[發明專利]用于制備高度精制的或微纖維化的纖維素的方法和中間產物

有效

• 申請號: 201380043546.9
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN104619913B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 伊斯托·海斯卡寧;塞西莉亞·蘭德·亨瑟達爾;拉爾斯·阿克斯魯普;海蒂·薩克塞爾
• 申請（專利權）人: 斯塔諾阿埃索澳吉有限公司
• 主分類號: D21H11/18
• 分類號: D21H11/18;D21B1/38;D21C9/00;C08L1/02;D21B1/34;D21C9/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 牛海軍

發明領域

本發明涉及用于制備高度精制的或微纖維化的纖維素的方法。并且，本發明涵蓋可作為所述方法的中間產物獲得的干燥的纖維素漿料、制備所述中間產物的方法以及所述中間產物的用途。

發明背景

微纖維化的纖維素(MFC)是一種由纖維素纖維組成的纖維材料，所述纖維素纖維非常細，直徑約為5-100nm，平均約為20nm，并且具有約100nm-10μm的纖維長度。納米纖維化的纖維素(NFC)是一類特殊的MFC，其具有處于所述纖維尺寸范圍的下限的纖維尺寸。MFC具有非常大的開放性活性表面積，通常在約1-100m²/g的范圍內，并且可用于寬泛的終端應用，特別是用在造紙領域中。

US?6,602,994?B1中總結了多種已知的纖維素纖維微纖維化的方法，諸如例如，包括，勻漿法，蒸汽噴發法，加壓-減壓法，擠壓法，碾磨法，超聲法，微波噴發法，磨制法以及這些的組合。根據該參考文獻，優選的方法是使非微纖維化的多糖通過勻漿器至少三次。

WO?2007/001229為上述列表增加了酶處理法，作為一種選擇方法，在存在過渡金屬的條件下氧化，用于使纖維素纖維轉化為MFC。氧化步驟后，通過機械方式使材料分解。

在大部分情形中，MFC在水相中制備，并且高質量的MFC典型地制備為具有1.5-2.5％的固體含量的漿料。由于MFC的高的開放性表面積和高的水鍵合能力，所述低固體含量的漿料的粘度已經是非常高的。

由于要輸送大體積，低固體含量使得MFC對消費者的遞送是不經濟的。這是大量MFC工業應用的限制性因素之一。此外，還有一些應用，其中按原樣高的含水量也是有問題的，例如，制造復合物用于塑料、瀝青、輪胎等，以及磨粉(pillerizing)。

一種解決運輸和高含水量問題的方法是將MFC產物干燥用于運輸并且在終端使用者處將其重新潤濕或重新分散。這一方法的問題是纖維與干燥相關的不可逆的團聚(聚集(hornification))的傾向，這將妨礙纖維后續的再分散。聚集作用可能發生在水性NFC混懸液干燥的過程中或NFC與疏水性聚合物復合的過程中，并且其可以用在相鄰的纖絲的羥基基團之間形成大量的氫鍵進行解釋。這種方法伴隨著NFC長寬比的相當大的減小，由此導致其有利特性的完全喪失。

US?4,481,076教導通過添加能夠抑制纖維素纖絲之間的氫鍵鍵合的物質然后干燥產物來制備再分散的MFC。以這種方式避免聚集，并且保證再獲得高的表面積，但是添加劑增加產品的成本，并且它們的存在可能對該產品的多種終端應用是有害的。

為了減少添加劑的量，US?6,231,657B1教導主要由纖維素纖維的初生壁制備NFC。此類NFC易于分散到水性介質中。

可以在水中再分散的NFC可以以粉末形式制得，例如，通過精制的、漂白的化學漿料的羧甲基化和機械分解進行。當分散在水中時，所述粉末將形成穩定的凝膠。由此，通過羧甲基化，在干燥過程中能夠成功地防止NFC的聚集。然而，所需要的纖維素的化學改性是昂貴的，并且在一些應用中，這樣的改性是不被接受的。

還已知通過溶劑交換來干燥MFC，由此部分防止聚集和纖維-與-纖維的鍵合。以這種方式可能在重新潤濕時重新獲得MFC的高開放性表面積和鍵合能力。

由于MFC由非常細小的材料組成，還存在相當大的除塵的危險和確保處理問題的安全性。MFC的干燥，由于其高開放性表面，也要比普通纖維素纖維的干燥困難得多，并且需要與普通漿料干燥所用的設備不同的專業設備。然后，除塵不僅是干燥過程中的障礙，也是在終端使用者機構重新潤濕過程中的障礙。

避免運輸問題的一個備選的方法是由終端使用者進行整個MFC制備過程。然而，這將是成本高昂的且不合實際的，失去了在專業化工廠中大規模生產的益處。漿料的研磨或分解步驟相對簡單，并且可以想到在漿料磨機中進行，更加苛求的制備步驟將破壞該方法的整體經濟性。

因此，需要新的更有能力的且成本有效的向終端使用者遞送MFC的方案，避免化學改性和添加劑，并且允許以更簡單和安全的方式遞送。

發明概述