[發明專利]納米木質纖維素組合物以及用于生產這些組合物的方法

在審

• 申請號: 201880040716.0
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN110832139A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: K·尼爾森;T·雷特斯納
• 申請（專利權）人: API知識產權控股有限公司
• 主分類號: D21H11/18
• 分類號: D21H11/18;B82Y30/00
• 代理公司: 北京市中倫律師事務所 11410
• 代理人: 王麗

一些變型提供了一種新型納米木質纖維素組合物，其在干透、不含灰分并且不含乙酰基的基礎上，包含：35wt％至80wt％的纖維素納米原纖維、纖維素微原纖維或其組合；15wt％至45wt％的木質素；以及5wt％至20wt％的半纖維素。半纖維素可以含有木聚糖或甘露聚糖作為主要組分。由半纖維素含量介于原料生物質的高半纖維素含量和常規納米纖維素的低半纖維素含量之間而產生新穎的性質。由于木質素的存在，納米木質纖維素組合物是疏水性的。還描述了用于制造和使用納米木質纖維素組合物的方法。

優先權資料

本國際專利申請要求于2017年6月22日提交的美國臨時專利申請No.62/523,293以及于2018年6月21日提交的美國專利申請No.16/014,589的優先權，所述專利申請各自通過引用并入本文。

技術領域

本發明總體涉及通過將木質纖維素生物質分餾并進一步加工纖維素級分而產生的納米纖維素和相關材料。

背景技術

生物質精制(或生物精制)在工業中變得越來越普遍。纖維素纖維和糖、半纖維素糖、木質素、合成氣、以及這些中間體的衍生物被用于生產化學品和燃料。實際上，我們現在觀察到能夠加工來料生物質的綜合性生物精制廠的商業化與現在加工原油的煉油廠差不多相同。未充分利用的木質纖維素生物質原料的潛力在于，基于碳比石油便宜得多、以及從環境生命周期的觀點來看要好得多。

木質纖維素生物質是星球上最豐富的可再生材料并且已長期被認為是用于生產化學品、燃料和材料的潛在原料。木質纖維素生物質正常主要包含纖維素、半纖維素和木質素。纖維素和半纖維素是糖的天然聚合物，并且木質素是增強整個生物質網絡的芳族/脂族烴聚合物。一些形式的生物質(例如再循環材料)不含半纖維素。

盡管是地球上最可用的天然聚合物，但最近纖維素才以納米晶體纖維素(NCC)、納米原纖維纖維素(NFC)和細菌纖維素(BC)的形式作為納米結構材料而興起。納米纖維素正被開發用于種類廣泛的應用，例如聚合物增強、抗微生物膜、可生物降解的食品包裝、印刷紙、顏料和油墨、紙和紙板包裝、阻隔膜、粘合劑、生物復合材料、傷口愈合、藥物和藥品遞送、紡織品、水溶性聚合物、建筑材料、運輸行業的可再循環內部和結構部件、流變改性劑、低熱量食品添加劑、化妝品增稠劑、藥物片劑粘結劑、生物活性紙、乳液和粒子穩定泡沫的pickering穩定劑、涂料制劑、用于光學切換的膜、和洗滌劑。

生物質來源的漿料可以通過機械加工轉化為納米纖維素。雖然該方法可能是簡單的，但缺點包括能耗高、由于強力機械處理而損害纖維和粒子、以及原纖維直徑和長度的分布寬。

本領域中需要以降低的能量成本從生物質生產納米纖維素的改進方法。還有，本領域中需要改良的起始材料(即生物質來源的漿料)來生產納米纖維素。對于一些應用，希望生產具有高疏水性的納米纖維素。

本領域中還需要增加弱纖維素纖維的強度、以及改善紙、瓦楞芯紙漿和漿料產品的某些性質。

發明內容

一些變型提供了一種納米木質纖維素組合物，其在干透、不含灰分并且不含乙酰基的基礎上，包含：約35wt％至約80wt％的纖維素納米原纖維、纖維素微原纖維或其組合；約15wt％至約45wt％的木質素；以及約5wt％至約20wt％的半纖維素。半纖維素可以含有木聚糖或甘露聚糖作為主要組分。

在某些實施方式中，所述組合物在干透、不含灰分并且不含乙酰基的基礎上，包含約40wt％至約70wt％的纖維素納米原纖維、纖維素微原纖維或其組合。

在某些實施方式中，所述組合物在干透、不含灰分并且不含乙酰基的基礎上，包含約45wt％至約60wt％的纖維素納米原纖維、纖維素微原纖維或其組合。

在某些實施方式中，所述組合物在干透、不含灰分并且不含乙酰基的基礎上，包含約20wt％至約40wt％的木質素。