用于從作物殘余物制備超吸收性粒料和/或纖維材料的方法與流程

本發明涉及一種用于生產新的生物來源材料，特別是吸收性材料和纖維材料的方法。

本發明還涉及從植物，特別是髓單子葉植物開花植物(優選玉米)中提取這些新的生物來源材料以及將從植物提取的原材料轉化成所述新的生物來源材料。

本發明還涉及所述新的生物來源材料本身，以及它們作為超吸收劑；；纖維填料，用于化學處理的裝置，用于純化氣態和/或液態物質的裝置；用于去污的裝置；；用于過濾的裝置；植物基底組分；肥料組分；等等的用途。

所述新的生物來源材料在它們的許多用途中的實施以及由所述新的生物來源材料衍生的產品/組合物的制備包括在本發明中。

背景技術：
和技術問題

對于高性能吸收劑和/或纖維材料存在持續和迫切的需求。

已知泡沫是在許多工業中大量使用的吸收性材料，例如，用于記錄和保留液體，用于建筑物的絕緣或用于包裝。這些泡沫的絕大多數在化石原料的合成中產生，因此不可持續地獲得。實例包括聚苯乙烯和聚氨酯。

此外，丙烯酸和丙烯酸鈉的合成共聚物作為吸收劑用于衛生產品，特別是在尿布中的使用日益擴大。

這些已知吸收劑的溶脹能力當然是其性能的關鍵標準。

具有高吸水能力的吸收性材料也可以具有作為植物基底或用于改善堆肥混合物的重要應用。在這個角度上，所述吸收性材料必須是可生物降解的，上述合成泡沫顯然不是這樣的。

纖維材料是一類不同于泡沫的吸收劑，并且在作物應用中也可能是這樣。

在這些方面，生物來源材料似乎是作為用于生產吸收劑和/或纖維產品的原料的良好候選物，其可以用于需要它們的吸收、水溶脹和固定能力的應用中。植物可以因此提供可持續供應的能夠在種植區域中應用的泡沫和/或纖維材料。

DE 42 22 139 A1描述了由具有高含量的髓的植物的莖干(stem)碎片例如來自玉米莖稈(stalk)制成的填料。這些使用的植物處于成熟狀態。該制造方法包括切割植物、揀出葉子、捆扎和干燥莖稈、將它們放置在田地中，達到80-90重量％的干含量。然后將干燥的莖稈切割成0.5-10cm長的圓柱體，用作多孔建筑材料例如充氣混凝土、隔熱板和瓷磚的成孔劑，作為包裝材料或用作針對害蟲的有氣味物質的載體或用于植物肥料。

EP0470596A2描述了由顆粒形式的玉米莖稈制成的吸收性材料(粒度包括在10和150目之間：(2mm-100μm)。制造方法包括脫殼、脫膠、壓碎和通過振動篩分的分離，或者可選地，濕法加工，隨后脫水和干燥。衍生自玉米莖干的所述吸收性材料用于制造一次性吸收制品(尿布、女性衛生墊、敷布)。所述制造方法不是工業化的，并且不能分離玉米莖稈的不同組分，即髓、皮、葉子。根據EP0470596A2的2mm-100μm顆粒包含髓、皮和葉子的混合物。

本發明旨在解決上述問題和/或需求中的至少一個：

a)提供一種特別是用于從作物殘余物生產超吸收性粒料和/或纖維材料的方法，所述方法是快速的和工業化的；

b)提供一種特別是用于從作物殘余物生產超吸收性粒料和/或纖維材料的方法，所述方法能夠容易和高效地分離髓、皮和葉子；

c)提供一種特別地用于從作物殘余物生產超吸收性粒料和/或纖維材料的方法，所述方法使得可以獲得一些吸水能力大于或等于其自身重量的5倍和其最大尺寸(長度)大于或等于2mm的超吸收性粒料；

d)提供一種特別是用于從作物殘余物生產超吸收性粒料和纖維材料的方法，所述方法使得能夠以工業規模并且同時和獨特地獲得具有不同可開發功能的超吸收性的粒料和纖維材料；

e)提供一種特別地用于從作物殘余物生產超吸收性粒料和/或纖維材料的方法，所述方法使得能夠得到一些以kg/m³表示的非壓縮形式的密度為10-100的超吸收性粒料；

f)提供具有上述規格：制造特征、吸收特征；密度的超吸收性粒料和/或纖維材料；

g)提供可用作源自動物排泄物、液體烴(包括油及其衍生物)的氣體和/或液體產品的吸收劑/過濾器/消除裝置或作為任何基底的化學處理的支撐物的超吸收性粒料，所述支撐物可包括至少一種活性成分，可用作加工助劑；

h)提供作為肥料和/或泥炭替代物和/或作為作物輔助劑、包裝材料、紙漿、絕緣材料或其組分的纖維材料。

技術實現要素：

為追求這個目標，發明人致力于開發一種新的和改進的方法，這使得可以符合上述目標(a-h)中的至少一個。

為此，根據第一方面，本發明提出了一種特別地用于從單子葉開花植物(優選玉米)栽培的作物殘余物生產超吸收性粒料和/或纖維材料的方法，包括以下步驟：

(i)在莖稈的最低玉米穗軸下方切割種植在田地中的玉米莖稈，以便優選高于或等于30、50、70厘米(以遞增的優先級)的較少葉子的莖稈段留在田地中；每個較少葉子的莖稈段包括海綿狀芯、包裹所述芯的莖稈皮和包裹所述莖稈皮或所述莖稈所帶的葉狀物；

(ii)盡可能接近地面地切割所述較少葉子的莖稈段；

(iii)收獲在步驟(ii)中切割的較少葉子的莖稈段；

(iv)將在步驟(iii)中所收獲的較少葉子的莖稈段切割成其最大尺寸以mm計(優選為它們的長度)為5-50；8-40；10-30(以遞增的優先級)的莖稈節；

(v)對步驟(iv)的莖稈節提供機械沖擊，以便

·將它們的海綿狀芯與其莖稈皮以及葉狀物分離，

·將所述莖稈皮轉變成細長的纖維碎片；

·并獲得包含以下物質的混合物：

f1.形成超吸收性粒料級分的所述海綿狀芯，

f2.形成纖維物質級分的所述細長纖維碎片，

f3.和形成葉狀級分的所述葉狀物；

(vi)將所述3種級分彼此分離；

(vii)回收所述三種級分f1-f2-f3；

(viii)可將f1超吸收性粒料減小至包含在0.1-10mm，優選0.5-3mm之間的較小粒料尺寸。

本發明特別是基于如下發現：莖稈的不同部分之間的良好分離，保證了生物來源的產物作為原料在各種應用中基于吸收能力、低密度、過濾能力；絕緣性能的性能。

本發明的大問題是理解不同的植物莖稈組分(髓/皮/葉)相對于彼此如何不利，以及優化這些組分的分級的重要性，以完善這些生物來源的精制原料的應用性質。

根據本發明的方法的工業和經濟可行性還依賴于這樣的事實：回收植物副產物以便給予回收的超吸收性粒料和纖維材料高附加值。由此可以看出，根據本發明的方法在作物殘余物向動物飼養業的普通轉變方面具有競爭性。

但是，鑒于收獲的作物殘余物高的數量和多樣性，有效分離的挑戰是相當棘手的。這些材料的混合物非常不均勻，因此不適合工業應用。

在技術領域中使用海綿組織/髓假定海綿組織/髓與其它植物材料整體或部分分離，以便最好地表達海綿組織/髓的特定性能。

通過根據本發明的方法已經克服的另一個困難是獲得各自具有均勻密度的副產物的不同級分。

根據本發明的方法是連續或不連續的。在較少葉子的莖稈的收獲步驟(iii)之后，這些較少葉子的莖稈優選立即裝載到運輸工具中。然后將它們轉移到將它們進行儲存的區域，之后在根據本發明的方法的以下步驟中進行加工。

定義

這些定義在本文中作為實施例給出，并且旨在促進本申請的構造。

復數等價于單數且可互換。

“玉米”代表與玉米本身類似的任何單子葉開花植物。

“玉米穗軸”對應于“玉米穗”

“海綿狀”是指由植物髓即薄壁細胞制成的多孔超吸收劑。

在根據本發明的方法的步驟(i)中在其下方切割玉米莖稈的“田地莖稈的最低玉米穗軸”優選對應于由玉米脫粒機的驅動器確定的最低玉米穗。

“較少葉子的莖稈段”是葉子比例[g葉/g葉和莖稈]×100，例如以增加的優先級為：小于或等于50；30；10；5％的那些。

發明優選

1.方法

在優選的實施方式中，所述方法是不連續的，并且包括實施步驟(i)(ii)(iii)的在田地中的第一階段，所收獲的較少葉子的莖稈段從作物地點運輸到可能的儲存區域和/或加工場所的第二階段，可能的儲存的第三階段，和其中實施步驟(iv)和后面的步驟的處理較少葉子的莖稈段的最后階段。這樣的儲存的第三階段使得可以特別使收獲的較少葉子的莖稈段穩定，特別是在濕度方面，并且提供用于管理下面的工業生產的緩沖。

在一個變化方案中，根據本發明的方法包括所收獲的較少葉子的莖稈部分的干燥階段，以便使干物質大于或等于70重量％。該任選的干燥階段可以發生在切割步驟(ii)之前和/或之后。在切割步驟(ii)之前，莖稈可以留在田地上。在切割步驟(ii)之后，可以在儲存區域中和/或通過干燥器干燥所述莖稈。

通常在60-120℃的干燥溫度下，停留時間為10至20小時。在較高的干燥溫度下，干燥時間相應地減少。

根據本發明的一個有利的設置，在植物(例如玉米)成熟時標準收獲穗軸上的玉米之后實施該方法。

步驟(i)

該步驟可以在田地中第一次通過期間通過常規割草機、收割機、脫粒機或聯合收割機-脫粒機進行。

步驟(ii)&(iii)

有利地，在步驟(ii)中待切割的較少葉子的莖稈段具有大于或等于10mm、15mm或甚至20mm，優選地在10至50mm之間，并且更優選地在15和40mm之間的最小直徑。

優選地，步驟(ii)和(iii)通過通常的農業機器實施，所述農業機器能夠在田地中第二次通過期間切割和收集較少葉子的莖稈段。

在較少葉子的莖稈的收獲步驟(iii)之后，這些較少葉子的莖稈優選立即裝載到運輸工具中。然后將它們轉移到將它們進行儲存的區域，之后在根據本發明的方法的以下步驟中進行加工。

步驟(iv)

優選通過在農業機械化中使用的經典的切割機/切碎機將較少葉子的莖稈段轉化成莖稈節。在步驟(iv)中產生的莖稈節包含至少50重量％的較少葉子的莖稈段的葉狀物。

步驟(v)

步驟(v)可以被同化為脫粒。

優選地：

-輸送步驟(iv)的莖稈節并將其懸浮在空氣流中用于它們根據步驟(v)進行處理；

-步驟(iv)的莖稈節也進行切割用于它們根據步驟(v)進行處理；

-在步驟(v)的過程中提供給步驟(iv)的莖稈節的機械沖擊優選地至少部分地通過如下的組合進行，

·一方面，在空氣流中移動的莖稈節與產生空氣流的至少一個風扇的至少一個轉子的碰撞，和

·另一方面，優選地通過有利地位于(多個)所述轉子上的(多個)葉片/(多個)刀片實施的切割。

根據本發明的一個特定的實施方式，優選通過至少一個旋風分離器在分離步驟(vi)之前從它們的輸送空氣流中提取三個級分f1-f2-f3。

關于細長纖維碎片，優選地具有100；90；80；70；60；50的最大長度(以mm計并以遞增的優先級)；和20；15；10；8；6；5的最大厚度(以mm計并以遞增的優先級)。

組合步驟(iv)&(v)

步驟(iv)和(v)可以通過單個裝置進行，所述裝置依次包括如上所述工作的切割器，然后是脫粒機。

步驟(vi)

在顯著的加工方法中，根據步驟(vi)的3個級分f1-f2-f3的分離包括將2個級分f1-f2與級分f3的第一次分離，和級分f1與級分f2的第二次分離；

第一次分離優選通過網眼寬度優選≥40mm和更優選≥60mm的至少一個粗網篩進行；

第二次分離優選通過寬度優選≤20mm和更優選≤15mm，甚至更優選5至10mm的至少一個狹縫篩進行。

根據本發明進行選擇，以在步驟(vi)中使用，在第一次和/或第二次分離中使用的(多個)篩子中的至少一個是振動篩。

步驟(vii)

三個級分的回收以常規方式通過帶式輸送機進行，所述帶式輸送機在相應的篩部分的端部收集分離的級分，并將所述級分送至下一工藝或儲存步驟，可能通過氣動輸送機。

任選步驟(viii)

f1超吸收性粒料的研磨通過經典的農業機器進行，其可以例如是錘磨機。

任選步驟(ix)

級分f1-f2-f3可以在進一步加工它們之前進行干燥。

f1壓縮

在本發明的一個特定實施方式中，f1級分通過壓機例如螺旋壓機或液壓機進行壓縮。

由級分f1 f2 f3構成的原料的轉變

→級分f1

超吸收性粒料f1是用于保留不同和許多感興趣的化合物或污染物以及用于這些保留物的化學和/或生物轉化的顯著支撐物。

這種轉化通常在活性成分的幫助下進行，所述活性成分可以是(共)催化劑、加工助劑、微生物和酶、活化劑……

所述活性成分優選選自以下組(優選由以下組成)：

無機酸，優選選自以下亞組(優選由以下組成)：H₃PO₄、HCl、H₂SO₄...；H₃PO₄是特別優選的；

無機堿，優選選自以下亞組(優選由以下組成)：NaOH、Ca(OH)₂、KCl，...及其混合物；

粒料表面化學改性劑，優選選自疏水劑或親水劑；

和它們的混合物。

關于向f1超吸收性粒料提供活性成分，并且根據本發明的突出特征，使f1超吸收性粒料與至少一種活性成分接觸，所述活性成分優選為液體形式，優選溶液，將其噴霧和/或在其中浸泡f1超吸收性粒料。

→級分f2

根據本發明的一種可能，對f2級分進行機械精制，以便減小纖維的厚度Tf如下：

Tf≤1mm，和優選地Tf≤0.5mm。

這種精制可以通過干法或濕法研磨進行。可以使用的裝置是例如高速球磨機或錘磨機。

在一個優選的實施方式中，在濕階段機械精制f2級分以制備紙漿，優選添加至少一種苛性劑，優選氫氧化鈉(NaOH)，以便減小纖維的長度Lf如下：

Lf≤3mm，和優選地Lf≤2mm。

為了進行這種濕法精制，根據本發明可推薦使用適合的已知設備來制備紙漿。這些設備可以是例如精制機或高速機。

有利地使用的苛性劑的量是例如1-3％氫氧化鈉用于產生水溶液和在其中浸泡所述材料，或基于所述纖維干重的3-20％的氫氧化鈉比率。

這種濕法精制使得還可以調節所述纖維的拉伸指數(TIf)，例如如下：TIf>30Nm/g，和優選TIf>40Nm/g。

這種精制纖維特別適于制造牛皮紙，或用于改進廢紙基紙板。

2.裝置

在其另一方面，本發明還涉及一種特別用于實施根據本發明的方法的如上述定義的裝置，所述裝置包括：

(m.i)用于在莖稈的最低玉米穗軸下方切割種植在田地中的玉米莖稈的裝置；所述裝置(m.i)優選是常規割草機、收割機、收割機、脫粒機或聯合收割機-脫粒機的裝置。

(m.ii)用于切割較少葉子的莖稈段的裝置；

(m.iii)用于收獲在步驟(ii)中切割的較少葉子的莖稈段的裝置；所述裝置(m.ii)和(m.iii)優選為例如通常的農業機器裝置，例如自裝載切割器車輛；

(m.iv)用于將在步驟(iii)中收獲的較少葉子的莖稈段切割成莖稈節的裝置；

(m.v)用于向步驟(iv)的莖稈節提供機械沖擊的裝置；

(m.vi)用于將所述3個級分f1-f2-f3彼此分離的裝置，所述裝置優選包含篩目寬度優選≥40mm和更優選≥60mm的至少一個粗網篩和寬度優選≤20mm和更優選≤15mm，且甚至更優選為5至10mm的至少一個狹縫篩；所述篩；(多個)所述篩中的至少一個是振動篩；

(m.vii)用于回收所述三種級分f1-f2-f3的裝置；

(m.iv'和-v')用于產生空氣流的裝置，優選為裝有至少一個轉子和(多個)葉片/(多個)刀片的風扇，用于輸送步驟(iv)的莖稈節；

(m.vi')可能至少一個旋風分離器，用于從它們的輸送空氣流中提取3個級分f1-f2-f3。

附圖說明

在附圖中示出了對應于裝置(m.iv)至(m.ix)的根據本發明的子裝置的一個優選的實施方法和一個優選的實施方案，其中：

-圖1是優選的方法和子裝置的示意圖。

-圖2是圖1的子裝置的特定裝置(iv)(v)(iv')(v')的透視圖。

具體實施方式

圖1的子裝置包括定量給料和進料單元1，其將在步驟(ii)中切割的較少葉子的莖稈段輸送到傳送帶2。后者將它們帶到包括切割裝置(裝置m.iv和iv')和沖擊或擊打(裝置v和v')的總裝(assembly)3。

在此優選的實施方案中，用于將在步驟(iii)中收割的較少葉子的莖稈段切割成莖稈節并用于對所述莖稈節提供機械沖擊的的總裝3集成在圖2所示的單個子集中。此集成的子集有利地是由一個轉子軸承和(多個)葉片/(多個)刀片制成的風扇30。所述風扇30圍繞軸線(A)旋轉，該軸線平行于空氣流，并優選也是其中空氣流循環的導管的軸線。優選地，風扇30包括在與軸線(A)正交的平面中延伸的實心凸臺(boss)31。一個或若干個(這里是2個)切割器32各自通過支撐件33固定在凸臺31的上游面上，而凸臺31的周邊邊緣34與葉片35配合，該平面基本上是直徑方向的。

所述總裝3還產生用于將混合物f1/f2/f3輸送(氣動輸送)到旋風分離器(裝置m.vi)的空氣流，其將空氣流與混合物f1/f2/f3分離并將此混合物轉移到第一粗網振動篩5(裝置m.vi)和隨后是第二振動狹縫篩6(裝置m.vi)。一些回收裝置(vii)(例如傳送帶和氣動輸送機)使得可以單獨獲得3個級分f1[第二篩網過濾物]/f2[第二濾網滯留物]/f3[第一濾網滯留物]。

對于f1粒料，下面的轉變鏈可包括用于尺寸減小的錘磨機7、干燥器8和壓機9，在進一步的轉變處理如浸泡在活性成分中以固定在由粒料f1制成的支撐物上之前。

對于f2纖維材料，下面的轉變鏈可包括懸浮罐10，以制備f2在水中的懸浮液，其中可以加入苛性液體，精制機11，脫水裝置12和干燥器13。

3.由f1&f2級分制成的產品

→級分f1

級分f1由超吸收性粒料組成，其可以特別地由根據本發明的方法獲得。它們由單子葉開花植物(優選玉米)的海綿狀/多孔的莖髓制成。它們特征在于下面特征中的至少一個：

■吸水能力(以其自身干重的倍數表示，并且在下文中以遞增的優先級給出)大于或等于15；17；19且包含在20-50；20-40；20-35；20-30之間；

■非壓縮形式的密度(以每m³的kg干物質表示，并且在下文中以遞增的優先級給出)包含在10-100；20-70；25-50；20-30之間；

■壓縮形式的密度(以kg/m³表示，并且在下文中以遞增的優先級給出)大于或等于100；200；300；400；且包含在100-700；200-700；300-700之間；

■粒料最大尺寸(PMD)(以mm表示，并且在下文中以遞增的優先級給出)：5≤PMD≤30；6≤PMD≤20；8≤PMD≤15；

或包含在0.1≤PMD<5；0.3≤PMD≤3；0.5≤PMD≤2之間。

這些粒料的吸收性能顯著優化，因為它們僅由(或幾乎>90重量％)單子葉植物開花植物(優選玉米)的海綿狀薄壁組織的髓構成。

特別地，這些粒料不含已經從髓中良好除去的皮(f2)。它使得可以完全利用植物髓的多孔結構的非常有趣的吸收性能。

通過將衍生自步驟(viii)的粒料浸泡在水中60秒、傾析多余的水、測定總重量并將總重量除以所述粒料的初始干重來測量吸水能力。

粒料的其它有利性能是耐酸和苛性堿處理、非常低的營養物含量、高的耐機械壓力性和小的孔徑，從而產生非常大的內表面。

例如，步驟(viii)之前的粒料在浸泡在2M H₃PO₄中8個月之后不顯示任何視覺效果。粒料的營養物分析得到灰分9.6％，總的氮6.6g/kg，磷0.8g/kg，鉀30g/kg，鈣1.6g/kg和鎂0.9g/kg。低營養物含量是微生物生長的限制因素。在步驟(viii)之前，在完全浸泡的粒料床上的500kg/m²的重量負荷導致床厚度僅僅小于20％的減少。平均粒料孔徑小于或等于0.5mm。

關于粒料的尺寸，粒料最大尺寸(PMD)的粗范圍-其為：5≤PMD≤30提供與PMD的細范圍0.1≤PMD<5的性能不同的性能。

實際上，在步驟(viii)之前的粗范圍粒料床在粒料之間產生大的間隙空間，并且導致穿過該床的空氣壓力差低得多。這在某些過濾器應用中是關鍵的優點。

與粗范圍的粒料相比，細范圍的粒料提供了更快和更完全的水分吸收。這在某些植物基底組合物中是關鍵的優點。

壓縮粒料為材料儲存和運輸提供了關鍵優點。此外，當所述粒料被壓縮時，粗范圍粒料的液體吸收特征得以大大改進。在浸泡時，所述壓縮的粒料快速吸收液體至其全部容量并溶脹至原始體積。當制備用于某些過濾器應用的化學處理的粗范圍粒料時，這是關鍵的優點。

→級分f2

本發明還涉及纖維級分f2，其來自莖稈皮且具有：

吸水能力(以其自身干重的倍數表示)大于或等于5，優選大于或等于6，更優選包括(以增加的優先級)在4-15；5-10；6-9之間；

在纖維床中隨機取向的所述一維單纖維，形成具有大孔的三維材料。

這種纖維性質與髓f1的薄壁結構明顯不同，涉及不同方面：生物、物理、化學。

例如，所述兩種材料可以例如通過孔徑(在f1粒料中小得多的孔)、吸收能力(f1粒料的大得多)、解吸能力(f2級分高得多的水解吸)、內表面(f1粒料內高得多)進行區分。

除了吸收之外，纖維級分f2的另一個有利的性能是在材料干燥時產生強的纖維間結合。這種效應歸因于高的纖維素含量和纖維素表面上游離OH-基團的存在。

原料級分f2可以進行精制以產生具有如下特征的纖維：厚度Tf，長度Lf：

Tf≤1mm，

Lf≤30mm，

這種纖維可以例如作為泥炭替代品使用。

通過加入苛性劑進一步精制導致具有如下特征的纖維：長度Lf和拉伸指數TIf：

Lf≤3mm

TIf>30Nm/g

就性能而言，所述精制的纖維級分f2與未精制纖維不同在于其更精細的結構、每單位重量更大的表面以及用苛性劑處理時更好的結合性能表現。后者對于紙張和紙板領域中的應用是至關重要的。

→由級分f1和/或級分f2制成的組合物

所述超吸收性粒料f1和纖維材料f2是用于制備不同組合物的主要成分，所述組合物旨在用于不同領域：化學處理、去污染、純化、過濾、工業加工助劑、作物活化，……

因此，本發明還涉及一種組合物，其包含：

c.1.根據本發明的超吸收性粒料f1；

c.2.至少一種粘合劑，其選自包含如下(優選由如下組成)的組：

天然粘合劑，優選選自包括如下(由如下組成)的亞組：淀粉、纖維素、葡萄糖和衍生物；

合成聚合物，其包括優選選自包含如下(由如下組成)的亞組的纖維：聚酯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)，……PLA是特別優選的；

和它們的混合物；

c.3.可能的至少一種用于延遲火焰和/或抑制微生物生長和/或組合物硬化的試劑；

c.4.可能的至少一種礦物填料，優選選自包含如下(優選由如下組成)的組：粘土粉末、石膏、碳酸鈣、氧化鈣及其混合物；

c.5.可能的纖維物質f2；

c.6.以及c.1與組分c2至c.5中的至少一種的可能的混合物。

根據本發明的一個特別的實施方案，所述組合物可以由如下組成：

c.1.包括在PMD的細范圍內的超吸收性粒料f1，如：

0.1≤PMD<5；

c.2.至少一種如上述定義的粘合劑；

c.50.精制纖維物質f2。

根據本發明的另一個特別的實施方案，所述粘合劑可以是防水的。

→由這些組合物制備的產品

上述定義的組合物可用于生產通過形成如上述定義的組合物獲得的制造的產品，所述產品優選為立方體和/或厚片的形式。

成型可以通過模塑、擠出或任何適當的轉變技術來完成，例如用于塑料材料轉變的任何技術。

產品的形式可以是任何類型：板、條、線、碗……以及由此產生的任何分離元件。

立方體和/或厚片可適合構成用于植物、堆肥、肥料載體、作物介質的特定基底。在此觀點上，這些基本形式(立方體和/或厚片)的產品可以包裝在袋中，優選塑料袋，且更優選可生物降解的塑料袋如PLA袋。這樣的袋子可以用于例如在溫室中幼小植物的繁殖、番茄、草莓和類似物的生產。在這樣的應用中，它們可以替代諸如石棉的基底，其來自不可生物降解的袋并且需要以相當大的成本處置。基于f1和f2的立方體和厚片以及PLA覆蓋提供了類似的植物生長的視角，并且可以在植物收獲后進行堆肥。

4.f1&f2級分、所述組合物和由其制成的產品的用途

根據其另一方面，本發明涉及不同的用途：

A.本文定義的根據本發明的超吸收性粒料f1用作源自動物排泄物、沼氣生產場所、肉類加工場所的氣體和/或液體產物的吸收劑/過濾器/消除裝置，處理來自熱能生產的廢氣、氣體和液體烴，包括油及其衍生物。

B.本文定義的根據本發明的超吸收性粒料f1用作氣體和/或液體產物的吸收劑/過濾器/消除裝置，其中所述氣體和/或液體產物選自包含如下(優選由如下組成)的組：NH₃、CO₂、H₂S、H₂O、氣味、CO₂、CH₄或其組合。

C.本文定義的根據本發明的超吸收性粒料f1用作任何基底的化學/生物處理的支撐物，所述支撐物可能包括至少一種可用作加工助劑的活性成分。

D.用途：

本文定義的根據本發明的纖維物質f2的用途，

通過所述方法獲得的纖維物質f2的用途：

其中對f2級分進行機械精制，以便減小纖維的厚度Tf如下：Tf≤1mm，和優選地T≤0.5mm；

或其中在濕階段機械精制f2級分以制備紙漿，優選添加至少一種苛性劑，優選氫氧化鈉(NaOH)，以便減小纖維的長度Lf如下：Lf≤3mm，和優選地Lf≤2mm；

本文定義的根據本發明的組合物的用途；

本文定義的根據本發明的產物的用途；

作為植物基底、植物基底組分和/或泥炭取代物；

E.用途：

本文定義的根據本發明的超吸收粒料f1如它們所制備的形式的用途，

本文定義的根據本發明的纖維物質f2的用途，

通過所述方法獲得的纖維物質f2的用途：

其中對f2級分進行機械精制，以便減小纖維的厚度Tf如下：Tf≤1mm，和優選地Tf≤0.5mm；

或其中在濕階段機械精制f2級分以制備紙漿，優選添加至少一種苛性劑，優選氫氧化鈉(NaOH)，以便減小纖維的長度Lf如下：Lf≤3mm，和優選地Lf≤2mm；

根據本文定義的本發明的組合物的用途；

根據本文定義的本發明的產品的用途；

作為包裝材料、建筑材料、貓砂或其組分。

實施例

制造實施例

實施例1

步驟(i)

在其常規的收獲時間收獲玉米，使用常規脫粒機進行第一次通過，并且在地面上方大約75cm處盡可能靠近最低穗軸下方切割莖干。如通常處理和收集玉米，且殘余物(包括穗軸碎片和葉子在內的切碎的秸稈)像通常一樣沉積在田地上。

步驟(ii)&(iii)

在第二次通過中，牽引標準的自加載切割器貨車的拖拉機收集仍然立在田地上的具有大約18mm的莖干直徑的莖干部分，將其在地面上方盡可能低地(大約5cm)進行切割，并以集中的形式收集長度約70厘米的莖干碎片。

懸浮方法

將這種材料運輸到中央處理場所，并轉移到接收和定量給料單元中。

恢復方法

步驟(iv)至(vi)，其中上述定義的裝置的實施方案參考附圖1和2。

步驟(iv)和(v)

進料和定量給料單元1將在(iii)中收獲的長度為大約70cm的莖稈(莖干)節轉移到進料輸送機2上，進料輸送機2將其引導到切割器3(裝置iv和iv')，其將剛性莖稈(莖干)節切割為大約13mm的長度，但是基本上不切割葉子，并且移動到切割器中的葉鞘纏繞在莖干上。

這樣制備的材料通過裝有葉片35的風扇30吹送，以便將其送到大型振動篩總裝5,6。切割以及風扇葉片35施加在材料上的撞擊使莖干皮破裂，成為細長的纖維碎片，并從莖干的抗沖擊海綿狀內部組織分解。通過旋風分離器4實施材料從空氣流的分離和沉積到振動篩的前端上，旋風分離器4具有空氣/材料流的徑向入口和通過底部的材料的出口。

步驟(vi)

振動篩總裝5,6具有篩網寬度為80mm的篩5的上層，以及具有狹縫寬度為8mm的狹縫篩6的下層。振動引起材料朝向總裝的后端的單向運動。上層5保留材料的葉狀部分(級分f3)，并允許細長的纖維碎片(級分f2)和海綿狀組織的三維碎片(級分f1)通過。在下層上，狹縫篩6允許細長的纖維碎片(級分f2)通過，但是保留海綿狀組織/超吸收性粒料的三維碎片(級分f1)。

步驟(vii)

從此步驟收集三種材料級分f1-f2-f3：葉子級分f3、纖維碎片級分f2和海綿狀組織級分f1。葉子級分f3產生大約40體積％或10重量％，纖維級分f2產生大約30體積％和70重量％，海綿狀組織級分f1產生大約30體積％和20重量％，總是與步驟(ii)中切割和在步驟(iii)中收獲的較少葉子的莖稈段的體積和重量相比，如輸送到包括切割裝置(裝置m.iv和iv')和沖擊裝置(裝置v和v')的總裝3。

步驟(viii)

根據其使用，海綿組織級分f1被分解成更小的碎片并干燥。

進一步加工

為了制備氨的吸收劑，首先使用手壓機壓縮5升未分解但干燥的f1用于除去包含在海綿狀組織的多孔結構中的空氣，然后浸沒在20％的磷酸溶液中。這導致磷酸的最大吸收和在過濾器中氨的最大去除能力。

將30kg纖維級分f2送至懸浮罐中，該懸浮罐配備有用于制備均勻懸浮液的攪拌器并填充至1'000升的水平。送該懸浮液通過來自Voith的EK1型高速球磨機，用于打開和洗滌細長的纖維碎片并制備用于例如替換泥炭的纖維。在實驗室規模下使用廚房混合器進一步精制所述纖維，其中添加或不添加苛性劑如苛性鈉，產生用于生產高剪切片材或卡板的優異的漿料質量。

必須理解的是，輸送到中央位置的莖干碎片的厚度和水分含量取決于一般氣候條件、植物品種和在特定生長季節的條件。還必須理解的是，各種級分的產率將根據進入的莖干碎片的厚度和水分含量以及所收集的級分的堆積高度而變化。

f1和f2級分的評價和應用實施例

實施例2

如此制備的超吸收性粒料是具有白色至米色和良好的松散性能的開孔顆粒。它主要由纖維素和半纖維素組成，營養價值低。在2-10mm的顆粒尺寸，密度為20-30kg/m³。海綿狀組織是非常吸收性的，并且可以吸收其自身重量的20至25倍的水或任何其他液體。吸水能力與水的鹽度無關，并且即使在存在材料的重復中間干燥之后也可保持。實驗表明，海綿狀組織的壓縮不降低其吸收能力。材料隨著液體的吸收而溶脹至其原始體積。

將海綿狀組織研磨至2-5mm的顆粒尺寸，并將由此制備的材料用于種植試驗以及產生水解吸曲線(標準測試程序)。發現即使在>1pF的升高的吸入壓力下，該材料也能夠保持大于其原始水含量的35％，因此以與最好的石棉基底類似的效率限制了基底的脫水。

實施例3

用液壓機壓縮所述超吸收性粒料，得到直徑為65mm和高度為17-30mm的粒料。發現在高達3t(相對于直徑為65mm的區域)的壓力下壓縮的所述超吸收性粒料在尺寸上是不穩定的，并且在松弛之后容易再次膨脹，而無需任何外部幫助。在6t[基于直徑為65mm的區域]的壓力下制備尺寸穩定的壓縮粒料。它們具有>400kg/m³的密度。

然后將所述粒料切成約2-5克的較小碎片。稱取17g這種材料放入工作臺中，然后加入500ml水。材料通過吸收水迅速膨脹。約60秒后，傾析過量的水。水飽和的材料的重量為391g，這樣所述材料吸收了相當于其自身重量的22倍的水的重量。

材料的壓縮和溶脹性能具有很大的實際重要性，因為由此可以顯著降低存儲和運輸成本。

實施例4

超吸收性粒料是與可生物降解的聚乳酸(下文稱為PLA)纖維混合的粘著劑，然后在熱空氣的作用下壓制并成型為板。PLA纖維的重量比例為產品重量的12％。這些耐水板尺寸穩定，具有56kg/m³的密度。將這些板切成4×4×4cm的立方體用于幫助植物生長。測試這些立方體用于幼小植物的生產。發現保水能力(浸泡后完全負載的立方體的重量/立方體的干重)更好，并且番茄種子在這些立方體上的發芽率等于石棉比較值(約95％)。

使用營養液或鹽水溶液代替水，任何超吸收性粒料的吸收能力都保持恒定，即使在具有中間干燥的重復潤濕循環下。

實施例5

所述超吸收性粒料用磷酸(H₃PO₄)水溶液處理，然后干燥和壓縮。如此制備的粒料具有高的吸收和中和液體的能力。這些粒料在養雞中用于去除糞便的氣味和持續干燥穩定的地板。通過降低pH，氨轉化為銨，具有低得多的蒸氣壓。因此，有害的氨排放大大降低，有價值的氮肥也如此與作為基底的粒料結合，其可以用作植物營養物。

實施例6

所述超吸收性粒料用氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鈣(CaOH)的水溶液噴霧。使用如此提供的材料和設備從空氣料流中除去二氧化碳(CO₂)。當空氣流通過所述粒料時，其中包含的二氧化碳與氫氧化鈉反應成碳酸氫鈉(NaHCO₃)和碳酸鈉(Na₂CO₃)或碳酸鈣(CaCO₃)，其作為鹽保持吸附到粒料的內表面，然后提供從空氣料流中除去二氧化碳。從空氣中去除CO₂是一個急切的問題，特別是在集約化畜牧業中，其中CO₂濃度必須特別進行監測并保持較低。

類似地，所述超吸收性粒料可以通過具有特定特征的適當處理進行負載，以允許吸附通過粒料床所送的其它污染物，例如烴或不希望的氣味。在所有這些應用中，與使用活性炭作為吸附表面類似，選擇性地使用所述超吸收性粒料的大的內表面。

要固定到所述超吸收性粒料上的活性成分取決于要除去的污染物的化學性質。例如，使用疏水性的或陽離子或陰離子物質作為所述超吸收性粒料中的活性成分，使得可以產生可更換的過濾單元。

所述超吸收性粒料高的內表面和包括在所述粒料中的纖維素的反應性OH基團有利于強的負載。

或者，級分f1-f2可以用作用于加熱或食品或飼料組分的級分f3，或上述未提及的工業應用。特別地，f1和f2級分可以用作面團制品中的營養纖維，作為油漆配制劑中的填料和均化劑等。這些粒料具有例如大約17MJ/kg的熱值，灰分含量為6-7，氮含量為大約0.8％。