(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造に使用される、高密度のリグノセルロース繊維の凝集塊の製造方法であって、
ａ）バルク密度が０．４から１．２ｇ／ｃｍ３であるリグノセルロース繊維の高密度な塊体を入手するステップと、
ｂ）前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体をサイズ縮小装置に供給するステップと、
ｃ）前記サイズ縮小装置を使用して前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体のサイズを縮小して、リグノセルロース繊維の凝集塊を製造するステップと、を備えており、
前記リグノセルロース繊維の凝集塊は、０．１から１．５ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有していることを特徴とする方法。
【請求項２】
製造された前記リグノセルロース繊維の凝集塊の個別の密度は、前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体のバルク密度とほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
少なくとも１体のロータを含んだサイズ縮小装置が使用されることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体が、前記少なくとも１体のロータと接触することで、前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体の表面から高密度の前記リグノセルロース繊維の凝集塊が製造されることを特徴とする請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
１から１００ＲＰＭの速度で前記少なくとも１体のロータを回転させることを特徴とする請求項３又は４記載の製造方法。
【請求項６】
０．５から７．６ｃｍの平均幅を有した前記リグノセルロース繊維の凝集塊を製造することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体は、０から２０％の湿気含有量を含有していることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
サイズ縮小装置として、少なくとも１体のロータを備えたシュレッダを利用することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項９】
サイズ縮小装置として、少なくとも１体のロータとスクリーンとを備えたシュレッダを利用することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項１０】
前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体は、クラフトパルプであることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項１１】
前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体は、農産物繊維パルプであることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項１２】
前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体は、高密度なベール形態であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項１３】
リサイクル可能で、成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造方法であって、
ａ）バルク密度が０．４から１．２ｇ／ｃｍ３であるリグノセルロース繊維の高密度な塊体を入手するステップと、
ｂ）前記高密度な塊体をサイズ縮小装置に供給するステップと、
ｃ）前記サイズ縮小装置を使用して前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体からリグノセルロース繊維の凝集塊を製造するステップと、
ｄ）所定の流量にて前記リグノセルロース繊維の凝集塊を、複合物製造装置に供給するステップと、
を備えており、
前記サイズ縮小装置が製造するリグノセルロース繊維の凝集塊は、０．１から１．５ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有していることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記複合物製造装置が、押出成型装置、複合成型装置、バッチ混合装置、射出成型装置、または直列複合・射出成型装置のいずれかであることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１５】
前記リグノセルロース繊維の凝集塊を前記複合物製造装置に供給するために回転スクリュー装置を利用することを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１６】
重量減少スクリューフィーダを利用して製造装置に前記リグノセルロース繊維の凝集塊を供給することを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１７】
前記重量減少スクリューフィーダが少なくとも１体のスパイラルスクリューを備えていることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
【請求項１８】
前記重量減少スクリューフィーダが撹拌機構を備えていることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
【請求項１９】
前記リグノセルロース繊維の高密度な塊体は高密度ベール形態であることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般的に本発明はリグノセルロース／熱可塑物質複合物材料の分野に関する。特に本発明は、高密度リグノセルロースパルプを処理し、計測し、熱可塑物質複合物製造プロセスに供給する分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
リグノセルロース／熱可塑物質複合物は、熱可塑性ポリマーをリグノセルロース物質と組み合わせた物質であり、補強物質または充填物質として利用される。このような複合物の長所はカナダ国特許願２５２７３２５（セイン他）のごとき従来技術文献において紹介されている。
【０００３】
熱可塑性複合充填物または補強物として利用できるリグノセルロース物質には数多くの供給源が存在する。そのような供給源には木材系および非木材系の材料が含まれる。非木材系材料には、麻、亜麻、小麦およびサイザル麻のごとき農作物から採取される靭皮繊維および葉繊維が含まれる。
【０００４】
供給源の種類によって、そのようなリグノセルロース物質を供給する種々な機械的あるいは化学的処理形態も存在する。そのような形態には、木粉および鋸屑、粉砕繊維あるいは粉砕繊維束、連続練紡、織マットおよび不織マット並びにパルプ等の粉末または粒体が含まれる。
【０００５】
一般的にパルプ繊維は化学的及び／又は機械的にパルプ化処理されているリグノセルロース物質の製品である。クラフトパルプ化およびメカニカルパルプ化を含んだこのようなパルプ化処理はパルプ・製紙産業界ではよく知られている。リグノセルロースパルプは農作物繊維源からでも製造できるが、飛び抜けて多いパルプ供給源は、製紙、厚紙および湿気吸収製品で使用される木材である。
【０００６】
ほとんどのリグノセルロースパルプは高密度化され、ベール状に梱包される。このベール形態は、このような原料の安価な保存および運搬を可能にする、特に商業的に入手可能な木材パルプのベールは、熱可塑物質複合物の利用形態で使用されるリグノセルロース繊維の大量で比較的に安定した供給を可能にする。
【０００７】
リグノセルロース物質を熱可塑物質と組み合わせるのに利用される多数の従来方法が存在する。それらの大部分がプラスチックプロセス（処理）業界の専門家には知られている。このようなプロセスには、押出成型、複合／合成処理、圧縮成型、射出成型およびそれらの組み合わせ、またはそれらの変形が含まれる。
【０００８】
今日まで、ほとんどの従来および商業利用可能なリグノセルロース／熱可塑物質複合物は、木粉のごとき粉末形態で供給されるリグノセルロース物質を使用する。粉末は繊維物質よりも流動性が高いため、そのような製造プロセスへの供給の困難性は低減される。その他の従来リグノセルロース／熱可塑物質複合物の主要なカテゴリには圧縮成型品が含まれる。しかしこの場合、典型的には繊維はオープン型枠に投入され、種々な形状のマット形態で供給されるため、供給問題は小さくなる。
【０００９】
押出機のごときプラスチック成型または混合機に繊維材料を供給することは、熱可塑物質複合物業界ではよく知られた技術的挑戦である。もし材料のバルク密度が低すぎれば、あるいは繊維長が長すぎれば、“ブリッジング現象”が発生する。この“ブリッジング現象”とは、材料が流動せず、押出機の供給スロート（狭部）等におけるプロセス中継部に目詰まりを発生させる現象である。
【００１０】
ガラス繊維とリグノセルロース繊維の両方により補強される熱可塑物質の分野では、材料供給とブリッジング現象に関わる諸問題を解決するために数多くの方法が利用されてきた。繊維材料を供給する技術に関する多くの問題は、機械的性能を含んだ他の技術条件にも関連する。
【００１１】
機械的特性を最大限に高めるため、熱可塑物質複合体の利用において繊維長の増加がしばしば所望される。しかしながら、繊維材料の流動性は繊維長の増加によって減少する。この問題に対処する１つの解決策はプロセスの性格を変更し、糸形態または連続練紡形態で繊維材料を提供することである。この場合、練紡は“引抜成型”され、その後に切断されて押出機により混合される。このようなプロセスの弱点は練紡または糸の製造が原料コストを押し上げることである。
【００１２】
米国特許６７４３５０７（２００４年）においてバーロー他は、材料供給の容易化のために水溶性バインダを使用して、リグノセルロースパルプをまず高密度ペレットに変換するプロセスを解説する。そのためには、シート状の繊維をまず別々の束に分割し、バインダによってペレット状にしなければならない。これら両ステップの追加とバインダの使用はプロセスのコストを押し上げる。その発明の別な実施態様は、シート形成に先立ってパルプを捕獲して製粉機によりペレット状にする。この実施態様では商業的に入手できる市場パルプが利用できない。
【００１３】
米国特許６８１１８７９においてデズッタ他は、大量のフレーク状パルプが導管および他の密閉容器内で流動性が高いという事実に基づいて、セメント質製品に加えるときに特定量にて計測できる特定サイズ、特定密度および特定湿気分散性を有した新形態のフレーク状パルプを開示する。デズッタ他は米国特許６８３７４５２において個別パルプフレークを製造するために液体パルプストックを脱水するプロセスをさらに開示する。このようなフレーク状パルプは梱包のためにベール機に送られる。
【００１４】
デズッタおよびハンセンは米国特許７２０１８２５および７３０６８４６において、流動性があって計測可能なセルロース材料の分離粒体製造プロセスを開示している。このような粒体には高密度化された個別セルロース繊維が含まれる。
【００１５】
繊維材料の流動性を向上させるために加工補助剤を加えることができる。カブキン他は米国特許６８８３３９９（２００４年）において、流動性を高めるために亜麻靭皮繊維と結束繊維の混合物を利用する。シマダ他は米国特許５０８７５１８（１９９２年）において、ガラスフレークおよび繊維を混合し、熱可塑性樹脂に混入された自由流動補強物質を提供する。
【００１６】
利用できるリグノセルロース材料の様々な供給源および利用形態、並びに繊維材料の現在の供給技術にも拘わらず、様々な熱可塑物質複合物製造プロセスに高密度リグノセルロースパルプを供給するためのプロセスの需要が存在する。このようなプロセスは、供給に困難が伴わず、そのような複合物製造プロセスの特定条件を満たし、供給量の正確な制御が可能でなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は前述の条件を満たし、ブリッジング現象を伴わずに複合物製造プロセスにリグノセルロースパルプを送り込むことができる。本発明は従来の市場パルプの使用を可能にし、スケール調整が容易であり、連続形態またはバッチ形態にて、リグノセルロースパルプをあらゆる熱可塑物質複合物製造プロセスに直接的に組み込ませる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
１実施態様によれば、本発明は、高性能であって、リサイクル可能で成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造に利用される高密度リグノセルロース繊維凝集塊、または高性能であって、リサイクル可能で成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物で成る物品の製造方法に関する。この方法は、高密度形態のリグノセルロース繊維をサイズ縮小装置に供給するステップと、その高密度形態のリグノセルロース繊維のサイズを減少させて、高性能であって、リサイクル可能で成型可能であるリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造において利用するのに適した平均サイズを有した高密度リグノセルロース繊維凝集塊、または高性能であって、リサイクル可能で成型可能であるリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物で成る物品を製造するステップとを含む。
【００１９】
別の実施態様によれば、本発明は高性能であって、リサイクル可能で成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造に利用される高密度リグノセルロース繊維凝集塊、または高性能であって、リサイクル可能で成型可能なリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物で成る物品を製造するシステムに関する。このシステムは、高密度形態のリグノセルロース繊維のサイズを縮小させ、高性能であって、リサイクル可能で成型可能であるリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物の製造において利用するのに適した平均サイズを有した高密度リグノセルロース繊維凝集塊、または高性能であって、リサイクル可能で成型可能であるリグノセルロース繊維と熱可塑物質の複合物で成る物品を製造するサイズ縮小装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下において、添付の図面を利用した本発明の好適実施例の詳細な説明が提供されている。
【図１】図１は、本発明の１実施例のブロック図である。
【図２】図２は、典型的なブリーチクラフトパルプベールを図示する。
【図３】図３は、典型的なフラッシュ乾燥高収率パルプベールを図示する。
【図４】図４は、垂直供給装置を備えた例示的な低速高トルクシステムを図示する。
【図５】図５は、水平供給装置を備えた例示的な低速高トルクシステムを図示する。
【図６】図６は、管内のスクリューの断面図である。
【図７】図７は、ロータ撹拌器を備えた例示的な重量減少スクリュー供給システムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面において、本発明の１実施例が例示的に図示されている。本文の説明および図面は本発明の説明のみを目的として提供されており、本発明の限定は意図されていない。
【００２２】
本発明は、例えば高密度ベールであるリグノセルロース繊維の高密度塊体から高密度繊維凝集塊を製造する方法およびシステムに関する。専門家であれば承知するであろうが、本発明はベールパルプ形態以外のリグノセルロース繊維の高密度形態を利用することができる。ここで使用される“ベール”とは、形状、寸法、あるいはベールの形成方法には関係なく、高密度化された塊体のことである。高密度繊維凝集塊は高密度繊維凝集塊製造装置によって製造される。パルプ凝集塊はリグノセルロース繊維の穏やかなサイズ縮小により製造される。このサイズ縮小は大きな“脱繊維化”あるいはパルプ密度低下を介さずに行われる。また高密度繊維凝集塊製造装置は、個々の繊維に対するせん断作用を最小限度に止めて繊維凝集塊を取り除き、繊維長を保存するように設計されている。
【００２３】
本発明の高密度繊維は熱可塑物質複合物製造プロセスに供給するための特殊な特性を提供するように製造できる。その際、例えば、重量減少供給システムが利用される。その特性は、（ａ）比較的に狭い粒体サイズ分布を提供し、（ｂ）複合物製造時に供給および中継部において減少された“ブリッジング現象”を示す。このような特性は、サイズ縮小ステップおよび熱可塑物質複合物製造プロセスの進行に続いてプロセスに原料供給するのに便利である（介入プロセス）。
【００２４】
本発明の別な実施態様によれば、繊維密度は介入プロセス時に実質的に維持される。従って、本発明の方法とシステムによって製造された高密度繊維は、複合物製造プロセスに先立って、システムおよびプロセスを通じて保存、運搬あるいは供給される。リグノセルロース繊維の密度はこれら方法とプロセスを通じて維持され、高密度繊維凝集塊は、元々供給された高密度形態のリグノセルロース繊維の密度とほぼ等しいか実質的に等しい個別粒体密度を有する。
【００２５】
本発明の１実施態様は、リグノセルロース繊維から高密度化リグノセルロース繊維凝集塊を製造する方法に関する。この方法は、リグノセルロース繊維の高密度塊体を形成するプロセスによってリグノセルロース繊維の高密度塊体を入手するステップを含む。本発明の別実施態様は、高密度ベール形態で得られたリグノセルロース繊維から高密度リグノセルロース繊維凝集塊を製造する方法に関する。
【００２６】
熱可塑物質複合物におけるベール形態のリグノセルロースの使用は、製紙業者および水分吸収剤製品製造業者で活用される産業での従来にはない利用形態である。複合物で利用するためのベール形態リグノセルロースパルプを使用するときに対処しなければならない２つの重要な問題は、従来の熱可塑物質複合物製造プロセスに供給可能な適した形態にパルプベールを変換し、正確な量のそのようなパルプを製造プロセスへ供給することである。この方法の全体像は図１に関して解説されている。
【００２７】
製紙はパルプベールの主要な利用先であるため、ベール全体が水タンク内または水パルプ容器内に投入されるので、典型的には乾燥プロセスの必要がない。一方、熱可塑物質複合物製造プロセスは低湿度パルプを必要とする。よって、複合物製造のためにベールを分解または溶解させる水の使用の利点は失われている。
【００２８】
水分吸収剤製品においては、典型的にはパルプベールは乾燥処理される。違いは低バルク密度の“脱繊維化”形態のパルプが必要なことである。これは熱可塑物質複合物の利用では供給中にブリッジング現象を起こすであろう。
【００２９】
本発明の目的に照らして、“リグノセルロースパルプ”とは、化学的または機械的なパルプ化プロセス、あるいはそれらの両方のプロセスで製造された全てのリグノセルロース繊維のことである。このようなプロセスには、クラフトプロセス、亜硫酸プロセス、あるいは高収量パルプ化プロセスの系統を含む。高収量パルプ化プロセスの例には、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、およびブリーチケミサーモメカニカルパルプ（ＢＣＴＭＰ）が含まれる。パルプは木材源および農産物繊維のごとき非木材源の繊維でよく、未使用のものでも再使用の繊維でも構わない。パルプ形態のリグノセルロース繊維が本発明には好適であるが、酵素処理された繊維のごとき他の形態のリグノセルロース繊維でも利用できる。
【００３０】
この実施態様で言及するベール密度とは、下流の熱可塑物質複合物製造プロセスに最終的に供給される材料の理論的最大密度のことである。このベール密度は、パルプ化プロセスのタイプに応じてシート形成時またはベール圧縮時に制御できる。
【００３１】
リグノセルロースパルプの最大供給源は、ブリーチクラフトパルプや高収量パルプのごとき商業ベースで入手が可能な木材パルプである。商業的に入手可能なブリーチクラフトパルプベールは、典型的には、図２で示すような完全ベールを形成するように乾燥され、積み上げられた個別のシート状パルプで成るが、高収量パルプベールは、典型的には、フラッシュ乾燥され、個別のブロックまたは“クッキー”に圧縮成型された均質パルプ塊体で成る。その後、この“クッキー”は、典型的には図３で示すような完全ベールを形成するように４層に積み上げられる。クラフトパルプベールは典型的には５００から６００ポンド（約２２５から約２７０ｋｇ）の重量であり、０．８から１．１ｇ／ｃｍ3の密度であるが、ケミサーモメカニカルパルプのフラッシュ乾燥ベールは３００から５００ポンド（約１３５から２２５ｋｇ）であり、０．５から０．９ｇ／ｃｍ3の密度である。これら両タイプのベールは“乾燥状態”で搬出される。すなわち約１０から１６％の乾燥湿潤量である。
【００３２】
リグノセルロースパルプベールが提供されると、衛生ナプキンやオムツ製造のごとき他の利用形態のためにベールのサイズを縮小する試みが従来技術によって為された。このような方法の例には、ベールをシート状またはスラブ状に切断あるいは分割する方法、ベールをハンマーミルのごとき様々な形態の高衝撃または高速ミル処理あるいは粉砕処理する方法が含まれる。しかし、このようなプロセスは熱可塑物質複合物製造プロセスに適したパルプ形態を提供しない。
【００３３】
ベールを様々な形態の高衝撃または高速粉砕処理するとき、パルプのバルク密度は大きく減少し、大量の粉塵が生産される。このようなプロセスで変換されたパルプはその低バルク密度形態のために供給が非常に困難である。
【００３４】
本発明は供給に適した形態にリグノセルロースパルプを変換する別な方法を利用する。前述の技術を使用する代わりに、本発明は“高密度繊維凝集塊”をベール表面から製造することでベールを直接的に変換できる。このことはベールに対する事前の改質や処理を経ずに実行される。このような高密度繊維凝集塊は、様々な熱可塑物質複合物製造プロセスへの制御された供給に適している。本発明はまた最大限に繊維長を維持し、粉塵の産出を最小限にする。
【００３５】
この高密度繊維凝集塊とは、約０．２から３．０インチ（約０．５１から０．７２ｃｍ）幅、好適には０．５から１．０インチ（０．１３から０．２５ｃｍ）幅で、パルプベールの予備変換密度に近い個別の凝集塊密度を有した粒体のことである。このような凝集塊は、楕円形、矩形、立方形、または円盤形、等、様々な形状である。楕円または円形の凝集塊である場合には“幅”は直径であり、不規則形状または矩形の凝集塊である場合には“幅”は２本の断面寸法の長い方である。パルプ源のタイプおよびベールタイプによっては、凝集塊は様々な厚みを有する。例えば、クラフトパルプから凝集塊が得られた場合には、凝集塊はフラッシュ乾燥高収量パルプベールからの凝集塊よりも薄い厚みを有する（フレーク形態）。
【００３６】
典型的には、個別の凝集塊密度はバルク密度よりも高い。なぜなら後者は個別の凝集塊がどのように梱包されるかより決定され、高密度ベールは、ほぼ最高梱包密度を表すからである。高密度繊維凝集塊のバルク密度は、典型的には０．１から０．８ｇ／ｃｍ3である。好適には、個別凝集塊の密度は元々のベール密度と等しい。本発明により製造された高密度繊維凝集塊は狭い粒体サイズ分布を有しており、それらの密度がほぼ維持される限り、プロセス中の供給および中継部において“ブリッジング現象”を発現しないであろう。狭いサイズ分布のため、制御された均等供給量が達成できる。
【００３７】
図１は本発明の１特定実施例を示すブロック図である。リグノセルロースパルプベール２０は高密度繊維凝集塊製造装置２１に供給される。ベールはベルトコンベア等の標準的運搬手段によって供給できる。本発明の１実施態様においては、高密度繊維凝集塊製造装置は、“低速”で回転する１以上のシャフトまたは“ロータ”を備えた機械である。各ロータは一連のカッタまたは突起を有している。高密度繊維凝集塊を製造するため、ベールは低速ロータに押し付けられる。ロータを低速で運転することで、パルプの高密度凝集塊は、大きな“脱繊維化現象”やパルプ密度低下を示すことなくカッタによってベール表面から直接的に穏やかに取り除かれる。カッタは個別の繊維に大きなせん断作用を及ぼすことなく繊維凝集塊をベール表面から取り除き、繊維長を保存する。
【００３８】
このような高密度繊維凝集塊製造装置の１例は、スクリーン５０と、それぞれ所定間隔で提供された突起、ブレードまたはカッタを備えた１以上のロータ５１とを備えた図４と図５で示す低速高トルクシュレッダである。このようなシュレッダはＳＳＩシュレッディングシステム社等の会社から商業的に入手できる。このタイプの装置は垂直または水平に運転できる。すなわち、図４で示す垂直の場合にはベールはロータの上に置かれるが、図５で示す水平の場合にはベールはロータに対して横方向に押し付けられる。
【００３９】
カットまたはせん断ロータによって運転される多数のサイズ縮小装置が存在するが、本発明の実施態様は低速で高トルクの運転を必要とする。“低速”とは、好適には１５０ＲＰＭ未満の速度、さらに好適には９０ＲＰＭ未満の速度であるが、選択されるＲＰＭの設定と実際の結果はカッタ寸法やロータ径のごとき他の要因に依存する。一般的に、低速高トルク運転は、数百ＲＰＭ以上で運転される顆粒機またはハンマーミルのごとき類似するサイズ縮小プロセスとは異なるものである。低ＲＰＭでの運転によって、高密度凝集塊を抽出するため、典型的な顆粒機の場合と較べて増加したトルクが維持されなければならない。
【００４０】
さらに高いＲＰＭで運転される同様に設計されている装置と較べて低速および高速で運転したときの違いは変換された製品を調べれば明らかとなる。なぜなら、ＲＰＭが低レベルに維持され、高密度凝集塊が製造されたときパルプの密度が維持されるからである。ＲＰＭの増加はバルク密度の大きな減少を招き、高密度凝集塊の代わりに綿毛状パルプが製造される。例えば、０．６ｇ／ｃｍ3のベール密度の典型的なパルプベールは、もしＲＰＭが１５０以上で処理されれば０．０２ｇ／ｃｍ3のバルク密度に減少される。このような低密度は大きなブリッジング現象および供給の困難性をもたらす。ＲＰＭの増加は粉塵の増加をも招く。
【００４１】
複合物形成または成型ステップ２４のスケールによっては、高密度繊維業集塊製造ステップ２１での様々な塊体処理量が要求される。さらに、パルプベールは様々な寸法で供給される。ロータの数と形状は凝集塊製造システムの処理量とベール処理性能の両方に影響を及ぼす。例えば、４ロータシステムは１ロータシステムよりも大きなベールを取り扱うことができ、及び／又は処理量が多い。しかし凝集塊製造システムのロータのサイズと数は単にスケールの問題であり、本発明の原理の主要な要素ではない。
【００４２】
パルプベールタイプ、開始ベール密度、スクリーンサイズ／スクリーン形状およびカッタ形状／カッタ間隔のごときプロセス変数の組み合わせが、高密度繊維凝集塊の最終サイズと最終形状を決定する。これは供給ステップ２３の処理量とサイズにマッチし、成型ステップ２４で供給される複合物製造プロセスにもマッチしたものである。狭くて制御可能な凝集塊サイズ分布はそのような変数調整を介して維持される。
【００４３】
高密度繊維凝集塊製造のために、ロータに対する十分なベール圧力を維持するためには、プロセス進行中のベール上に連続して供給される追加ベールの重量を利用するか、あるいは、凝集塊が製造されているときにベールの重量の減少に伴って圧力を維持する“ラム”等の装置を使用することが望ましい。このラムとは、ロータに対してベールに圧力を加える装置であり、油圧システムにより動力を与えられることが多い。このような装置は、図４で示すような垂直供給式サイズ縮小システムの場合に下方に圧力を加えるか、図５で示す水平供給式システムの場合に横方向に圧力を加える。十分な圧力が維持されないと、ベールはロータ上で“フロート（浮遊）”し、高密度繊維凝集塊は製造されない。
【００４４】
高密度繊維凝集塊の製造に続いて、複合物製造ステップ２４の入口まで凝集塊の密度を維持することが重要である。密度の大きな減少は後続の供給ステップまたは取り扱いステップでブリッジング現象の問題を招く。高密度繊維凝集塊はステップ２２で一時的に保管されるか、ステップ２３で供給システムに直送される。オプションでは、高密度繊維凝集塊は複合物製造プロセスに供給される前に湿気含有量減少のために乾燥工程に送られる。もし高密度繊維凝集塊が一時的に保管され、供給前に乾燥されるなら、前述に類似した条件で運転される第２の供給および搬送システムが使用されるべきである。
【００４５】
よって、サイズ縮小ステップ２１と複合物製造ステップ２４との間で行われる保存、搬送または供給のステップを含んだ必要数のシステムおよび関連プロセスが、パルプ密度をさほど減少させずに提供されるべきである。
【００４６】
本発明の最終ステップは、ステップ２３で高密度繊維凝集塊を熱可塑物質複合物製造プロセス２４で使用される典型的な装置に供給することである。このようなプロセスは押出成型（例えば、シングルスクリューまたはツインスクリュー押出成型）、複合成型、射出成型、または直列複合・射出成型システムのごときそれらの組み合わせを含む。典型的には、このような製造プロセスで使用される装置は上部に関連ホッパを備えた供給スロート（狭部）を有する。凝集塊はホッパに投入され、重力作用により下方の回転スクリュー内に放出される。凝集塊がホッパからスクリュー内に適切に流入するように、供給ステップ２３中に密度が維持されて、複合物製造に使用される装置の供給スロートにおける“ブリッジング現象”が防止されなければならない。継続的供給またはバッチプロセスにより供給される凝集塊の正確な供給量を決定するため、供給ステップは供給量の正確な制御をしなければならない。
【００４７】
本発明の１実施態様では、高密度繊維凝集塊は、少なくとも１つのスクリュー（好適にはスパイラルスクリュー）を使用して供給される。しかしながら、凝集塊密度を減少させないスクリューであればどのようなものであっても構わない。典型的にはスクリューはほぼ同一長である管の内部に搭載される。スパイラルスクリューが好適である。なぜなら、そのオープンスパイラル形状は密度をほとんど減少させないで凝集塊を搬送させ、凝集塊はスクリューネジ山内に“詰まる”ことがないからである。さらに複合物製造プロセスによっては、複数の供給スクリューも使用される。
【００４８】
図６は管体７１内のスクリュー７０の断面図である。スクリュー外縁と管体内壁との距離“Ｄ”は、凝集塊のバルク密度の低下と、凝集塊のブリッジング現象の発生を防止すべく、スクリューと管体壁との間での凝集塊のせん断を防止するように選択されなければならない。もし距離“Ｄ”が小さすぎれば、凝集塊は脱繊維化され、距離“Ｄ”が大きすぎれば、スクリューへの不適切な充填が発生し、材料は供給させず、あるいは供給量が減少する。よって管体内壁との関係で正確に寸法されたスパイラルスクリューが、ブリッジング現象を引き起こさずに高密度凝集塊を搬送することができる。最良の距離“Ｄ”は供給されている凝集塊のサイズによるが、そのサイズは凝集塊の最大径または最大長にほぼ等しい。
【００４９】
図７は必須コンポーネントを有した典型的な重量減少スクリューフィーダ（供給機）の側面図である。このようなフィーダは、ホッパ６４およびモータとシステムコントロール６３に連結されている荷重セル６２と共に前述のスクリューおよび管体６１を備えている。重量減少フィーダにおいては、供給量は、ホッパ内の高密度凝集塊の重量減少を追尾する荷重セルとシステムコントロールを使用して制御される。典型的には供給量はスクリュー速度によって制御されるので、重量減少の割合に合わせてスクリュー速度をコンスタントに変更することで、供給量が動力学的に調整可能となる。ホッパに少量の凝集塊が残っているとき、フィーダが一時的に“体積分析モード”で運用される間にシステムは再充填される。
【００５０】
材料の流動には適さない寸法のフィーダホッパを使用する場合等、状況によっては本発明の１実施態様は撹拌を伴うスクリューフィーダを使用する。本発明の目的に照らして、この撹拌とはフィーダホッパ内で高密度凝集塊バルクを継続的運動状態に維持させる機能である。撹拌の１例は、図７で示すような回転“アーム６０”セットによるものである。凝集塊がフィーダホッパ内に存在するとき、撹拌機構が凝集塊の密度を減少させないことが重要である。振動ホッパ壁のごとき別形態の撹拌も利用できる。
【実施例】
【００５１】
実施例１
リグノセルロースパルプベールから高密度繊維凝集塊を製造するため、約０．８ｇ／ｃｍ3のベール密度、６０ｃｍＸ８０ｃｍＸ５４ｃｍのサイズ、１５％未満の乾燥湿気含有量であるサーモメカニカルパルプベールが、ＳＳＩシュレッディングシステム社（米国オレゴン州ウィルソンビル）のＱ１００低速高トルクシュレッダに供給された。このシステムは２インチカッタと１．５インチスクリーンが装備されており、約３０ＲＰＭで運用された。Ｑ１００システムは４ロータを有しており、２５０〜３００定格馬力を有している。高密度繊維凝集塊製造はオプションの油圧ラムを使用せずに実行され、追加ベールは継続的にその上に供給され、下方向きの圧力を維持した。もしベールが継続圧力維持のために供給されなかったなら、処理中のベールは、その重量が減少されるとロータ上で“フロート（浮遊）”したであろう。得られた高密度繊維凝集塊はオリジナルベール密度に近い個別密度を有しており、約０．５ｇ／ｃｍ3のバルク密度を有していた。
【００５２】
製造後に、高密度繊維凝集塊は密度の変化なしに、ブラベンダ・テクノロジー社（カナダ国オンタリオ州ミシソーガ）製のＤＲＳシリーズ重量減少スクリューフィーダの延伸ホッパに送られた。このスクリューフィーダにはスパイラルスクリューと、ホッパ内のロータを利用する撹拌機構が装備されていた。このフィーダのために選択された延伸ホッパは矩形であり、ブリッジング現象をさらに小さくするように直壁状であった。凝集塊はブリッジング現象なく供給され、スクリューを十分に充填した。バッチモードと継続供給モードの両方が実行され、フィーダの定格体積測定処理量にマッチした供給量が達成された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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