一种方法、通过该方法获得的产品及干燥的纤维素和/或木质纤维素颗粒与流程

本发明涉及一种用于生产优选用作制造复合材料的原材料的纤维素和/或木质纤维素颗粒的方法。

背景技术：

1、众所周知，利用纤维素纤维材料(诸如木浆)与塑料材料(诸如热塑性或热固性材料)一起用于制造复合材料。纤维素纤维的一个重要功能是加固复合材料结构。

2、在典型的复合材料制造工艺中，首先制备母料，母料包含纤维素材料和塑料的浓缩混合物。然后用塑料材料稀释该母料，使其适于供应给挤出工艺，在挤出工艺中形成最终的复合材料制品。

3、为了制造母料，在纤维素纤维材料与塑料材料混合之前，该纤维通常要经过碾磨以获得细粉，从而能够稳定地供应并分散到塑料材料中。然而，对纤维进行研磨会减少纤维长度，从而也降低纤维在复合材料结构中的增强潜力。

4、为了省去对碾磨的需要，已知在制造母料之前将纤维素纤维材料与塑料材料预先混合。这种方法将纤维的增强功能限制在预混合步骤中使用的塑料材料上。

5、还已知由干燥的纤维素材料制备颗粒。然而，这种颗粒含有高度聚集的纤维素纤维。

6、需要开发新的纤维材料，用于通过涉及复合步骤的工艺制造木塑复合材料。

7、需要有更多用途的方法来制造浆基材料和塑料材料的复合材料，使得最终产品的组成，特别是就塑料成分而言，可以在更大范围内变化。

8、还需要提高可持续性和材料效率。

9、本发明的实施方案旨在克服现有技术中的至少一些缺点。

技术实现思路

1、本发明由独立权利要求中的特征定义。从属权利要求中定义了一些具体的实施方案。

2、根据本发明的第一方面，提供一种方法，包括：提供包含纤维素和/或木质纤维素纤维的湿浆组合物；将湿浆组合物与至少一种添加剂化学品混合以获得湿浆和添加剂化学品的混合物；在混合物的稠度小于80％时，由混合物制备纤维素和/或木质纤维素颗粒；干燥颗粒，其中颗粒中的纤维可分散到熔融的热塑性或热固性基质中以获得在熔融基质中的纤维的分散体。

3、第一方面的各种实施方案可以包括以下列表中的一个或多个特征：

4、·所述混合以3至30％，诸如3至10％，诸如3％至5％或5％至10％的稠度进行。

5、·所述混合以10％至30％的稠度进行。

6、·颗粒中至少90wt-％的纤维(总干物质)可分散到熔融的热塑性或热固性基质中，形成稳定的分散体，优选稳定至少1小时。

7、·湿浆组合物包含以下或由以下组成：稠度小于60％，诸如小于50％，例如在20-50％或30-40％的范围内的湿木浆。

8、·湿浆组合物包含始终未干燥的浆组合物或由始终未干燥的浆组合物组成。

9、·湿浆组合物由始终未干燥的浆组合物组成。

10、·混合物包含始终未干燥的混合物。

11、·湿浆组合物包含化学浆或由化学浆组成，诸如牛皮纸浆。

12、·该方法还包括例如在所述混合步骤之前，将所述浆组合物脱水，优选至稠度为至少3％。

13、·该方法还包括例如在所述混合步骤之前，将所述浆组合物脱水，优选至稠度为至少10％，诸如10％至30％。

14、·在所述混合步骤中，湿浆组合物的稠度为至少10％。

15、·所述至少一种添加剂化学品包括使纤维或纤维表面更加疏水的疏水剂，优选使得纤维的cobb值小于110g/m2，诸如小于100g/m2，诸如小于90g/m2。

16、·所述至少一种添加剂化学品包括使纤维或纤维表面更加疏水的疏水剂，优选使得纤维的cobb值小于50g/m2，诸如小于15g/m2，诸如小于10g/m2。

17、·所述至少一种添加剂化学品选自下组：脂肪酸、烷基烯酮二聚体(akd)、脂肪醇、脂肪酸酯、生物聚合物、阳离子多胺、阳离子聚乙烯亚胺(pei)、阳离子或非离子聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵(pdadmac)、羧甲基纤维素(cmc)、马来酸酐(ma)、马来酸酐接枝聚丙烯(mapp)、硅烷、烷氧基硅烷以及它们的衍生物及其组合。

18、·所述至少一种添加剂化学品选自下组：cmc、淀粉、akd、疏水剂，以及它们的任意组合。

19、·该方法还包括在所述颗粒制备步骤之前，将湿浆组合物与包含纤维素和/或木质纤维素纤维的第二浆组合物混合，其中第二浆组合物的组成不同于湿浆组合物的组成。

20、·第二浆组合物的稠度为至少5％，例如10％至60％。

21、·第二浆组合物包含改性木浆纤维，所述改性木浆纤维能够减少纤维间相互作用，通常是非共价纤维间键合。

22、·湿浆组合物和第二浆组合物中的一者或两者包含纤维化浆，诸如纤维化化学浆。

23、·第二浆组合物包含纤维化浆。

24、·第二浆组合物包含微晶纤维素(mcc)。

25、·第二浆组合物包含水解的纤维素和/或木质纤维素纤维，优选是水解的纤维素和/或木质纤维素软木纤维。

26、·该方法还包括在所述颗粒制备步骤之前，将浆组合物脱水，优选至稠度为至少20％，诸如30％至60％。

27、·在所述颗粒制备期间，混合物的稠度为10％至80％，诸如20％至60％，例如至少30％，诸如30％至40％。

28、·所述颗粒制备步骤产生干密度在150至250kg/m3范围内的三维颗粒。

29、·所述颗粒制备步骤产生干密度在150至700kg/m3范围内的三维颗粒。

30、·所述颗粒制备步骤产生至少90wt-％的颗粒的所有三维尺寸都在0.1cm至10cm范围内的三维颗粒。

31、·所述干燥通过转鼓式干燥机、带式干燥机、柜式干燥、悬浮空气干燥(air bornedrying)、气流干燥(flash drying)或流化床干燥进行，优选将温度保持在40至200℃的范围内。

32、·所获得的颗粒包含的塑料材料占总干物质的比例小于5wt-％，优选小于1wt-％，例如小于0.5wt-％。

33、·所述纤维素和/或木质纤维素纤维不包含任何回收的或废弃的或人造的纤维素和/或木质纤维素纤维。

34、根据本发明的第二方面，提供一种通过根据第一方面的方法获得的产品。

35、根据本发明的第三方面，提供干燥的纤维素和/或木质纤维素颗粒，其中颗粒包含总干物质的至少80wt-％，例如至少90wt-％的纤维素和/或木质纤维素纤维；并且颗粒的干密度在100至250kg/m3的范围内；并且其中颗粒中的纤维可分散到熔融的热塑性或热固性基质中，以获得纤维在熔融基质中的分散体。

36、根据本发明的第四方面，提供干燥的纤维素和/或木质纤维素颗粒，其中颗粒包含总干物质的至少80wt-％，例如至少90wt-％的纤维素和/或木质纤维素纤维；并且颗粒的干密度在150至700kg/m3的范围内；并且其中颗粒中的纤维可分散到熔融的热塑性或热固性基质中，以获得在熔融基质中的纤维的分散体。

37、第二方面或第三方面或第四方面的各种实施方案可以包括以下项目列表中的一个或多个特征：

38、·产品包括包含非团聚的纤维素和/或木质纤维素纤维的干燥颗粒。

39、·产品包含直接适用于供应给复合工艺，与热塑性或热固性材料结合以制备纤维-塑料复合材料的颗粒。

40、·产品包含可分散到熔融的热塑性或热固性基质中，优选以形成稳定的分散体，例如至少稳定1小时的颗粒。

41、·产品的干物质含量为至少85wt-％，诸如至少95wt-％，例如至少99wt-％。

42、·按总干物质计算，产品包含至少80wt-％，诸如至少90wt-％，例如至少95wt-％的纤维素和/或木质纤维素纤维，所述纤维素和/或木质纤维素纤维优选源自湿化学浆。

43、·产品包含占总干物质至少0.1wt-％，诸如至少0.5wt-％，例如至少1wt-％，例如在0.1wt-％至2wt-％范围内的至少一种添加剂化学品或总添加剂化学品。

44、·所述至少一种添加剂化学品包含能够实质上减少或防止纤维间相互作用的剂。

45、·颗粒或纤维的cobb值小于110g/m2，诸如小于90g/m2，诸如小于50g/m2。

46、·颗粒或纤维的水接触角为至少120°，诸如至少140°。

47、·产品包含小于15wt-％，诸如小于10wt-％，例如小于5wt-％，例如1至10wt-％的水。

48、·产品包含占总干物质小于5wt-％，诸如小于2wt-％，例如小于1wt-％，例如小于0.5wt-％的塑料材料，诸如热塑性或热固性材料。

49、·添加剂化学品包含小于5wt-％，诸如小于2wt-％，例如小于1wt-％，例如小于0.5wt-％的塑料材料，诸如热塑性或热固性材料。

50、·颗粒中的纤维可分散到当处于熔融基质形式时的热塑性或热固性材料中。

51、·长度加权平均纤维长度大于0.5mm，诸如小于5mm，例如0.5mm至3mm，例如0.7mm至2.5mm。

52、·颗粒的亮度根据iso 2470测定为至少60％，诸如至少80％，诸如80％至90％。

53、·颗粒的干密度为至少150kg/m3。

54、·颗粒的干密度在100kg/m3至700kg/m3的范围内，诸如150kg/m3至700kg/m3。

55、·颗粒具有多孔结构。

56、·至少90wt-％的颗粒具有大体上三维形状，通常是三维不规则形状。

57、·颗粒为三维颗粒，优选至少90wt-％的颗粒的所有三个维度都在毫米到厘米的范围内。

58、·颗粒包含小于15wt-％的水。

59、·颗粒包含小于1wt-％的塑料材料，诸如热塑性或热固性材料。

60、·颗粒不包含任何回收的或废弃的或人造的纤维素和/或木质纤维素纤维。

61、本发明的优点

62、本发明通过提供一种可直接用于与热塑性或热固性材料的复合工艺中的新的中间纤维产品，从而简化了从湿纤维素材料到纤维-塑料复合材料制品的制造工艺。

63、在一些实施方案中，可以减少或甚至避免纤维素纤维的团聚，这可能有利于本产品在纤维素纤维-塑料复合材料制造中的应用。

64、本发明一些实施方案的一个优点在于，由于产品具有最佳的粒度分布和颗粒密度，还由于纤维素和/或木质纤维素颗粒具有良好的分散性和与塑料耦合(couple)的能力，因此可以很容易地将其供应给复合工艺中。这种分散和耦合特性可以借助于添加剂化学品来实现。因此，复合材料制造商可以更自由地选择浆含量，诸如化学浆含量，同时仍能实现复合材料的良好均质性。

65、本发明一些实施方案的一个优点在于，产品可以完全不含塑料材料，特别是不含热塑性和热固性材料。因此，在复合材料制造工艺的后期阶段，可以更自由地选择在复合步骤中添加的热塑性或热固性材料。

66、因此，本发明可以提供一种无塑料产品，该产品可在包含纤维素材料和塑料材料的复合材料的制造过程中用作基本干燥的纤维素起始材料。

67、本发明可以提供一种完全可生物降解的纤维素产品。

68、本发明一些实施方案的优点包括复合材料产品的性能得到改善，例如冲击强度高。

69、本发明可以促进纤维素材料在复合材料制造中的利用。

70、本发明可以减少或防止纤维在挤压和复合过程中受损。