专利名称：基于用液体燃料浸渍的木质纤维素压缩体的团块的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于用植物或动物来源的液体燃料浸溃的木质纤维素压缩体的团块，也涉及生产这种团块的方法和这种团块在便携式或非便携式火炬中作为燃料的用途。
背景技术：
火炬燃料，尤其对于可能被孩子或被个人在人群中间携带的便携式火炬燃料，必须满足许多要求，其中可提到的有下列要求-高紧实度和轻便性，-以同样的火焰功率在整个燃烧持续期间稳定燃烧，-易于引燃， -烟产生少，-飞灰产生少，-操作安全性高，尤其因为缺乏加压气体燃料。当然，正如在许多其它领域一样，需要能提供一种燃料，其不仅满足上述所有标准，而且还来源于再生源，即非化石源。申请人:在长期研究后，成功开发了一种既轻便又是固体的燃料团块，因为这是固体木质纤维素燃料和液体燃料的新型组合，也因为能提供隐蔽在中央烟道(chimney)内的多个燃点的几何形状，它囊括了所有上述优点。
发明内容
这种团块基本上由浸溃有植物或动物来源的液体燃料的植物来源的压缩体所组成。这种压缩体具有刚性、轻便而且同时足够紧实的结构，足以确保团块在整个燃烧过程中的机械强度，产生非常有限量的灰，同时使得产生足够的空间以使能逐渐且稳定地发生燃烧的传播成为可能。因此，本发明的一个主题是一种基本上由如下物质组成的团块-木质纤维素压缩体，包含(a) 60重量％至90重量％的草茎碎屑和(b) 10重量％至40重量％的打浆的木质纤维素粘合剂，其打浆度为38至75。SR(Schopper-Riegler 度)，优选 45 至 70。SR,这些百分比以相对于(a)和(b)总干重的干重表示，以及-在室温下为液体的燃料，其闪点为30°C至150°C，浸溃木质纤维素压缩体，所述团块基本上为圆柱形，并包括具有星形横截面的中央烟道。因此，本发明的团块由两种基本组分组成植物来源的压缩体和液体燃料。所述压缩体，就其本身而言，包含至少两种组分-由粗草茎碎屑形成的主要组分(a)，和-由高度打浆的木质纤维素粘合剂形成的次要组分(b)。
组分(a)可通过在适当的研磨机或压碎机中干磨或压碎草茎而获得，所述草茎下文也称为“稻草”。优选锤式粉碎机。组成这种第一组分(a)的碎屑或颗粒相对粗而且大小不均。其中大多数长为几毫米，或者甚至为几厘米。尤其有利的是，超过60重量％、优选超过75重量％、尤其超过90重量％的草莖碎屑由如下碎片组成，碎片的尺寸使得它们的较大维度为3至20mm、优选5至15mm。这当然不排除存在更细、或甚至非常细的颗粒或甚至存在大得多的碎片或纤维。在本发明的压缩体中，这些粗的稻草碎片通过“粘合剂”或“木质纤维素粘合剂”的木质纤维素纤维连接在一起。木质纤维素是三种类型的天然、水不溶性聚合物(即纤维素)、半纤维素和木质素的混合物，根据木质纤维素的来源而以可变比例存在。木质纤维素具有纤维结构。 本发明所用的木质纤维素粘合剂通过打浆木质纤维素材料而获得。打浆是存在水时机械处理木质纤维素材料，目的在于使组成其的纤维水化、细纤维化或切碎。打浆经常用于生产纸浆。通常用于评价木质纤维素材料的打浆率或打浆度的方法是Schopper-Riegler试验(标准ISO 5267/1)。它测定经历打浆操作的材料的滤水性能。材料被打浆越多，组成其的纤维就越单一化、水化和越短，材料就越能保留水分。因此，高度打浆材料具有低滤水性能和高的Schopper-Riegler打衆度。本发明所用的木质纤维素粘合剂必须具有至少38° SR的Schopper-Riegler数，优选为至少42° SR和理想的为至少45° SR。本发明所用的木质纤维素粘合剂原则上可从任何木质化植物材料中获得，可以使用的木质纤维素材料当然包括，但不限于，用于组分(a)的草茎。除了这些草茎，也可以使用，例如木材碎屑、大麻纤维或其它再生纸。可获得木质纤维素粘合剂(b)的打浆工艺在专利EP O 877 646中有详细描述。在该工艺结束时，打浆的木质纤维素粘合剂(b)为浆状形式，含水量为约40重量％至70重量％，换言之，其固体含量为30重量％至60重量％，优选为35重量％至55重量％。形成组分(a)的草茎碎屑原则上可以是来源于任何具有木质化茎的草的碎屑。可以作为例子提到有这些草甘蔗、谷类植物(cereals)(比如玉米、稻米、小麦、大麦、燕麦、黑麦或粟)、竹子和芒属植物(Miscanthus)。本发明特别优选的一种植物是奇岗(Miscanthus giganteus),是通过将芒草(Miscanthus sinensis)与获草(Miscanthus saccharifIorus)杂交获得的杂交种。特别地，这种植物的特征为其高产量、其高木质纤维素含量和低环境影响，特别因为这种植物的低水分需求和其所生长之处没有土壤贫化，通常不需要肥料。奇岗可用作组分(a)的草茎碎屑的来源或木质纤维素粘合剂(b)的来源或者同时作为两者的来源。在一个特别优选实施方式中，组分(a)和木质纤维素粘合剂(b)部分地、优选全部地从一种相同的植物、优选奇岗的茎中获得。在彼此混合前，首先将组分(a)和(b)、或至少其中之一悬浮于水中。加水量为相对于组分(a)和(b)的总干重的优选40%至90%，优选50%至80%。在一个优选实施方式中，在与组分(b)混合之前，将40重量％至80重量％的水加入组分(a)中。在一个优选实施方式中，除了植物来源的组分(a)和(b)，压缩体还包括碱金属矿物组分(C)，其主要作用在于增强组分(b)的粘合强度。这例如为氧化钙(CaO)(也被称为生石灰)、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠。尤其优选氧化钙。当其使用时，这种组分(C)优选以相对于(a)和(b)的总干重的2%至15%的重量比例，尤其以3%至8%的重量比例存在。可以在混合前向两种组分(a)和(b)的一种中，或者在铸模成型步骤前向组分(a)和(b)的水性混合物中加入氧化钙。优选将组分(C)加入组分(b)。然后根据下文更详细描述的方法将组分(a)和(b)以及任选的(C)的水性悬浮液在高温和压力下铸模成型。然后将获得的其含水量大部分丢失的压缩体用室温时为液体的燃料浸溃。压缩体的浸溃不需要彻底的前干燥。在浸溃时，这种压缩体的含水量可以为5重量％至20重量％。 燃料一定不能挥发性太强，闪点高于30°C的液体都是如此。液体燃料的闪点优选为40°C至120°C，尤其为50°C至70°C。液体燃料可以是植物油(比如微藻油、水黄皮油(Pongamia pinnata oil)(或卡兰加油(Karanja oil))、亚麻籽油、麻风树油(jatropha oil)、棕榈油、葵花籽油、菜籽油、杏仁油、花生油、椰子油、玉米油、橄榄油或蓖麻油)、动物油(比如鲸脂油、巨头鲸脂油、鱼肝油、牛油或牛脂、猪油或猪脂)、这类植物油或动物油的烷基酯或这些化合物的混合物。在一个优选实施方式中，液体燃料是植物油的烷基酯、优选甲基酯，尤其是椰子油的酯。热压步骤得到的木质纤维素压缩体的密度优选为O. 20至O. 85g/cm3，尤其为O. 30至 O. 70g/cm3。这种压缩体可以通过各种已知方法(比如浸涂法、真空浸涂法或喷雾法)用液体燃料浸溃。取决于所用的浸溃方法，为了清除多余液体并确保液体燃料在压缩体体积中均匀分布，证实燃料渗透和/或排出(drainage)阶段可能是必要的。可以通过例如改变压缩体在燃料浴中浸溃时间和/或浸溃浴的温度来调整引入压缩体的燃料的量，当其粘度较低时，燃料渗透进入压缩体中心甚至更容易。也可以在压力下使燃料渗透进入压缩体。申请人:观察到压缩体通常能吸收高达其自身重量的燃料。然而，在某些情况下，不用液体燃料使压缩体饱和并保持其低于完全浸溃状态是有利的。当液体燃料和木质纤维素压缩体的重量比为3/10至10/10、优选5/10至9/10、尤其是6/10至9/10时，申请人获得了燃烧性能方面的良好结果。本发明的另一个主题是生产本申请所述的团块的方法。这种方法包括下列相继步骤(I)将木质纤维素粘合剂(b)的水性悬浮液和草茎碎屑(a)混合，所述比例使得木质纤维素粘合剂(b)与草茎碎屑(a)的干重之比为10/90至40/60，(2)在40°C至120°C的温度、3至12巴的压力、施加5至120秒时间的条件下，将获得的混合物在适当的模具(凹部)/反模具(凸部)组件中铸模成型，(3)将获得的压缩体脱模，以及
(4)用燃料浸溃脱模的压缩体，燃料在室温时为液体，闪点为30°C至150°C。混合两种组分(a)和(b)的步骤⑴优选在西格马型桨式混合机中进行，直到获得均质悬浮液，其中稻草碎片用粘合剂均匀涂覆。获得均质组合物通常需要5至30分钟。这种组合物当然也可以含有在混合组分(a)和(b)之前或之后加入这种组合物中的碱金属矿物组分(任选的组分(C))。准备用于铸模成型的组合物是纤维且为浆状。需要通过漏斗或通过真空填充系统手动或自动填充模具。模具由凸部和凹部组成。置于底部的凹部是空心圆柱体，位于其中央是具有星形横截面的实心部分。凸部具有与凹部互补的形状，换句话说，其包括实心圆柱体，其中央镂空出与凹部形状对应的遵循星形的横截面。图2是表示左边的凸部和右边的凹部的互补形状的照片。
将待用于铸模成型的组合物加入凹部的圆柱体内壁和所述部分之间限定的空间中。一旦凹部被填满，通过热压将凸部形状逐渐插入凹部形状中。通过热压将整个模具(凸部和凹部)加热至铸模成型温度。优选为60°C至100°C、尤其是65°C至95°C的该温度和产生的压力使得可将组合物内组分(b)的粘合力活化。在热压操作结束时，活塞使得凸部形状上升，从而通过双重运动，使形成的团块释放出来。团块在开放空气中放置约I至30分钟，以使大部分水蒸发。 该干燥步骤后，可以用液体燃料直接浸溃压缩体。凹部的实心柱体的几何形状当然直接确定了中央烟道的几何形状。根据一个优选的实施方式，后者具有包括至少3个臂、优选4-20个臂、尤其5-10个臂的星形。术语“星形”也包括星形的臂的端部和/或空部是圆形的变体方式。已经证明，星形的圆形端部尤其有利，因为当使团块沿着凹部上升时，易于脱模，限制了纤维的粘附。星形的臂之间的空部优选不是圆形的。事实上，在脱模后这些空部形成了从团块的壁伸向烟道中央的元件的端部。这些端部组成了许多燃点，很容易理解，当这些伸出元件的端部是锐利的和为尖状时，团块甚至更容易被点着。星形中央烟道有三重优点。首先，正如上面已经解释的，伸向团块的中央烟道内部的元件的端部使得非常容易点着。直接来源于第一点，其第二个优点在于燃烧表面位于团块内部，因此在隐蔽的位置，被团块自身所保护。最后，这种星形使燃烧表面在整个燃烧过程中非常恒定，因为突出体的消耗导致的燃烧表面的逐渐减少被燃烧进行过程中内部烟道直径的逐渐增加所补偿。图I表示这种变化，这是本发明团块的横截面的图示。不同的线
1、2、3和4表不燃烧的相继阶段的燃烧表面。可以根据设想应用的功能而自由选择团块的尺寸。团块的高度可以为，例如5cm至50cm,其外直径例如为3cm至20cm。对于用作便携式火炬的固体燃料，团块的高度通常为8cm至20cm,外直径为4cm至10cm。圆柱体团块的高度和其外直径之比优选为O. 5至5，优选为I至4，特别为I. 5至3。图3(a)表示浸溃前的压缩体，图3(b)表示本发明的一批浸溃团块，其中高度/外直径之比约等于2。优选通过使压缩体在液体燃料中完全浸溃2至60秒、优选10至40秒的时间来进行液体燃料对压缩体的浸溃。通常这种浸溃随后为排出步骤。15秒至5分钟的排出时间通常足以去除所有的过量液体燃料。对于用作火炬的燃料，将团块插入能抵御高温的刚性鞘中。这种鞘有利于团块的操作和运输，同时保护团块免受机械应力的破坏。在燃烧时，这种鞘还能防止燃烧表面延伸至团块的圆柱体外壁。有利地将团块包装在防漏袋或容器中，以防止液体燃料的挥发或其转移至与浸溃团块相接触的表面。 最后，本发明的另一个主题是这种团块作为火炬的燃料、作为引火物或用于产热、优选用于烹饪或食物的重新加热的用途。
权利要求
1.团块，由以下物质组成 -木质纤维素压缩体，包含 (a)60重量％至90重量％的草茎碎屑和 (b)10重量％至40重量％的打浆的木质纤维素粘合剂，其打浆度为38至.75。SR(Schopper-Riegler 度)，优选为 45 至 70。SR, 这些百分比以相对于(a)和(b)总干重的干重表示，以及 -在室温下为液体的燃料，其闪点为30°C至150°C，浸溃所述木质纤维素压缩体， 所述团块基本上为圆柱形，并包括具有星形横截面的中央烟道。
2.根据权利要求I的团块，其中超过60重量％、优选超过75重量％、尤其超过90重量％的所述草茎碎屑由如下碎片构成，所述碎片的尺寸使得其较大维度为3至20mm、优选5至 15mm。
3.根据权利要求I或2的团块，其中所述草茎为奇岗的茎。
4.根据前述任一项权利要求的团块，其中所述压缩体还包括相对于(a)和(b)干重的.2重量％至15重量％,优选3重量％至8重量％的至少一种碱金属矿物组分(组分(C)),优选为氧化钙。
5.根据前述任一项权利要求的团块，其中所述中央烟道具有星形横截面，所述星形包括至少3个臂、优选4-20个臂、尤其5-10个臂。
6.根据前述任一项权利要求的团块，其中所述液体燃料的闪点为40°C至120°C，优选为 50°C至 70°C。
7.根据前述任一项权利要求的团块，其中所述液体燃料是植物或动物来源的油、植物或动物来源的油的烷基酯、或其混合物。
8.根据前述任一项权利要求的团块，其中所述液体燃料是椰子油烷基酯。
9.根据前述任一项权利要求的团块，其中所述草茎碎屑(a)是谷类植物或芒属植物茎的碎屑，优选奇岗茎的碎屑。
10.根据前述任一项权利要求的团块，其中单独压缩体的密度为O.20至O. 85g/cm3。
11.根据前述任一项权利要求的团块，其中所述液体燃料和所述压缩体的重量比为.3/10 至 10/10、优选 5/10 至 9/10、尤其是 6/10 至 9/10。
12.根据前述任一项权利要求的团块，其中所述圆柱体团块的高度与其直径之比为O. 5至5，优选I至4，特别为I. 5至3。
13.制备前述任一项权利要求的团块的方法，包括下列相继步骤 (1)将木质纤维素粘合剂(b)的水性悬浮液和草茎碎屑(a)混合，混合比例使得所述木质纤维素粘合剂(b)与所述草茎碎屑(a)的干重之比为10/90至40/60， (2)在40°C至120°C的温度、3至12巴的压力且持续施加5至120秒的条件下，将获得的混合物在适当的模具/反模具组件中铸模成型， (3)将获得的压缩体脱模，以及 (4)用燃料浸溃脱模的压缩体，所述燃料在室温时为液体，闪点为30°C至150°C。
14.根据权利要求13的方法，其中使所述压缩体在液体燃料中完全浸没2至60秒的持续时间来进行通过液体燃料浸溃压缩体，所述浸没之后为排出步骤。
15.根据权利要求1-12中任一项的团块作为火炬中的燃料、作为引火物或用于产热、优选用于烹 饪或食物的重新加热的用途。
全文摘要
本发明涉及团块，由以下物质组成-木质纤维素压缩体，其包含(a)60重量％至90重量％的草茎碎屑和(b)10重量％至40重量％的打浆的木质纤维素粘合剂，其打浆度为38至75°SR(Schopper-Riegler度)，这些百分比以相对于(a)和(b)总干重的干重表示，以及-在室温下为液体的燃料，其闪点为30℃至150℃，浸渍所述木质纤维素压缩体，所述团块基本上为圆柱形且包括星形的中央烟道。本发明还涉及生产这种团块的方法，也涉及这种团块在火炬中或在产热的用途。
文档编号C10L5/14GK102676261SQ20121006344
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月8日 优先权日2011年3月9日
发明者F·塔贝, G·富瓦萨克, P·普利翁, V·菲谢 申请人:法国电气公司