[發(fā)明專利]具有可控分散性的干燥納米結(jié)晶纖維素及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180006578.2
• 申請(qǐng)日: 2011-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN102906122A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·貝克;J·布查德;R·貝里
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: FP創(chuàng)新研究中心
• 主分類號(hào): C08B1/00
• 分類號(hào): C08B1/00;B01F17/00;C08J3/20;C08J5/18;C08L1/02;C09D101/02;C30B29/58
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 柳冀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有受控的水中分散性的干燥形式的納米結(jié)晶纖維素(NCC)；和使能水分散的干燥形式的NCC不能分散或具有改性的水中分散性的方法；特別是，本發(fā)明涉及干燥的M-NCC膜，其不能分散于水中并且比相應(yīng)的H-NCC膜具有優(yōu)勢(shì)，其中M是中性陽離子。

背景技術(shù)

通過硫酸水解制備的納米結(jié)晶纖維素懸液(即H-NCC形式)一旦它們完全干燥就不能分散于水中或其它水性溶劑中。當(dāng)質(zhì)子抗衡離子H⁺被交換為單價(jià)陽離子抗衡離子M⁺時(shí)，干燥形式的M-NCC可以自發(fā)地再分散于水中，賦予懸液與聲波處理后的原始懸液的性質(zhì)類似的性質(zhì)[1]。

作為能水分散的M-NCC的實(shí)例，Na-NCC、K-NCC、Cs-NCC、NH₄-NCC、Et₄N-NCC(四乙基銨⁺-NCC)、Bu₃MeN-NCC(三丁基甲基銨⁺-NCC)、Bu₄N-NCC(四丁基銨⁺-NCC)、和Hex₄N-NCC(四己基銨⁺-NCC)的懸液通過用合適的氫氧化物溶液將H-NCC懸液滴定到中性pH而制備。所得M-NCC懸液通過若干種方法干燥，包括凍干、噴霧干燥和在基材上流延成自支撐膜或涂層。這些干燥形式的NCC分散在去離子水中以得到NCC的膠體懸液。

雖然H-NCC膜有前述M-NCC膜不具備的不能分散于水中的優(yōu)點(diǎn)，但它們不具有與M-NCC膜相關(guān)的其它優(yōu)點(diǎn)。

工業(yè)上，必須使NCC的水性懸液干燥以運(yùn)輸和儲(chǔ)存大量的NCC。因此，干燥的NCC必須能完全再分散于水中，以用于需要利用完全展現(xiàn)NCC的獨(dú)特性質(zhì)的水性懸液的應(yīng)用。干燥過程必須不影響NCC顆粒本身的內(nèi)在/固有性質(zhì)和/或所得水性NCC懸液的內(nèi)在/固有性質(zhì)。鈉形式的NCC，Na-NCC(通過用鈉化學(xué)計(jì)量地交換原始的酸形式的H-NCC的質(zhì)子，例如通過用NaOH中和而獲得)，是為該目的選擇的形式。其能完全再分散于水中，比H-NCC的熱穩(wěn)定性更好(Na-NCC在300℃開始熱分解，而H-NCC在180℃)并且不進(jìn)行自催化的脫硫(損失帶負(fù)電的表面硫酸酯基團(tuán)，這帶來水性NCC懸液的靜電穩(wěn)定性)或纖維素在干燥時(shí)和干燥材料的長(zhǎng)期儲(chǔ)存期間的降解。

似乎Na-NCC將廣泛用于工業(yè)中作為初始形式的NCC，由它制造產(chǎn)品。但是，其水中的分散性在許多應(yīng)用中是不需要的，而熱和化學(xué)穩(wěn)定性是需要的。因此，干燥的Na-NCC相對(duì)于干燥的H-NCC具有一些優(yōu)點(diǎn)，但還有一些缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明尋求提供其中水分散性受控的干燥形式的納米結(jié)晶纖維素(M-NCC)，特別是(但不限于)固體膜，并且尤其是尋求提供這樣的膜，其不能分散于水中但保持從其可得到的相應(yīng)的能水分散的膜的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的另一目的是提供一種控制能水分散的干燥形式的M-NCC如固體膜的水中的分散性的方法，并且特別的目的是提供這樣的方法，其中能水分散的膜轉(zhuǎn)化成這樣的膜，該膜不能分散于水中但保持了由該膜可得到的相應(yīng)的能水分散的膜的優(yōu)點(diǎn)。

在本發(fā)明的一方面中，提供了干燥形式的納米結(jié)晶纖維素(M-NCC)，其中能水分散的干燥形式的M-NCC的單價(jià)陽離子M⁺至少部分地被多價(jià)陽離子及其混合物替代，從而至少降低了水分散性。

在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種控制干燥形式的能水分散的M-NCC在水中的分散性的方法，其中M是單價(jià)陽離子M⁺，該方法包括：用含有多價(jià)陽離子及其混合物的電解質(zhì)溶液預(yù)處理所述干燥形式，以至少部分地用所述多價(jià)陽離子替代單價(jià)陽離子。

通過用多價(jià)陽離子替代單價(jià)陽離子來調(diào)節(jié)單價(jià)陽離子的含量，干燥形式的水分散性可得到控制，更具體來說，從能水分散的到不同水平的分散性或不分散性，直到完全不分散性。

這樣，與例如能水分散的Na-NCC膜相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)可保持在不能分散于水中的膜中；并且避免了與也不能分散于水中的H-NCC膜相關(guān)的缺點(diǎn)。

本發(fā)明的詳細(xì)公開內(nèi)容