专利名称：由废物制备高增值产品的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用废复合木制品例如刨花板、纤维板、胶合板、硬质纤维板和定向线材板(OSB)作原料的干式纤维板的制备方法。
复合木板或者是由木片(刨花板)、纤维(纤维板、硬质纤维板)、线材(OSB)制成，或者是由薄板(胶合板)制成，这些原料用特定配方的粘合剂喷涂或涂覆并热压制成片材。自从20世纪40年代引入以来，这些制品的需求量日益增长，它们适合多种应用，包括家具和内部/外部构造元件。这种趋势再加上世界范围内木材来源的缩减，导致了木板工业现在正面临的原料供应不足的问题。
基于木材的板和由其制成的制品在使用期过后变成了废木材。由于包含高的有机载荷，因此进行掩埋已经不再被认为是其可以接收的处理方法了。另一方面，由于焚烧产生二噁类化合物、二氧化碳等，因此对环境是不利的。回收利用这种废料作为复合板工业(传统上利用木材加工残渣)的原料由此变得更加重要，并从更早时候就进行了试验。然而，技术问题和缺乏立法延迟了提出的新技术的工业实施。
Sandberg(1963)的DE-AS1201045公开了由刨花板和其他基于木材的板以及生产残渣和废料回收木片的方法。该方法涉及在比大气压高1-5个大气压下的蒸汽室中用蒸汽处理0.5-4h。粘合剂树脂的水解使板分裂成木片。然而，加工的材料没有完全分开，需要进一步的机械处理使回收的木片彼此分开。此外，由于长时间使用高温高压，因此木片相当大地被破坏并变成棕色。利用回收的木片，只有在加入新木片的时候才能够得到性能可以接收的粗纸板。
DE4201201(Moeller，1992)具体说明了基于特殊的机械处理回收木材衍生的制品和含木材废料的方法，该方法能够制备适合粘合成新的半成品或成品的木片。然而，回收的木片仍然含有粘合剂树脂残留物，因此具有高的甲醛释放量。
另一种回收层压或未层压UF粘合的刨花板和纤维板的方法包括在DE4224629(1992)中。开始，将板破碎成几厘米大小的小片，并除去任何金属组分。然后，将板残渣在温度为120-180℃压力为2-11bar的高压釜中用饱和蒸汽处理2-5分钟。由此制成的二次木材成分，通过筛选和/或分类能够从层压制品、面层(Covers)和非金属部分中分离并且能够用改性/常规脲甲醛(UF)树脂或其他粘合剂如酚醛(PF)树脂重新粘合成板材。该方法的缺点在于，回收的部分不但由于高温高压而且由于初始的机械分离而被破坏。这种完全破碎的方法还使二次木材部分从涂层材料和其他不需要的组分中的分离变得复杂。一个主要的缺点还在于需要昂贵的设备。
Roffael和Dix(US5705542，1994)开发了一种方法，其中首先将用UF、PF或聚合4，4＇-二苯基甲烷-二异氰酸酯(PDMI)粘合剂粘合的废刨花板和纤维板破碎，随后根据硫酸盐、亚硫酸盐和有机溶剂方法进行化学-热制浆。这种处理产生纤维素产品和废液，它不但含有木材原料的降解物而且含有起初用于板中的粘合剂。该废液在浓缩和pH调节后能够用作木材粘合剂例如UF、PF、鞣酸-甲醛(TF)、淀粉、果胶、乙酸淀粉、丙酸淀粉和蛋白质的增量剂。纤维素材料能够用于纸或纤维板的生产。该方法也长时间地(30/60分钟)利用高温(180℃)和高压处理。这些都负面地影响了所得纤维的质量和该方法的费用。
Roffael在随后的申请(WO9824605，1997)提出通过在40-120℃下结合热液处理高剪切处理来回收废复合材料。首先，将复合材料分裂成木片，然后进行热液和高剪切处理，该处理能够在双螺杆挤出设备或磨碎机中进行。由此回收了适合制造复合板如刨花板和中密度纤维板的纤维或颗粒。处理过程中可以加入化学品来提高得到的颗粒/纤维的质量。这些化学品包括酸、金属氢氧化物、金属盐、金属氧化物、胺、脲、氨或者甚至是粘合剂树脂混合物或树脂本身的组分。然而，与常规制备板的方法相比，该方法的缺陷在于高的设备费用和所得颗粒/纤维之间的质量差异。
Michanickl还提出了另一种(US5804035，1995)处理含木材材料如废粗纸板和/或中密度纤维板，以及制备残渣和废物的方法。将边长大约10-20cm的这些材料填入静态或旋转式分裂锅炉/压力容器中，在此它们用浸渍溶液浸渍至少1分钟进行溶胀直到吸收自重的至少50％的浸渍溶液。该浸渍溶液由水和最大总浓度为30％的化学品组成。合适的化学品是脲、氨、氢氧化钠浓溶液、硫酸、UF树脂等。随后将浸渍的含木材物质加热到80℃-120℃处理1-60分钟并且压力不超过外界大气压2bar。随后，将分裂的物质(木片和纤维)通过筛选和/或风筛(wind screening)并使用金属探测器分离其他组分例如涂层和金属部分，并能够进一步加工成粗纸板或纤维板。DE19819988(1998)公开了连续操作方式下的同样方法。然而，该技术仅仅对于UF粘合板有效，其应用仅仅限定在用回收颗粒取代不超过20％的新木材颗粒的刨花板的制备。
最近，PCT/GB99/00690(Sandison-Thorpe，1999)公开了一种非常近似的技术，即利用特殊设计的设备进行蒸汽处理并随后进行废物筛选，该技术还在进一步开发之中。
在上述所有的回收方法中，需要特殊设备进行废物的处理，这在大多数情况下费用高(例如高压釜、挤出机)并且在标准板的制备方法中是不常见的。这意味着现在的企业为了能够利用回收的木材颗粒/纤维，需要额外的设备投资。此外，这些方法中使用的苛刻的长时间高温高压处理造成木材颗粒/纤维质量变差。然而，基于机械处理的回收方法得到的是粗糙的回收木颗粒。直到今天，所能达到的新木材颗粒/纤维的取代率也低并且主要存在于刨花板制造领域。类似回收板中甲醛释放的问题以及潜在的操作排出液的处理问题还没有被有效地解决。最重要的是，尽管对连续操作有简单的参考，但是实际中，利用废品的连续板制造迄今为止还没有实现，所有以上的方法主要都是间歇操作。
本发明的目的是提供一种通过有效地回收含木材的废品来制备干式纤维板的方法，该方法通过结合下述优点而排除了与上述有关的所有问题使用常规设备、制造没有废品的纤维、实现高的回收效率、标准的成品性能、连续操作和低费用。
本发明的另一个目的是从废品中回收有价值的原料，所述废品为例如用脲-甲醛树脂、苯酚-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、异氰酸酯以及它们的组合粘合的复合木板。
本发明的又一个目的是提供满足关于机械强度、防水性和释放行为所有要求的日用干式纤维板的制备方法。
令人惊奇地发现，废木制品例如刨花板、纤维板、定向线材板(OSB)、胶合板、硬质纤维板等以及它们的生产残渣能够在纤维板工厂中使用的常规压力磨浆机系统中进行加工，得到适合根据干法制备纤维板的纤维。
根据本发明，提供了一种在成品中具有更高回收纤维比例的复合制品的制备方法，其中用大量粘合剂粘合的废复合木制品通过连续操作的常规干式纤维板方法进行回收，其中预加热器和/或磨浆步骤由常规条件进行了改进，使之能够增加产品中回收纤维的比例。
令人惊奇地发现，相当大量的复合材料的回收是可以通过纤维板方法进行的。“相当大量”是指基本上超过新木材原料的5重量％的量。
称作“干法”的纤维板制备方法和产品“干式纤维板”是复合板制造领域的公知特征，该方法包括一般在已经成熟的标准条件下操作的某些常规阶段。例如，干式纤维板是有别于湿式纤维板(硬质纤维板)或制品例如粗纸板(刨花板)等的。本发明涉及对这些常规步骤的标准条件的改进。需要改进的程度是通过可利用回收材料量的多少来权衡的。
更具体地说，首先将废品利用合适的设备减小尺寸，然后除去金属组分之后将其浸泡在室温下的水中。随后，通过预加热器(压力磨浆机系统的普通部分)，在此用蒸汽和化学品进行处理。该处理能够分裂木材粘合剂聚合物的键，随后在磨浆机单元中回收和配置各个木纤维。离开磨浆机单元后的回收纤维进入纤维板工厂的喷放系统(blow line)部分。喷放系统是用于大多数纤维板工厂的常规设备，能够充分混合粘合剂混合物和木纤维。通过进入喷放系统部分，纤维膨胀，由此彼此分离并在后面的部分用粘合剂混合物喷涂，此时湍流条件占优势。随后，纤维通过干燥器单元。干燥的纤维形成块状物(mat)并热压成纤维板。该方法几乎与利用新木材作原料制备纤维板的标准干式方法相同。
本发明的方法中，在能够制备满意的复合制品的条件下，在标准的纤维板制备方法中提供了含有回收的复合材料(特别是主要含有颗粒/纤维的复合材料)的原料。
通常，使用的回收材料的量大大超过新木材原料的5％重量，实际上，回收物可以包含最多是全部的原料。
通常在这种回收水平下为了得到满意的制品，不得不对一个或多个加工步骤进行改进。例如，预加热器处理的条件(压力、温度、时间、化学品的使用或加入量或其性能的变化)，磨浆机条件或包括磨浆机部分的设计构型可以由常规使用的条件或设计的条件而改进。例如，在预加热器中可以使用化学品来帮助回收物质中粘合剂的水解。
一旦在纤维板工艺中实现了成功回收相当大量复合材料的可能性时，就能够容易地确定改性的精确度和性质，这对于给定的复合材料的回收度来说是需要的。
因此，本发明提供一种以废木材制品作原料制备干式纤维板的方法，该方法包括如下步骤1减小废物的大小2除去金属部分(如果需要的话)3水浸泡4在预加热器中用蒸汽和化学品处理5磨浆6胶合、干燥、形成块状物和热压。
按照上述方法对这些步骤中的一个或多个进行改变。
将废复合制品的大小降低为颗粒的步骤可以在纤维板工厂中使用的常规削片机或分裂没备中进行。
在该回收方法中，通过预加热器中的处理来降解包括在废品中的聚合物键的步骤可以使用弱/强的无机酸或弱/强的有机酸，弱/强的无机/有机碱或它们各自的盐，抑制甲醛的化学品，表面活性剂或湿润剂来进行。单独使用或结合使用的这些化学品还提高了磨浆机单元的效率，有助于降低干燥器排放水平(emission levels)。化学品用量以干纤维重量计为0.01-10重量％。这些化学品以溶液的形式通过合适的与蒸汽分开的喷嘴加入到预加热器中。
预加热器中的工作温度和压力条件以及处理时间在干式纤维板工业使用的正常范围内，并且预加热器操作中不产生排出液。用于开始浸泡废木材制品的水可连续地再利用。
利用本发明的方法，对现有工厂的设备稍加改进(这意味着再投资少，并且没有工艺/连续操作的中止)，就能够由新的和回收的含木材材料或完全由回收的材料制备干式纤维板。
采用新方法时需要一个或多个预加热器和一个或多个磨浆机设备，然而这是典型的纤维板制造设备的普通做法。为了实施该方法，可能需要对磨浆机构型和/或磨浆机部分的设计进行改变。例如，根据情况，磨浆机盘之间的距离可能需要增加至少10％。
提出的上述回收方法的重要特征在于，除非含有现代板材中限制使用的污染的化学品例如氯代烃、木材防腐剂等，不需要分离板的层压层或表面涂层。
本发明方法的另一个优点在于，根据预加热器中的工作条件(温度、压力、处理时间、化学品浓度)，能够使部分或全部废板材中的粘合剂树脂恢复活性，由此降低制成的新板材的树脂消耗量。
本发明方法制成的干式纤维板能够在质量和用途方面与常规由新木材制成的相媲美，并且在它们加工成日用品过程中不需要特殊处理。
下面的实施例进一步说明本发明的实施方案，而绝不限制其意图和目的。
实施例1将脲-甲醛或三聚氰胺-脲-甲醛树脂粘合的废中密度纤维板(MDF)、纸层压的中密度纤维板和彩色中密度纤维板的随机混合物机械粉碎成木片，随后与松木木片以1∶1的比例一起浸泡在水中(用回收材料代替50％的原料)。分离非残留水后，将新材料和回收材料的混合物加入到工业MDF厂的预加热器中，在此，通过注入蒸汽和Na2SO3水溶液，在170℃下处理混合物3分钟。Na2SO3的用量为干含木材料重量的1重量％。该处理的材料在经过磨浆机单元并在工厂喷放系统部分与脲-甲醛树脂混合后，形成纤维。纤维干燥和块状物形成后，根据标准工厂操作条件热压成最终厚度为22mm的纤维板。将该纤维板的性能与使用新鲜松木作原料(空白系统)在标准操作条件下制成的中密度纤维板作比较进行评价。应当注意，在两个系统中使用相同量的树脂(13％w/w)。板的性能值表示如下
游离甲醛含量是根据Perforator方法测定的。
从上面的工业测试可以看出，与空白板相比，本发明方法制成的回收纤维板提高了拉伸强度(内部粘合力)和防水性(水中浸泡24小时后的厚度溶胀)。更重要和令人惊奇的事实在于，回收纤维板中游离甲醛含量比空白板的降低40％。
回收纤维板的外观与正常制备的板没有差别，因此，对于用纸覆盖、胶合等板的整饰没有检测到问题。
实施例2
将脲-甲醛或三聚氰胺-脲-甲醛树脂粘合的废MDF、胶合MDF和硬质纤维板的随机混合物机械粉碎成木片，随后与松木木片按照回收物代替60％原料的比例一起浸泡在水中。分离非残留水后，将新材料和回收材料的混合物加入到工业MDF厂的预加热器中，在此，通过注入蒸汽和Na2SO3和NaOH水溶液，在170℃下处理混合物3分钟。Na2SO3和NaOH的用量分别为干含木材料重量的1重量％和0.2重量％。该处理的材料在经过磨浆机单元并在工厂喷放系统部分与脲-甲醛树脂混合后，形成纤维。纤维干燥和块状物形成后，根据标准工厂操作条件热压成最终厚度为12mm的纤维板。将该纤维板的性能与使用新鲜松木作原料(空白系统)在标准操作条件下制成的中密度纤维板作比较进行评价。应当注意，在两个系统中使用相同量的树脂(7％w/w)。板的性能值表示如下
游离甲醛含量是根据Perforator方法测定的。
上述结果进一步证实，与空白板相比，本发明方法制成的回收纤维板提高了性能。更重要的事实在于，回收纤维板中游离甲醛含量比空白板的降低40％。
回收纤维板的外观与正常制备的板没有差别，因此，对于用纸覆盖、胶合等板的整饰没有检测到问题。
权利要求
1.一种制备在成品中具有更高回收纤维比例的复合制品的方法，其中用多种粘合剂粘合的废复合木制品是通过连续操作的常规干纤维板方法回收的，其中预加热器和/或磨浆步骤由常规条件进行了改进，使之能够增加产品中回收纤维的比例。
2.根据权利要求1的方法，其中颗粒形式的废料在磨浆机系统的预加热器单元中进行处理，处理条件高于大气压并在蒸汽和化学品影响下进行，以便破坏粘合剂聚合物的键，在随后的磨浆机单元中形成纤维，通过喷放系统膨胀并分离纤维，与粘合剂混合物混合，干燥，形成块状物并热压成纤维板。
3.根据权利要求1或2的方法，其中预加热器中的处理是在弱或强酸、弱或强碱、它们各自的盐、甲醛抑制化学品、表面活性剂或湿润剂存在下，以及接近常规干纤维板方法的工作条件(温度、压力和时间)下进行的。
4.根据权利要求3的方法，其中预加热器步骤中化学品的用量为干纤维重量的0.01-10重量％。
5.根据上述权利要求中任一项的方法，其中磨浆机盘单元中，磨浆机盘之间的距离由常规的增加至少10％。
6.一种由用一种或多种粘合剂粘合的废复合木制品制备纤维板的方法，它是在对其中的预加热器和/或磨浆机系统步骤由常规操作条件进行改进了的现有标准干纤维板制造系统中进行的，使回收纤维含量占所得纤维板制品的最终纤维含量的至少20重量％。
7.根据上述权利要求中任一项的方法，其中通过回收利用废复合木制品，在连续操作下制备了干式纤维板。
全文摘要
一种通过回收废复合木制品利用常规干纤维板连续方法制备纤维板的方法，其中对预加热器和/或磨浆步骤进行了改进，该方法使得回收纤维占所得纤维板的最终纤维含量的至少20重量％。
文档编号B27N1/00GK1402662SQ00816471
公开日2003年3月12日 申请日期2000年12月4日 优先权日1999年12月2日
发明者P·纳科斯, E·阿瑟纳西阿多, J·M·A·库提诺 申请人:伊尼格马股份有限公司