用于循环利用含乙酸纤维素的材料的方法
1.本发明涉及用于循环利用含有乙酸纤维素的材料的方法。
2.特别地，本发明涉及用于循环利用滤嘴拉丝材料，特别是滤嘴拉丝起始材料，香烟棒废料和/或香烟滤嘴的方法。此外，本发明涉及源于此类方法的粒料、挤出物和粒状物以及用于循环利用滤嘴拉丝材料，特别是滤嘴拉丝起始材料，香烟棒废料和/或香烟滤嘴的系统。
3.在香烟工业中，全世界每年大约800千吨的滤嘴拉丝被加工成滤棒，然后这些棒被进一步加工成香烟。即使用非常复杂的工艺，可能也难以完全防止生产废料或废品。由此人们可以设想在滤棒的生产中有1％至2％的废品率使得全世界每年有大约8,000至16,000吨的废料累积。
4.这种废料(滤嘴拉丝材料、特别是滤嘴拉丝起始材料)以及在滤棒和/或香烟的生产中产生的滤棒废料通常通过将其销毁(即通过焚烧)来处理掉。由于呈其原始形式以及还有呈滤棒形式的滤嘴拉丝材料密度非常低(大约50kg/m3)，因此在处理之前的过程，例如像储存和运输中会产生高成本。
5.香烟滤嘴废料可以被看作是另一个问题，因为全世界每年大约5.5万亿个烟头被丢弃，由此这种废料不能被堆肥或者只能以非常大的代价被堆肥。
6.因此，本发明的任务是提出一些方法、通过该方法制造的产品和系统，这些方法、产品和系统消除了与滤嘴拉丝材料和滤嘴材料(特别是呈在生产过程中产生的废料的形式和/或呈烟头的形式)有关的以上提到的问题和缺点。
7.根据本发明的一种解决方案包括提出一种用于循环利用含乙酸纤维素的滤嘴拉丝材料，特别是滤嘴拉丝起始材料，香烟棒废料和/或香烟滤嘴的方法，其中该方法包括以下步骤：将待循环利用的含乙酸纤维素的材料进料到造粒机中并在该造粒机中对该材料进行造粒以便将该待循环利用的含乙酸纤维素的材料转化为粒料，其中这些转化的粒料比最初供应的含乙酸纤维素的材料具有更高的密度，并且其中在造粒过程中至少有该含乙酸纤维素的材料、这些粒料和/或材料的中间阶段的间歇性冷却。
8.通过本发明的用于循环利用滤嘴拉丝材料，特别是滤嘴拉丝起始材料，香烟棒废料和/或香烟滤嘴的方法，前述任务令人满意地被完成。
9.该方法特别产生了待储存的材料，其密度实现了更具成本效益的储存。因此，这些粒料易于储存并且特别是也易于处理和运输。
10.当待循环利用的含乙酸纤维素的材料仅由在生产过程中积累的废料(例如像滤嘴拉丝材料、特别是滤嘴拉丝起始材料)组成时，再使用或相应地循环利用这些废料(生产废料)是非常明智的。生产废料在生产设备的附近积累并且通常只最低程度地被污染或甚至完全没有污染，使得几乎不会出现任何后勤或技术问题。此外，待循环利用的含乙酸纤维素的材料的组成和状况通过过程监测被准确获知。
11.因此，可以循环利用在生产过程中积累的滤嘴拉丝起始材料，而不是将其销毁(焚烧)。此时也发生了朝着更可持续生产方向的过程优化，这可以在整体上导致更好的产品生态平衡。
12.另一方面，本发明的方法也适用于循环利用含乙酸纤维素的材料，这些材料除乙酸纤维素外还包含其他组分，例如，在滤棒生产过程中产生的纸废料或烟头中的纸和烟草。
13.乙酸纤维素本身是纤维素的乙酸酯的统称。总的来说，乙酸纤维素是通过棉和/或木纤维素的转化获得的无定形热塑性材料。
14.在造粒过程中，待循环利用的含乙酸纤维素的材料，在下文中也被称为“起始材料”，被研磨并被压碎，其中材料在起始材料与最终粒料之间的表现形式在这里被称为中间材料阶段。
15.根据本发明的一个有利的改进方案，在供应起始材料之前执行下面的步骤：研磨起始材料。
16.取决于起始材料的形式，在将其进料到造粒机中之前对其进行研磨可能是有利的，以便确保顺利的造粒过程并提高造粒机的生产量。
17.根据本发明的一个有利的改进方案，起始材料至少部分地、优选全部地由在生产过程中产生的纺丝车间废料或滤嘴拉丝包组成。
18.这特别提供的优势在于：积累的纺丝车间废料或滤嘴拉丝包不被污染并且因此非常适用于进一步加工。
19.根据本发明的一个有利的改进方案，在冷却过程中起始材料、粒料和/或中间材料阶段保持低于临界温度。
20.根据本发明的一个有利的改进方案，临界温度对应于乙酸纤维素玻璃化转变温度。
21.乙酸纤维素具有相当弱的温度和化学耐受性。因此，乙酸纤维素的玻璃化或相应地玻璃化转变温度已经落在125℃与175℃之间。因此，冷却以保持温度低于玻璃化转变温度对该过程是重要的以便防止材料热降解到它们不再可使用的程度。
22.根据本发明的一个有利的改进方案，造粒通过压辊和模具进行。
23.该模具特别是冲压模具，通过该冲压模具材料被压辊压制并形成为线料。线料可以是连续线料，在该方法的后续步骤中其被刀具切割成所希望的粒料长度。
24.有利地，可以调整辊间隙宽度，优选在操作过程中，以便能够分别影响粒料密度或粒料质量。
25.根据本发明的一个有利的改进方案，模具由导热材料制成并且冷却随后通过模具进行。
26.这具有以下优势：在粒料和中间材料阶段的附近随后进行的冷却特别易于导致玻璃化，这特别需要进行冷却。
27.根据本发明的一个有利的改进方案，冷却随后通过流体冷却、优选水冷却，和/或通过固体物体冷却进行。
28.流体冷却由此被认为是特别合适的，因为它非常易于实施并且还将提供模具的良好冷却。
29.根据本发明的一个有利的改进方案，起始材料具有大约30kg/m3至大约80kg/m3的密度并且优选大约45kg/m3至大约65kg/m3的密度，其中粒料具有大约350kg/m3至大约650kg/m3的表观密度并且优选大约450kg/m3至大约550kg/m3的表观密度。
30.此时，通过已经描述过的压碎和存储实现的优势变得明显。粒料由此具有如此高
的密度使得其表观密度仅总计为起始材料的密度的大约十分之一。因此，这直接导致了储存所需空间的十分之一。
31.在当前以及还有以后的上下文中，术语“大约”是指不超过5％的偏差。
32.根据本发明的一种解决方案包括提出一种用于循环利用滤嘴起始材料或香烟滤嘴的方法，其中该材料由乙酸纤维素和纸构成或含有乙酸纤维素和纸，并且其中该方法包括以下步骤：相应地研磨该滤嘴起始材料或香烟滤嘴；将经研磨的材料进料到造粒机中；以及在该造粒机中对该材料进行造粒以便将该滤嘴起始材料/香烟滤嘴材料转化为粒料，其中这些转化的粒料比最初供应的起始材料具有更高的密度，并且其中在造粒过程中至少有滤嘴起始材料、粒料和/或中间材料阶段的间歇性冷却。
33.针对用于循环利用滤嘴拉丝起始材料的方法已经指出的优势在这里也适用。特别地，由于储存体积较小的粒料，成本构成明显降低。此外，由于气动输送特别地是可能的，所以粒料更易于运输。一般来说，术语“气动输送”应理解为通过气体(通常是空气)利用正压或负压来运输粒状材料。通过设计，输送通过管子或管道进行。通过流体通道(具有充气底部的方形管道)输送也很常见。根据本发明的粒料特别适合于气动的稀相、栓塞流和密相流输送。
34.然而，与上述方法相比，滤嘴起始材料和香烟滤嘴材料除了乙酸纤维素外还含有纸(及其它)。
35.在滤嘴起始材料的造粒之前，滤嘴起始材料的研磨在粉碎机中进行。当然，在这里还可以想到的是将用于研磨滤嘴起始材料的粉碎机整合到造粒机中。
36.由于在这里实际的造粒过程形成了生产过程的瓶颈，研磨过程(粉碎过程)可以作为后续造粒过程的计量手段。这从而有效地防止了粉碎阶段与造粒阶段之间的材料堵塞。
37.由于滤嘴起始材料和香烟滤嘴材料表现出极低的机械耐受性，所以可以将粉碎机设计成具有计量可以容易地发生的低功率设置。大约150kg/h的生产量是造粒操作/过程的真实实例生产量。
38.根据本发明的一个有利的改进方案，乙酸纤维素在滤嘴起始材料中的百分比是至少90％，其中纸和其他外来物质例如像烟草残留物在滤嘴起始材料/香烟滤嘴材料中的百分比总计为最多10％(减去水含量计算得到)。
39.根据本发明的一个有利的改进方案，滤嘴起始材料和/或香烟滤嘴材料展现出杂质和/或非乙酸纤维素组分，它们的百分比与纸的百分比一起总计不超过10％。
40.根据本发明的一个有利的改进方案，滤嘴起始材料至少部分地、优选全部地由在生产过程中积累的滤棒废料或用过的滤棒废料组成。
41.关于在此上下文中提到的滤嘴起始材料“百分比”，它们都是基于由滤嘴起始材料或相应地香烟滤嘴材料直接得到的重量百分比。
42.滤嘴起始材料或相应地香烟滤嘴材料有不同的组成。这里主要对在生产过程中积累的滤棒废料/废品和用过的滤棒废料进行了区分。
43.滤棒废料或相应地滤棒废品由乙酸纤维素和纸组成，其中乙酸纤维素处于至少90％、优选至少94％、特别优选97％的百分比。纸构成剩余部分，因此总计为最多10％。
44.由在生产过程中积累的废品/废料产生的以上提到的优势同样适用于这种起始材料，因为它的积累程度接近实际生产并且不被污染。特别地，这里的组成是准确已知且可控
的。因此，此种产品特别适合于进一步加工。
45.另一方面，用过的滤棒废料是已经在香烟中使用并被消费者抽吸的那种。因此，它是香烟的残余物，因此是烟蒂或烟头(＝抽吸过的香烟滤嘴)。在此种用过的滤棒废料中，预期纸含量高达大约30％。
46.很多时候，消费者只是将抽吸过的香烟滤嘴扔到街上，从而导致不美观且肮脏的城市景观。因此，此时希望将所提到的方法扩展到除了在生产过程中积累的滤棒废料外还包括用过的滤棒废料，以便循环利用此类抽吸过的香烟滤嘴。
47.根据本发明的一个有利的改进方案，在冷却过程中将滤嘴起始材料或相应地香烟滤嘴材料、粒料和/或中间材料阶段保持低于临界温度。
48.根据一个有利的改进方案，临界温度对应于乙酸纤维素玻璃化转变温度。
49.针对用于循环利用起始材料的方法已经指出的各个方面在这里同样被看出，使得材料的温度需要低于乙酸纤维素的玻璃化转变温度。
50.根据该方法的一个有利的改进方案，造粒通过压辊和模具进行。根据一个有利的改进方案，模具由导热材料制成并且冷却通过模具进行。
51.这进而具有以下优势：冷却能够就地进行；即在需要冷却的位置处。
52.根据本发明的一个有利的改进方案，冷却通过流体冷却、优选水冷却，和/或通过固体物体冷却进行。
53.在模具的情况下上述冷却特别易于使用且稳健实施。这是特别重要的，因为组分在造粒过程中暴露于高压。
54.根据本发明方法的一种有利的实现方式，造粒借助于冷却的环形模具进行，在该环形模具中形成了径向排列的打包通道，这些通道从环形模具的内表面延伸到环形模具的外表面，其中环具有通过其中心点的水平旋转轴线并被设计成在一个旋转方向上可由驱动单元驱动。环形模具限定了挤压室。还有利地提出在挤压室中布置工作挤压辊轮，用于将待造粒的材料挤压和压制到打包通道内。
55.根据本发明的一个有利的改进方案，滤嘴起始材料/香烟滤嘴材料具有大约30kg/m3至大约80kg/m3的密度并且优选大约45kg/m3至大约65kg/m3的密度，其中粒料具有大约350kg/m3至大约650kg/m3的表观密度并且优选大约450kg/m3至大约550kg/m3的表观密度。
56.由于粒料是呈粒状材料的形式并且也是这样储存的，因此在储存和运输方面决定性的粒料参数是表观密度而不是真实密度。
57.根据本发明的一个有利的改进方案，该方法进一步包括以下步骤：将这些粒料进料到挤出机中；将增塑剂供应到这些粒料中；将这些粒料和增塑剂共混；以及将挤出物挤出。
58.这里，由先前的过程获得的粒料在随后的生产阶段中被进一步加工。挤出机由此优选包括穿孔板，待加工的材料被连续输送到该穿孔板。
59.增塑剂的作用是使粒料松散使得它们能够被挤出。粒料和增塑剂的共混优选在挤出机内进行，从而形成热塑性材料。
60.根据本发明的一个有利的改进方案，挤出机被设计为螺杆挤出机、优选双螺杆挤出机。
61.因此，挤出机具有稳健和简单的结构，其非常适合于前面提到的挤出的预期目的。
62.根据一个有利的改进方案，增塑剂是三醋精并且优选以按重量计10％至35％、优选按重量计15％至25％、特别优选按重量计约25％的百分比添加到粒料中。
63.这意味着挤出物中增塑剂的百分比为按重量计10％至35％、优选按重量计15％至25％、特别优选按重量计大约25％。
64.三醋精也被称为三乙酸甘油酯，因此是甘油三醇和乙酸的酯。三醋精是典型的涂料和塑料的增塑剂。此外，它是乙酸纤维素的溶剂。
65.支持使用三醋精的另一个理由是，它被用作生产基于乙酸纤维素的香烟滤嘴的粘合剂。这意味着在滤嘴起始材料中可能已经存在少量的三醋精。
66.根据本发明的一个有利的改进方案，该方法进一步包括以下步骤：在水浴中对该挤出物进行造粒和/或切割以产生粒状物。
67.由于粒状物出现在能够被有效加工的有限颗粒尺寸的大块颗粒的中，粒状物的目的是能够将物质更好地加工为热塑性材料。特别地，粒状物可以在注射模制工艺中进一步加工为热塑性材料。
68.本发明的解决方案进一步包括给出通过先前的方法之一生产的粒料。
69.由于是粒状材料，因此这里使用复数“粒料”。当然，即使只是单个粒料也落入权利要求的保护范围内。关于粒料特别感兴趣的是由滤嘴起始材料制成的粒料，即除了乙酸纤维素外还含有纸的那些粒料。这特别是由于其具有与完全乙酸纤维素粒料不同(更好)的特性。此外，它们特别适合作为根据本发明的挤出物的起始材料。
70.事实上，另一种本发明的解决方案因此包括给出通过先前的方法之一生产的挤出物。
71.额外的纸含量使得粒料能够被挤出为更高质量的热塑性材料。乙酸纤维素纤维均匀地溶解在这种挤出物中并只与纸纤维内容物(即纸包装材料的纤维内容物)一起塑造。这种挤出物可以像其他热塑性材料那样被进一步加工。
72.根据本发明的另一种解决方案包括给出通过先前的方法之一生产的粒状物。
73.如前面指出的，这种由乙酸纤维素、三醋精和纸组成的粒状物比完全乙酸纤维素的粒状物表现出更好的材料特性。
74.例如，由本发明的具有按重量计25％的三醋精含量的挤出物或相应地粒状物生产的试样表现出以下特性：拉伸强度为52mpa，标准偏差为0.5％；断裂强度为50.6mpa，标准偏差为0.5％；屈服应变为3.9％，标准偏差为0.03％；断裂应变为5.9％，标准偏差为0.7；弹性模量为2.5gpa，标准偏差为0.01；以及夏比冲击强度为6.5kj/m2，标准偏差为0.7。
75.所有前面提到的值由此都是使用din en iso 527-1规范测量的。
76.总的来说，因此挤出物和粒状物比纯乙酸纤维素产品产生更好的值。
77.根据一个有利的改进方案，粒状物具有大约800至大约1100kg/m3、优选大约900至大约1000kg/m3、特别优选大约950kg/m3的密度。
78.粒状物的表观密度是大约500至600kg/m3。
79.一种本发明的解决方案进一步包括给出一种用于循环利用由乙酸纤维素组成或至少包含乙酸纤维素的起始材料的系统，其中该系统被设计为实施以下步骤：在造粒机中对起始材料进行造粒以便将起始材料转化为粒料，其中这些转化的粒料比最初供应的起始材料具有更高的密度，并且其中在造粒过程中至少有起始材料、粒料和/或中间材料阶段的
间歇性冷却。
80.可替代地，也可以添加增塑剂以便生产热塑性粒状物。
81.一种本发明的解决方案进一步包括给出一种用于循环利用由乙酸纤维素和纸组成或包含乙酸纤维素和纸的滤嘴起始材料的系统，其中该系统被设计为实施以下步骤：研磨该滤嘴起始材料；将滤嘴起始材料进料到造粒机中；以及在该造粒机中对该滤嘴起始材料进行造粒以便将该滤嘴起始材料转化为粒料，其中这些转化的粒料比最初供应的该滤嘴起始材料具有更高的密度，并且其中在造粒过程中至少有该滤嘴起始材料、这些粒料和/或中间材料阶段的间歇性冷却。
82.根据一个有利的改进方案，在冷却过程中将该滤嘴起始材料、这些粒料和/或这些中间材料阶段保持低于临界温度，其中该临界温度对应于乙酸纤维素玻璃化转变温度。
83.与上述方法和产品一样，前面提到的系统产生相同的优势。在这些方面指出的细节和特征当然也适用于这些系统。
84.这也适用于所提到的粒料、挤出物和粒状物产品。总的来说，所有关于方法提到的细节和特征也扩展到所描述的产品或相应地系统。