Способ превращения волокон баобаба в волокнистую массу
Группа изобретений относится к способу получения волокон баобаба из деревьев баобаба и к композиции, содержащей волокна, полученные таким способом. Способ включает в себя обеспечение растительного материала баобаба, обезвоживание этого растительного материала баобаба и превращение обезвоженного растительного материала баобаба в волокнистую массу, при этом обезвоживание растительного материала баобаба обеспечивает экономию ресурсов при получении волокнистой массы. Полученные с помощью способа настоящего изобретения волокна баобаба можно затем использовать в различных целях, например для изготовления целлюлозы, бумаги, картона, специальной бумаги, тканей и армированных волокном полимеров. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области превращения волокон в волокнистую массу для получения длинных и коротких волокон и касается способа изготовления волокон баобаба с использованием в качестве сырья побегов и молодых деревьев баобаба, а также к получаемым с помощью этого способа волокнам баобаба. Кроме того, изобретение относится к применению таких волокон для последующей переработки в целлюлозу, бумагу, картон, специальную бумагу, текстильные материалы (одежду), натуральные изоляционные материалы, легкие строительные плиты и армированный волокном полимерный материал (матрица из полиэтилена РЕ).
Уровень техники
Волоконная промышленность тесно связана с социально-экономическим развитием и уровнем жизни людей. Потому вместе со стремительным развитием промышленности и подъемом жизненного уровня людей сильно возрастало потребление волокон. Чрезмерно возрастающая утилизация отходов и связанная с ней проблема окружающей среды оказывают существенную нагрузку на нашу планету. Стремительно исчерпание не возобновляемых ресурсов существенно увечило спрос на возобновляемые ресурсы. По этой причине существует возрастающая потребность в изготовлении материалов из естественных ресурсов.
Поэтому многочисленные ученые из всего мира занялись выявлением потенциала натуральных волокон и их многогранного использования. Таким образом, велика потребность в способе превращения натуральных волокон в волоконную массу, который основан на быстро восстанавливаемом сырье и, следовательно, постоянно снижает ущерб окружающей среде. Здесь весьма хорошей альтернативой являются волокна баобаба, поскольку баобабы легки в возделывании и существуют многочисленные дальнейшие возможности обработки для всех компонентов урожая волокон.
В основном следует упомянуть о том, что дерево баобаба является центром культурной, промышленной и общественной деятельности многих людей. Например, в Африке фрукты баобаба с их семенами и мякотью являются ценным продуктом питания. Особая значимость дерева баобаба поясняется к тому же названием «аптечное дерево», которое основано на обширном медицинском использовании его частей. Например, лихорадку, дизентерию, оспу и корь побеждают с помощью экстрактов из мякоти и семян, они служат также в качестве средства, противодействующего поражению ядовитыми растениями семейства Strophanthus, которые обосновались в Африке во многочисленных местностях. Дерево баобаба может образовать центр деревни и стать местом проведения ярмарки и общественных мероприятий. Дальнейшее развитие массового использования добытых из баобаба волокон могло бы улучшить экономическую ситуацию людей в местах распространения баобаба.
Дерево баобаба с его волокнами с цветом от беж до светло-коричневого предоставляет для индустрии натуральных волокон волокнистую техническую культуру, которая приживается в почве типа «трудного выведения» и при сравнительно малой потребности в воде и пестицидах. К тому же следует добавить, что в течение временного периода выращивания возникает положительный баланс CO2.
Для возделывания побегов и молодых деревьев баобаба пригодны многие почвы, включая песчаные суглинки и краснозем (латерит). Деревья имеют, как правило, глубокую корневую систему и обеспечивают крепкое крепление, которое в состоянии поглощать воду и извлекать питательные вещества из обширной области, что повышает устойчивость к засухе. У дерева нет предыстории о нашествии вредителей. Способность к преодолению экстремального стресса вследствие засухи и пожаров позволяет дереву расти там, где не выжили бы другие виды волокнистых растений. Баобабу подходят малопродуктивные земли с малоплодородной почвой. Поэтому возделывание баобаба имеет то преимущество, что оно не блокирует потенциальное пространство для выращивания пищевых культур. Таким образом, использование баобаба противодействует также угрозе мирового голода.
Все части ствола и стеблей баобаба являются источником применимых волокон, которые можно подвергать разнообразной обработке. Экологичный способ позволяет преобразовать производство и обработку волокон баобаба в надежную и сбалансированную индустрию. Волокна баобаба отличаются высокой прочностью на разрыв и высоким поглощением влаги. Хотя длинные волокна баобаба кажутся на ощупь весьма мягкими, они в то же время очень прочные и крепкие. К тому же имеющие цвет беж волокна баобаба способны биологически разлагаться и не являются вредными для человека и животных. По этим причинам можно сделать вывод о том, что волокна баобаба можно весьма успешно использовать в качестве восполняемого ресурса для производства и использования в технической сфере.
В настоящее время существуют многочисленные способы для осуществления процессов мочки и превращения в волокнистую массу с использованием обычных волокнистых растений. Разумеется, возделывание обычных волокнистых растений осуществляют на типах почвы, предназначенных для потенциального возделывания пищевых культур. Волокнистые растения выращивают в монокультурах и, чтобы предохранить их от возбудителей болезней, часто применяют химикалии/пестициды, которые загрязняют грунтовые воды и могут оказывать негативное влияние на окружающую среду. К тому же эти виды растений при выращивании нуждаются в большом количестве влаги. В отличие от только что упомянутых обычных волокнистых растений, например, сахарного тростника, бамбука и кенафа, при выращивании баобаба потребность в пестицидах и воде существенно ниже. К тому же реализация монокультуры баобаба возможна также в неплодородных районах, где невозможно потенциальное выращивание пищевых культур. Выращивание баобаба в качестве возобновляемой технической культуры можно расценить как экологичное.
По сравнению с другими способами при последующей переработке в целлюлозу из волокон баобаба отпадают многие стадии химической подготовки. Например, в отличие от других обычных волокон необходимо удалять малое количество лигнина, удаление которого обычно требует использования химикалий, вредных для окружающей среды и, в конечном итоге, также для конечного потребителя.
Разумеется, существует необходимость в способе, который позволяет осуществить эффективное превращение растительного материала баобаба в волокнистую массу. Здесь приходит на помощь настоящее изобретение. Волокна баобаба, которые получают с помощью соответствующего изобретению способа превращения волокон баобаба в волокнистую массу, отличаются своей повышенной природной прочностью на разрыв. Существенным аспектом является также отказ от вредных для окружающей среды химикалий при удалении лигнина. Волокна баобаба является биологически разлагаемыми и содержат относительно малую долю лигнина.
Раскрытие изобретения
Здесь предложен способ превращения растительного материала баобаба в волокнистую массу для получения волокон баобаба.
Способ включает в себя следующие стадии:
а) обеспечение растительного материала баобаба
b) обезвоживание растительного материала баобаба со стадии а)
с) превращение обезвоженного растительного материала баобаба со стадии b) в волокнистую масcу.
Дополнительно при необходимости между стадиями b) и с) осуществляют процесс мочки растительного материала баобаба со стадии b).
При необходимости дополнительно осуществляют стадию d) последующей обработки волокон баобаба со стадии с).
При необходимости дополнительно между стадиями b) и с) осуществляют мочку растительного материала баобаба со стадии b) и осуществляют стадию d) последующей обработки подвергнутых превращению в волокнистую массу волокон баобаба со стадии с).
В некоторых вариантах осуществления обеспеченный на стадии а) растительный материал баобаба включает в себя лубяной материал и/или ствол дерева баобаба.
В предпочтительном варианте осуществления на стадии а) растительный материал баобаба обеспечивают из побегов баобаба или молодого дерева баобаба.
В некоторых вариантах осуществления на стадии а) растительный материал баобаба измельчен на мелкие фрагменты/щепу.
В некоторых вариантах осуществления перед стадией b) из растительного материала баобаба удаляют листья и клубни.
В некоторых вариантах осуществления на стадии b) обезвоживание осуществляют с помощью гидравлического пресса и/или прессующего вальца/круглогибочной машины. В предпочтительном варианте осуществления на стадии b) обезвоживание осуществляют с помощью гидравлического пресса и прессующего вальца/круглогибочной машины. В особо предпочтительном варианте осуществления гидравлический пресс и прессующий валец/круглогибочная машина интегрированы в одну машину.
В некоторых вариантах осуществления на стадии b) к растительному материалу баобаба прикладывают давление от 500 Н/м2 до 200000 Н/м2.
В некоторых вариантах осуществления мочку между стадиями b) и с) осуществляют с помощью способа, который выбран из следующей группы: росяная мочка/полевая мочка, водяная мочка, химическая мочка. В предпочтительных вариантах осуществления на стадии с) мочку осуществляют с помощью росяной мочки/полевой мочки или водяной мочки.
В некоторых вариантах осуществления на стадии с) превращение растительного материала баобаба в волокнистую массу осуществляют с помощью способа превращения в волокнистую массу, который выбран из следующей группы: превращение в волокнистую массу давлением пара, ультразвуковое превращение в волокнистую массу, химическое превращение в волокнистую массу Крафт-процессом, механическое превращение в волокнистую массу, натуральное превращение в пульпу.
В предпочтительном варианте осуществления на стадии с) превращение растительного материала баобаба в волокнистую массу осуществляют посредством механического превращения в волокнистую массу. В предпочтительном варианте осуществления механическое превращение в волокнистую массу осуществляют с помощью декортикационной машины. В следующем предпочтительном варианте осуществления механическое превращение в волокнистую массу осуществляют с помощью метода дефибрирования истиранием или термодинамического метода (выработка термомеханической целлюлозы).
В некоторых вариантах осуществления на стадии d) последующая обработка включает в себя сушку волокон баобаба, полученных на стадии с).
В некоторых вариантах осуществления на стадии d) последующая обработка дополнительно включает в себя чесание высушенных волокон баобаба.
В некоторых вариантах осуществления на стадии d) последующая обработка дополнительно включает в себя сортировку расчесанных волокон баобаба.
С помощью предложенного здесь способа для превращения в волокнистую массу могут быть получены длинные и короткие волокна. В зависимости от используемых технологических стадий можно получать предпочтительно длинные волокна или предпочтительно короткие волокна. Это является преимуществом по сравнению с обычными способами, которые не содержат таких возможностей контроля.
Описанные способы получения волокон баобаба имеют некоторые преимущества по сравнению с обычными способами получения волокон. Обезвоживание на стадии b) позволяет создать экологические и экономические преимущества при последующих процессах мочки и/или превращения в волокнистую массу. За счет обезвоживания превращение в волокнистую массу происходит более эффективно, что несет с собой экономию времени и экономит ресурсы. Лучший результат процессов мочки и превращения в волокнистую массу основан на улучшенной очистке волокон и на уменьшении коэффициента заполнения ткани и связанности ткани за счет обезвоживания. К тому же в результате процесса обезвоживания в соответствии с настоящим изобретением волокна не претерпевают ни повреждений, ни укорочения.
Для оптимизации процесса мочки и/или превращения в волокнистую массу растительный материал баобаба перед обезвоживанием может быть освобожден от листов и клубней.
В другом аспекте настоящее изобретение охватывает композиции, содержащие волокна баобаба, которые были получены с помощью представленного выше способа. Такие композиции пригодны, в частности, для использования в качестве исходного материала для методов литья под давлением и прессования в форме. Предпочтительно композиции настоящего изобретения содержат волокна баобаба, которые получены способом, соответствующим настоящему изобретению, а также стеарат магния.
В варианте осуществления доля волокон баобаба составляет 1-50% сухого вещества. В варианте осуществления доля стеарата магния составляет 1-20% сухого вещества. В предпочтительном варианте осуществления доля волокон баобаба составляет 1-50% сухого вещества, а доля стеарата магния составляет 1-20% сухого вещества. В особо предпочтительном варианте осуществления доля стеарата магния составляет 2-10% сухого вещества. В варианте осуществления композиция дополнительно содержит крахмал и/или консервирующие вещества.
Осуществление изобретения
Определения:
Натуральными волокнами являются все волокна, которые происходят из природных источников, таких как растения, животные или минералы, и могут использоваться непосредственно без последующих химических реакций преобразования. Таким образом, их следует отделять от синтетических волокон, изготавливаемых химическим путем.
«Волокнистым материалом» называют волокнистый материал, добытый из растений. Понятие охватывает как первичные волокнистые материалы, то есть впервые использованное в производстве сырье, так и вторичные волокнистые материалы, то есть повторно используемые материалы, после использования еще раз подведенные ко входу производственного процесса. Важнейшими составными частями волокнистого материала являются доли, образованные из целлюлозы. Наряду с этим составной частью волокнистого материала является также лигнин. Древесные массы, такие как, например, дифибрерная древесная масса, содержат значительные доли лигнина. В «полуцеллюлозных массах» доля лигнина уменьшена, так что преобладает доля целлюлозы. Целлюлозная масса, напротив, состоит почти исключительно из целлюлозы.
Побегом баобаба называют побег, возраст которого составляет до 9 недель. Молодым деревом баобаба называют молодое растение, которое старше 9 недель и не старше 7 лет. Для используемого способа предпочтительны молодые деревья баобаба в возрасте от 1 до 2 лет. Скорость роста составляет от 80 см до 100 см в год. Таким образом, при расчете исходят из размера урожая приблизительно от 80 см до 200 см. Первоначально деревья баобаба растут без выраженного увеличения толщины. Оно начинается, начиная с высоты от 4 до 6 м.
Виды волокон
Волокна различаются, с одной стороны, частью дерева, из которого их добывают, и, с другой стороны, способом, использованным для получения и обработки.
Волокна, находящиеся в первой части коры, являются очень твердыми и жесткими. Напротив, волокна внутреннего лыка, так называемые лубяные, волокна являются очень долговечными и прочными, и все же одновременно мягкими. Кроме того, из мягкой древесины добывают губчатые волокна, они мягкие и длинные. Наконец, волокна можно добывать из корневой коры, эти волокна являются, однако, менее качественными по сравнению с волокнами коры в первом слое. Слой лубяного волокна обладает наивысшим качеством. Распределяясь по качеству волокон, затем следуют древесное волокно, волокна из коры и, наконец, волокна из коры корней/клубней.
Длинные волокна
Длинные волокна имеют длину свыше 100 мм. Для получения длинных волокон урожай деревьев баобаба собирают предпочтительно в качестве целого. После этого часто следует мочка и в завершение механическое превращение в волокнистую массу. Длинные волокна добывают для последующей переработки в производстве текстиля (одежды), тканей, канатов и т.д.
Короткие волокна
Короткие волокна имеют среднюю длину от 40 до 100 мм. При их получении не производят мочки перед превращением в волокнистую массу. Из коротких волокон изготавливают войлок или нетканые материалы, не подлежащие прядению. Кроме того, изготавливают прессованные в форме детали, натуральные изоляционные материалы, а также гео- и аграрный текстиль. Их используют также для изготовления армированных волокнами полимеров и при литье под давлением.
Сверхкороткие волокна
Сверхкороткие волокна имеют длину в среднем в несколько миллиметров и используются главным образом для литья под давлением.
Особые преимущества настоящего изобретения
Важным аспектом настоящего изобретения является то, что перед мочкой/превращением в волокнистую массу осуществляют предварительную обработку растительного материала баобаба с помощью гидравлического пресса и/или прессующего вальца/круглогибочной машины. В противоположность однолетнему растению (например, конопля, бамбук) или другим видам деревьев дерево баобаба имеет весьма низкое содержание лигнина. В частности, предпочтительные для настоящего изобретения молодые деревья баобаба (возраст 1-2 года, высота 80 см – 200 см) имеют меньшую долю содержания лигнина по сравнению с более старыми деревьями в поздние периоды роста. По этой причине в случае молодых деревьев баобаба имеет место лишь незначительное одревеснение. Приложение давления во время предварительной обработки ведет в случае молодых деревьев баобаба к особенно хорошим результатам, так как низкое содержание лигнина и связанное с этим малое одревеснение обеспечивают хорошее раскрытие волокон и разрыхление растительной ткани.
К тому же губчатые волокна дерева баобаба имеют по сравнению с названными выше однолетними растениями и другими видами деревьев очень высокое содержание влаги. Высокая способность накапливать влагу проявляется прежде всего в стволе. В стволе находится наибольшее количество волокон, волокна из коры, лубяные и древесные волокна. Предварительная обработка в соответствии с соответствующим изобретению способом служит наряду с раскрытием волокон также для уменьшения содержания влаги в растительной ткани. Она положительно действует на результаты последующих процессов мочки и превращения в волокнистую массу. По названным выше причинам обезвоживание посредством предварительной обработки имеет для растительного материала баобаба большее значение, нежели чем для других растений.
В результате примененного обезвоживания растительного материала баобаба, раскрытия волокон и разрыхления растительной ткани при последующих процессах мочки и превращения в волокнистую массу достигают экономии времени 5-30%. Обычные предварительные обработки, например, сушка подведенным теплом, требуют существенно большего расхода энергии. К тому же здесь нет раскрытия волокон и разрыхления растительной ткани.
Способ изобретения
Описанные здесь способы относятся к превращению волокон растительного материала баобаба в волокнистую массу для получения волокон баобаба. Они относятся предпочтительно к растительным волокнам баобаба, которые встречаются в виде проводящих пучков в стебле/стволе и в виде лыка в коре. Внутренние слои коры образованы из тягучих длинных волокон. Древесина является волокнистой и мягкой, быстро разрушается в воде и оставляет длинные волокна.
Предложенные здесь способы включают в себя по меньшей мере следующие стадии:
а) обеспечение растительного материала баобаба
b) обезвоживание растительного материала баобаба со стадии а)
с) превращение обезвоженного растительного материала баобаба со стадии b) в растительную массу.
При необходимости между стадиями b) и с) дополнительно выполняют мочку растительного материала баобаба со стадии b).
При необходимости дополнительно выполняют стадию d) последующей обработки подвергнутого превращению в волокнистую массу растительного материала со стадии с).
Получение растительного материала баобаба, стадия а)
Используемое для добычи сырья дерево баобаба, называемое также обезьяньим хлебным деревом, относится к семейству больших, примечательных и растущих часто причудливо лиственных деревьев из подсемейства бомбаксовых (Bombacoideae), которые, в свою очередь, происходят из семейства мальвовых (Malvaceae). Обезьяньи хлебные деревья распространены во многих частях африканского континента, на острове Мадагаскар и в Австралии. Используемые для добычи растительного материала баобаба деревья баобаба охватывают виды Adansoniagrandidieri, Adasonia madagascariensis, Adansonia perrieri, Adansnoia rubrostipa (Adansonia fony), Adansonia suarezensis, Adansonia Za, Adansonia digitate, Adansonia klima или Adansonia gregori (Adansonia gibbosa).
Добычу растительного материала баобаба можно осуществлять, вырывая побеги/молодые деревья вручную или машинным способом из почвы. Предпочтительно со ствола удаляют листья и клубни. Альтернативно урожай побегов/молодых деревьев баобаба можно собирать с помощью уборочного комбайна и перерабатывать его к виду небольших фрагментов («щепы»).
Обезвоживание растительного материала баобаба, стадия b)
Волокна дерева баобаба находятся под корой и внутри дерева. Для достижения лучшего и более быстрого результата при осуществлении процессов мочки и/или превращения в волокнистую массу используют предварительную обработку, которая включает в себя обезвоживание. Для оптимизации процесса мочки целесообразно освободить растительный материал баобаба, который содержится предпочтительно в стеблях/стволе, от листьев и клубней. После этого растительный материал обезвоживают, вводя его предпочтительно в гидравлический пресс и прессующий валец/круглогибочную машину. Они обезвоживают баобаб приложением давления (500 Н/м2 - 200000 Н/м2) и тем самым улучшают раскрытие волокон. При обезвоживании можно прикладывать давление от 500 Н/м2 до 200000 Н/м2, от 1000 Н/м2 до 100000 Н/м2, от 5000 Н/м2 до 50000 Н/м2 или от 10000 Н/м2 до 30000 Н/м2. Обезвоживание осуществляют в течение промежутка времени от 30 секунд до одного часа, от 60 секунд до 30 минут, от пяти минут до 15 минут или в 10 минут. Предпочтительно промежуток времени составляет от 30 секунд до 3 минут. Предпочтительно осуществляют многократное повторение обезвоживания (1-4 раза) в предпочтительном промежутке времени от 30 секунд до трех минут.
Если растительный материал собирают с помощью уборочного комбайна и перерабатывают к виду щепы, то обезвоживание производят в гидравлическом прессе.
За счет обезвоживания, расправления и открытия волокон повышают эффективность последующих процессов мочки и превращения в волокнистую массу. За счет этого можно в течение непродолжительного времени добиться более высокой добычи волокон.
Повышенная эффективность представляет собой также экологическое преимущество, специально для химических способов мочки и превращения в волокнистую массу это создает положительный эффект, выраженный в возможности использования для подведенных химикалий меньшего количества исходного материала и сокращении расходов энергии.
Положительный эффект возникает также при превращении в волокнистую массу под воздействием давления пара. Поскольку малая доля содержания воды присутствует в растительном материале уже в результате предварительной обработки, здесь требуются также меньшие затраты энергии.
После обезвоживания растительного материала осуществляют либо мочку растительного материала, за которой следует процесс превращения в волокнистую массу, либо непосредственное превращение растительного материала в волокнистую массу.
Мочка растительного материала баобаба между стадиями b) и с)
Посредством мочки растительный материал баобаба подготовлен к последующему превращению в волокнистую массу. При этом в процессе мочки происходит растворение пектина в стволе и удаление большей части лигнина. Пектины и лигнин действуют как «растительный клей», который соединяет волокна с твердыми составными частями древесины дерева. Их удаление ослабляет связанность волокон, что, в свою очередь, повышает эффективность последующего превращения в волокнистую массу. После мочки следует превращение в волокнистую массу, предпочтительно с помощью механического процесса превращения в волокнистую массу.
Для процесса мочки в распоряжении находятся различные способы (росяная мочка, полевая мочка, водяная мочка, химическая мочка).
Росяная мочка/полевая мочка
Для этого процесса побеги/молодые деревья баобаба вручную или машинным способом извлекают из почвы. В завершение их выкладывают на поверхности, предпочтительно непосредственно на почве урожая. Процесс длится приблизительно от 3 до 8 недель, предпочтительно от 4 до 6 недель или пять недель. Образование росы благоприятствует размножению бактерий и микроорганизмов. Они в существенной мере способствуют растворению пектина. Таким образом, они медленно отделяют волокна от остатков растительной ткани. На эффективность росяной мочки могут оказывать влияние различные факторы окружающей среды.
Водяная мочка
Для этого процесса мочки побеги/молодые деревья баобаба после сбора урожая выкладывают на поле в водные резервуары или водные канавы, которые частично открыты сверху. Тем самым можно принимать тепло солнечного излучения. Это ускоряет желаемый процесс. Собранные побеги/молодые деревья баобаба лежат в теплой воде при температуре от 30° до 100°С, предпочтительно от 40° до 80°С или 60°С приблизительно в течение 3-7 дней, предпочтительно 4-6 дней или 5 дней. При использовании холодной воды (ниже 30°С) длительность составляет от двух до четырех недель, предпочтительно три недели. Процесс мочки можно ускорить путем повышения температуры воды или добавления химикалий или бактерий.
Химическая мочка
Химическая мочка схожа с водяной мочкой. Растительный материал укладывают в заполненный водой металлический резервуар. Конечно, в противоположность водяной мочке подводят тепло (20-170°C) и химикалии, например, серную кислоту (H2SO4) (например, 27%), гидроксид натрия (NaOH) или карбонат калия (K2CO3) (например, 20%). Приблизительные пригодные концентрации химикалий: 27% или 20% для серной кислоты, 27% или 20% для гидроксида натрия и 20% или 18% для карбоната калия (K2CO3).
Смесь нагревают до температуры от 20 до 170°С, предпочтительно до 40-80°С, в особо предпочтительном варианте осуществления до 60°. Это обеспечивает возможность очень быстрого растворения пектина и лигнина в течение промежутка времени приблизительно от 30 минут до 6 часов.
Превращение растительного материала баобаба в волокнистую массу, стадия с)
Посредством превращения в волокнистую массу производят отделение волокон растительного материала баобаба от других остатков растений, а также их разложение на отдельные пучки волокон или волокна.
Для превращения в волокнистую массу в распоряжении имеются различные способы (механическое превращение в волокнистую массу, превращение в волокнистую массу под давлением пара, ультразвуковое превращение в волокнистую массу, химическое превращение в волокнистую массу Крафт-процессом. Способы превращения в волокнистую массу можно осуществлять с предварительной мочкой растительного материала или без нее. При этом для некоторых способов (превращение в волокнистую массу под давлением пара, ультразвуковое превращение в волокнистую массу, химическое превращение в волокнистую массу Крафт-процессом) мочки не требуется, в то время как при других способах (механическое превращение в волокнистую массу) она существенно улучшает результат превращения в волокнистую массу. Причина этого в том, что механические способы превращения в волокнистую массу не могут достаточно эффективно устранить цементирующие соединения (воск, гемицеллюлоза, лигнин и углеводороды) между волокнами.
Механическое превращение в волокнистую массу
Предпочтительным способом превращения в волокнистую массу является механическое превращение в волокнистую массу. Его осуществляют с помощью машин, которые механически измельчают растительный материал баобаба. В данном случае особенно пригодной является декортикационная машина, альтернативно здесь можно использовать способ дефибрирования истиранием или термодинамический способ (получение термомеханической целлюлозы).
При полуавтоматическом механическом превращении в волокнистую массу осуществляют экстрагирование волокон баобаба с помощью декортикационной машины. Во время механического процесса превращения в волокнистую массу в декортикационной машине предварительно обработанные с помощью мочки стебли/стволы измельчают и нарубают набором вращающихся зубчатых колес с тупыми ножами, в результате чего остаются лишь волокна при отделении остальной растительной массы. В случае полуавтоматического варианта декортикационной машины стебли/стволы загружают вручную и растительную пульпу соскребают сначала из одной из половин стебля/ствола, стебель/ствол отводят назад и затем для скобления вводят противоположную половину.
При использовании полностью автоматической машины можно вводить весь стебель/ствол. Баобаб направляют с помощью насадки, затем он проходит через рифленые подводящие валки, которые удерживают стебли/стволы во время их обработки против стационарного бруса. Одновременно обдирочный барабан рубит растительный материал. Било, диаметр барабана, ширина и скорость варьируются в зависимости от различных моделей. Барабан, скребущий против листа и удерживаемый в позиции с помощью ударной штанги и подводящих валков, сбивает большую часть растительного и не содержащего волокон материала и оставляет волокна несколько шероховатыми и с незначительным остатком растительных веществ, которые остаются на них.
При механическом превращении в волокнистую массу в качестве исходного растительного материала можно использовать также небольшие фрагменты («щепу»). При этом щепу можно измельчить истиранием к виду волокон (способ дефибрирования истиранием). Это возможно при прессовании щепы во вращающемся дифибрерном камне. Следующим вариантом является расщепление щепы на волокна между двумя вращающимися дисками с использованием высокой температуры и давления. Альтернативно расщепление на волокна можно осуществить с использованием мельницы или молотковой мельницы. Расщепление на волокна можно производить с помощью всех известных из уровня техники способов для превращения волокон баобаба в волокнистую массу.
При так называемом методе рафинёра (термомеханический способ) сначала производят измельчение к виду щепы и, после выполнения следующих стадий процесса, разложение на волокна в рафинёре. При этом щепу баобаба подвергают воздействию температур в диапазоне от 70° до 140°С, предпочтительно от 90° до 120°С или 100°С (выработка термомеханической целлюлозы). Разложение на волокна происходит в этом случае между кромками рафинёра. При этом происходит растворение пучка волокон и в значительной мере удаление лигнина.
Превращение в волокнистую массу под воздействием давления пара
При этом способе растительный материал баобаба обрабатывают с помощью высокого давления (от 1 до 70 бар) при температуре от 100 до 300°С, предпочтительно от 130 до 200°С или 150°С, в состоянии насыщенного пара с щелочным паром в течение 5-20 мин., предпочтительно 10 мин. После этого давление быстро снижают. При этом происходит испарение воды из растительного материала баобаба. Это ведет к распаду связей целлюлозного волокна в отдельных волокнах.
Ультразвуковое превращение в волокнистую массу
В этом случае растительный материал баобаба помещают в водный раствор. В завершение смесь обрабатывают в ультразвуковом поле. Во время процесса происходит очистка волокон. В значительной мере происходит отделение сопутствующих материалов, микроорганизмов, красящих и пахучих веществ и растворимых органических компонентов.
Химическое превращение в волокнистую массу в Крафт-процессе
Химическое превращение в волокнистую массу в Крафт-процессе схоже с химической мочкой. Разумеется, при химическом превращении в волокнистую массу в Крафт-процессе в качестве исходного материала используют щепу баобаба, что делает ненужным последующий, например, механический способ превращения в волокнистую массу. Для химического превращения в Крафт-процессе щепу баобаба помещают в заполненный водой металлический резервуар. Добавляют химикалии, например, карбонат калия (К2СО3), сульфид натрия (Na2S), раствор едкого натра (NaOH) и сульфат натрия (Na2SO4). Примерные пригодные концентрации химикалий: 20% или 18% для карбоната калия (К2СО3), 27% или 20% для сульфида натрия (Na2S), 27% или 20% для раствора едкого натра (NaOH), 27% или 20% для сульфата натрия (Na2SO4). Смесь нагревают до температуры от 30 до 170°С, предпочтительно от 40 до 80°С, в особо предпочтительном варианте осуществления до 60°С, при давлении от 7 до 10 бар, предпочтительно 8 бар. Это создает возможность очень быстрого растворения пектина и лигнина в течение промежутка времени приблизительно от 30 минут до 6 часов.
Натуральное превращение в пульпу
Весьма благоприятным для окружающей среды способом превращения в волокнистую массу является способ натурального превращения в пульпу. Способ служит для изготовления целлюлозы. При этом щепу баобаба варят в металлическом резервуаре вместе с муравьиной кислотой (биологически разлагаемая) и пероксидом водорода (Н2О2) (водный раствор >70%) при температуре от 30 до 170°С в течение промежутка времени от 30 минут до шести часов. Муравьиная кислота и раствор пероксида водорода находятся в соотношении предпочтительно от 70% до 30%. Дополнительно может быть приложено давление (2-10 бар). С помощью этой обработки в значительной мере удаляют лигнин и, тем самым, достигают раскрытия волокон. В завершение муравьиную кислоту можно регенерировать с помощью стадий дистилляции к концентрации около 95-99%. Этот способ имеет существенные экологические преимущества по сравнению с химической мочкой и химическим превращением в волокнистую массу. Натуральное превращение в пульпу представляет собой предпочтительный способ получения коротких волокон/целлюлозы.
Дополнительная обработка подвергнутого превращению в волокнистую массу растительного материала, стадия d)
После превращения в волокнистую массу полученные волокна баобаба подвергают дополнительной обработке.
Экстрагированные с помощью способа превращения в волокнистую массу волокна баобаба промывают. После этого волокна баобаба высушивают либо с помощью механических сушилок, либо на солнце. Достаточная сушка необходима, поскольку содержащаяся в волокнах влага влияет на качество волокон. По сравнению с солнечной сушкой искусственная сушка ведет к получению волокон лучшего качества. После этого высушенные волокна расчесывают, сортируют по различным сортам и упаковывают в тюки.
Целлюлозу баобаба, которая была получена с помощью химического превращения в волокнистую массу в Крафт-процессе, в предпочтительном варианте осуществления подвергают отбеливанию. Его осуществляют предпочтительно посредством способа TCF (totally chlorine free) (отбеливание целлюлозы без применения хлора) с помощью пероксида водорода (Н2О2) или озона. Эти способы являются экологичными. При этом целлюлозу баобаба вводят в отбельную башню с высотой до 25 м. Затем при температуре от 85°С до 95°С, предпочтительно 90°С, с добавкой отбеливающих химикалий достигают желаемой степени отбеливания. Напоследок отбеленную целлюлозу баобаба выводят наружу с помощью шнекового транспортера.
Характеристики и использование полученных волокон
Волокна баобаба имеют цвет от светлого беж (желтого) до коричневого и находятся под корой (лубяное волокно), внутри древесины дерева баобаба или в кожице фрукта дерева баобаба. Волокна обладают высокой прочностью. Они имеют прочную структуру и цилиндрическую форму. Волокна являются частично пористыми и обладают высокой всасывающей способностью. Как структура волокон, так и их состав могут существенно варьироваться. Это следует объяснить условиями возделывания. Примерный состав высушенных на воздухе сердцевины древесины таков: влага = 10,2%, зола = 4,4%, остаточная масса = 33,9%. Состав высушенных на воздухе лубяных волокон баобаба таков: влага = 13,18%, зола = 5,72%, целлюлоза = 58,82%, жиры и воск = 0,41%, остаточная масса = 22,87%.
Лубяные волокна баобаба имеют длину приблизительно от 80 см до 140 см, толщину от 2 мм до 10 мм и ширину от 10 мм до 50 мм. Длина отдельных волокон полученной из растительного материала баобаба целлюлозы, например, после химического превращения в волокнистую массу в Крафт-процессе или натурального превращения в пульпу, составляет приблизительно около 2-4,6 мм, ширина – около 0,025-0,050 мм.
Выход готового волокна при использовании мочки и последующего физического превращения в волокнистую массу составляет от 30% до 40% общей массы молодого дерева баобаба.
С помощью способа данного изобретения изготавливают длинные и/или короткие волокна. Традиционная добыча длинного волока служит главным образом для производства текстиля. Напротив, техника короткого волокна создает универсальную область использования, например, получение целлюлозы. Для производства длинных волокон в соответствии с настоящим изобретением собирают урожай целых стволов/стеблей баобаба, обезвоживают их и, часто после мочки, превращают в волокнистую массу. Для производства коротких волокон, напротив, урожай собирают с помощью уборочного комбайна с переработкой к виду щепы с последующим химическим превращением в волокнистую массу в Крафт-процессе.
Из коротких волокон баобаба с помощью метода литья под давления или прессования в форме можно изготавливать другие объекты. При этом из волокон баобаба вырабатывают волокнистую кашицу (пульпу). Затем пульпу обрабатывают с помощью обычных и известных из уровня техники способов литья под давлением или прессования в форме для получения желаемых объектов. В иллюстративном случае литья под давлением пульпу с растительным крахмалом (соотношение между волокнами баобаба и крахмалом составляет от 1:4 до 2:3), водой и консервирующими веществами загружают в промышленный миксер для получения однородной массы. Особенно предпочтительно добавление к этой массе стеарата магния. Стеарат магния действует в качестве смазочного материала и позволяет отлитому объекту легче отделяться от формы. При этом результирующая масса содержит предпочтительно 1-20%, еще более предпочтительно 2-10% и наиболее предпочтительно 3-8% стеарата магния в сухой массе (то есть в массе без доли воды). Иллюстративная пригодная композиция включает в себя 8% волокон баобаба, 86,5% картофельного крахмала, 5% стеарата магния и 0,5% консервирующих веществ. Эту массу перемешивают до тех пор (5 мин – 20 мин), пока не образуется вязкая консистенция. Затем однородную массу в вязкой форме заливают в сужающийся вниз узел впрыска, который содержит вращающийся шнек и сопло на острие. Посредством вращения шнека массу транспортируют в направлении сопла. Масса скапливается перед соплом, поскольку оно к этому моменту времени закрыто. Так как шнек подвижен в осевом направлении, он выходит из области созданного перед соплом давления и вывинчивается из массы подобно штопору. Обратное движение притормаживают с помощью гидравлического цилиндра или электрически, так что в массе образуется давление подпора. Это давление подпора вместе со вращением шнека уплотняет и гомогенизирует массу. Позицию шнека постоянно измеряют и как только будет собрано достаточное для объема детали количество материала в массе, процесс дозирования прекращают и вращение шнека останавливают. Также производят активную или пассивную разгрузку шнека, в результате чего уменьшается степень сжатия массы. В течение следующей за этим фазы впрыска блок впрыска придвигают к блоку смыкания пресс-формы, прижимают к соплу и нагружают шнек давлением с задней стороны. При этом массу выдавливают под высоким давлением (часто от 500 до 2000 бар) через открытое сопло и литник или систему литника пресс-формы (температура 180-200°С) в формовочное полое пространство формы. При этом обратный клапан препятствует обратному протеканию массы в направлении узла впрыска. За счет нагрева массы содержащаяся вода выходит в газообразной форме через выполненные для этого в пресс-форме отверстия. В зависимости от подлежащего изготовлению продукта отверстия могут быть расположены в различных позициях. Во время впрыска пытаются добиться по возможности ламинарной характеристики характера течения массы, то есть масса в форме там, где она соприкасается к нагретой стенкой формы, незамедлительно нагревается и за счет этого упрочняется. Вновь впрыснутую массу продавливают с высокой скоростью через канал впрыска. Эта высокая скорость впрыска вырабатывает в массе скорость сдвига, которая обеспечивает более легкое протекание массы. При помощи точного согласования фазы впрыска воздействуют на структуру поверхности и внешний вид. После впрыска сопло запирают и в блоке впрыска можно начинать процесс пластификации и дозирования для следующей детали. Материал в форме продолжает охлаждаться до тех пор, пока не затвердеет и не достигнет конечной формы также литник, жидкий стержень детали. Для удаления открывают выгрузочную сторону пресс-формы, производят выталкивание детали с помощью проникающих в полое пространство штифтов, и она падает либо вниз (сыпучий материал), либо ее извлекают из формы с помощью манипулятора и упорядоченно укладывают или сразу подводят в позицию последующей обработки. Литник удаляют либо в ходе отдельной обработки, либо автоматически при извлечении из пресс-формы. Возможно также литье под давлением без образования литника при использовании горячеканальных систем, при которых литниковая система постоянно остается нагретой до температуры выше температуры отверждения и содержащийся материал можно использовать, таким образом, для следующего впрыска. После извлечения из формы пресс-форму вновь запирают и цикл начинают сначала. Цикл может протекать в течение 22 с.
В случае иллюстративного способа прессования в форме, также как и при способе литья под давлением, из волокон баобаба, растительного крахмала, воды и консервирующих веществ формируют однородную массу. Также и здесь особенно предпочтительным является добавление к массе также стеарата магния. При этом масса содержит предпочтительно 1-20%, еще более предпочтительно 2-10% и наиболее предпочтительно 3-8% стеарата магния в сухой массе (то есть в массе без доли воды). Иллюстративная пригодная композиция включает в себя 8% волокон баобаба, 83,5% картофельного крахмала, 8% стеарата магния и 0,5% консервирующих веществ. После смешивания массу помещают в нагретое полое пространство пресс-формы. Пресс-форму замыкают с помощью нагрузочного поршня. Под давлением масса приобретает заданную пресс-формой форму (чаша, сфера и т.д.). Здесь температура служит для влияния на процесс отвердевания массы. При этом происходит удаление воды в форме газа. После охлаждения готовое изделие можно извлечь из пресс-формы и при необходимости подвергнуть дополнительной или дальнейшей обработке (отделение излишков материала, нанесение надписей и т.д.).
Полученные методом литья под давлением или прессования в форме изделия придают выработанному основному материалу (пульпа баобаба) желаемую плотность и стабильность. Кроме того, этот способ позволяет изготавливать водоотталкивающий материал. Полученный материал остается на 100% биологически разлагаемым и натуральным.
Доля волокон в массе составляет, как правило, 20-40%. Более высокие доли волокон ведут в комбинации с относительно низкими температурами 180-200°С к неполному заполнению литьевой- или пресс-формы или к неравномерному распределению волокон. Температуры свыше 200°С приводят к обгоранию поверхности и повреждению материала. Более низкие температуры при изготовлении ведут также к меньшему потреблению энергии и возможности укорочения длительности циклов.
Литье под давлением и, в частности, специальные расширенные способы обеспечивают возможность почти свободного выбора форм и структур поверхности, например, гладкой поверхности, шероховатой для удобных для прикосновения областей, узоров, гравюр и цветовых эффектов (пищевой краситель).
Аспект изобретения относится также к композициям (названным выше также «массой») из волокон баобаба, которые пригодны для использования при методах литья под давлением и прессования в формах. Как упомянуто выше, при этом особенно предпочтительно добавление к этим композициям стеарата магния. Стеарат магния действует в качестве смазочного материала и обеспечивает возможность более легкого излечения отлитого объекта из формы, что предотвращает, например, повреждения. При этом композиции настоящего изобретения содержат предпочтительно 1-20%, еще более предпочтительно 2-10% и наиболее предпочтительно 3-8% стеарата магния в сухой массе (то есть массе без доли воды).
Волокна баобаба в композиции получены по одному из описанных выше способов. Доля волокон баобаба составляет предпочтительно 1-50% сухой массы, предпочтительнее 2-20% сухой массы, еще более предпочтительнее 5-10% сухой массы. Предпочтительно композиция также содержит крахмал. Доля крахмала может составляет 30-98% сухой массы, предпочтительнее 60-97% сухой массы, еще более предпочтительнее 70-90% сухой массы. Дополнительно можно также добавлять консервирующие вещества для увеличения времени хранения композиций. Содержание консервирующих веществ может составлять, например, 0,1-2%, предпочтительно 0,5%. Иллюстративная пригодная композиция содержит в сухой массе 8% волокон баобаба, 83,5% картофельного крахмала, 8% стеарата магния и 0,5% консервирующих веществ. Приведенная ниже таблица 1 показывает иллюстративные варианты осуществления композиций настоящего изобретения. Процентные данные относятся к сухой массе.
Таблица 1
| Композиция | Волокна баобаба | Крахмал | Стеарат магния | Консервирующие вещества |
| 1 | 1-50% | 30-98% | 1-20% | - |
| 2 | 1-50% | 28-97,9% | 1-20% | 0,1-2% |
| 3 | 2-20% | 60-97% | 1-20% | - |
| 4 | 2-20% | 58-96,9% | 1-20% | 0,1-2% |
| 5 | 3-8% | 72-96% | 1-20% | - |
| 6 | 3-8% | 70-95,9% | 1-20% | 0,1-2% |
| 7 | 1-50% | 40-97% | 2-10% | - |
| 8 | 1-50% | 38-96,9% | 2-10% | 0,1-2% |
| 9 | 2-20% | 70-96% | 2-10% | - |
| 10 | 2-20% | 68-95,9% | 2-10% | 0,1-2% |
| 11 | 3-8% | 82-95% | 2-10% | - |
| 12 | 3-8% | 80-94,9% | 2-10% | 0,1-2% |
| 13 | 1-50% | 42-96% | 3-8% | - |
| 14 | 1-50% | 40-95,9% | 3-8% | 0,1-2% |
| 15 | 2-20% | 72-95% | 3-8% | - |
| 16 | 2-20% | 70-94,9% | 3-8% | 0,1-2% |
| 17 | 3-8% | 84-94% | 3-8% | - |
| 18 | 3-8% | 82-93,9% | 3-8% | 0,1-2% |
Примеры
Настоящее изобретение описано ниже детально на основании следующих, не ограничивающих примеров.
Пример 1. Механическое превращение волокон в волокнистую массу после росяной мочки для получения волокон баобаба (проведение в Хуэльве, Андалузия, Испания)
Стебли/молодые деревья баобаба были извлечены из почвы машинным способом с помощью машины Simon RPNC-Leek Harvesters. После этого острым предметом (ножом) со стеблей/стволов побегов/молодых деревьев были вручную удалены листья и клубни. Затем было произведено обезвоживание. Для этого сырье баобаба было введено в гидравлический двухстоечный пресс (гидравлический пресс) производства фирмы “Dieffenbacher”. Он произвел обезвоживание баобаба путем приложения давления 10000 Н/м2 и, тем самым, улучшил раскрытие волокон.
После этого обезвоженные побеги/молодые деревья баобаба были подвергнуты росяной мочке. Побеги/молодые деревья баобаба были уложены непосредственно на почву урожая. Длительность процесса составила 2,5 недели. Образование росы на и в растительном материале привело к развитию бактерий и микроорганизмов. Они разложили пектины в растительном материале. После этого волокна медленно освободились от остатков растительной ткани. За счет примененной предварительной обработки (обезвоживание, раскрытие волокон) при росяной мочке было достигнуто ускорение разложения пектина.
Затем целый стебель/ствол был введен в полностью автоматическую декортикационную машину производства фирмы Textil&Composite Pty Ltd. Стебли/стволы были подведены через насадку к рифленым подающим вальцам, которые удерживали стебли/стволы в процессе их введения против стационарного бруса. Одновременно очистной барабан осуществлял дробление растительного материала. Ударный элемент, диаметр барабана, ширина и скорость варьировались в зависимости от модели декортикационной машины и особенностей стеблей/стволов. Барабан отбил большую часть растительной не волокнистой материи и оставил волокна несколько разрыхленными и с незначительными остатками растительной не волокнистой материи.
Затем волокна баобаба были промыты и механически высушены. В завершение сухие волокна были расчесаны, отсортированы по различным сортам и упакованы в тюки.
Способ дал выход доли волокон от 30 до 40% общей массы молодого дерева баобаба. Полученные пучки волокон имеют длину приблизительно около 80-140 см, толщину 2-10 мм и 10-50 мм. Суть способа заключалась в получении длинных волокон по возможности высокого качества.
При обычной полевой/росяной мочке длительность мочки составляет приблизительно от 3 до 8 недель. С помощью инновационной предварительной обработки (обезвоживание и раскрытие волокон) эффективная росяная мочка была достигнута уже в промежутке времени порядка двух недель. Это означает экономию времени 30%.
Пример 2. Механическое превращение волокон баобаба в волокнистую массу после водяной мочки для получения волокон баобаба. (Проведение в Хуэльва, Андалузия, Испания)
Побеги/молодые деревья баобаба были извлечены и почвы машинным способом с помощью машины Simon RPNC-Leek Harvesters. После этого острым предметом (ножом) листья и клубни были вручную отделены от стеблей/стволов побегов/молодых деревьев. После этого было произведено обезвоживание. Для этого сырье баобаба было введено в гидравлический двухстоечный пресс (гидравлический пресс) производства фирмы Dieffenbacher. Он произвел обезвоживание баобаба путем приложения давления 10000 Н/м2 и тем самым улучшил раскрытие волокон.
Затем обезвоженные побеги/молодые деревья баобаба были помещены в открытый водный резервуар. Таким образом, можно было получать тело из солнечного излучения. Побеги/молодые деревья баобаба лежали в теплой воде неполные три дня при температурах около 34°С. После этого полный побег/ствол ввели в полностью автоматическую декортикационную машину фирмы Textile&Pty Ltd. Стебли/стволы были подведены через насадку к рифленым подающим вальцам, которые удерживали стебли/стволы в процессе их введения против стационарного бруса. Одновременно очистной барабан осуществлял дробление растительного материала. Ударный элемент, диаметр барабана, ширина и скорость варьировались в зависимости от модели декортикационной машины и особенностей стеблей/стволов. Барабан отбил большую часть растительной не волокнистой материи и оставил волокна несколько разрыхленными и с незначительными остатками растительной не волокнистой материи.
После этого волокна баобаба были промыты и механически высушены. Наконец, сухие волокна были расчесаны, рассортированы по различным сортам и упакованы в тюки.
Способ обеспечил выход доли волокон от 30 до 40% от общей массы молодого дерева баобаба. Полученные пучки волокон имеют длину приблизительно около 80-140 см, толщину 2-10 мм и 10-50 мм. Суть способа заключалась в получении длинных волокон по возможности высокого качества.
При обычной водяной мочке длительность составляет около 3-7 дней при температуре свыше 30°С. При температурах ниже 30°С длительность составляет от двух до трех недель. Посредством инновационной предварительной обработки (обезвоживания и раскрытия волокон) водяная мочка при температурах около 30°С была достигнута в уже в течение промежутка времени в три неполных дня. При температурах ниже 30°С эффективная мочка после инновационной предварительной обработки была достигнута приблизительно за 1,5 недели.
Пример 3. Химическое превращение в волокнистую массу в Крафт-процессе для получения волокон баобаба
Побеги/молодые деревья баобаба непосредственно при сборе урожая с помощью уборочного комбайна Deutz-Fahr Gigant 500 были переработаны в щепу. Эта щепа была введена затем в гидравлический двухстоечный пресс (гидравлический пресс) фирмы Diffenbacher. Гидравлический двухстоечный пресс произвел обезвоживание щепы путем приложения давления 10000 Н/м2 и тем самым улучшил раскрытие волокон.
После этого щепу поместили в заполненный водой металлический резервуар. Были подведены следующие химикалии: 15% гидроксид натрия (NaOH), 4% сульфид натрия (Na2S). Количество химикалий в процентах (%) относится к массе используемого растительного материала баобаба. Смесь была нагрета при давлении 10 бар до температуры 90°С. Это обеспечило очень быстрое растворение пектина и лигнина в течение приблизительно 2,5 ч. За счет вышеупомянутого измельчения к виду щепы не было необходимости в следующей стадии превращения в волокнистую массу.
После этого полученная целлюлоза был высушена, очищена и упакована.
Способ обеспечил выход 50% сухой целлюлозы. Содержание целлюлозы в использовавшемся обезвоженном растительном материале баобаба составляло 53%.
Длина отдельных волокон в целлюлозе, полученной из растительного материала целлюлозы, составила около 2-4,6 мм, а ширина – около 0,025-0,050 мм.
За счет инновационной предварительно обработки (обезвоживание/раскрытие волокон) стала возможной экономия использующихся химикалий. По сравнению с обычными способами экономия 5% гидроксида натрия (NaOH) и 1% сульфида натрия (Na2S). Удалось также уменьшить длительность химического превращения в волокнистую массу в Крафт-процессе, при обычных способах она составляет до 6 часов. Увеличение длительности химического превращения в волокнистую массу в Крафт-процессе после инновационной предварительной обработки позволило по сравнению с обычными способами дополнительно уменьшить количество подведенных химикалий на величину до 20%.
Пример 4. Ультразвуковое превращение в волокнистую массу для получения волокон баобаба
Побеги/молодые деревья баобаба были извлечены из почвы машинным способом с помощью машины Simon RPNC-Leek Harvesters. После этого острым предметом (ножом) листья и клубни были вручную отделены от стеблей/стволов побегов/молодых деревьев. После этого было произведено обезвоживание. Для этого сырье баобаба было введено в гидравлический двухстоечный пресс (гидравлический пресс) производства фирмы Dieffenbacher. Он произвел обезвоживание баобаба путем приложения давления 10000 Н/м2 и тем самым улучшил раскрытие волокон.
После этого стебли/стволы побегов/молодых деревьев баобаба были помещены в водный раствор. Раствор был обработан ультразвуковым полем с помощью ультразвукового процессора Hielscher’s Ultraschall UIP16000. Во время этого процесса волокна были очищены. В значительной степени были отделены сопутствующие вещества, микроорганизмы, красящие и пахучие вещества и растворимые органические составные части.
После этого волокна были раскрыты и еще раз очищены и высушены под воздействием тепла. Удаленные в результате этого частицы и короткие волокна можно использовать в качестве вспомогательных продуктов. Смесь волокон и частиц пригодна для использования в качестве побочного продукта.
Напоследок высушенные волокна были расчесаны, рассортированы по различным сортам и упакованы в тюки.
Способ обеспечил выход 30-40% доли волокон общей массы молодого дерева баобаба. Полученные пучки волокон имеют длину приблизительно от 80 см до 140 см, толщину от 2 мм до 10 мм и от 10 мм до 50 мм. Суть заключалась в получении длинных волокон по возможности высокого качества.
По сравнению со способами без обезвоживания был достигнут лучший результат. За счет обезвоживания растительного материала и раскрытия волокон тот же результат был достигнут в течение времени, меньшего на 30%.
Пример 5. Превращение в волокнистую массу под воздействием давления пара для получения волокон баобаба в масштабах лаборатории
Побеги/молодые деревья баобаба были извлечены из почвы машинным способом с помощью машины Simon RPNC-Leek Harvesters. После этого острым предметом (ножом) листья и клубни были вручную отделены от стеблей/стволов побегов/молодых деревьев. После этого было произведено обезвоживание. Для этого сырье баобаба было введено в круглогибочную машину с прессующими вальцами фирмы Davi. Она произвела обезвоживание баобаба приложением давления 8000 Н/м2 и улучшила раскрытие волокон.
После этого растительный материал баобаба обрабатывали высоким давлением (50 бар) при температуре 200°С в состоянии насыщенного пара щелочным паром в течение 5 минут. Затем давление было быстро снижено. При этом происходило испарение воды из растительного материала баобаба. Это обусловило распад связей целлюлозы в отдельных волокнах.
Волокна были высушены, сухие волокна были расчесаны, рассортированы по различным сортам и упакованы в тюки.
Способ обеспечил выход 30-40% доли волокон от общей массы молодого дерева баобаба. Полученные пучки волокон имеют длину около 80-140 см, толщину 2-10 мм и 10-50 мм. Суть заключается в получении длинных волокон по возможности высокого качества.
По сравнению со способом без обезвоживания за счет предварительной обработки был достигнут лучший результат. В результате обезвоживания необходимо испарение меньшего количества воды, таким образом, растительный материал баобаба содержит более низкую долю воды. Вследствие этого для достижения того же результата потребовалось на 30% меньше времени. Меньшая длительность процесса превращения в волокнистую массу под давлением пара несет в себе также существенную экономию энергии.
Пример 6. Способ натурального превращения в пульпу для получения целлюлозы из волокон баобаба
Побеги/молодые деревья баобаба непосредственно при сборе урожая с помощью уборочного комбайна Deutz-Fahr Gigant 500 были переработаны в щепу. Эта щепа была затем введена в гидравлический двухстоечный пресс (гидравлический пресс) фирмы Diffenbacher. Гидравлический двухстоечный пресс произвел обезвоживание щепы путем приложения давления 10000 Н/м2 и тем самым улучшил раскрытие волокон.
После этого щепу баобаба вместе с муравьиной кислотой и пероксидом водорода (H2O2) варили при температуре 120°С в течение трех часов в металлическом резервуаре. Кроме того, было приложено давление 7 бар. При этом концентрации муравьиной кислоты и пероксида водорода составляли 10% и 17% (то есть в совокупности 27%) массы использованного растительного материала баобаба. Непосредственно после с помощью стадий дистилляции удалось регенерировать около 97% муравьиной кислоты. За счет вышеупомянутого измельчения растительного материала баобаба к виду щепы отпала необходимость в следующей стадии превращения в волокнистую массу.
В завершение полученная целлюлоза была высушена, очищена и упакована.
Способ обеспечил выход 50% сухой целлюлозы. Содержание целлюлозы в использованном обезвоженном растительном материале баобаба составляло 53%.
Длина отдельных волокон в целлюлозе, полученной из растительного материала баобаба, составляет около 2-4,6 мм, ширина - около 0,025-0,050 мм.
По сравнению со способом без обезвоживания желаемого результата удалось добиться с экономией времени 15%. К тому же за счет обезвоживания и раскрытия волокон количество подведенных химикалий было уменьшено приблизительно на 10%.
1. Способ получения волокон баобаба, включающий в себя следующие стадии:
а) обеспечение растительного материала баобаба;
b) обезвоживание растительного материала баобаба со стадии а), причем обезвоживание растительного материала баобаба производят перед его превращением в волокнистую массу и осуществляют с помощью гидравлического пресса и/или прессующего вальца или круглогибочной машины;
с) превращение обезвоженного растительного материала баобаба со стадии b) в волокнистую массу,
причем на стадии а) растительный материал баобаба получают из побега баобаба или молодого дерева баобаба, при этом побег баобаба представляет собой побег, возраст которого составляет до 9 недель, а молодое дерево баобаба представляет собой молодое растение, которое старше 9 недель и не старше 7 лет; и
перед стадией b) из растительного материала баобаба удаляют листья и клубни.
2. Способ по п. 1, в котором дополнительно между стадией b) и стадией с) выполняют мочку растительного материала со стадии b).
3. Способ по п. 1 или 2, в котором дополнительно осуществляют стадию d) последующей обработки волокон баобаба со стадии с).
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором на стадии b) растительный материал баобаба подвергают воздействию давления от 500 до 200000 Н/м2.
5. Способ по любому из пп. 2-4, в котором мочку производят с помощью процесса, который выбран из следующей группы: росяная мочка/полевая мочка, водяная мочка, химическая мочка.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором на стадии с) превращение растительного материала баобаба в волокнистую массу осуществляют с помощью способа, который выбран из следующей группы: превращение в волокнистую массу под давлением пара, ультразвуковое превращение в волокнистую массу, химическое превращение в волокнистую массу в Крафт-процессе, натуральное превращение в пульпу, которое представляет собой превращение в волокнистую массу с использованием муравьиной кислоты и пероксида водорода.
7. Способ по любому из пп. 3-6, в котором стадия d) включает в себя сушку полученных на стадии с) волокон баобаба и необязательно дополнительно расчесывание высушенных волокон баобаба и необязательно дополнительно сортировку расчесанных волокон баобаба.
8. Композиция, содержащая волокна баобаба, которые получены способом по любому из пп. 1-7, а также стеарат магния.
9. Композиция по п. 8, в которой доля волокон баобаба составляет 1-50% сухой массы.
10. Композиция по п. 8 или 9, в которой доля стеарата магния составляет 1-20% сухой массы.
11. Композиция по п. 10, в которой доля стеарата магния составляет 2-10% сухой массы.
12. Композиция по любому из пп. 8-11, которая дополнительно содержит крахмал и/или консервирующие вещества.
