复合材料的制作方法
【专利说明】复合材料 发明领域
[0001] 本申请涉及天然纤维塑料复合物，包含该天然纤维塑料复合物的产品，以及制备 所述复合物和产品的方法。本申请更具体涉及包含脱墨污泥作为填料和/或加强材料的天 然纤维塑料复合物。
[0002] 背景
[0003] 天然纤维塑料复合产品通常包含有机纤维材料和至少一种塑料聚合物，所述有机 纤维材料通常来源于木材，例如锯肩。所述复合产品可用于诸多用途，例如用于家具、甲板、 栅栏、窗框和门框。
【发明内容】
[0004] 已经发现脱墨污泥可用作天然纤维塑料复合产品中的填料和/或加强材料。在脱 墨工艺中脱墨污泥作为侧流形成，通常包含矿物填料、纤维和油墨。至今为止所述侧流已经 用作填埋物或燃烧物。干污泥的组分通常包含约20% (w/w)的纤维素纤维和约70%的矿 物，主要是碳酸钙。油墨的量很少，但是非常重要，因为它影响最终产品的外观，使污泥在复 合产品中的应用很有挑战性。
[0005] -个实施方式提供一种天然纤维塑料复合产品，该产品包含热塑性聚合物和干燥 的脱墨污泥，所述污泥包含纤维素纤维和矿物。
[0006] -个实施方式提供一种制备所述包含脱墨污泥的天然纤维塑料复合物的方法。
[0007] -个实施方式提供包含所述天然纤维塑料复合物的复合产品，所述天然纤维塑料 复合物包含脱墨污泥。
[0008] -个实施方式提供一种天然纤维塑料复合产品，其包含第一层和第二层，所述第 一层形成所述产品的至少一部分表面，其中，
[0009] -第一层包含热塑性聚合物和纤维素基颗粒，
[0010] -第二层包含热塑性聚合物和干燥的脱墨污泥，所述污泥包含纤维素纤维和矿物。
[0011] -个实施方式提供了一种制造天然纤维塑料复合产品的方法，该方法包括：
[0012] -形成产品的第一层，所述第一层包含热塑性聚合物材料和纤维素基颗粒，所述第 一层形成产品的至少一部分表面，和
[0013] -由包含热塑性聚合物和脱墨污泥的混合物形成产品的第二层，所述污泥包含纤 维素纤维和矿物。
[0014] 独立权利要求中揭示了主实施方式。在从属权利要求中揭示了各种实施方式。除 非另有说明，从属权利要求中所述的特征可以互相自由组合。
[0015] 当商品填料被常常认为是废料的材料替代时，提供了与环境压力相关的效应。
[0016] -方面，当填埋场中的废料可用于他处，这些废料的量可以减少。而且，需要燃烧 的废料也减少，因此释放的温室气体也减少。此外，在复合材料中可以包括相对较多的脱墨 污泥。
[0017] 另一方面，新鲜填料如滑石或碳酸钙的量减少，不可再生的天然资源的用量减少。 例如，新鲜填料的开采和再加工（例如研磨）消耗大量能量和资源。财政上可以节省大量 开支，因为所述侧流的总成本预估约为18M €。如果这些侧流可转化为新产品如填料和加 强材料，财政价值变得更高。
[0018] 当在复合物中用脱墨污泥（通常具有较低的纤维含量）代替新鲜填料和/或加强 纤维时，在复合产品的制备方法中可使用较高的温度。这提供了可以使用具有较高熔化温 度的热塑性聚合物而不会损害填料和加强材料的效应。这样能够制备耐热性复合物，可用 作例如技术塑料或用于代替聚酰胺玻璃纤维。
[0019] 当含再循环污泥的聚合物发泡时，在较高填料含量下实现产品的高熔体强度。这 通常是有挑战性的，提供获得高品质产品的效果，所述高品质是例如增加的刚度和尺寸稳 定性，以及降低的重量和成本。
[0020] 所得到的具有良好熔体强度的复合材料能制备耐久且均匀的产品，该产品可用于 例如具有薄层或薄壁的产品。
[0021] 当含脱墨污泥的复合材料用于具有至少两层的复合产品时，再循环的含油墨材料 的不佳外观可以被另一复合物层覆盖，但是，该另一复合物层应与含污泥的复合物相容。这 样提供的效果是，在产品中可以使用大量含油墨材料，产品具有可接受的表面外观，在发泡 时是轻质且耐久的。含污泥的复合物提供加强性质，可以通过能够进行两个不同复合物层 之间良好粘附的方法制备。
[0022] 附图简要说明
[0023] 图Ia-Ie显示两层产品的例子。
[0024] 图2显示依据一个实施方式的设置的一个例子。
[0025] 图3以简化示意图的方式显示依据一个实施方式的方法的一个例子。
[0026] 图4显示所得产品的拉伸强度和挠曲强度。
[0027] 图5显示所得产品的抗冲强度。
[0028] 图6显不产品的一个例子。
[0029] 发明详述
[0030] 除非另有说明，文中揭示的百分数值表示干重的重量百分数。一个实施方式提供 了一种天然纤维塑料复合产品，该产品包含至少一种热塑性聚合物、有机纤维和矿物填料， 其中所述复合产品含有或包含脱墨污泥，所述脱墨污泥含有或包含有机纤维如纤维素纤维 和矿物。有机纤维和矿物纤维至少部分地来源于脱墨污泥。脱墨污泥可提供含有机纤维和 矿物填料的材料的至少50 % (w/w)，或至少60 % (w/w)，或至少70 % (w/w)，或至少80 % (w/ w)，或至少90% (w/w)，或至少95% (w/w)。在一个实施方式中，所有有机填料和矿物填料 来源于脱墨污泥，或至少99% (w/w)来源于此。但是，在一些情况中，可以添加额外的有机 纤维，例如纤维素纤维，以增强复合产品的强度，例如添加的量可以为纤维的30 - 50% (w/ w)。在一个例子中，其它再循环材料可作为填料和/或加强材料加入，例如含再循环塑料、 粘合剂、硅酮等的材料。这些材料可源自例如纸和塑料层压物。这些材料可构成复合产品 中约10 - 90% (w/w)的填料和/或加强材料，例如常规复合物中50 - 90%，或发泡复合物 中 10 - 20%。
[0031] 脱墨是从再循环纸的纸纤维中除去印刷油墨从而制得脱墨浆料的工业方法。剩余 的不可用材料主要是油墨、塑料、填料和短纤维，称为污泥。所生产的污泥被认为主要是两 种类型：高灰污泥（>30%干重）和低灰污泥（〈30%干重）。高灰污泥是纸浆厂产生的化学 絮凝污泥，由再循环纤维生产纸所产生的原污泥，以及造纸厂产生的脱墨污泥。低灰污泥表 示纸浆厂或造纸厂产生的原污泥、二次污泥或生物污泥。
[0032] 用于制备复合产品的原料通常由污泥形成，所述污泥包含废纸处理和/或造纸厂 和/或废水处理设施的废弃物。通过在至少一个干燥步骤中干燥来处理污泥。所述污泥包 含来自废纸处理和/或造纸厂和/或废水处理设施的废弃物，例如污泥、废弃物和残余物。 在一个实施方式中，污泥至少包含来自废水处理的废弃物，诸如污泥、废弃物和残余物，例 如RCF污泥。在一个实施方式中，污泥主要包含来自废纸处理的废弃物，例如来自脱墨工艺 的废弃物，例如RCF污泥。此外，污泥可包含来自造纸厂的废弃物，例如污泥、废弃物和残余 物。通常，这些造纸厂废弃物不包含生物污泥。此外，污泥可包含来自废水处理设施的废弃 物，例如污泥，例如原污泥和/或生物污泥。此外，污泥可包含来自任何纸工业处理的废弃 物，例如污泥、废弃物和残余物。此外，污泥还可包含来自其它工艺的污泥和废弃物。在本 文中，RCF污泥表示任何RCF废弃物，例如脱墨废弃物或任何来自RCF工艺的不同RCF废弃 物的组合，即来自再流通或再循环的纤维设施，其中对废纸进行处理。污泥可包括纸涂层中 使用的矿物，填料和印刷油墨，以及纤维，细料，粘性材料如淀粉，胶乳和粘合剂，以及其它 无机组分和/或少量其它组分，优选其它废弃组分。在一个例子中，污泥包含50 - 90% (w/ w)，例如60 - 80% (w/w)的无机组分。在一个例子中，污泥包含小于90% (w/w)，例如小于 85% (w/w)的无机组分。在一个例子中，污泥包含大于55% (w/w)，例如大于60% (w/w)的 无机组分。污泥可以是高固体污泥，其中干固体含量可约为50 - 70%。污泥在使用之前可 以脱水，形成高固体污泥。在一个例子中，在脱水过程中利用重力台、盘式过滤器和/或螺 旋压机等对污泥进行处理。
[0033] 在一个例子中，污泥包含50-100% (w/w)来自废纸处理的废弃物。在一个例子中， 污泥包含80-100% (w/w)的来自废纸处理的废弃物。在一个例子中，污泥包含大于80% (w/w)、优选大于90% (w/w)的来自废纸处理的废弃物。在一个例子中，污泥包含大于80% (w/w)的RCF污泥。在一个例子中，污泥包含大于90 % (w/w)的RCF污泥。在一个例子中， 污泥包含80-100 % (w/w)的RCF污泥。在一个例子中，污泥包含小于50 % (w/w)，或小于 40% (w/w)，或小于30% (w/w)或小于20% (w/w)的来自造纸厂的废弃物。在一个例子中， 污泥包含小于10% (w/w)的来自造纸厂的废弃物。在一个例子中，污泥包含小于50% (w/ w)，或小于40% (w/w)，或小于30% (w/w)，或小于20% (w/w)的来自废水处理设施的污泥。 在一个例子中，污泥包含小于10% (w/w)来自废水处理设施的污泥。在一个例子中，污泥包 含小于50% (w/w)，或小于40% (w/w)，或小于30% (w/w)的来自造纸厂的废弃物和来自 废水处理设施的污泥。在一个例子中，污泥包含小于20% (w/w)的来自造纸厂的废弃物和 来自废水处理设施的污泥。在一个例子中，污泥包含50-100% (w/w)的来自造纸厂的废弃 物。在一个例子中，污泥包含小于50% (w/w)的来自废纸处理的废弃物。
[0034] 可以在一个或多个干燥步骤中进行干燥。在一个例子中，干燥在一个步骤中进行。 在一个例子中，干燥在至少两个干燥步骤中进行。优选地，在干燥后，干污泥的水分含量低 于15%，或低于10%，或低于5%，或低于4%，或低于3%，或低于2%，或低于1 %。
[0035] 可利用选自下组的干燥装置进行干燥：间接干燥器，直接污泥干燥器，桨式干燥 器，闪蒸干燥器，流化床干燥器，旋风干燥器，空气干燥器，空气研磨器，转子磨机，离心磨 机，空气紊流磨机，空气紊流干燥器，任何其它合适的干燥机和其它合适的磨机，以及它们 的组合。可利用其中颗粒被相互隔开的空气干燥器或空气研磨器进行干燥。在一个例子中， 通过转子磨机进行干燥。当在转子磨机中进行干燥时，热干燥和机械干燥可同时进行，确保 干燥过程中材料的纤维化和干燥。不需要额外的纤维化步骤。其它干燥装置也是可行的。 在一个例子中，干燥装置还可用作研磨器。在一个例子中，研磨器可用作干燥装置。在一个 例子中，在干燥的同时进行纤维化。在一个例子中，在干燥中可使用低温。在一个例子中， 在 25-170°C、优选 25-100°C或 100-170°C、更优选 25-60°C或 50-100°C或 100-160°C 的温度 下干燥污泥。重要的是，对温度加以选择，使有机组分不会被破坏。此外，残余热量，例如来 自磨机的残余热量可用于本发明的方法。
[0036] 在一个例子中，该方法包括在污泥干燥后分离或崩解团聚物的额外步骤。可使用 本身已知的任何崩解或压碎装置进行团聚物的崩解。
[0037] 在一个例子中，污泥的压碎与干燥结合进行。在一个例子中，团聚物在干燥过程中 破裂，因此不需要单独的压碎步骤。在一个例子中，该方法在干燥之前包括压碎污泥的预处 理步骤。可用本身已知的任何压碎装置进行压碎处理。
[0038] 复合产品中使用的脱墨污泥通常在运输和/或使用之前进行干燥。干污泥的含 水量或湿含量可以为0. 1 - 10% (w/w)，例如0. 1 - 1 % (w/w)。污泥可包含25 - 45% (w/ w)的有机材料和55 - 75% (w/w)的矿物，通常大多是碳酸钙（通常占总含量的50 - 60% (w/w))。其它矿物包含高岭土和滑石。有机材料包含有机纤维，主要是纤维素纤维，粘合 剂，胶乳，淀粉和其它提取的木组分，例如树脂，脂肪和树脂酸。在一些例子中，污泥包含约 17-19%的纤维素纤维。粘性物（粘合剂，胶乳，淀粉等）的量可以例如约为11-13%，提 取物的量约为〇. 5%。在一个实施方式中，污泥含10 - 30% (w/w)，例如15 - 25%