制备青草用于制造纸和纸板的方法与流程

制备干草或青草用于造纸业的方法已为人所知。其中主要将青草用作造纸的填料。对此，将青草烘干并碾碎至这样的程度，即在板料成型过程中并不会对强度起到实际作用，但作为成本低廉的有机填料，能对表面性质以及阻光性(即纸板的光密性)产生正面影响。

造纸领域涵盖范围广阔，其中包括：

·卫生纸领域的极细纸，克重为每平方米17克(g/m²)；

·绘图纸，克重为60至350g/m²，用于制造例如平装书；

·牛皮纸品种，克重为120至600g/m²，用于制造纸板箱及包装；

·单层厚纸板，克重为500至1400g/m²。

造纸中，常使用浆料、废纸或二者的组合作为原料(还会有少量的木屑纤维)。

基于这些可用的纤维材料，人们希望在造纸过程中能够用到其他纤维材料。青草或干草作为第三种原料可对此作出贡献。青草具备制浆乃至造纸所需的全部基本特性。除使用原料外，会根据造纸厂对纸张及造纸过程的不同要求而增加不同的材料。

倘若要使用青草或干草作为辅助原料，必须确保能满足制造各类纸张对原料的要求，并能持续保证质量标准。

另外，在造纸业中，对干草或青草进行加工是相对困难的，因为原料供应具有季节性，且原料的质量特性，尤其是成分及干燥度方面的特性，波动极大。

从这样的技术现状出发，本发明的目的在于，提供一种用于纸和纸板制造的纤维材料，该纤维材料能克服现有技术中至少部分已知的缺陷。

根据权利要求1所述的制备青草或干草的方法，即可解决上述任务。本发明的优选实施方式参阅从属权利要求的内容。

本发明所述的制备青草或干草的方法至少具有以下步骤：

a)用拆捆机和/或切割机将所述青草或干草预碾碎成介于500mm和10mm之间的平均纤维长度，优选介于120mm和10mm之间；

b)借助旋流器移除污物及异物或杂质；

c)在纤维碾磨机中将所述青草或干草碾碎并碾磨成原纤；

d)对所述青草或干草进行纤维分离；

e)借助环流分离器或涡流筛分机对所述青草或干草进行筛选和/或筛分。

在此，根据优选的实施方式，借助拆捆机和/或切割机进行预碾碎。在此，可以在例如所谓的碾磨桶中进行预碾碎，其中优选地将干草或青草碾碎成介于120mm和10mm之间的平均长度。更优选地，通过切割纤维来进行这种碾碎，例如借助刀片转子，将纤维切割成理想的平均长度。

为使青草或干草的处理得到改进，青草或干草的常规收割长度优选不超过120mm至100mm且干草的湿度在处理过程中应介于0％以上和15％之间。特别优选地，湿度介于8％和10％之间。此外，干草不应含霉菌及霉菌孢子。

根据本发明，通过对草甸禾草、运动场和/或常用草坪进行切割及收割来提供青草，其中尤其是在草甸的情况下特别适合使用第二茬收割或之后多次收割的草料，因为这样能减少形成结节的趋势。然而，根据本发明，也会将第一茬收割得到的香草和/或酸草进行再处理，但在这种情况下切削和/或碾磨过程中的成本会酌情提高。此外，第一茬收割的青草还具有较高的蛋白质含量，因此出于该原因而优选成为牲畜饲料。供应青草或干燥形式的干草现今已成为农场工作的正常组成部分。在此，青草在收割及干燥后压成不同大小的捆包并进行干燥保藏。

根据本发明，借助旋流器移除污物及异物或杂质，在所述旋流器中借助空气流去除干草中的污物及异物，诸如土、沙和石、金属物体、塑料件和薄膜片、木屑、玻璃以及细粉尘。除排除固体外，在所述方法步骤中还通过过滤器对输送空气进行除尘，期间将在此收集的固体(粉尘)又送回干草，即送回合格料。

在移除污物及异物或杂质之后，优选借助气动式输送装置将纤维材料输送至纤维碾磨机中碾碎并碾磨成原纤。在此，优选在用于粗长纤维长度的锤磨机中、用于中等纤维长度的轮碾机中和/或用于短小纤维长度的细粒碾磨机中将青草或干草碾碎及碾磨成原纤。在此，根据本发明，粗长纤维长度具有介于10mm和3mm之间的平均纤维长度，中等纤维长度具有介于3mm和0.5mm之间的平均纤维长度，且短小纤维长度具有小于0.5mm的平均纤维长度。

根据另一种优选实施方式，轮碾机具有至少一个、优选三个碾辊，所述碾辊将纤维材料连续碾向阴模，尤其是冲孔阴模。另外，在不同的研磨单元中使用不同的阴模或筛网，也会影响到纤维长度。

被如此碾磨的纤维材料在之后接受纤维分离处理，由此解决因碾磨所致的纤维材料压实问题且尽可能使纤维松散开来。只有执行该步骤，才能在后续工序中筛选或筛分纤维材料，否则就无法将不同长度的纤维分离开来。在此，在碾磨后优选借助型辊来进行纤维分离和/或纤维分散。在此，使用带有例如两个对置型辊的辊轧机架，纤维材料通过辊隙，压实的纤维材料团块被分成单根纤维。

在对青草或干草进行纤维分离后，可借助环流分离器和/或涡流筛分机对青草或干草进行筛选和/或筛分，将纤维材料分成至少三种纤维长度部分，其中粗长部分具有介于10mm和3mm之间的平均纤维长度，中等部分具有介于3mm和0.5mm之间的平均纤维长度，且短小部分具有小于0.5mm的平均纤维长度。

根据本发明的替代实施方式，在移除杂质后，将预碾碎及净化的青草或干草暂时存放于储备容器中，之后再输送其接受进一步的碾碎或碾磨。这一储备容器可例如具有数立方米的容积，并且还能用于碾磨阶段的缓冲及连续供料。另外可借助卸料螺杆从储备容器中排出纤维材料，其中优选在排出材料后借助气动式输送装置输送纤维材料。

根据本发明的又一种特别优选的实施方式，借助材料计量螺杆将预切割及净化的青草或干草送入锤磨机、轮碾机和/或细粒碾磨机中。在选择碾磨单元，如锤磨机、轮碾机和/或细粒碾磨机时，还需考虑到不仅要将草料切短至纤维长度，而且还要以改善强度潜力为目的增大青草或干草纤维的表面。这种纤维表面的增大也主要借助前述碾磨单元的原纤化碾磨来实现。

根据本发明的还一种特别优选的实施方式，在对青草或干草进行筛选和/或筛分之后，借助压粒机对纤维材料，即青草或干草进行造粒。在此，在筛选和/或筛分之后，优选仅将合格料造粒，视情况排除规定的粗粒部分，且优选在独立的充填站中分包。

在对青草或干草进行筛选和/或筛分之后，优选借助螺旋输送器和/或螺旋混合器输送合格料和/或粗料。在此，也可以在筛选和/或筛分之后和造粒之前，将青草或干草的不同纤维长度部分，特别是粗长、中等和/或短小的纤维长度，以预定的比例混合。

为使待制纤维材料颗粒足够紧实，根据本发明的再一种优选实施方式，借助给水计量系统将青草或干草润湿。接下来用压粒机进行造粒，在压粒机中，借助至少一个碾辊将纤维材料压过阴模，尤其是冲孔阴模，用以形成颗粒。颗粒优选具有圆柱形的基本形状，其大约的圆直径介于40mm和2mm之间，优选介于20mm和3mm之间，特别介于10mm和4mm之间，优选为约8mm或4mm。相应形成的颗粒随后借助叶轮闸门从压粒机排出并在充填站中分装，优选分装到大包(Big Bag)中。

由于对青草或干草的处理过程极易招致粉尘，因此制备青草或干草的方法是通过一台特别针对粉尘形成具有防爆性能的设备来实施的。

除上述制备青草或干草的方法之外，本发明尤其还包括针对纸和纸板制造使用相应纤维材料的方法。

下面将参照示例性实施例来探讨本发明，其中应指出，通过本实施例，针对技术人员可直接得出的修改及增补也囊括在内。另外，这些优选实施例并不限制本发明，因此各种修改及增补也属于本发明的范畴。

其中：

图1示出表示制备青草或干草的可能方法步骤的方法矩阵；以及

图2示出根据图1的方法矩阵，另外还包括在收割时对青草或干草的附加要求。

在之前的研究范畴中，主要采用的是出自农场的市场常见干草，并利用适于生产木料颗粒的机器将其制成草料颗粒。在此情形下，无法对干草进行净化，也无法将切割大小限制在6mm。从这一现状出发，我们对造纸中的不同要求进行了分析并由此得出了针对青草或干草纤维要求的定义。换言之，根据纸张的类型(硬纸板、绘图纸或卫生纸)，在生产过程中需获得青草或干草纤维的不同特性。

基本上，这些特性涉及：

-清除污物及异物并确保一定的纯度。

-清除细粉尘，以降低细粉尘在纸张中作为填料并由此改变技术特性的情况。

-根据对造纸的要求，将干草切割/碾碎成各自所需的长度。

-根据对造纸的要求，碾磨干草以增大纤维的表面结构。

-确保纤维长度分布在规定的部分内。

-确保始终如一的质量标准。

在生产范畴内应达成的其他目标还包括：

-压成颗粒，以简化仓储管理，

-填装于纸带、大包或料仓中，以简化对造纸工序的送料，以及

-减小体积，以降低运输成本。

由此得出，制备青草或干草用以制造纸和纸板的方法的基础，在于最终用户对最终产物(即纸张)提出的要求。在此情形下，初始状态还要通过待制备干草的质量及状况来确定。

例如，如果要让纸张具有高抗张强度，那么就不能低于特定的纤维长度，只有不低于特定长度，才能尽可能充分地发挥出纤维材料的强度潜力。青草或干草纤维材料的不同特性可以通过相应的方法步骤来实现。

图1用三列示出工艺流程上的工序，即制备青草或干草的技术，其中考虑到了造纸对所用纤维材料的基本要求参数。

青草是一种原料，可大量供应且主要在一定的地域范围内使用。青草生长快速，在中欧地区每年可收割两茬至五茬。

在此情形下，所述方法包括诸如碾碎、净化、切割、碾磨、筛选、筛分、润湿及造粒等制备步骤。在纤维材料的制备过程中不一定必须使用全部方法步骤，也可以将互不相同的各方法步骤结合在一起。另外，还可以在各方法步骤内根据对造纸的外形要求而调整目标值。因此，例如在对纤维材料的切割中，可以将其按长、中或短的纤维长度进行切割，或者在碾磨的过程中进行进一步缩短或制备成原纤。因此，切割及碾磨的两个方法步骤从本质上互不相同，从而能够对待生成的纤维材料质量形成广泛的影响。

作为用于实施上述方法步骤的单元，主要采用切割机、旋流器、锤磨机、轮碾机、细粒碾磨机、风力筛选机、筛网、加湿器及压粒机。

造纸中的要求主要基于纸张各自的特殊用途。在此，分以下核心要求：

-克重/每平方米重量

○提高强度及阻光性

-体积

○要制造更强的材料/更厚的纸张

-抗张强度

○对于受强载荷的纸张而言至关重要是

-稳定性、柔韧性

○在纸板箱及包装的制造中至关重要

-印刷适性

○要求平整表面

在制备青草或干草的方法中也应确保这些要求，具体可以如下达成：

-克重/单位面积重量

○青草或干草的天然特性导致体积较大。借此，视需要而定，在特性始终不变的情况下可减小重量/克重。阻光性随青草或干草输送部分比例的增大而提高，直至形成“不透光性”。

○如此，单位面积重量低，就要求纤维材料分布极其均匀，对此纤维材料除长纤维材料外还须具备足够的短纤维，这样才能在纸张中达成理想的纤维材料分布及均匀性。

-体积

○除天然特性外，所述体积还通过增大表面结构来达成，即通过割草机的碾磨。

-抗张强度

○所述抗张强度取决于纤维长度或纤维长度的分布。纤维长度(mm)通过在相应碾磨机中进行切割来达成。

○根据所用的碾磨机或多台碾磨机的组合，草料纤维形成较短、中等或较长的长度。

○若想尽可能提高特定纤维长度的比例，并以此尽可能提高纸张的抗张强度，通过随后的细料筛分或排除即可实现这一点。

○纸张的抗张强度主要由青草或干草纤维的平均长度确定，除实际长度外，其对于强度表面而言也至关重要。除纤维实际长度外，强度表面在切割期间也会受到碾磨方式的影响。因此，可用原纤化碾磨显著增大纤维的活性结合表面。这主要通过将活性结合纤维从纤维复合材料的外部区域“暴露”出来来实现。

-稳定性、柔韧性

○通过青草或干草纤维的相应纤维长度及表面结构来获得所需的稳定性或柔韧性。

-印刷适性

○印刷适性要求平整的表面，不得出现不平坦的情况。对此，需要良好的净化过程以及尽可能短而均匀的纤维。通过风力筛选以及随后的筛分来获得均匀的纤维。

○在印刷适性中，纸张表面尤为关键。考虑到印刷过程，所述表面须尽可能匀质且平坦，这样才能使着色及色彩的分布尽量均匀，从而产生鲜明的印刷图像。此外，还会酌情对表面中纤维的结合提出特殊要求，这样能避免纤维溶出，以免污染印刷机。

图2对图1的视图补充了初始原材料，即青草或干草的部分。显然，由于青草的成分及结构受季节性限制，因此应优选使用收割季中从第二茬起收割到的青草，这种青草没有霉菌，具有最大15％的剩余湿度，且具有常规收割的切割长度，该切割长度例如介于0.1mm和500mm之间。

这种青草或干草用于如上所述制备造纸工艺所需青草或干草的方法。

下面依据流程图说明针对每小时生产2t青草或干草纤维的设备的可能配置。

1.针对第一次预碾碎，通过拆捆机及切割机在碾磨桶中将干草捆碾碎成介于1和12cm的长度。该单元能达到每小时处理4t青草的效率。

2.送料至旋流器，目的在于移除污物及异物或杂质，如：

·土、沙和石

·金属物体

·塑料件和薄膜片

·木屑

·玻璃

·细粉尘

除排除固体外，还通过过滤器对输送空气进行除尘。在此收集的固体(粉尘)视情况又送回储备容器中的干草。

3.将净化的干草收集在容积约为2.5m³的储备容器中，用于碾磨的缓冲及连续供料，并在湿度低于8％时酌情进行加湿。

4.由气动式输送装置送料至碾磨机。

5.送料进行碾碎，使用设备包括

·用于粗长纤维长度的锤磨机

·用于中等纤维长度的轮碾机

·用于短小纤维长度的细粒碾磨机

通过使用不同的阴模或筛网来确定纤维长度。

6.送料进行碾磨

·在碾碎过程期间，或者视需要在附加的碾磨工序中进行碾磨。

·各自的碾磨程度决定表面结构的相应增大。

7.送料进行风力筛选

·通过风力筛选，获得具有不同粒度分布的不同部分。通过筛选，将仍存在的异物分离开来。

8.送料进行筛选

·通过筛选，进一步提纯具有基本同质粒度的部分。

9.送料进行造粒

·将青草纤维压成青草颗粒。

·在湿度低于8％时需要进行加湿。

·不应超过15％的湿度，以免生成霉菌并确保储存能力。

·通过不同的阴模及压机产生的压力，确定颗粒的强度。强度越低，在造纸中就越容易溶解成纸浆。

10.送料进行装填，例如填入

·纸袋中

·大包中，或

·料仓中

试验布置

为了更好地理解本发明，在以下试验中说明本发明的布置方案。

试验概述

对于本文中所述的全部试验，使用以两捆干草捆形式供给的干草。这种初始材料包含长纤维状干草，即具有50至80mm的纤维长度、干燥的干草纤维、9.3％的粗制品湿度及0.07kg/dm³的散重。流变特性可表征为流动性较差。

试验目的在于用轮碾机制造等长的纤维。经碾磨的干草要在稍后混入纸中。

试验结果表明，采用33-390型压机能够非常好地对干草进行处理。33-390型压机作为用于碾碎干草的轮碾机来使用。在试验部分P 4中，能够极均匀地对干草进行纤维分离。

试验部分P 1

采用碾辊数为2个、转速为166 1/min且辊转速为2.28m/s的33-390型压机，实施试验部分P 1。使用82112型号的阴模，压制比为1:2.0。根据材料在车间地面上的分布范围，通过铲料的方式向传送带送料。在压制之前，材料具有9.3％的湿度、20℃的温度及0.07kg/dm³的散重。在压制之后，测出10.0％的湿度、59℃的温度及0.37kg/dm³的散重。压机以180kg/h的通过率工作。没有进行冷却。

在试验部分P 1中，展现出波动的压制功率(介于13至22kW之间)，原因在于传送带的装料袋使材料呈脉冲状输出，压制运行不平稳，压制品部分粒化且不稳定，粗滤制品有些不均匀。材料被送入大包中。

试验部分A 2

采用具有以下参数的压力机来实施试验部分A 2：辊直径为400mm，槽纹为475个槽/周长＝3.8R/cm＝9.6R/inch，框格为0.1mm，后角为41.5°，削切角为12.5°，槽深为1.1mm，左辊转速为8.9m/s，右辊转速为6.4m/s，辊超前率为1:1.4，辊隙为3.4mm。手动实现供料。

图3示出对最终产物的筛分分析：粒度小于1mm的占31.2％，介于1mm和2mm之间的占32.6％，介于2mm和3.15mm之间的占20.1％，介于3.15mm和4.0mm之间的占8.8％，介于4mm和5mm之间的占5.5％，大于5mm的占1.8％。累计粒度小于1mm的占31.2％，小于2mm的占63.8％，小于3.15mm的占83.9％，小于4.0mm的占92.7％，小于5mm的占98.2％，总共占100％。

试验部分A 3

与A 2相比，试验部分A 3以0.8mm的较小辊隙(相对于A 2中的3.4mm)来实施。其他参数相比试验部分A 2保持不变。

图4示出对最终产物的筛分分析：粒度小于1mm的占35.5％，介于1mm和2mm之间的占47.0％，介于2mm和3.15mm之间的占16.0％，介于3.15mm和4.0mm之间的占1.3％，介于4mm和5mm之间的占0.1％，大于5mm的占0.1％。累计粒度小于1mm的占35.5％，小于2mm的占82.5％，小于3.15mm的占98.5％，小于4.0mm的占99.8％，小于5mm的占99.9％，总共占100％。

试验部分P 4

试验部分P 4用与P 1中相同的压机来实施。

和P 1一样，通过铲料方式向传送带送料。与试验部分P 1相比，使用较小的孔径。

在压制之前，和P 1一样，材料具有9.3％的湿度、20℃的温度及0.07kg/dm³的散重。在压制之后，测出7.7％的湿度、47℃的温度及0.26kg/dm³的散重。在该试验部分P 4中，展现出波动的压制功率(介于6和18kW之间)，原因在于传送带的装料袋使材料呈脉冲状输出，压制运行不平稳，压制品部分简单粒化且不稳定，但粗滤制品非常均匀。材料再次被送入大包中。

随后筛选出两个部分，其粒度分布在图5中示为轻型部分，在图6中示为中等部分。在中等部分中，粒度小于1mm的占24.6％，介于1mm和2mm之间的占51.3％，介于2mm和3.15mm之间的占22.2％，大于3.15mm的占1.9％。累计粒度小于1mm的占24.6％，小于2mm的占75.9％，小于3.15mm的占98.1％，总共占100％。

在轻型部分中，粒度小于1mm的占45.6％，介于1mm和2mm之间的占50.1％，介于2mm和3.15mm之间的占4.2％，大于3.15mm的占0.1％。累计粒度小于1mm的占45.6％，小于2mm的占95.7％，小于3.15mm的占99.9％，总共占100％。

总之，借用前述结果可确定，较大的阴模导致较长的纤维及粒度的较低同质性。对于不同部分的分离，用辊轧机进行碾碎是有利的。较小的阴模会使纤维长度缩短，生成匀质的部分，且无需用辊轧机进行碾碎。