专利名称：粘着纤维材料的回收方法及其产生的合成纤维和纤维状材料的制作方法 人们常常回收利用完全由天然纤维(例如，动物或植物纤维)和/或纤维素纤维(例如，浆粕纤维)制成的纸和纺织材料。已经开发了回收这些材料的技术，将它们打碎成纤维或纤维状材料，然后重组这些材料，以便提供纸和纸状产品。通过打浆作业将天然纤维纺织品和/或纸张分散在水中，产生单个纤维的浆料。可清洗和/或处理这些纤维，以便去除油墨、粘合剂或其它污染物。在把处理过的纤维成形为湿法网之前，可进一步精制和/或分级这些处理过的纤维。在常规的回收作业中，把合成材料看作污染物，且一般将其除去。合成材料可能以合成或人造的纤维和/或长丝的形式出现，或者为粘结剂或粘合剂等形式。将主要用于天然和/或纤维素纤维回收的常规工艺，用于部分或全部由合成或人造纤维组成的织物和非织造织物时，已经产生了问题。此外，使用粘结剂、粘合剂和/或机械缠结例如水刺缠结的基于高强度天然和/或纤维素纤维的织物，当用常规回收工艺对其加工时，也存在问题。在湿加工例如打浆作业中，这些类型的织物通常难于或不可能分散成单个纤维。如果织物是用热或粘结剂粘合合成纤维而形成，则这一点尤为明显。在某些情况下，可能形成纤维或长丝“绳”。如果合成材料是热塑性的，则用于破碎或开松该材料的工艺中的机械功可产生足够的热量，使该材料熔融成不可用的团块和浆块。一般而言，采用以下两种方法中的一种由回收合成材料组成的或者由含合成和天然材料的复合材料组成的织物。第一种方法，将完全由热塑性材料组成的织物清洗、熔融然后挤出或成形为短纤维、连续长丝或膜。如果该织物是含合成热塑性材料和天然材料(或非热塑性合成材料)的复合材料，则在进一步加工之前，必须首先将该天然(或非热塑性合成)材料与该热塑性材料分开。这常常是不可行的，因为在该复合材料的组分之间存在的热、机械和/或粘结剂的粘合使分离变得困难。即使可能进行分离，但该方法需要多个加工步骤和更多的用于熔化和重组材料的能量。尽管获得的纤维、长丝或膜可以含回收材料，但是，这些纤维、长丝或膜的特征可以是由回用聚合物原料“人造的”或“挤出的”。第二种方法涉及把织物机械破碎成更小的块，例如纤维束、线和/或单个纤维。这一般通过干材料的机械撕裂和开松完成。例如，国际申请PCT/SE95/00938称，已知机械开松干非织造及纺织的废料，而且可以使用干燥的含合成和天然纤维的混合废料。按照PCT/SE95/00938，开松和撕碎技术的一个重要特征是，撕碎或开松操作常常不完全，以致于回用纤维部分地以原来织物的离散小块形式出现，其特征可为“絮片”或纤维束。这些絮片被描述为，其所带来的非均匀性将使含这些絮片的网呈现更多类似纺织品的外观特性。上述的絮片和织物碎块在随后的作业中难于加工，这些作业举例来说是，湿成网加工、气成网加工、水刺缠结加工或其它成网加工。这些非均匀物的存在会降低回用纤维的价值，并降低回用纤维所成网或织物的外观、强度、均匀性和其它需要的性能等级。采用筛分或其它技术消除非均匀物会降低纤维的回用效率。采用附加的干式机械切断、开松、撕裂、扯松或拣选作业将纤维束或絮片缩短为长度小于5mm的纤维或纤维状材料可能是不切实际的。而且，附加的机械功可将如此多的能量转化为热的形式，致使干燥材料熔融成不可用的团块，并会减少或消除该回用材料最初体现出的任何环境或经济上的优势。尽管已有技术可能对那些试图回收热塑性材料以制成再加工所需的聚合物原料的人，以及那些试图机械撕裂或开松干废料织物并使其成为更小的块的人具有一定的价值，但是它们不能满足许多现存的需要。例如，已有技术不能满足湿法工艺要求的基本上使纤维和/或长丝从纺织品或非织造织物上分离或个体化。另一个实例是，已有技术不能满足湿法工艺要求的，由热粘着的、粘合剂粘着的和/或机械缠结的织物例如纺织品和非织造网生产有用的纤维和纤维状材料。已有的技术不能满足湿法工艺要求的，将织物转变成尺寸类似于纤维素浆粕和天然短纤维的单纤维和/或长丝，例如，长度少于5毫米。例如，已有技术不能满足工艺需要的，将织物转变成尺寸类似于常规纤维素浆粕和天然短纤维的单纤维和/或长丝，例如，长度少于5毫米。
仍然需要可容易地加工成均匀片材或网的廉价的回用纤维或纤维状材料。例如，需要可采用常规湿成形或干成形技术加工成均匀片材或网的廉价的回用纤维和纤维状材料。还需要可能包括至少一部分廉价回用纤维和纤维状材料的均匀的片材或网。
还需要能够快速吸收数倍于其重量的水、水性液体或油的高强度片材或擦拭物。存在对片材和擦拭物的需要，该片材或擦拭物含廉价的回用纤维和纤维状材料，而且其能够快速吸收数倍于其重量的水、水性液体或油。存在对片材和擦拭物的需要，该片材或擦拭物含廉价的回用纤维和纤维状材料，而且能将该片材或擦拭物用作擦拭物或用作流体分配层和/或吸收产品中的吸收组件。满足这些需要是重要的，因为经济上和环保上都要求用回用纤维和纤维状材料代替高质量原生木纤维浆粕和/或新合成纤维或长丝，并且仍然提供能用作擦拭物或用作流体分配层和/或吸收产品中的吸收组件的产品。


本发明已经着手处理以上所确定的问题，其涉及粘着纤维材料的回收方法。该方法包括步骤(a)提供粘着纤维材料的小块，这些小块具有适于悬浮在液体中的尺寸；(b)将粘着纤维材料的这些离散小块悬浮于液体中；(c)对离散小块的悬浮液施加机械功，以便产生足以将这些粘着纤维材料水力破碎成纤维和纤维状组分的水压和机械剪切应力条件；并且(4)从该悬浮液中实质性地分离出单个的纤维和纤维状组分。
一般而言，粘着纤维材料的小块可具有约10-约350毫米的长度和约3-约70毫米的宽度。更优选的情况下，这些小块可具有约10-约100毫米的长度和约3-约20毫米的宽度。重要的是，应当调整这些小块的大小，以使其能在液体例如水中悬浮。预料还可以使用水性溶液、溶剂、乳液等。
在本发明的一个方面，提供粘着纤维材料的离散小块的步骤包括，把全体粘着纤维材料例如，大的织物、纺织品、网等或者这些织物、纺织品和网等的大的片段或碎片的尺寸缩小为适于悬浮在液体中的离散小块。该操作可以是常规操作，例如机械开松、机械切断、机械撕裂、机械研磨、水喷射切割、激光切割、扯松及其组合。
在本发明的另一方面，可采用安装在旋转辊上的刀刃与安装在固定板上的刀刃的组合对悬浮液施加机械功，以便产生具有非常高水压和机械剪切应力的区域。可能会在用于纤维浆料加工的设备中找到这种组合，例如在打浆机和精制机中，这种组合能为悬浮液供应足够的能量，以便在提供高水平纤维对金属相互作用的条件下控制纤维长度。
这些刀刃可安装在固定板上，其能够在至少一个维度内与旋转刀刃的旋转方向或旋转平面成一个角度地成行排列。例如，可安装固定刀刃，使得它们与旋转刀刃的旋转方向或旋转平面所成的角度介于约5度和70度之间。优选的情况下，可安装这些固定刀刃使得它们与旋转刀刃的旋转方向或旋转平面所成的角度介于约15度和55度之间。更优选的情况下，可安装这些固定刀刃使得它们与旋转刀刃的旋转方向或旋转平面所成的角度介于约40度和50度之间。甚至更优选的情况下，可安装这些固定刀刃使得它们与旋转刀刃的旋转方向或旋转平面所成的角度为约45度。
按照本发明，可设置工艺，使其可以在多个阶段向该悬浮液施加机械功。例如，第一阶段可在产生足以润湿粘着纤维材料小块并从粘着材料上分离至少一部分纤维和纤维状组分的水压和机械剪切应力的条件下，向该悬浮液施加机械功。然后，第二阶段可在产生足以将该粘着的纤维材料、纤维和纤维状组分破碎成基本上单个的纤维和纤维状组分的水压和机械剪切应力的条件下，施加另外的机械功。
在本发明的另一方面，处在最接近点处的旋转刀刃和固定刀刃之间的间隙，在第一阶段期间，为约20毫米-约100毫米。在第二阶段期间，该间隙为约1毫米(或无金属接触的情况下尽可能的靠近)-约20毫米。优选的情况下，在第一阶段期间，最接近点处旋转刀刃和固定刀刃之间的间隙为约20毫米-约50毫米，而在第二阶段期间，为约1毫米-约10毫米。
悬浮液的稠度、旋转辊和刀刃的旋转速度、刀刃的尺寸、对旋转辊的重量和/或压力负荷可以是不同的，可调整它们以便控制该间隙。
按照本发明，施加到悬浮液上的机械功的估计量可大于约3马力-天(24小时)/干燥吨粘着纤维材料-这通过对促使材料组分运动以产生水压与剪切应力条件的电机所消耗的电流的测定可确定。此数值可大于4马力-天/吨，而且甚至可大于6或更高。在某些状况或者在某些条件下，预料机械功的估计量可少于3马力-天/干燥吨粘着纤维材料。
采用粘着纤维材料实施本发明的方法，这些材料选自织造织物、针织物、非织造网及其组合。一般而言，这些非织造网是热粘着的、粘合剂粘合的、机械缠结的、溶剂粘着的、水刺缠结的及其组合产生的网。
这些粘着纤维材料能够由合成纤维材料、天然纤维材料及其组合构成。该合成纤维材料可包括热塑性纤维和长丝。
按照本发明的一个方面，可将粘着的纤维材料变成基本上单根的纤维和纤维状组分进行回收，该基本上单根的纤维和纤维状组分具有较为均匀的长度分布。例如，该纤维和纤维状材料可具有跨度约7毫米的长度分布。优选的情况下，该纤维和纤维状材料可具有跨度约5毫米的长度分布。试图做到的是，纤维和纤维状材料会具有跨度小于5毫米的长度分布，例如2-4毫米。
本发明包括回用的合成纤维及纤维状材料，其具有至少一种由合成材料组成的线元素，该线元素具有至少一种不规则变形，该不规则变形由粘着纤维材料在液体中悬浮时，从该粘着纤维材料上分离该线元素的水力破碎所产生。
该线元素可具有约1毫米-约15毫米范围的长度。例如，该线元素可具有约1.5-约10毫米范围的长度。另一个实施例中，线元素可具有约2-约5毫米范围的长度。线元素可具有小于100微米的直径。例如，线元素可具有小于30微米的直径。
按照本发明的一个方面，这些不规则变形的形式可为，该线元素中的弯曲、该线元素的扁平片段、该线元素的膨胀片段及其组合。
一般而言，与为了从粘着的纤维材料上分离线元素而进行的线元素水刺破碎之前的粘着纤维材料的线元素相比，不规则变形使回用材料的线元素具有更大的表面积。例如，回用的线元素其表面积至少大了约5％。
在本发明的一个实施方案中，回用合成纤维和纤维状材料可以是一种合成材料，其为合成热塑性材料。例如，此合成热塑性材料可以是聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯及其组合。合成热塑性材料的形式可为多组分纤维、长丝、股线等，而且可包括具有不同横截面形状、凸角或其它构型的纤维和/或长丝。
本发明包括含上述回用合成纤维和纤维状材料的非织造纤维网。该网可采用例如湿成形或湿成网、干成形、气成网、泡沫成形及其组合的各种成网工艺形成。
此非织造纤维网还可包括非回用的天然纤维材料、非回用的天然合成材料、回用的天然纤维材料、微粒材料及其组合。
定义在本发明中用到时，术语“纵向(MD)”是指，成形表面的行进方向，所述的成形表面即，在形成非织造网期间，纤维沉积之处。这些非织造网非限定地包括纺粘网、熔喷纤维网和纸张。
在本发明中用到时，术语“横向”是指，与以上定义的纵向相垂直的方向。
在本发明中用到时，术语“浆粕”是指，天然来源的纤维，例如木本和非木本植物。木本植物包括例如落叶树和针叶树。非木本植物包括例如棉、亚麻、芦苇草、马利筋属植物、稻草、黄麻、大麻和甘蔗渣。
在本发明中用到时，术语“平均纤维长度”是指，经采用显微测量技术测定的纤维、纤维束和/或纤维状材料的平均长度。将至少20根随机选择纤维的一个样品从纤维的悬浮液中分离出来。制备用于将纤维悬浮在水中的显微镜的载玻片，将该纤维装在该载玻片上。着色性染料加在悬浮的纤维上，使含纤维素的纤维着色，这样它们可与合成纤维区别开或分开。将该载玻片置于S19642/S19643系列Fisher Stereomaster II显微镜下。以20倍的线性放大率，使用0-20毫英寸刻度测量该样品中的20根纤维，并计算其平均长度、最小和最大长度、以及偏差或变异系数。在某些情况下，平均纤维长度将按纤维(例如，纤维、纤维束、纤维状材料)的加权平均长度计算，其测定由例如，Kajaani纤维分析仪FS-200型的设备完成，该设备可从芬兰Kajaani的Kajaani OyElectronics获得。按照标准试验程序，用浸渍液处理样品，以便确保其中无纤维束和纤维碎片。将每个样品解离到热水中并稀释成约0.001％的溶液。当使用标准Kajaani纤维分析测试程序测试时，从该稀释溶液取约50-100ml的份作为各个单个试验样品。加权平均纤维长度是一种算术平均、长度加权平均或重量加权平均，而且可用下式表达Σxi=0k(xi*ni)/n]]>其中，k＝最大纤维长度xi＝纤维长度ni＝长度为xi的纤维根数n＝已测量的纤维的总数。
用Kajaani纤维分析仪测得的平均纤维长度数据的一个特征是它在不同类型的纤维之间没有区别。因此，平均长度代表基于所有可能存在的不同类型纤维的长度的一个平均值。
在本发明中用到时，术语“纺粘长丝”是指小直径的连续长丝，其通过将熔融热塑性材料由许多细小的、通常呈圆形的、具有挤出长丝直径的喷丝板毛细管挤出成为长丝，然后，通过例如引出或机械牵伸和/或其它公知纺粘机制，使其快速变细。例如，在授予Appel等人的美国专利4340563和授予Dorschner等人的美国专利3692618中举例说明了纺粘非织造网的生产。这些专利所公开的内容经引用并入本发明。
在本发明中用到时，术语“熔喷纤维”是指，经许多细小的、通常呈圆形的冲模毛细管将熔融热塑性材料以熔融线或长丝挤出到高速气体(例如，空气)流中而形成的纤维，该气流将熔融热塑性材料的长丝变细，从而缩小它们的直径，该直径可为微纤维的直径。此后，用高速气流输送这些熔喷纤维，并将它们沉积在收集表面上，形成随机分布的熔融纤维的网。在例如授予Butin的美国专利3849241中公开了这种工艺，该专利所公开的内容经引用并入本发明。
在本发明中用到时，术语“微纤维”是指，平均直径不大于约100微米的小直径纤维；例如直径为约0.5微米-约50微米，更优选的情况下，微纤维可具有约4微米到约40微米的平均直径。
1.当在本发明中使用时，术语“热塑性材料”是指一种高聚物，其受热时会软化，而当冷却到室温时，其通常回到未软化的状态。呈现这种行为的天然物质是天然橡胶和许多石蜡。其它示例性热塑性材料非限定地包括聚氯乙烯、某些聚酯、聚酰胺、多氟烃、聚烯烃、某些聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、己内酰胺、乙烯与至少一种乙烯单体的共聚物(例如，聚(乙烯乙酸乙烯酯))、乙烯与正丁基丙烯酸酯的共聚物(例如，乙烯丙烯酸正丁酯)和丙烯酸树脂。
当在本发明中使用时，术语“非热塑性材料”是指未落入上述“热塑性材料”定义的任何材料。


图1是开松粘着纤维材料的示例性方法的图示。
图2是水力破碎粘着纤维材料开松小块的示例性方法的图示。
图2A是图2所示示例性方法的一个细节图。
图3是示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图4为示例性新合成短纤维细节的显微照片。
图5是示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图6是示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图7是示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图8是示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图9为示例性新合成短纤维细节的显微照片。
图10是多根示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图11是示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图12是显示示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图13是显示示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图14是显示示例性回用合成纤维细节的显微照片。

本发明涉及回收粘着纤维材料将其变成基本上独立的纤维和纤维状材料的方法。可利用含合成纤维的粘着纤维材料实施本发明方法。可使用例如，织造织物、针织物、非织造网及其组合的粘着纤维材料实施本发明的方法。一般而言，这些非织造网形式的粘着纤维材料是热粘着的、粘合剂粘合的、机械缠结的、溶剂粘着的、水刺缠结的和/或这些技术组合产生的网。
这些粘着纤维材料可由合成纤维材料、天然纤维材料及其组合构成。这种合成纤维材料可包括热塑性纤维和长丝。
本方法包括步骤(a)提供粘着纤维材料的小块，这些小块具有适于悬浮在液体中的尺寸；(b)将粘着纤维材料的这些离散小块悬浮于液体中；(c)对离散小块的悬浮液施加机械功，以便其产生足以将这些粘着纤维材料水力破碎成纤维和纤维状组分的水压和机械剪切应力条件；并且(4)从该悬浮液中实质性地分离出单个的纤维和纤维状组分。
按照本发明，粘着纤维材料的离散小块的提供步骤可以是常规作业的形式，例如机械开松、机械切断、机械撕裂、机械研磨、水喷射切割、激光切割、扯松及其组合。
现参见图1，其显示示例性机械开松作业10。此开松机包括带一系列刀刃14的刀辊12。辊12一般按照与其关联的箭头所示方向旋转。这些刀刃14优选与辊的中心线成一个角度或倾角地安装，从而在刀刃14与固定刀16接触时，产生“剪刀式切断”作用。压辊18可与带式输送机20结合使用，以用于进料。可以独立地设定带式输送机20和刀辊12的速度，以便控制此作业所产生的小块的尺寸。当然，可以使用其它类型的开松设备。例如，“熊爪”型撕碎机是令人满意的设备，其利用齿或刀头撕破和撕裂粘着的纤维材料。
一般而言，粘着纤维材料的小块可具有约10-约350毫米的长度和约3-约70毫米的宽度。重要的是，应当调整这些小块的尺寸，以致于它们能在液体例如水中悬浮。预料在某些情况下，该液体可以是一种水性溶液，可以包括添加剂，例如表面活性剂、处理剂、染料、苛性腐蚀剂、溶剂、乳液等。
按照本发明，向该悬浮液施加机械功，机械功的大小处在产生足以将粘着的纤维材料小块分裂、破裂、爆裂或解离成可用的游离纤维和纤维束或纤维状材料的水压和剪切应力条件的等级上。一般而言，用于将已开松材料转变成回用纤维的这些加工条件比常规打浆作业中所找到的这些条件更加有力而且更严格。这些条件包括输送开松过的小块通过一个递增的高水压和高机械剪切应力的区域。
作为一个实例，常规打浆作业一般使用小于约3马力-天(24小时)/干燥吨材料。本发明的实施方案可用高得多的能量输入。例如，可用多35％的能量；多50％百分数或甚至更多的能量实施本发明的方法，以便从粘着的纤维材料上分离出有用的游离纤维和纤维束。
虽然发明人不应当受到特定操作理论的约束，但是据信，是水压和剪切应力的联合作用，把材料破解成游离纤维和纤维束。而且还认为，通过改变压力和机械应力，能够控制游离纤维的含量以及纤维束的平均尺寸。一般认为，使用如此高的机械作用力或功而不引起粘着纤维材料的合成组分的显著降解(例如，不发生合成热塑性材料的熔化)是有可能的，因为加工中的水/液体吸收了从粘着纤维材料上分离游离纤维和纤维状材料时所产生的热。
一般而言，用常规打浆和/或精制设备改良纤维素纤维，开发水合性和原纤化性能等造纸性能。按照本发明，可按照一种非常规的方式配置和操作常规打浆机和/或精制机，以便其提供足以把该粘着纤维材料破碎和折断成游离纤维、纤维束和纤维状材料的水压和剪切应力条件。
示例的打浆装置可得自例如Beloit Jones，E.D.Jones，Valley和Noble & Wood等制造商。现参考附图中的图2和图2A，其显示了示例性的荷兰式打浆机的装置30，该装置可用于实施本发明。该打浆机包括一个椭圆形大缸32，其具有中心壁34和配备了刀刃或叶片38的圆筒辊36，这些刀刃和叶片38移动经过安装在台板或固定板42上的第二组刀刃40。刀刃40可安装在固定板上使得它们能在至少一个维度内与旋转刀刃38的旋转方向或平面“R”成一个角度地成行排列。例如，可安装固定刀刃40使得它们与旋转刀刃38的旋转方向或旋转平面“R”成介于约5度和70度之间的一个角度。在另一个实例中，可安装固定刀刃使得它们所成的上述角度在约15-55度之间，在约40-50度之间，或者甚至为约45度。
把粘着纤维材料小块的悬浮液导入此打浆机的装置中。替换地和/或附加地，可将粘着纤维材料小块直接导入打浆机缸中的液体里。可使用各种粘着纤维材料与水的比例，而且本领域的技术人员会确定合适的比例。
在作业过程中，转动圆筒辊36使得刀刃或叶片38与装在固定板上刀刃40之间产生足够的水压和剪切应力。一个示例性的圆筒辊直径为72英寸，宽72英寸，具有192个刀刃每个的长度为72英寸而且隔开二分之一英寸。该辊重约16吨。一般而言，旋转速度是恒定的，而可变的是作用在辊上的压力和负荷。安装该辊使得表压读数为0 psi对应于非常小或没有一点辊重量(～0吨)抵消纤维及粘着纤维材料块在它们通过间隙受挤压时所产生的力，该间隙存在于旋转辊底部处的刀刃和该辊下方安装的固定刀刃之间。表压读数为50psi对应于约二分之一辊重量(～8吨)抵消纤维及粘着纤维材料块在通过间隙受挤压时所产生的压力，该间隙存在于旋转辊底部处的刀刃和该辊下方安装的固定刀刃之间。表压读数为100psi对应于约全部辊重量(～16吨)在抵消纤维及粘着纤维材料块在它们通过间隙受挤压时所产生的压力，该间隙存在于旋转辊底部处的刀刃和该辊下方安装的固定刀刃之间。
还可以调节旋转速度，缸中悬浮液的稠度，以及旋转刀片或叶片38与固定刀片40的间隙，使其达到增强“金属对纤维”相互作用的条件，该相互作用切断或控制游离纤维、纤维束和纤维状颗粒的长度。术语“金属对纤维”相互作用用于描述粘着纤维材料与固定的和/或旋转的刀片之间的接触，其可在水压和机械剪切应力足以切断、切割或断开长纤维的条件下发生。按照本发明，应当控制此相互作用，以使其在不显著影响或降低可存在于悬浮液中的浆粕或短纤维的长度和/或打浆度的前提下，切割长纤维。例如，采用比常规稠度更低的稠度，采用具有更大的刀刃尺寸，旋转刀刃与固定刀刃之间更紧密的容差和/或更高的旋转速度的操作设备，则会增强“金属对纤维”相互作用。一般而言，本发明采用的操作条件和/或设备能提供作用于悬浮纤维上的大量切削刃，而不是采用最初的“纤维对纤维”相互作用。
本发明的方法提供一种技术，用于回收粘着纤维材料，将其变成基本上单个的纤维和纤维状组分，其具有较低的平均长度和较均匀的平均长度分布。
尽管可操作本发明方法，提供宽范围的长度分布的纤维、纤维束和纤维状材料，但也可用该方法产生一种平均长度分布跨度约7毫米或更小的纤维和纤维状材料。
除了控制长度之外，一些“金属对纤维”相互作用可使粘着纤维材料中的合成组分产生变形和扭曲。可通过粘着纤维材料水力破碎产生某些变形和扭曲，同时也可通过纤维和/或长丝的撕扯、切片和断裂产生其它的变形和扭曲。
现参考附图3、5-8和10-14，这些图显示了各种示例性的具有至少一种线元素的回用合成纤维、纤维束和/或纤维状材料，该线元素由合成材料组成，并具有至少一种不规则变形，这种不规则变形是当粘着纤维材料悬浮在液体中时，水力破碎线元素以将其从粘着纤维材料上分离出来而产生的。
该线元素可具有约1毫米-约15毫米的长度。例如，该线元素可具有约1.5-约10毫米的长度。在另一个实例中，线元素可具有约2-约5毫米的长度。线元素的直径可小于100微米。例如，线元素的直径小于30微米。一般来说，这些尺寸类似于商品浆粕的某些变化情况，而且可方便地与商品浆粕混合。在某些实施方案中，这些线元素可具有小于10微米的直径，而且甚至可小于1微米。
按照本发明的一个方面，不规则变形的形式可以是，线元素中的弯曲、线元素的扁平化片段、线元素的膨胀片段以及这些形式的组合。
一般而言，不规则变形使回用材料的线元素具有比水力破碎使线元素从粘着纤维材料上分离出来之前粘着纤维材料中的线元素更大的表面积。例如，回用线元素的表面积可以高出至少约5％。
图3为显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)。回用纤维从复合结构回收，该复合结构包含连续聚丙烯长丝网与该连续长丝网水刺缠结的浆粕纤维的热粘合点。照片中央可见的纤维是聚丙烯线元素，该线元素具有长丝中的弯曲和较扁平的片段。这些变形中至少一部分是从粘着纤维材料(即，复合结构)水力破碎线元素而产生或暴露的。包围该线元素的材料是纤维素浆粕。
图4是一张显微照片(约500X线性放大率)，显示出现在常规粘着的梳理纤维网结构中的常规聚丙烯短纤维。与图3的线元素形成对比，这些纤维中的不规则变形显得相对较少。这些纤维表面较光滑、直径较均一或均匀，而且缺少图3所示线元素中明显存在的捻转、弯曲和其它不规则变形。
图5是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约120X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图3所示线元素相同类型的复合结构。横过照片中心区域的可见纤维是聚丙烯线元素，其呈现线圈和弯曲以及较扁平的片段。这些变形中的至少一部分是从粘着纤维材料(即，复合结构)水力破碎线元素而产生或暴露的。包围此线元素的材料是纤维素浆粕。
图6是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约120X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图3所示线元素相同类型的复合结构。照片中央可见的纤维是聚丙烯线元素。照片中的箭头指向线元素中的急弯。
图7是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图3所示线元素相同类型的复合结构。照片中央可见的纤维是聚丙烯线元素，其呈现弯曲以及表面粗糙的片段。
图8是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图3所示线元素相同类型的复合结构。横过照片中央的可见纤维是聚丙烯线元素，显示了一个扁平而膨胀的纤维的切头。
图9是一张显示常规聚丙烯短纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)。与图8的线元素形成对照，此纤维中的不规则变形显得相对较少，而且具有一个端头，所述的端头看上去切得干净利索，没有留下膨胀或其它变形的痕迹。
图10是一张显示两根示例性回用合成纤维细节的显微照片(约250X线性放大率)，这些回用合成纤维回收自与图3所示线元素相同类型的复合结构。横过显微照片中央及照片下部附近的可见纤维是聚丙烯线元素，其呈现弯曲和表面粗糙的片段。
图11是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)。这些回用纤维回收自Kimtex牌擦拭纸，其含聚丙烯熔喷纤维的热点粘合网。见于照片中央的较细熔喷纤维是聚丙烯线元素，其具有弯曲、捻转、缠结和较扁平的片段。这些变形中的至少一部分是从粘着纤维材料(即Kimtex擦拭纸)水力破碎线元素而产生或暴露的。包围这些线元素的材料是纤维素浆粕。
图12是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约100X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图11所示线元素相同类型的材料。在照片中央可以看到长度为约500微米的弯曲点。各纤维从粘着点的边缘向外呈放射状，其形式是具有弯曲、捻转、缠结和较扁平的片段的聚丙烯线元素。这些变形中的至少一部分是从粘着纤维材料水力破碎线元素而产生或暴露的。线元素背景中的一些材料是纤维素浆粕。
图13是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图11所示线元素相同类型的材料。在照片中央可见约40微米宽的更粗大的纤维状材料或纤维束。包围纤维状材料或纤维束并呈放射状离开的纤维，其形式为具有弯曲、捻转、缠结和较扁平片段的聚丙烯线元素。这些变形中的至少一部分是从粘着纤维材料水力破碎线元素而产生或暴露的。线元素附近的更粗大纤维材料是纤维素浆粕纤维。
图14是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图11所示线元素相同类型的材料。图中表示了纤维素浆粕和回用纤维的混合物，该回用纤维的形式是具有弯曲、捻转、缠结和较扁平片段的聚丙烯线元素。
在本发明方法的一个实施方案中，可在多个阶段向粘着纤维材料的切断或开松小块的悬浮液施加机械功。如一个实例所示，可采用荷兰式打浆机或类似装置，在润湿粘着纤维材料小块并从该粘着材料上分离至少一部分纤维和纤维状组分的条件下，将机械功施加到粘着纤维材料小块的悬浮液上。在某些条件下，在一个或多个最初处理阶段中，可将含天然和合成纤维和/或非常短和非常长纤维(例如，浆粕纤维和连续合成长丝)混合物的粘着纤维材料部分地或基本上全部地分离。
在这种处理之后，可以分离短和较长纤维/长丝流。如果使用荷兰式打浆机完成开始阶段或处理阶段，旋转刀刃和固定刀刃之间的缝隙或间隙可以足够大，以便强化“纤维对纤维”或“纤维材料对纤维材料”的相互作用，而不是“金属对纤维”相互作用。作为一个实例，在常规条件下，旋转刀刃和固定刀刃之间的间隙可介于约20毫米和约100毫米之间。预料，还可以调节其它变量，例如悬浮液的稠度、打浆辊的旋转速度和/或施加到打浆辊上的压力载荷，以便加强第一阶段(或第一数个阶段)中的处理。
在第二阶段中，可在某些条件下施加附加的机械功，这些条件用于产生足以把该粘着纤维材料、纤维和纤维状组分破碎成基本上单个的纤维和纤维状组分的水压和机械剪切应力条件。如果用荷兰式打浆机完成处理的第二阶段(或第二数个阶段)，则旋转刀刃和固定刀刃之间的缝隙或间隙优选为足够小，以便增强“金属对纤维”或“金属对纤维性材料”的相互作用，其能在不显著影响或降低可能存在于悬浮液中的浆粕或短纤维的长度和/或打浆度的水压和机械剪切应力条件下，切断、切割或断开长纤维(即，长合成纤维)时出现。作为一个实例，该间隙可介于约1毫米(或无“金属对金属”接触的情况下尽可能地靠近)和约20毫米之间。预料，还可以调节其它变量，例如悬浮液的稠度、打浆辊的旋转速度和/或施加到打浆辊上的压力载荷，以便加强第二阶段(或第二数个阶段)中的处理。
按照本发明，施加到悬浮液上的机械功的量大于约3马力-天(24小时)/干燥吨粘着纤维材料。此数值可优选大于6马力-天/吨，而且对许多示例性材料来说，可在10-约15的范围内。
在悬浮液接受处理、且粘着纤维材料被水力破碎成游离纤维、纤维束和纤维状材料后，这时可将这些材料导入湿成形工艺的进料流中，或者可将它们湿式研磨供以后使用，或者将它们干燥供干成形工艺使用。可预料的是，可筛选此纤维流，以便除去大块、絮片等。
一般而言，含合成纤维的粘着的碎片和废料能够被回收制成表面积增大的游离纤维和纤维状材料，而且其可加工获得可控的纤维长度。据认为，按照本发明回收的纤维在湿法成形工艺中提供更好的留存性而且有足够的量，当其结合到纤维网中时，能够提高其机械和吸收性能。另外，回用高表面积的纤维提供显著超过新合成短纤维的成本优势。采用先前已经形成纤维网络的材料，然后如上所述使它们爆开，产生表面积一般得到增加的纤维和纤维状材料。此表面积是这些网络破裂成小片段的结果，这些小片段仍然具有粘着点、弯曲、捻转、卷曲、纤维开放层和扁平区域，正如上述各照片所示。
此外，通过破裂工艺期间所产生的同样的机械功，纤维的长度得到了控制。控制纤维长度会使它们适用于许多成网工艺，例如湿成形、干成形、泡沫成形。例如，通过将合成纤维长度控制到木浆纤维的长度，能将回用材料重新导入原生木浆粕进料中，而不会影响此进料的处理或加工性质。
实施例1本实施例涉及回用含天然纤维和合成长丝的、粘着且缠结的复合材料。将含原生木浆与粘着合成聚丙烯长丝连续网(约20重量％)(即，纺粘连续长丝网)-得自佐治亚州罗斯韦尔市金伯利-克拉克公司，商标为WYPALL WORKHORSE制造的碎料和HYDROKNIT快速吸收材料的复合水刺缠结材料碎成约10-350mm长且3-70mm宽的小块。该复合材料含约80重量％的浆粕和约20重量％的聚丙烯长丝。用得自美国印第安纳州东芝加哥市的East Chicago Machine Tool Company的开松机开松该材料。将这些小块输送到常规的荷兰式工业打浆机中，该打浆机由马萨诸塞州匹兹菲尔德市的E.D.Jones & Sons制造。该打浆机是“3号Jones打浆设备”，配备一张45度对角的底板。该打浆机的旋转辊具有如图2A所示的通常校直在该辊上的刀刃或叶片。这些刀刃或叶片约1/4英寸(～6mm)宽，约1/2英寸(～12-13mm)高。它们在辊外部垂直于旋转方向或旋转平面地隔开约1/2英寸(～12-13mm)。紧邻该旋转辊下方安装着一个固定平面，而且配备了刀刃或“刮刀”，这些刀约1/8英寸(～3mm)宽，1/4英寸(～6mm)高，隔开约3/8英寸(～9-10mm)。它们以45度角与旋转方向或平面对准，通常如图2A所示。
向经过破碎的材料中加水，对荷兰式打浆机中的材料分两个阶段施加水压和剪切应力。通过在辊旋转时调节作用于其上的负荷，控制水压和剪切应力。在此具体安排中，通过“桨轮”型泵作用产生该水压和剪切应力，该泵作用是在打浆辊转动时产生的，而且它附带的固定刀刃和叶片迫使液体和湿材料抵靠着固定板，该固定板装有斜对着旋转方向或旋转平面的刀刃。一般而言，施加到旋转辊上的负荷越大，在该旋转辊和固定板之间产生的间隙越小。这对应于更高水平的水压和剪切应力。
在第一阶段期间，作用于旋转辊的压力或负荷为0磅/平方英寸(psi)，并保持10分钟时间。基本上，没有负荷施加，而以旋转辊的“桨轮”作用挤压悬浮液中的小块通过约1cm或更大的位于旋转辊刀刃和固定板上所安装刀刃之间间隙。一般而言，第一阶段用于润湿破碎的材料并使天然纤维与合成纤维分开。将稠度调节到约3.3％(该悬浮液中风干或者烘干的纤维材料的重量百分数)。
在第二阶段中，调整各条件，以便在旋转辊上的移动刀刃与固定刀片之间两者最接近的接触点处或附近，建立起非常高水压力和剪切应力的小区域。这些小区域考虑用于在破碎的粘着纤维材料上产生微爆破作用，以便水力破碎和/或吹击分离，并降低所得合成纤维的长度。另外，水力破碎和“金属对纤维”或“金属对粘着纤维材料”的接触改变着更长的合成长丝的长度，使得它们具有与天然(即浆粕)纤维相同的长度，约0.8-约3.5mm，而不显著地降低悬浮液中可能存在的浆粕纤维的长度或打浆度。
在第二阶段中，旋转辊的表压增加到50psi，而且旋转辊刀刃与固定板刀刃之间的间隙降低到1-10mm之间，并且为了抵消纤维块在它们通过此间隙受挤压而产生的压力，可得到约16吨辊的二分之一重量(～8吨)的力，该间隙位于该辊和固定板之间。这些条件维持50分钟。
处理后，从该悬浮液中分离出游离纤维、纤维束和纤维状材料。用显微镜检测样品，并将天然或浆粕纤维与合成纤维分离，进行独立测量。在此实施例中，按照先前的描述测定平均纤维长度-手工分离由20根合成纤维和20根浆粕纤维组成的随机样品，用显微镜测量单个纤维的长度，然后计算出一个平均长度值。所得的回用纤维和纤维状材料具有以下特性·合成纤维的平均长度大约和木浆纤维的长度相等。合成纤维的平均长度为3.78mm。该样品中单个纤维的长度在1.65-5.33mm的范围内。应当注意到，加工之前，最初的合成纤维基本上是具有不确定长度或者至少远超过5.33mm长度的连续聚丙烯长丝。浆粕组分的平均纤维长度是2.7mm。样品中单个浆粕纤维的长度在1.35-3.81mm的范围内。用Kajaani FS-200纤维分析仪进行测量，数据表明，算术平均长度为0.76mm；长度加权平均长度为1.72mm；而重量加权平均长度为2.40mm。
·木浆纤维的打浆度表现出轻微的降低(约10％-从约860mL降为约760mL)，这表明，在此复合材料的木浆纤维组分上发展了一些额外的表面积。然而其纤维长度没有受到影响。
·合成纤维具有增大的或更高的表面积，这是剩余纤维粘着区域、交叠点和扁平区域的结果。
实施例2在此实施例中，采用实施例1中陈述的方法，由相同的水刺缠结复合材料制备回用纤维，该复合材料含原生木浆和粘着合成聚丙烯长丝的连续网(即，Workhorse和Hydroknit快速吸收材料)。控制纤维的长度介于1和5mm之间。回收纤维的悬浮液与一种混合物在线混合，该混合物是60重量％的硬木硫酸盐浆粕(桉树类)与40重量％软木硫酸盐浆粕(radiata松)的混合，用量水平为5％干重。
用常规的书写纸制造工艺将这些进料成形为基重160克/平方米(gsm)的湿片材，然后干燥成最终产品。所得到的产品与相同条件下制造的空白材料进行比较，这些空白材料使用相同的原生浆粕材料，但是没有加回用材料。结果列于下表1
表1

这些结果表明，含5重量％回用材料的纸张，其物理性能基本上与原生浆粕片材的类似，该回用材料包含合成纤维。重要的是，添加回用纤维未决定性地影响造纸工艺稳定性和效率。
实施例3本实施例中，起始材料是熔喷聚丙烯纤维的粘着网，其得自金伯利-克拉克公司，商品牌号为Kimtex的擦拭纸。此材料含100％的熔喷聚丙烯纤维，而且被开松成10-30mm长且5-20mm宽的小块。将这些小块传送到荷兰式实验室打浆机(纽华克市的Ross Paper Machinery Company，NJ-RPM 15型)的打浆加工中。在两个阶段中施加水压力和机械剪切应力。
由泵作用产生水压和机械剪切应力，该泵作用是由转子把湿物料压到那些固定刀刃上而产生的。旋转辊的直径是大约7又5/8英寸(～19.4cm)。该辊的工作面为6英寸(～15.4cm)宽，有32个3/16英寸(～4.8mm)厚的条。台板含7个1/8英寸(～3.2mm)厚的条，间隔开3/32英寸(～2.4mm)，在台板的中心处形成5度的“V”形。
在阶段一，施加到转子上的重量或负荷设定为0kg作用12分钟，稠度设定到1％，并加入消泡剂以便控制泡沫产生。在此第一阶段，润湿开松的材料，以便使材料自由流动地通过旋转辊和台板。在第二阶段期间，先将作用在旋转辊上的重量或负荷增加到5.2kg作用23分钟，然后调到2.8kg作用85分钟。第二阶段中的条件使得旋转辊上的刀刃和台板之间产生了具有非常高压力的小区域，在开松合成纤维束上产生了微爆破作用，吹击开并降低所得合成纤维的长度。依靠这些加工条件，生成的纤维具有以下特性·获得的纤维由一些独立纤维、纤维束、小片段的混合物组成，这些小片段仍然具有粘着点、卷曲、纤维开放层和扁平区域。
·合成纤维和纤维束的平均长度为2.84mm。这些长度分布在0.6-6.1mm的范围内。
回用熔喷纤维与一种混合物掺混，该混合物是60重量％的硬木硫酸盐浆粕(桉树类)与40重量％软木硫酸盐浆粕(radiata松)的混合，掺混的水平为5％干重。在常规实验室手抄纸成形机中，将此进料成形为基重90gsm的湿片材，接着在实验室用压制机上加压，并最后干燥。获得的产品与空白材料比较，此空白材料在相同的条件下制备，使用相同的原生浆粕材料，但是未添加回用材料。结果列于下表2
表2

即使结合了回用熔喷纤维的纸张和空白材料相比，一些机械性能表现出了较低的水平，但是含回用纤维的纸张仍然被认为通常具有良好的物理性能，且适于做书写纸和其它类型的纸。
尽管联系本发明的特定实施方案详细描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，当理解了前述内容，会容易想到这些实施方案的转换、变种及等价物。因此，应当评定本发明的范围是所附权利要求书的内容及其等价物。


一种回收粘着纤维材料的方法，该方法包括步骤提供粘着纤维材料的小块，这些小块具有适于悬浮在液体中的尺寸；将粘着纤维材料的这些离散小块悬浮于液体中；对离散小块的悬浮液施加机械功，以便产生足以将这些粘着纤维材料水力破碎成纤维和纤维状组分的水压和机械剪切应力条件；并从该悬浮液中实质性地分离出单个的纤维和纤维状组分。此方法用于制造回用合成纤维和纤维状材料，其具有合成材料组成的至少一种线元素，该线元素具有至少一种不规则变形，该不规则变形由粘着纤维材料在液体中悬浮时，从该粘着纤维材料上分离该线元素的水力破碎所产生。