基于木质纤维素的板材的回用的制作方法

专利名称：基于木质纤维素的板材的回用的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于木质纤维素的板(board或panel)材的回用，所述板材含有胶粘结合的木质纤维素成分的基质，由此使得可以对所述板材的各组分尤其是(但非排他性地)木质纤维素进行回收。
背景技术：
各种板材包含有例如通过诸如聚氨酯树脂、脲/甲醛树脂、三聚氰胺-脲树脂或酚醛树脂等粘合剂结合在一起的木质纤维素成分(例如以碎料、颗粒或纤维等形式)的基质，这是众所周知的。通过这种方式制造的板材的例子包括MDF(中密度纤维板)、碎料板(particle board)和粗纸板(chipboard)。
上述类型的板材被广泛用来制作诸如家具等最终制品。为此目的，所述板材是完全符合要求的。但是，对于大量废料的处理却存在着问题。有关这一点的一个例子是，英国家具制造业每年产生超过170,000吨的MDF废料。这还不包括丢弃和损毁的家具部件。理想地，将所述废料进行回用，以回收其组分，尤其是回收木质纤维素，以便进行重复使用。但是，目前还没有令人满意的回用方法。使问题变得更为槽糕的是，废弃的板材上可能层压有诸如纸、箔或塑料等表面层(例如为装饰目的)，或者具有例如塑料或金属嵌入物。因此，任何的回用方法都需要去除层压物和/或嵌入物。由于没有任何适宜的回用方法，因此大多数的废弃板材都将堆放在垃圾填埋点，这就变得更加困难并且非常昂贵。

发明内容
本发明的目的是避免或减轻上述的不利情况。
根据本发明，提供了回收板材组分的方法，所述板材含有胶粘结合的木质纤维素成分的基质，所述方法包括对所述材料进行以下组合处理(i)电磁辐射，和(ii)浸泡或浸渍在液体介质中，并回收所述组分。
具体实施例方式
所要回收的组分一般包含木质纤维素，但是木质纤维素可能掺合有残留的树脂，例如脲-甲醛树脂。
所述电磁辐射典型地具有100kHz～300GHz的频率范围，更典型地具有10MHz～300GHz的频率范围。
所述液体介质典型地包含水或水溶液。但是，所述液体介质可以包含能够溶胀所述材料以使所述组分得以回收的任意适宜的有机或无机溶剂。可能的其它例子包括乙醇、乙醇/水的混合物和稀氢氧化钠(例如0.1体积％～9体积％)。已发现后一例子可以改善纤维结构。
本发明部分地基于本发明人的以下发现通过将含有木质纤维素成分(例如颗粒或纤维)的胶合基质的板材暴露在频率范围为10MHz～2500MHz的电磁能下，并用诸如水等液体介质浸泡，以此对该板材进行处理，该处理可使该板材发生实质性的溶胀。本发明人相信，这一处理机械性地破坏并且可能至少部分地水解了将木质纤维素成分结合在一起的胶粘剂，因此可以使所述成分容易地相互分离。所获得的溶胀度要远远高于简单地将板材浸泡在所述液体介质中而获得的溶胀度。
步骤(i)和步骤(ii)可以同时实施或者依次实施。在所述板的厚度方向上获得的溶胀度一般是初始厚度的3～6倍。
当所处理的材料在液体介质(例如水)中时，采用程度相对较低的机械搅拌可以实现木质纤维素成分的相互分离。所述成分一旦分离，就有可能回收通常含有木质纤维素的该板的所需成分。因此，例如，可以通过例如压干(如果所述纤维将要运输)或通过风扇辅助式鼓风系统(如果所述纤维将要就地重新使用)使所得的纤维分散体干燥。而且，在回收所述纤维之前，通过例如搅拌可以从所处理的板上很容易地分离诸如一般用在本发明涉及的板材上的纸、箔、三聚氰胺、饰面板或其它装饰物等表面层压件，也可以容易地分离包含在板中的嵌入物或其它物体。
所述板材典型地具有200kgm-3～1200kgm-3的密度本发明适用于很多种基于木材的板，所述基于木材的板包括碎料板和纤维板。适用于本发明的板材的具体例子包括MDF、粗纸板、硬板、软板、定向刨花板(orientated strand board)、亚麻板和木质粗纸板及其任意两种或两种以上的组合。
本发明既适用于工业废弃板材也适用于生活垃圾板材。
在本发明方法中使用的电磁辐射优选具有10MHz～300GHz的频率，更优选具有10MHz～2500MHz的频率。已发现这些频率可以导致板材在液体介质中发生实质性溶胀。功率优选为500W～30kW，更优选3kW～15kW，但是所述范围中的某些值对某些材料比对另外的其它材料更适合。因此，例如，所使用的功率应该优选不高到使所述板材炭化的程度的功率。最佳参数可以由本领域技术人员很容易地确定。
特别优选的是采用频率范围为896±20MHz～2450±25MHz的微波(例如由磁控管产生的微波)。因此，例如，所使用的电磁辐射可以为896±20MHz或2450±25MHz，这两种频率均是预留的家用微波/工业微波所应用的频率。已发现这些频率可以导致板材在液体介质中发生实质性溶胀。
作为选择，所述电磁能可以具有10MHz～50MHz的频率范围。
对于所有的实施方案，所述微波都可以采用磁控管方便地产生。向空腔(可采用例如金属容器或管的形式)的功率输出优选为500W～30kW。微波穿透装有浸渍在诸如水等液体介质中的基于木质的人造板的所述空腔来传播。
具有100kHz～100MHz的频率范围的电磁辐射也是可以使用的，该频率是典型的射频(RF)波。因此，本发明的方法不限于使用微波。RF之所以也能使用是因为较低频率的操作可以获得对板材更强的穿透，这样的穿透通常是有利的。RF可以定义为对应于100kHz～300GHz的用于通讯的所有频率。在Kitchen，R.(2001)的RF and Microwave RadiationSafety(射频和微波辐射安全)(Nwenes第1～2页)中可以找到进一步的细节。
本发明可以采用很多种方式来实施。在一个特别优选的实施方案中，先对所述板材进行电磁辐射，然后马上(例如在5秒～15秒内)将其充分浸渍在液体介质中。所述液体介质(例如水)优选处于高温，所述高温例如60℃～90℃，优选约80℃。对于本实施方案，优选地，所述板材内必须具有水分，水分含量优选最低为8％，如果需要，在电磁辐射处理前提高所述的水分含量。将经过电磁辐射的板材浸渍在所述液体介质中可以造成实质性溶胀的发生。典型地，电磁辐射的照射时间为30秒～90秒。然后将该材料浸泡在所述液体介质中以使该材料溶胀。典型地，溶胀度可以为3倍～6倍于初始厚度，为此，在例如水中，可能需要的浸渍时间一般为10分钟～25分钟，但是，确切的时间将取决于如下因素板的性质、在电磁能处理期间采用的参数(例如频率和功率)以及水的温度等。
贴合于所述板上的任何表面层压物都可以容易地从经溶胀的板上去除(而且实际上，所述层压物在用电磁辐射处理期间就可能开始剥离)。类似地，任何嵌入物也可以容易地去除。然后采用例如适度的搅拌(例如低功率的机械搅拌器所提供的搅拌)可以容易地将经溶胀的材料转变成纤维悬浮液。
然后可以通过例如前述的压干或通过风扇辅助式鼓风系统使所述的纤维悬浮液干燥。
本发明的这一实施方案可以根据连续或半连续原理进行实施，例如，将所要处理的材料穿过或通过微波源(例如将所述材料置于传送带上通过微波源)，然后将该材料导入液体介质(例如水)槽中并在其中滞留所需要的时间。
在本发明的一个替代的但较不优选的实施方案中，板材被浸渍在液体介质(例如水)中，并如前所述受到电磁辐射，然后在不进行辐射的情况下浸泡在液体介质中。所有其它条件都是相同的，本发明的这一实施方案可能得到低于上述优选实施方案的板溶胀度，并且本实施方案其本身不像上述优选实施方案那样容易地进行连续或半连续操作。但是，本实施方案可以使用例如热交换器来回收所述液体介质中的热量，从而以所述热量辅助板的干燥。而且，本实施方案不仅涉及利用电磁辐射来加热所述板材，还涉及对其中浸渍该板材的液体介质的加热，因此降低了能量效率。另外，相对于上述更为优选的实施方案，可以预见本实施方案会产生更多的废水处理问题。
对于本发明的所有实施方案，可以在开始时就对板材进行真空浸渍，以提高其水分含量，例如提高到50重量％。替代地或者附加地，可以向其中浸渍板材的液体介质加入诸如表面活性试剂或表面活性剂等添加剂，以有助于水向板内渗透。
此外，对于本发明的所有实施方案，可以在电磁辐射处理过程中“翻转”板材以确保均匀照射。
应该理解，本发明能够提供用于诸多可能用途(例如制作其它的板型产品、木塑组件、填充剂和绝缘材料)的干净的回用纤维。
如果需要，可以按照流水作业(mobile)方式实施本发明的方法。
参考以下非限定性实施例和显示实施例1结果的附图(

图1)，仅以示例方式进一步描述本发明。
实施例1按照以下(a)和(b)所详述进行两个实验。
(a)将经测量约为50mm×50mm×18mm的MDF样品浸渍(单独地)在装有约1000ml水的非金属容器中，并采用2450±25MHz的频率以3kW～15kW的功率水平进行微波辐射约1分钟的时间。将该样品在水中静置约10分钟～15分钟。该步骤总共进行3次，在各功率水平每次均使用新的MDF样品。经过这一处理后，测定所述样品的厚度，将结果作图于图1中，图1是在各功率水平3次测得的MDF样品(处理后)厚度的平均值对所采用的功率水平所作的图。
(b)重复步骤(a)，但使用经测量约为150mm×150mm×18mm的MDF样品，并使用约12kW和15kW的功率水平，时间约为60秒。该结果也作图于图1中。
对于(a)部分和(b)部分中的实验，监测水温并发现水温未超过90℃。
从图1所提供的结果可以看出，作为微波处理并同时结合水中浸渍的结果，所有样品都发生了溶胀。对于50mm×50mm×18mm样品，在大于约5kW的功率水平获得了最佳结果，样品溶胀到等于或大于60mm的厚度。150mm×150mm×18mm样品提供了甚至更高的溶胀度。这一发现可以表明，功率水平越高，“空腔加载越大”。虽然在图中没有显示，但是约150mm×150mm×18mm板的另外一个样品在12kW的功率下处理约45秒后，所记录的平均溶胀厚度为92.11mm。
采用额定功率为约1.5kW的浆粕粉碎机处理约2分钟或采用700W的实验室搅拌器搅拌约4分钟，可以容易地将经溶胀的材料的所有样品转变为纤维悬浮液。
实施例2在约2450±25MHz频率以约12kW的功率水平，对约为150mm×150mm×18mm的MDF样品进行微波辐射约45秒的时间，然后立即加到约60℃以上温度的水中，放置约10分钟～15分钟。
发现MDF已经溶胀到约90.42mm的厚度。采用额定功率为0.5kW的浆粕粉碎机处理约2分钟或采用700W的实验室搅拌器搅拌约4分钟，可以容易地将所述经溶胀的材料转换为纤维悬浮液。
权利要求
1.一种回收板材的组分的方法，所述板材含有胶粘结合的木质纤维素成分的基质，所述方法包括对所述材料进行以下组合处理(i)电磁辐射，和(ii)浸泡或浸渍在液体介质中，并回收所述组分。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁辐射具有100kHz～300GHz的频率范围。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述电磁辐射具有10MHz～300GHz的频率范围。
4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，所述电磁辐射具有896±20MHz～2450±25MHz的频率范围。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述电磁辐射具有896±20MHz的频率。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述电磁辐射具有2450±25MHz的频率。
7.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，所述电磁辐射具有10MHz～50MHz的频率范围。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述电磁辐射具有100kHz～100MHz的频率范围。
9.如权利要求1～8中任一项所述的方法，其中，所述电磁辐射的功率范围为500W～30kW。
10.如权利要求1～9中任一项所述的方法，其中，所述液体介质包含水。
11.如权利要求1～9中任一项所述的方法，其中，所述液体介质包含有机溶剂或无机溶剂。
12.如权利要求1～11中任一项所述的方法，其中，先对所述板材进行电磁辐射(步骤(i))，然后将所述板材浸渍在所述液体介质中(步骤(ii))。
13.如权利要求1～12中任一项所述的方法，其中，所述液体介质处于高温。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述液体介质的温度为60℃～90℃。
15.如权利要求1～11中任一项所述的方法，其中，将所述板材浸渍在所述液体介质中，并在浸渍时对所述板材进行电磁辐射。
16.如权利要求1～15中任一项所述的方法，其中，在所述液体介质中对所处理的板材进行机械搅拌，以制备纤维悬浮液。
17.如权利要求16所述的方法，其中，从所述纤维悬浮液中回收木质纤维素。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述木质纤维素是通过干燥所述悬浮液而得到回收的。
19.如权利要求1～18中任一项所述的方法，其中，所述基于木质纤维素的板为碎料板或纤维板，或者包括碎料板或纤维板。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述基于木质纤维素的板为中密度纤维板，或者包括中密度纤维板。
21.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁辐射包括微波。
22.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁辐射包括射频(RF)波。
全文摘要
本发明提供回收板材的组分的方法，所述板材含有胶粘结合的木质纤维素成分的基质，所述方法包括对所述材料进行以下组合处理(i)电磁辐射，和(ii)浸泡或浸渍在液体介质中，并回收所述组分。
文档编号D21C5/02GK1836069SQ200480023030
公开日2006年9月20日 申请日期2004年7月16日 优先权日2003年7月16日
发明者阿布拉尔·贾瓦伊德 申请人:Fira国际有限公司