CN108367453B - 基于纤维素的隔热材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于纤维素的耐火隔热材料及其相关制造方法。该隔热材料包括多个在该隔热材料中建立空隙的超结构。该隔热材料可以被吹到适当位置，同时这些超结构保持该隔热材料的空隙部分。该隔热材料是用纤维残留物单独地或与其他纤维素材料组合地制造的。制造该隔热材料的方法包括用一种或多种阻燃化学品处理这些纤维素材料以及在这些纤维之间产生结合以形成这些超结构的步骤。

Description

基于纤维素的隔热材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及隔热材料及其制造方法。更具体地，本发明涉及隔热材料，该隔热材料由纤维素组分制成并且包括用于增强该隔热材料的减少热流动特征的超结构，该隔热材料包括被吹到、被注射到或被喷射到适当位置的隔热材料。
背景技术
隔热材料出于被动热控制的目的而广泛用于大范围的应用中，其中建筑物隔热材料是特别大量的应用。无机玻璃纤维已经是用于制造隔热材料的最常见类型的材料。纤维素隔热材料是隔热材料的替代形式，其通过减少对流和透气性来提供改进的热性能。由聚合物材料(也称作喷射泡沫)制成的就地成形的隔热材料比由玻璃纤维或纤维素材料制成的隔热材料更加昂贵但可以提供最高的耐热性(或R值)。
玻璃纤维隔热材料可以以纤维絮片(batt)或原位(被吹到适当位置)纤维形式提供，其中纤维絮片和该吹制纤维填料的厚度和密度决定了其热性能。纤维素隔热材料通常被吹到阁楼、致密填充到腔体、或用水喷射施用到开放式墙壁腔体中。出于性能和覆盖的目的，希望的是能够将隔热材料吹到适当位置。吹制的隔热材料可以作为吹制的疏松填料(例如在开放式阁楼安装中)或在致密填充的应用中，就像通常在墙壁中的情况一样，其中该材料被以更高密度强制进入腔体内。当吹制的隔热材料被安装时，希望的是在安装后维持该隔热材料的适当的密度，以获得最佳隔热特征。密度过低时，该隔热材料可能沉降，并且气流可能降低该隔热材料的有效性；密度过高时，该隔热材料的热效率降低，并且安装的成本增加。
除了吹制玻璃纤维的有效性能的关注涉及其有限的阻燃特征和环境特征，这些特征现在在联邦国家毒理学标准(Federal National Toxicological standards)的管制下，已经引起了公众和政府对其作为隔热产品的持续使用的关注。有机纤维素隔热材料已经被认为是玻璃纤维的替代物，并且对于那个目的、尤其关于其环境适合性和热效率可能是希望的。当前，纤维素隔热材料是由回收利用的原料制成，其中回收利用的新闻纸是主要原料。已经考虑了其他类型的材料以便增加可用原料的量，例如卡纸板、木结构碎片等。
纤维素隔热材料部分地使用现有的造纸机和方法制造。确切地，纤维素原料(呈用过的纸的形式、通常呈印刷报纸的形式)被机械地减小成小的片并且可以包括纤维素纤维。为了确保该纤维素隔热材料符合阻燃标准，将这些片与阻燃化学品混合或用阻燃化学品涂覆，所述阻燃化学品通常是呈粘附到纤维素片上的粉末(即，固体)形式的化学品。使用的化学品选自硼酸盐(包括含硼的任何化合物或混合物，例如像硼酸和硼砂)、硫酸铵、硫酸镁或这些材料(本文中将被称为阻燃剂)的混合物。然后使经处理的片变松以降低其整体体密度并且改进其应用适合性。将经处理的片装袋并且然后作为吹入式隔热材料安装在适当位置。
造纸厂具有残留纤维(本文中被称为短纤维残留物(“SFR”))，其是生产纸的副产物。这些较短纤维不适合在盒纸板生产中或在其他纸、纸巾或有关材料的生产中使用，并且导致生产工厂的值得注意的废物流。因为这种材料没有足够的商业用途，所以其经常被填埋。
更一般地说，除了造纸厂之外还存在纤维残留物的其他潜在来源。农业的和基于木材的方法经常具有在食品或其他农业或林业来源的产品的生产中可能没用的纤维副产物。最后，纤维残留物可以从纤维素隔热材料自身的生产获得，其中在包装前任何松散的、轻的、小的或细纤维可以从纤维素隔热材料生产线中除去，以避免在输送至纤维素隔热材料安装人员时过多的含尘量。这些方法的任一种产生过量低经济价值的细纤维，下面更一般地将其称为纤维残留物。
其他人已经失败地尝试在纤维素隔热材料的生产中利用SFR或纤维残留物，但具有挑战性的是使用常规方法使这些材料可用作纤维素隔热材料。短纤维在吹制时变得浮在空中，降低了安装人员的可见度，并且不能充当有效的隔热材料，因为它们在其自身重量下压缩，形成高度致密的块状材料，该块状材料不捕获空气或有效地充当隔热体。能够在纤维素隔热材料中使用此类材料将是有用的。
除了实现所需的阻燃材料保留之外，必要的是成品实现所需的密度。纤维素隔热材料必须落入窄的沉降密度范围内：如果纤维素隔热材料不足够致密，则其热性能可能受损，并且如果它太致密，其实际上变得成本过高。如果以太低的密度安装，则该产品可能随时间的推移沉降，行业通常测试沉降密度。沉降是不希望的，并且隔热材料中的纤维的强度、长度和结构是影响沉降的关键参数。
由纤维制作纤维素隔热材料的常规方法涉及由再造纸制造该隔热材料。该纸具有以下益处：该纸中的纤维已经被压缩成垫，该垫给予该纸更高的强度和硬度(与松散纤维的聚集体相比)。这些因素有助于常规纤维素隔热材料满足所要求的沉降密度水平。
然而，在SFR作为纤维素隔热材料的原料的情况下，在该产品中没有固有垫。更短的纤维是分开的并且因此更弱，使得纯SFR产品可能是不可接受地多粉尘的、过度地沉降、且不能满足沉降密度的行业期望值。理论上，该SFR可使用传统纸加工方法制作成纸制品，并且然后被撕碎以制造与现有产品可比较的低密度的纤维素隔热材料。然而，该方法具有许多问题，这些问题使其成本过高。确切地，为了制造纸，需要纸浆溶液(其中约98％水进料到毡上)，其中所述纤维然后在加热辊之间通过以使该材料干燥。因此这将导致需要向该SFR添加大量水，这意味着将需要工艺用水***和大量的资金和运行费用。此外，由于纤维的短长度以及在造纸过程中沿着纤维的长度获得足够氢键的困难，难以从SFR或其他纤维残留物制造纸。
纤维素隔热材料必须满足严格的健康、安全、耐火性、沉降密度和其他规定要求(例如ASTM C739)的要求。此外，纤维素隔热材料必须具有竞争力价格以便被市场接受，这给予制造商严格的成本要求。希望的是使用有成本效益的材料，这些材料也可以针对阻燃性进行适当地处理、可以被原位安装并且具有至少与玻璃纤维隔热材料(特别是吹入式玻璃纤维隔热材料)的隔热特征一样好的隔热特征。
因此，所需要的是由相对便宜的纤维素材料(包括但不限于SFR和其他纤维残留物)制成的隔热材料。还需要的是这样一种隔热材料，该隔热材料是阻燃的并且可以被吹入适当位置，同时维持所需的隔热特征连同可接受的沉降密度。此外，所需要的是用于制造此种隔热材料的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种由相对便宜的纤维素材料(包括但不限于SFR和其他纤维残留物)制成的隔热材料。本发明的目的还是提供这样一种隔热材料，该隔热材料是阻燃的并且可以被吹入适当位置，同时维持所需的隔热特征连同可接受的沉降密度。此外，本发明的目的是提供制造此种隔热材料的方法。
这些目的和其他目的用本发明得以实现，本发明是一种基于纤维素的隔热材料，该隔热材料可以被吹到适当位置，同时保持所需隔热特征且保持所需沉降密度。用于本发明的原料是可以从纸浆加工操作获得的SFR。该SFR材料可以单独使用或与从其他来源获得的其他纤维素材料(包括但不限于替代纤维来源)例如再造纸或瓦楞卡纸板组合使用。当纸浆厂从纤维原料制造纸浆时，产生了SFR。这些SFR材料包括太短以致于在纸加工中没有用的纤维，但是在纤维素隔热材料的生产中可能是有用的纤维。本发明改性SFR以使此种使用成为可能，并由此产生新的隔热材料。
使用SFR材料用于纤维素隔热材料解决了两个问题。对于纸浆工业，其消除了否则将需要被填埋或用卡车运输到处置场地的废物流。对于纤维素工业，SFR材料提供了消除了购买更多昂贵原料供给的需要的、有成本效益的原料。此外，以湿的状态(在干燥SFR材料(在它们作为废物从制浆操作消除之后)之前)利用SFR材料在本文所述的用阻燃剂处理该SFR中是有用的。这是因为当该SFR是湿的时，用该阻燃剂对该SFR进行处理是更有效的，因为该阻燃剂可以通过纤维素纤维的毛细作用被带入纤维中。需要更少的阻燃材料来使得用SFR形成的隔热材料足够阻燃，由此降低该隔热材料的制造成本。此外，从安装健康和安全立场，湿法制作减少了浮在空气中的化学粉尘，因为该SFR浸渍有该阻燃剂，而不是粘附在纤维的外面。将阻燃剂直接浸入纤维(代替将粉尘粘附在纤维外面)还消除了粉末将在安装期间被自由吹出的风险，这些粉末典型地作为常规纤维素隔热材料的安装中的粉尘告终、并且降低安装人员的可见度。
若干研究者和公司已尝试由SFR制造纤维素隔热材料，并且未成功获得要求的物理特性。通常纤维素和玻璃纤维隔热材料通过将小体积空气截留在纤维之间的袋中来提供对热量流动的阻力。每个被截留空气的小腔体用作小隔热体，并且截留在材料中的空隙越小，隔热材料将表现地越好。在先前由SFR制造隔热材料的尝试中，短纤维倾向于致密地填充，填满空气空隙并产生高于所需密度的产物。隔热值不令人满意(在R值方面)并且高密度需要过量材料以覆盖给定区域。因此由于这些原因，SFR先前在纤维素隔热材料的生产中是不可用的。
另外，通过用干化学阻燃剂处理纤维，通常在纤维素隔热材料中的纤维素纤维上给予耐火性。该干化学阻燃剂必须使用某种试剂粘附到纤维上，并且矿物油通常被用于此目的。该矿物油使该干阻燃剂的细粉粘附到纤维素纤维上。但是在试图在SFR的情况下利用这种方法时，细纤维的极高表面积呈现问题。用矿物油和干粉尘阻燃剂充分覆盖纤维将需要过量的阻燃剂粉末。这两种组分增加了所得产物的成本和质量两方面，并且增加的质量压低弱的短纤维，进一步增加了密度并降低了其作为隔热体的性能。
最后，在SFR的情况下在成品中存在问题，即当安装人员将纤维素吹到适当位置时，该SFR的细、短纤维变成浮在空气中的粉尘。因为这些纤维既短又轻，它们保持悬浮在空气中持续长时间。这种粉尘对安装人员来说是刺激物，并且会刺激他们的眼睛或呼吸***。
本发明通过形成本文中被称为组分(例如纤维素片，例如包括SFR纤维的纤维素纤维)的超结构而克服了上述关于使用SFR作为隔热材料的缺陷。形成如本文所述的超结构以产生纤维簇，这些纤维簇固定连接在一起以形成三维体。这些三维体可以是呈管、片、编织垫、星或其他三维构型及其任何组合的形式。这些超结构包含空隙，并由此在含有它们的块状隔热材料中建立空隙，这产生具有低于具有更紧密填充的组分的隔热材料的密度的隔热材料。此外，本发明隔热材料的纤维素纤维超结构具有足够的结构完整性，使得当力施加到该隔热材料上时，例如通过吹到适当位置安装或填充在袋中，此种力不会使超结构完全坍塌。结果是，该隔热材料在其整个使用期间保持相对低的隔热材料体密度，与使用现有的基于纤维的隔热材料时发生的沉降体密度和填充体密度增加相比。此外，这些形成的超结构通过形成更大和更重的结构(这些结构不太可能作为单独的短纤维悬浮在空气中)来减少安装人员面临的粉尘问题。
作为潮湿原料使用SFR除了材料成本节省之外还有若干益处。首先是降低生产纤维素隔热材料的总能量需求，因为不需要电能来制浆和分离纤维。第二个益处是潮湿纤维不需要向生产设备添加工艺用水。将阻燃剂溶液添加到预先润湿的纤维中是有利的，因为纤维中已经含有的水分有助于该阻燃化学品扩散到纤维中并且消除对用于彻底饱和纤维的过量水的使用。这是重要的，因为处理工艺用水的任何设备也需要供水和处理水排放许可问题的费用。潮湿材料的使用也大幅度降低了生产设备的资本成本(并且因此成品的成本)。在潮湿材料的情况下，不需要制浆设备并且建筑物的占地面积会大幅度减小。
尽管使用SFR作为本发明的隔热材料的原料是所希望的，但可以使用其他纤维素回收利用原料代替SFR或除SFR之外可以使用其他纤维素回收利用原料。这些其他原料包括但不限于旧瓦楞纸箱(OCC)、旧新闻纸(ONP)、双面衬里牛皮纸(DLK)、以及可以在开放市场上容易地获得的各种其他等级的纤维。
由SFR制造纤维素隔热材料的挑战之一是SFR的纤维长度显著短于OCC的纤维长度。此外，单根纤维不具有显著的强度，而且强度在成品纤维素产品中对于维持低密度是重要的，因为该产品会随时间的推移沉降。因此，将该SFR成形为超结构作为生产具有所需强度、目标密度和负担得起的成本的属性的基于纤维素的隔热材料的方法的一部分是有利的。该超结构是将纤维结合在一起，其具有两个益处：(1)给予该隔热材料比当这些纤维没有如此固定地连接在一起时其将具有的强度更大的强度，以及(2)在材料中产生抵抗压缩和降低块状材料的密度的空隙。这些优点使得本发明使用SFR实现比可以使用用于生产纤维素隔热材料的常规加工方法所实现的更低的沉降密度。
该纤维素超结构的形成可以通过多种手段实现。纤维之间的结合可以通过单独的粘合剂、或通过纤维之间的化学键(例如相邻纤维之间的氢键)实现。超结构的形成可以使用热量、压力、添加剂或所有三者的组合来增强。在本发明的实施例中，可能是有利的是在辊之间压制纤维，同时可以添加水分和热量以增强压制作用。在本发明的另一个实施例中，可以使用多孔传送机来聚集SFR，并且可以施加热量以促进纤维的干燥和结合在一起，这可能在用或不用单独的粘合剂的情况下发生。热量或压力或热量和压力二者可能在将纤维结合在一起成为如以上所指出的有利的三维结构上是有利的。
超结构也可以通过具有特定轮廓的辊形成，例如具有尖锐接触点以及然后它们之间的间隙的辊，以便产生纹理化组合物。纹理化超结构组合物的益处是该材料的一些部分是致密的，而其他部分不是致密的，为后续加工留下所需的整体密度和超结构构型。作为例子，该纹理化组合物可以被配置为超结构，其中片形成为相对小的簇，具有压实的芯以及然后若干突出的纤维(稍微呈豪猪(porcupine)形式)，其中“主体”被压缩并且然后纤维向多个方向突出。这种类型的超结构构型的益处提供了较低的整体沉降密度，因为该“主体”将这些小簇保持在一起，其中“刚毛”有效地将这些簇彼此分开。
超结构也可以通过将纤维铺设在多孔传送机上并将水排出或干燥形成，使得纤维干燥成缠结形式。在垫形成后，该缠结形式可以被切碎或减小成更小尺寸的片。
可替代地，可以通过利用粘合剂例如树脂、上胶剂、化学试剂、或任何其他将纤维粘附在一起的手段(其可以以固定方式将松散相邻的纤维连接在一起以形成如本文所述的三维体，使得它们不能在稍后的加工或使用中沉降)来形成超结构。超结构建立了空气填充的空隙以便增强该隔热材料的隔热特征。
为了最有效地起作用，这些超结构可以以至少30％的空隙分数(在该超结构内)来产生。在隔热材料中包含足够的这些簇，使得该隔热材料的整体空隙含量为至少30％。还应该注意的是，本段中所述的所有方法可同样好地适用于SFR或SFR与其他纤维(例如来自ONP、OCC、DLK或其他材料等级的纤维)的混合物。
应该理解的是，形成超结构的过程可能导致产生比最终超结构的预期尺寸更大的宏观结构。例如，粘合剂或粘附剂的施加可能产生宽的产物垫，其然后可以被减小尺寸以形成具有预期尺寸、形状和密度的超结构。
制造本发明的基于纤维素的隔热材料的方法可以使用以下***完成，该***包括但不限于多个部件例如一个或多个脱水装置、一个或多个水回收和返回装置、任选的纤维染色和/或漂白装置、一个或多个干燥器、集尘器、冷却器、成纤器、产品收集器以及在该***的装置之间转移材料所需的所有导管。例如，该***可基本上并入典型地用于造纸工业中的类型的常规纸浆和纤维制造方法中，而不是与常规方法完全不同或广泛的附加。本文将描述该***的具体部件的实例，许多这些部件存在于当前存在的常规纸浆/纸加工设备中。
本发明的***和相关方法提供了制造可行的基于纤维素的隔热产品的有效且具有成本竞争力的方式。该***和方法可以包括使用原料(包括SFR、ONP和OCC原料)组合，以确保充足且可持续的原料供应。该***和方法还可以包括在该制造方法的干燥阶段(如果有的话)之前引入化学处理。这导致阻燃化学品与隔热纤维的更有效的附着或浸渍，同时还减少了用于产生有效阻燃性的处理量。
本发明使得制造阻燃材料成为可能。用于制造阻燃材料的原料可以是单独的SFR，或与回收利用材料(包括但不限于OCC、DLK、ONP或其他残余纤维素材料及其组合)组合的SFR。本发明提供了将阻燃化学品与原料组合然后干燥该组合。该阻燃化学品在与该原料组合时可以是呈液体形式。可替代地，阻燃化学品可以以干燥形式添加，如果该材料是潮湿的，这些化学品可能被纤维中存在的水分通过毛细作用吸入纤维中。阻燃化学品和该原料的组合可以被进一步加工以形成网状物、片材、多根纤维、或其他合适的形式。该原料和阻燃性组合可以被进一步加工以制造隔热材料，如上所指出，或者其他最终产品(其中阻燃性是希望的特征)。当利用多个纤维流时，阻燃材料可以分别施加到单独的纤维流中，以给予每种纤维类型不同水平的阻燃性。可替代地，阻燃化学品可以施加到仅一种材料流，例如潮湿SFR或其他干纤维来源，并且在潮湿状态下将这些材料混合在一起可以提供足够的运输以使整个混合物被该阻燃剂有效地处理。
鉴于以下详细描述、附图和所附权利要求，本领域技术人员将认识到本发明的这些和其他优点。
附图说明
图1是可用于制造本发明的基于纤维素的隔热材料的示例***的简化表示。
图2是可用于制造本发明的纤维素隔热材料的方法的主要步骤的方框图表示。
图3示出了机理实例，该机理可用于使用具有加压点的辊制造纹理化垫用于将纤维成形为超结构，该超结构具有压实的芯以及然后在多个方向中的若干突出的纤维。
图4示出了单独的超结构的突出纤维如何将相邻的超结构彼此分开。
图5示出了作为本发明隔热材料的一部分的超结构的存在如何能够使其他单独纤维覆盖在超结构上、而不是沉降到压缩取向上。
图6示出了没有超结构存在的单独纤维如何能够在没有超结构的现有技术的隔热材料中沉降成更致密填充的构型。
具体实施方式
图1展示了用于制造本发明的具有阻燃性的基于纤维素的隔热材料的***10的主要部件的简化表示，该隔热材料在图5中示出。本发明的隔热材料包括用于制造它的原料材料的超结构构造，这些超结构增强了空隙特征，并且因此改进了该隔热材料的热性能特征。该隔热材料可以被安装在适当位置，例如通过将其吹或喷射到适当位置，同时保持超结构的完整性并且由此保持安装后该隔热材料的空隙完整性。用于制造本发明的基于纤维素的隔热材料的方法的主要步骤在图2中示出。
***10可以如图1所示进行配置并且包括原料来源容器12、化学处理来源14(可以是储备槽或任何其他添加剂来源)、共混槽16、脱水单元18、干燥单元22、超结构形成单元24、纤维化单元26、分类单元28、以及收集单元30。原料来源容器12填充有经清洁的原料材料，例如本文所述的基于纤维素的回收利用材料的一种或多种。该原料可手动或自动移入脱水单元18，并且然后进入共混槽16。应该理解的是，脱水单元18可以位于共混槽16之前或之后，其中可以添加阻燃化学品和其他添加剂。应该理解的是，共混槽16是其中可以将原料和任何感兴趣的化学添加剂组合的结构的表示。此外，共混槽16代表一个或多个其中将原料和添加剂组合的此类槽。可以在该共混槽中施加热量以增强该阻燃剂吸收到纤维中。
用于形成本发明的基于纤维素的隔热材料的原料是包括SFR或其他纤维残留物的纤维但不限于其的多个片。这些材料可以被单独加工，或者可以与其他材料(例如包括但不限于OCC和ONP的其他可回收利用的纤维素材料)一起散布，并且添加到包含所需添加剂的共混槽16中，所述添加剂可以包括水，如所指出的。
化学处理来源14包括处理材料的液体或悬浮液，其可以是阻燃化学品、水和任何其他可能感兴趣的添加剂的组合。在递送到共混槽16之前，该阻燃材料可以是呈液体形式而不是粉末形式，但是应该理解的是，也可能有可能将干阻燃剂直接添加到共混槽16中，其中它们可以被存在于共混槽16中的水分溶解，由此去除对包括呈液体形式的添加剂的来源槽14的需要。阻燃材料可以是硼酸盐(例如硼酸、硼砂或其他硼酸盐)、硼酸盐的组合、硫酸镁、或一种或多种硼酸盐和硫酸镁的组合。硫酸镁的使用降低了隔热材料的整体成本。尽管之前硫酸镁和/或硼酸盐作为阻燃添加剂的使用限于呈粉末形式的此类添加剂的应用，但是本发明以液体过程，例如通过将那个组合以液体形式或者以粉末形式添加到共混槽16中，用于与湿纤维相互作用改进了该阻燃组合的附着(相比于该组合与纤维的干混合)。应该理解的是，可以使用其他适合的阻燃化学品。本发明的一个方面是将阻燃化学品以过量20％在水分存在下与该原料组合以便提供该阻燃剂到来自原料来源容器12的原料组分的纤维结构中的有效渗透。
在原料处理过程中可能感兴趣并且使用的化学处理来源的另一种添加剂是用于消除或减少可能产生具有不希望特征的产物的原料中的一种或多种组分的化学的、生物的或其他添加剂。例如，为回收利用材料的纤维素原料可以包括一种或多种包含多糖、淀粉等的粘结剂，如果将其携带到最终产品中，这些粘结剂可能促进霉菌生长。可以将添加剂例如用于分解此类不希望的组分、和/或使它们充分流化以使其可以从经处理的原料中除去的酶或其他组分添加到共混槽16中，如本发明的一个方面。
在原料处理过程中可能感兴趣并且使用的化学处理来源的另一种添加剂是设计用于增强纤维之间的结合的胶黏剂，树脂，或化学的、生物的或其他添加剂，其可以有助于随后形成或强化可以在后续加工步骤中形成的超结构。这些添加剂或处理也可以在共混槽的下游添加，例如通过在干燥过程期间或之后喷射到材料上。
超结构形成单元24可以定位在干燥器之后，以便促进超结构的形成。这些超结构可以通过上述任何方法形成，通过将纤维聚集在一起并且然后促进纤维附聚在一起形成超结构(包括彼此永久地粘附的纤维)的任何手段。这可以与热量、压力、或粘合剂的添加组合发生。还应该注意的是，纤维之间的这些结合的形成也可以在共混槽或干燥步骤中实现，从而可以不需要单独的超结构形成***。
纤维化单元26可以用于产生更细的纤维结构。如果已经形成比成品中希望的更大的超结构，则成纤器可以有效地限制此类超结构的尺寸。另外，如果大颗粒已经经历来自前面步骤的过程，例如回收利用纸的较大的片，则成纤器也可以减小那些材料的尺寸，这可以改进该成品的密度。
还应该理解的是，超结构的形成也可以在纤维化步骤之后而不是之前完成，如果这提供了特定应用所需的纤维和超结构几何结构的最佳组合。还应该理解的是，用于促进将纤维结合进超结构的添加剂可以在成纤器的上游或下游添加。最后，应该理解的是，任何原料流的一部分可以通过上述步骤的一部分，而该原料流的另一部分可以绕过某些区段，其中本发明的关键方面是至少5％的材料形成如上所述的超结构。
参考图2，制造本发明的隔热材料的方法中使用的主要步骤如下。该方法总结在以下可用于生产本发明的隔热材料的主要步骤中：(a)获得并提供SFR原料材料，单独地或与其他纤维素材料组合地，(b)清洁所述SFR原料材料(以及任何附加的原料材料)，(c)使经处理的原料材料脱水，(d)用阻燃化学添加剂和/或其他添加剂处理所述经清洁的材料，(e)干燥所得的材料，(f)在原料材料的纤维之间产生结合以形成多个超结构，(g)将其中包括超结构的经干燥的材料纤维化，(h)将经纤维化的材料进行分类，以及(i)收集成品并装袋。应该理解的是，这些步骤的一些可以被调整或以不同的顺序使用。此外，例如，不需要该清洁步骤以实现超结构的形成。此外，附加的加工步骤，例如在干燥之前使该材料变松可能是有利的，如果它们提高后续加工步骤的有效性。
SFR原料材料可以从制浆操作以含水状态获得，并且然后可以脱水以使该材料的水分含量达到约25％至75％。
该SFR和其他原料材料可以在共混槽16中用阻燃材料处理，例如通过利用含有本文所述类型的化学品的共混物的水溶液、在高温下持续确定的停留时间，以允许阻燃化学品饱和该原料材料。在此阶段，该SFR的水分也可以足以允许将干化学品添加到共混槽中，条件是存在足够的水分以溶解添加到该共混槽中的化学品的很大一部分，这样使得这些化学品的很大一部分被浸入该纤维素的纤维结构中。这种处理可以与如所指出的其他原料材料一起进行，该SFR可以与其他原料分开处理，或者可以用阻燃剂处理原料流中的仅一种。
SFR材料和其他共混的原料材料(如果有的话)可以在脱水单元18中使用本领域技术人员已知技术的任何手段例如压机或筛网进行脱水，以将纤维与水分离。在该脱水步骤期间从材料中除去的水溶液可以被重新引入到随后的一批产品中，或者在连续过程的水处理阶段重新引入。流体的这种再利用在使整个方法经济上是有用的，因为阻燃化学品比纤维素纤维材料昂贵得多并且否则将使该方法不经济。
经处理的和经脱水的材料在被转移到干燥单元22之前可以在变松单元20中变松，或者可替代地，可以利用旋转或流化床干燥器作为干燥单元22，该干燥器可以能够在干燥该材料时使其变松，由此避免需要单独形式的变松单元20。
干燥单元22可以用于将剩余水分从经处理的原料材料中驱赶出去。例如，可以利用旋转干燥器、变松干燥器、空气干燥或任何其他常规干燥方法来分离经处理的原料纤维中的大部分剩余水分。
在干燥单元22中或者与超结构形成单元24组合的干燥期间，经处理的材料可以通过多种技术形成三维结构。这些材料可以在传送机上被干燥以形成干燥垫。这些材料可以通过辊来成形以形成类纸的片材或管。这些辊可以是纹理化的，以提供特定品质的类纸的片材，例如控制致密纤维与非致密纤维的比例。作为超结构形成单元24的元件的此类辊构型的实例在图3中示出，其中辊40的辊隙42将纤维组44的部分挤压在一起，同时允许其他纤维彼此保持隔开并且干燥或上胶以保持固定的超结构构型。
可替代地，在干燥过程中或之后，可以在超结构形成单元24(其可以简单地是容器)中向经处理的纤维添加其他材料以促进纤维之间的结合。上胶添加剂例如胶黏剂可以用作粘合剂以将纤维粘合在一起形成三维超结构。类似地，可以施加聚合物喷雾以形成纤维之间的连接，这些连接导致强的三维纤维基体，以随机或有组织的形式(被配置成在此类簇的纤维之间建立固定的间隔并且由此建立该隔热材料的空隙)建立超结构。最后，由于其对于氢键的广泛可用的位点和表面积，纳米纤维素可用于将较大的纤维结合在一起。
在干燥和超结构形成之后，经处理的材料可以在纤维化单元26中进行纤维化以分离单独的纤维以及分离纤维组合的超结构簇。这可以利用旋转成纤器或圆盘精制机以不同距离的板间隙来完成，调整这些间隙以优化成品纤维素隔热材料的性能。
在纤维化之后，可以使用纤维分类器28对所述材料进行分类，该纤维分类器28可以是筛选***或空气***或筛选***和空气***的组合。此种分类的目的是将高密度材料(例如相对靠近地填充在一起的单独纤维)与较低密度材料(例如纤维组的超结构簇)分开，以基于此类高密度和低密度组的组合来控制有待安装在适当位置的隔热产品的所得整体体密度并使其可选择，例如通过将其吹到适当位置。分类器的使用使成品满足所需的隔热要求，即使使用短纤维原料时，例如SFR以及可以使用的其他原料材料(单独使用或与SFR组合使用)。应该理解的是，在某些情况下分类器的使用可能是有利的，但对于某些应用可能不需要。
图4示出了以下方式的简化表示，其中形成的超结构50当堆叠在一起时产生在收集之后以及在由其形成的隔热材料安装之后保持固定在原位的袋或空隙52。在图4中，每个纤维簇代表一个超结构，其中具体簇的纤维永久地连接在一起以形成所示的超结构。
图5示出了超结构的存在如何能够降低含有超结构和单独纤维的共混材料的密度的简化表示。在此图解中，所有的超结构都被示出为相交直粗线的簇，并且单独纤维被示出为较轻的弯曲实线。(应该理解的是，这是为了说明目的，并且所有纤维可以具有直的或弯曲的区段。)超结构的存在有两种影响：第一，超结构倾向于落在彼此的顶上，降低了所得的块状材料的密度；以及第二，单独纤维倾向于覆盖在超结构上。这使得本发明的隔热材料的空隙分数为至少30％，其中超结构向整个基体贡献空隙并且有助于分离可能不永久地固定到任何超结构的其他单独纤维。
图6示出了使用常规隔热材料生产方法、在现有技术的没有用于保持固定空隙的超结构的隔热材料中短纤维的高密度问题。与当超结构存在用于分离纤维时相比，细纤维倾向于落下对齐并更致密地堆叠。
在分类期间可以从成品流中清出的材料可以进料回该方法至上游步骤中。例如，对于成品而言太致密的纤维素可以在缠结步骤之前重新引入，并且可以在第二循环中与其他纤维缠结时使用。这种分类后材料的再利用在以下项中加倍重要：第一，使得SFR可用作原料；以及第二，使得昂贵的阻燃剂在该方法中被回收。
然后可以使用收集单元30将所得的产物包装用于分配。
此外，可能有利的是将来自本披露的传授内容与来自先前专利授权US 8043384的传授内容结合，该先前专利授权US 8043384传授了如何利用各种原料来制造纤维素隔热材料。在那种方法中，可以利用结合了粘结剂的原料，该粘结剂可能存在于旧瓦楞纸箱中。
在应用本披露的信息时，SFR材料可以有利地与OCC、DLK、ONP、从其他过程阶段回收的流体和/或纤维材料或在该方法的各个步骤中的其他材料混合，其可以包括：
a)将SFR材料在用阻燃剂共混物处理之前与其他材料混合(例如在上述步骤{a}与{b}之间)
b)在清洁后将SFR材料与其他材料混合(在上述步骤{b}与{c}之间)
c)在处理后将SFR材料与其他材料混合(在上述步骤{c}与{d}之间)。在这种情况下，相比于其他材料，SFR材料可以被处理不同的时间量或者在不同的条件下进行处理，并且可以具有比所述其他材料更高或更低含量的阻燃材料。
d)在任何其他后续加工阶段后，将SFR材料与其他材料混合，条件是在包括SFR材料和其他材料的装袋操作中最终提供材料的混合物。
e)将可以是潮湿的SFR材料与可以是干燥的其他材料混合，或者反之亦然，以便使两种材料中更干燥的材料将水分从更潮湿的材料中通过毛细作用吸走，或者抑制可能由更干燥的材料产生的粉尘。
最后，可能有利的是追求用于生产这些材料的替代方法，该替代方法涉及将提供阻燃性的化学品混合到SFR中，同时该SFR和/或其他原料材料是半干燥的，而不是将其混入纸浆悬浮液(几乎全是水)。在那种情况下，可以利用替代的混合装置，例如螺条混合机。
在本发明中，关于具体部件和方法步骤描述了用于提供改进的阻燃材料和可以吹到适当位置、具有多个其超结构的纤维素隔热材料的方法。然而，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。特别地，应该理解的是，对将SFR用作原料的任何参考可同样好地适用于来自其他来源具有类似特性的其他纤维残留物。所有等同物都被认为落入如由以下权利要求书所认定的本发明的本说明书的范围内。

Claims (8)

1.一种能够被吹到适当位置的基于纤维素的隔热材料，该隔热材料包含多个纤维素纤维，该隔热材料的特征在于：
该多个纤维素纤维中的至少一部分是短纤维残留物(SFR)纤维，SFR纤维是生产纸的副产物，多个SFR纤维被连接在一起以形成多个单独的超结构，所述超结构是固定连接在一起以形成三维体的多个纤维素纤维的纤维簇，并且该多个单独的超结构在该基于纤维素的隔热材料中形成抵抗压缩的空隙，在所述基于纤维素的隔热材料被吹到适当位置之后，所述基于纤维素的隔热材料的空隙完整性被保持。
2.如权利要求1所述的能够被吹到适当位置的基于纤维素的隔热材料，该隔热材料具有至少30％的空隙分数。
3.如权利要求1所述的能够被吹到适当位置的基于纤维素的隔热材料，这些纤维素纤维是从纤维残留物获得的。
4.如权利要求1所述的能够被吹到适当位置的基于纤维素的隔热材料，这些纤维素纤维是用阻燃材料进行处理的，该阻燃材料是硼酸盐、硫酸镁或这两者的组合。
5.一种用于制造耐火隔热材料的方法，该隔热材料由多个纤维素纤维形成，该隔热材料能够被吹到适当位置，该多个纤维素纤维中的至少一部分是短纤维残留物(SFR)纤维，SFR纤维是生产纸的副产物，该方法包括以下步骤：
清洁该多个纤维素纤维；
使多个纤维素纤维部分脱水；
用阻燃材料处理经清洁的多个纤维素纤维；以及
干燥经处理的多个纤维素纤维；其特征在于：
形成所述经处理的多个纤维素纤维的至少一部分的多个单独的超结构，该超结构是固定连接在一起以形成三维体的多个纤维素纤维的纤维簇；
将包括所述超结构的多个纤维素纤维纤维化；以及
由此在由多个纤维素纤维形成的隔热材料中形成抵抗压缩的空隙，在所述由多个纤维素纤维形成的隔热材料被吹到适当位置之后，所述由多个纤维素纤维形成的隔热材料的空隙完整性被保持。
6.如权利要求5所述的用于制造耐火隔热材料的方法，该SFR与多个其他纤维素纤维组合，所述多个其他纤维素纤维包括旧瓦楞纸箱、旧新闻纸以及双面衬里牛皮纸。
7.如权利要求5所述的用于制造耐火隔热材料的方法，该阻燃材料包括一种或多种基于硼酸盐的化合物、硫酸镁或这些材料的组合。
8.如权利要求5所述的用于制造耐火隔热材料的方法，该阻燃材料和多个纤维素纤维在多个纤维素纤维具有20％-99％之间水分含量的工艺中被组合在一起。
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