2. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że miesza się w podwyższonej temperaturze w cyklonie (7) mieszankę zawierającą proporcje 10-40 części wagowych rozwłóknionej makulatury oraz sieczki słomy roślin zbożowych i 60-90 części wagowych włókien drzewnych na 1 m³ suchej masy.