Способ получения волокнистого материала

008656 Область техники Изобретение относится к способу получения волокнистого материала согласно п.1 формулы изобретения. Предшествующий уровень техники В предыдущей заявке на патент DE 10326181 описано, что при производстве древесных плит, в особенности древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, часть древесной стружки или древесных волокон можно заменить размолотым или измельченным агломератом смешанных пластиков, полученным из отходов. Размеры частиц пластика, с одной стороны, и древесных волокон или древесной стружки, с другой стороны, должны быть примерно одинаковыми. Таким образом создается возможность полной утилизации смешанного пластикового материала. С помощью существующих в настоящее время систем для сбора пластиковых отходов, например бытовых упаковочных материалов, стаканчиков для йогурта, защитных упаковок, пакетов для покупок,бутылок для моющих средств, тюбиков для зубной пасты и т.п., получают, в основном, смешанные пластики. Кроме обычных пленок и пластиков на основе полиэтилена низкой плотности (LDPE), полиэтилена высокой плотности (HDPE) или полипропилена (РР), они часто содержат остатки полиамидных, поликарбонатных, полиэтилентерефталатных (ПЭТ) или других пластиковых пленок. Количественное соотношение содержания различных пластиков, которые предприятия, занимающиеся сбором отходов, передают на перерабатывающие и сортировочные предприятия, зависит, среди прочего, от поведения населения при сборе отходов и его сознательного отношения к качеству. Несмотря на прогрессивные способы сортировки, не удается добиться полного разделения различных сортов пластиков. Разделение на чистые сорта LDPE-пленок и HDPE-пленок удается провести примерно на 95%. Кроме того, существуют также системы для сбора исключительно LDPE- и HDPE-пластиков, с помощью которых собирают преимущественно пластиковые пленки, которые изготовлены с помощью листовального каландра. Фракции пленок или бутылок из систем сбора отходов после факультативной очистки и предварительной сортировки измельчают до хлопьев или стружки. Для обеспечения достаточной для транспортировки насыпной плотности из хлопьев или стружки в так называемом агломерационном процессе получают гранулированный материал. Гранулированный материал в зависимости от чистоты и способа сортировки либо является очень однородным (при высокой степени чистоты сортов пластиков), либо он имеет очень неоднородную структуру как по внешнему виду, так и по консистенции и геометрии агломерата (высокая степень смешивания самых разнообразных сортов пластиков из различных источников,например смешанные пластики из систем для сбора бытовых отходов). При обработке, т.е. при вышеупомянутой агломерации, хлопья или стружка так сильно нагреваются в мешалке за счет трения, что начинают плавиться. Благодаря проводимому через определенные интервалы опрыскиванию разогретого агломерата холодной водой часть органических компонентов удаляется с водяным паром. Одновременно начавшие плавиться куски пленки охлаждаются и агломерируют с образованием сыпучих материалов типа гранулята. Агломерат обладает относительно высокой насыпной плотностью и очень удобен для транспортировки. Способы агломерации описаны, например, в AT 343445 или DE 19801286 С 1. Для получения материалов, аналогичных обычным древесным плитам, при замещении древесных стружек или древесных волокон пластиком необходимо добиться того, чтобы частицы пластика по геометрической форме и размерам были сходными с замещаемыми частицами дерева, входящими в состав стружечных или волокнистых плит. В случае волокнистых плит преобладающей должна быть доля волокон, а в случае стружечных плит - доля стружки. Агломерат, полученный стандартным способом, содержит гранулы различных форм и размеров,поэтому он непригоден в качестве сырья для производства древесных плит, так как при смешивании изза различного размера фракций происходит сильное расслоение смеси. Поверхность плит, изготовленных с использованием обеих этих фракций, из-за локальных скоплений агломерата выглядит неровной, и становится очевидным недостаточное перемешивание обеих фракций. Кроме того, из-за недостаточного перемешивания не обеспечивается образование сплошной структуры типа пластик-пластик или пластик-дерево с гомогенной микроструктурой. Также невозможно обеспечить желаемые механические свойства, например прочность при поперечном растяжении, прочность на изгиб, а также желаемые свойства в условиях повышенной влажности, такие как набухаемость и поглощение воды. Как уже указано в предыдущей патентной заявке, по этим причинам используют измельченный агломерат, а для измельчения можно применить разнообразные технологии размалывания. Производителю древесных плит, который хочет использовать молотый пластиковый агломерат, остается лишь купить измельченный пластиковый агломерат у третьей стороны, либо инвестировать средства в дорогостоящее дробильное оборудование. Аналогичная проблема возникает у производителей, которые изготавливают изделия из других волокнистых материалов, например из растительных волокон, таких как волокна льна или конопли, а также из стекловолокна или углеродсодержащих волокон. Если эти волокна необходимо смешать с волокнами из повторно используемого пластика для производства соответствующих волокнистых материалов, пластиковый агломерат либо должен размалывать сам производитель, что требует подходящего дробильного оборудования, либо его следует покупать у третьей стороны, что также требует относительно высоких-1 008656 расходов. Из US 5154361 А известен способ измельчения пластиковых материалов, при котором суспензию частиц пластика в воде пропускают через дисковую мельницу вместе с агентом, снижающим пенообразование. В одном из примеров суспензия содержит 3% твердых частиц. К суспензии также могут быть добавлены целлюлозные волокна. Из ЕР 0588023 А известен способ получения изделий из композиционных материалов, где в качестве исходных материалов используют покрытые пластиком композиционные материалы, предпочтительно бумагу или картон. Эти композиционные материалы измельчают с получением частиц, полученную массу нагревают, по меньшей мере, до температуры плавления пластиков, входящих в состав композиционных материалов, которые затем склеивают между собой при повышенном давлении. Из DE 10128549 известен способ получения формованных изделий из натуральных волокон или стружки путем добавления полимеров в качестве связующего. Эти формованные изделия получают посредством экструзии. Раскрытие изобретения В основе настоящего изобретения лежит задача разработать способ получения волокнистого материала для изготовления формованных изделий, в котором были бы значительно снижены расходы на использование фибриллированного или размолотого восстановленного пластика. Эта задача решена средствами, изложенными в п.1 формулы изобретения. Согласно настоящему изобретению к массе частиц или волокон первой группы примешивают порцию частиц и/или волокон пластика, размеры которых примерно соответствуют размерам частиц или волокон первой группы, причем частицы и/или волокна пластика получают посредством измельчения и/или разделения на волокна агломератов чистых и/или смешанных пластиков в дисковой мельнице. При этом в ходе операции измельчения в дисковую мельницу можно добавлять воду или другую жидкость в качестве смазывающего средства. Дисковые мельницы являются стандартными устройствами, которые находят широкое применение в промышленности, производящей древесные материалы, для разделения на волокна крупных частиц дерева или щепы, образующейся при рубке древесины (см. Holz-Lexikon, 3.Auflage, Band 2, Seiten 580-584). Размер измельченных частиц пластика регулируют посредством изменения расстояния между дисками. В случае крупных гранул агломерата при необходимости производят их ступенчатое измельчение за счет ступенчатого уменьшения расстояния между дисками в дисковой мельнице. При измельчении пластика в дисковой мельнице с целью охлаждения добавляют воду. За счет этого предотвращаются плавление пластика в ходе процесса измельчения и прилипание его к поверхностям дисков. Кроме того, вода действует как смазывающий материал и как средство, улучшающее скольжение между дисками мельницы. Листовые материалы преимущественно имеют линейную ориентацию молекул, которая обусловлена процессами растяжения или удлинения при их производстве, например в случае полиэтиленовой или полипропиленовой пленок. Вследствие этого агломераты из таких исходных пластиков обычно склонны к преимущественному разделению в одном направлении, а именно по исходному преимущественному направлению молекул. Это свойство используется в процессе измельчения агломератов чистых пластиков в дисковой мельнице, и за счет радиальной бороздчатой структуры дисков мельницы оно обеспечивает преимущественно удлиненную, напоминающую волокна форму измельченного агломерата чистого легкоплавкого пластика. За счет изменения расстояния между дисками в дисковой мельнице удается получить относительно точно определенный размер волокон. При этом можно обеспечить соответствие размера волокон пластикового агломерата размеру древесных волокон, чтобы в процессе дальнейшего производства добиться гомогенной микроструктуры. С использованием способа согласно настоящему изобретению можно измельчить также агломераты смешанных пластиков. При этом частицы смешанных пластиков в ходе переработки в дисковой мельнице частично измельчаются до частиц, а частично - до волокон заданного размера. Доля частиц, с одной стороны, и волокон, с другой стороны, естественно, варьирует в зависимости от состава агломерата смешанного пластика. Чем выше содержание в агломерате пластиковых пленок, тем больше также доля пластиковых волокон, образующихся в результате процесса измельчения. Поэтому производитель древесных материалов или формованных деталей из древесных материалов, таких как плиты или другие предметы, может с помощью уже имеющегося у него машинного оборудования самостоятельно переработать вторично используемый пластик в форме агломерата так, чтобы получить желаемый материал-заменитель для производства формованных изделий. Процент утилизации агломерированных вторично используемых пластиков в настоящее время еще относительно низок, так как до сих пор еще почти не существует рациональных их применений. Причиной этого является то, что смешанные пластики обычно содержат вещества, которые вообще не плавятся. Даже при высоких температурах часто образуется только вязкотекучая масса, которая и при продолжении нагрева не становится жидкотекучей. С другой стороны, смешанные пластики содержат сорта, которые плавятся уже при температурах от 105 до 115 С. Если эта температура плавления превышена, такие пластики разлагаются до углерода с выделением диоксида углерода и воды.-2 008656 Способ согласно настоящему изобретению не ограничен применением в области древесных материалов, но в равной степени может быть использован с другими сырьевыми волокнистыми материалами,полученными, например, из льна, конопли, стекла или углеродсодержащих материалов. Условием осуществления способа согласно настоящему изобретению является дисковая мельница,с помощью которой может быть получен волокнистый пластиковый материал точно установленного гранулометрического состава без использования дополнительного измельчающего оборудования, например,при производстве древесных плит с добавлением пластика или других формованных изделий из волокнистых материалов с добавлением пластика. Согласно одному из воплощений изобретения предпочтительным является то, что частицы или волокна пластика, поступающие из дисковой мельницы, дополнительно просушивают. Сушку можно осуществить в стандартных промышленных сушилках, которые также используются в установках для производства древесных материалов. Может быть полезным измельчать или разделять на волокна в дисковой мельнице только агломерат пластика. Также можно допустить возможность измельчения смеси из более крупных частиц дерева (щепа) и пластикового агломерата в дисковой мельнице в ходе одной операции. Таким образом будет получен примерно одинаковый размер частиц как дерева, так и пластика. Кроме того, будет обеспечено хорошее перемешивание пластика с частицами дерева. Осуществление изобретения Ниже приведено несколько примеров осуществления способа изготовления различных волокнистых материалов согласно изобретению. Пример 1. Разделение на волокна чистых пластиков в дисковой мельнице. Сырьевой пластиковый материал: агломерат чистого легкоплавкого пластика из отходов пленок,размер гранул 10 мм. Охлаждающая среда и смазывающее средство: вода, температура 10 С, 300% от количества пластикового агломерата. Пример 2. Измельчение агломератов смешанного пластика и частиц дерева в дисковой мельнице. Древесный сырьевой материал: частицы дерева, в форме стружек, длиной до 10 мм, влажность древесины примерно 6%. Пластиковый сырьевой материал: смешанный пластиковый агломерат, размер гранул 10 мм. Охлаждающая среда и смазывающее средство: вода, температура 10 С, 300% от количества частиц дерева и пластикового агломерата. Несмотря на предварительную обработку, агломерат может еще содержать органические загрязнения, например остатки йогурта. Поэтому необходимо разработать способ, посредством которого можно получать из пластика волокна с достаточно высокой степенью чистоты. Перед началом процесса измельчения, по меньшей мере, фракцию агломерата кипятят и удаляют прилипшие загрязнения. Кипячение осуществляют в бойлере с горячим паром при температуре от 100 до 180 С и, предпочтительно, при избыточном давлении от 1 до 4 бар, при этом время кипячения согласно одной из форм осуществления изобретения может составлять от 3 до 10 мин. Благодаря влажной и горячей атмосфере в бойлерах органические загрязнения, еще удерживающиеся на агломерате, отделяются и удаляются со сточной водой после процесса кипячения. Сточную воду можно очистить в биологической очистной установке, затем выпарить и сжечь остаток или подать в виде пара прямо в сжигающую установку. После кипячения очищенный агломерат или, например, смесь древесной щепы и агломерата с помощью загрузочного шнека подают в дисковую мельницу. Доля агломерата колеблется в пределах 0-95% от общей массы, причем остальную часть предпочтительно составляет древесная щепа или стружка. Как уже упоминалось, чистый агломерат также может быть добавлен в бойлер и/или дисковую мельницу. Посредством вышеупомянутой обработки кипячением обеспечивается стерилизация агломерата. Например, разрушенные в процессе получения агломерата углеводные и белковые соединения в ходе процесса кипячения удаляются и разрушаются. Измельченный в дисковой мельнице материал высушивают до желаемой конечной влажности. Согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения влажный материал сушат с помощью непрерывно циркулирующего и находящегося под избыточным внутренним давлением потока горячего пара, для чего может применяться уже известная сушилка для волокнистых материалов с горячим паром при температуре, равной примерно 180 С. Во время пребывания в сушилке (сушильной трубе) волокна,измельченные в дисковой мельнице, просушиваются до желаемой конечной влажности. Поток рециркулирующего горячего пара возвращается обратно, предпочтительно, после дополнительного его нагрева с использованием теплообменника. За счет рециркуляции горячего пара очень мелкие частицы (пыль) снова возвращаются в сушилку. В дисковой мельнице из агломерата может быть получено до 20% мелких частиц, которые частично могут быть вынесены потоком горячего пара. Если мелкие частицы возвраща-3 008656 ются в цикл, происходит улучшение качества волокнистого материала, так как мелкие частицы агломерата связываются с древесными волокнами. Это ведет к гидрофобизации древесных волокон и к склеиванию древесных волокон мелкими частицами агломерата. За счет этого при сушке мелкие частицы агломерата не теряются, а используются и, как уже было упомянуто, это ведет к повышению качества смеси волокон, поскольку удается сохранить клеящую часть агломерата. Кроме того, исключается необходимость ликвидации мелких частиц как отходов. Если не применять вышеописанный способ, будет происходить разделение смеси на волокна и мелкие частицы. Из-за различного размера частиц мелкие частицы молотого агломерата удалялись бы из пучков волокон. В зависимости от состава используемого агломерата в результате вышеописанного процесса измельчения образуется смесь из фибриллированного агломерата и размолотого агломерата. Содержащиеся в агломерате частицы, образующиеся, например, из листов полиэтилена низкой плотности с продольно ориентированными макромолекулами, в процессе обработки в дисковой мельнице дают, из-за своего строения, волокнистый материал. Если в дисковой мельнице измельчают, например, агломераты чистой пленки, состоящие исключительно из частиц полиэтилена, преимущественно образуется волокнистый материал. Гранулы агломерата, состоящие из поперечно сшитых пластиков, например HDPE, РР или PET, в дисковой мельнице измельчаются до мелкозернистого продукта. Если слишком высокое содержание мелкозернистого продукта нежелательно для процесса производства формованных изделий, например древесных плит, то его можно отделить посредством просеивания, например посредством воздушной сепарации. Кроме того, образование в процессе переработки с помощью дисковой мельницы смеси волокон и мелкозернистого материала имеет следующие причины: если частицы агломерата размельчаются ребрами дисков дисковой мельницы параллельно направлению растяжения исходного пластика, из агломерата образуются волокна. Если частицы агломерата размельчаются ребрами дисков дисковой мельницы перпендикулярно направлению растяжения исходного пластика, образуется мелкозернистый материал. Если древесную щепу и агломерат разделяют на волокна в стандартном процессе обработки с помощью дисковой мельницы, на основании последнего описанного способа из полученного волокнистого материала можно производить древесные формованные изделия, например плиты, без добавления дополнительного связующего вещества на стандартных промышленных установках для производства древесных изделий периодического или непрерывного действия. Полученный способом согласно настоящему изобретению волокнистый материал можно использовать также для производства изоляционных плит, содержащих древесные волокна, способом аэродинамической укладки, используемым для производства нетканых или волокнистых материалов, при этом можно отказаться от добавления так называемых армированных волокон - так называемых BiCo-волокон(двухкомпонентных волокон, например полипропиленовых волокон с легкоплавкой оболочкой и более тугоплавкой сердцевиной) - в качестве связующего средства. Не нужно добавлять и других связующих средств. Способы с использованием аэродинамического получения нетканого материала описаны, например, в AT 207674. Способ получения изоляционных плит с добавлением волокон связующего материала, включающий в себя использование аэродинамического способа получения нетканого материала и прогревание нетканого волокнистого материала в прямоточной печи, известен из DE 10056829 А 1. Благодаря использованию прокипяченного и измельченного агломерата вместо армированных волокон можно производить изоляционные плиты с объемной плотностью в диапазоне 60-300 кг/м 3 с минимальными затратами без добавления дополнительного связующего средства. Если для производства изоляционных материалов используют высокочистые волокна агломерата, получают упругие изоляционные плиты с высокими значениями возвращающих сил благодаря множеству точек соединения волокон агломерата с древесными волокнами. Доля волокон агломерата в пересчете на массу использованных древесных волокон при влажности древесины u=7% может составлять 5-80%. Параметры процесса изготовления различных видов изоляционных материалов с использованием волокон агломерата более подробно описаны в примерах 4 и 5. В примере 6 описаны параметры процесса изготовления древесных плит с большей плотностью с использованием прокипяченного и измельченного агломерата. Пример 3. Параметры кипячения Температура: 175 С Избыточное давление: 4 бара Время кипячения: 5 мин Пример 4. Изоляционный материал с объемной плотностью в диапазоне 60-120 кг/м 3 Целевая объемная плотность: 100 кг/м 3 Толщина: 100 мм Доля волокон агломерата равна 60% в пересчете на массу древесных волокон при 7% влажности древесины Температура в прямоточной печи для активации частиц термопластичного агломерата: 175 С Скорость конвейерной ленты в прямоточной печи: 0,5 м/мин Насыпная плотность: примерно 10 кг/м 2-4 008656 Пример 5. Изоляционный материал с объемной плотностью в диапазоне 150-300 кг/м 3 Целевая объемная плотность: 250 кг/м 3 Толщина: 5 мм Доля волокон агломерата равна 40% в пересчете на массу древесных волокон при 7% влажности древесины Температура в прямоточной печи для активации частиц термопластичного агломерата: 175 С Скорость конвейерной ленты в прямоточной печи: 0,5 м/мин Насыпная плотность: примерно 1,25 кг/м 2 Пример 6. Стружечная плита Целевая объемная плотность: примерно 650 кг/м 3 Толщина: 13 мм Доля волокон агломерата равна 30% в пересчете на массу древесных волокон при 7% влажности древесины Температура поверхностей прессования в многоэтажном прессе равна примерно 240 С при показателе времени прессования, равном 15 с/мм, и начальном давлении, равном 6 бар, выдерживаемом в течение примерно 80 с, затем производится снижение давления до 3,5 бар и поддержание его в течение примерно 40 с, далее давление снижают до примерно 1,5 бар и поддерживают его в течение 70 с, затем производят сброс давления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения волокнистого материала для изготовления формованных изделий, в котором к первой группе волокон и/или частиц примешивают порцию частиц и/или волокон пластика, к волокнистому материалу добавляют связующее вещество и затем прессуют его с получением формованного изделия при нагревании, причем частицы и/или волокна пластика получают посредством измельчения и/или разделения на волокна агломератов чистых или смешанных пластиков в дисковой мельнице, а в дисковую мельницу во время процесса измельчения добавляют воду, отличающийся тем, что агломерат чистого или смешанного пластика измельчают в дисковой мельнице, а размеры частиц и/или волокон пластика примерно соответствуют размерам частиц или волокон первой группы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в дисковой мельнице разделяют на волокна только чистые пластики. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что частицы и/или волокна пластика после измельчения подвергают сушке. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первую группу волокон получают посредством разделения на волокна льна, конопли, стекла или углеродсодержащих материалов. 5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первую группу частиц или волокон получают посредством измельчения или разделения на волокна древесины. 6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что агломерат чистого пластика и/или смешанного пластика измельчают в дисковой мельнице совместно с частицами дерева с получением частиц и/или волокон. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в дисковой мельнице осуществляют хорошее перемешивание частиц пластика и/или частиц дерева и/или волокон пластика и волокон дерева. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что температура подаваемой воды не превышает 50 С. 9. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что воду подают в дисковую мельницу с влажными частицами дерева. 10. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в дисковую мельницу подают воду в газообразном состоянии. 11. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что максимальный размер гранул пластикового агломерата составляет 40 мм. 12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что измельченный и/или фибриллированный материал подают в дисковую мельницу посредством загрузочного шнека. 13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что по меньшей мере часть агломерата перед измельчением в дисковой мельнице кипятят и удаляют прилипшие загрязнения. 14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что кипячение осуществляют при температуре от 100 до 180 С при избыточном давлении от 1 до 4 бар. 15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что время кипячения составляет от 3 до 10 мин. 16. Способ по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что частицы и/или волокна после измельчения просушивают до желаемой влажности в потоке горячего пара, а горячий пар по замкнутому контуру возвращают в материал, подлежащий сушке. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что поток горячего пара подогревают перед возвращением его в материал, подлежащий сушке.-5 008656 18. Способ по любому из пп.4-15, отличающийся тем, что агломерат из смешанных пластиков и/или из чистого пластика измельчают в дисковой мельнице совместно с частицами дерева до мелких частиц и/или волокон, а измельченный материал высушивают горячим паром в замкнутом контуре. 19. Способ по любому из пп.1-18, отличающийся тем, что материал, который необходимо измельчить и/или разделить на волокна, подают в дисковую мельницу посредством загрузочного шнека. 20. Применение способа по пп.1-19 для изготовления изделий из древесных материалов, в частности для изготовления древесно-волокнистых плит, при котором древесную стружку или древесные волокна частично заменяют частицами и/или волокнами пластика, полученными из размолотых агломератов вторично используемых пластиков. 21. Применение способа по пп.1-19 для изготовления изоляционных плит, содержащих древесные волокна.