專利名稱：用于使木質(zhì)纖維素材料原纖化的方法、纖維及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使木質(zhì)纖維素材料原纖化的方法，其中所述方法包括用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維。通常，所述方法包括增大所述木質(zhì)纖維素材料的表面積。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種活化的和/或基本上完整的纖維，其中用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維。本發(fā)明還涉及本發(fā)明的基本上完整的纖維在生物基材料(優(yōu)選生物塑料，更優(yōu)選導(dǎo)電聚合物)、刺激響應(yīng)性聚合物、生物基聚合物復(fù)合材料、陶瓷、織物或彈性體的生產(chǎn)中的用途。本發(fā)明還涵蓋了一種用于從已經(jīng)用離子液體處理過(guò)并且作為基本上完整的纖維而回收的木質(zhì)纖維素材料的纖維來(lái)生產(chǎn)紙、紙板或紙漿等的方法。
背景技術(shù)：
由于持續(xù)增長(zhǎng)的能源需求和環(huán)境問(wèn)題，因而木質(zhì)纖維素材料的處理已經(jīng)變得更加重要。處理木質(zhì)纖維素材料所采用的化學(xué)改性的傳統(tǒng)方法是纖維改性、制漿、分餾和解聚。纖維改性方法涉及到通過(guò)附加的官能化來(lái)增強(qiáng)纖維性能，這意味著加入顯示出產(chǎn)品增強(qiáng)性能的官能團(tuán)。在疏水材料(塑料、疏水性涂料等)的生產(chǎn)中，典型的例子是木質(zhì)纖維羥基的脂肪酸(疏水性官能團(tuán))官能化。傳統(tǒng)化學(xué)制漿涉及到木質(zhì)材料的原纖化和其內(nèi)包含的木質(zhì)素的選擇性降解。主要由纖維素組成的富集多糖部分的纖維質(zhì)量被保持，并且對(duì)于目前應(yīng)用(主要用于造紙)中的性能而言是重要的。通常，解聚的木質(zhì)素作為固體材料被收集并且燃燒，從而回收原料和產(chǎn)生能量以供給整個(gè)過(guò)程的燃料。除了化學(xué)紙漿之外，紙漿的其他常用形式為熱磨機(jī)械漿(TMP)和化學(xué)熱磨機(jī)械漿(CTMP)。這些涉及到將木材熱機(jī)械分離成纖維材料，還有任選的化學(xué)預(yù)處理。由于這些纖維的高木質(zhì)素含量，因而它們作為紙漿的質(zhì)量通常較低。這種材料通過(guò)劇烈的化學(xué)漂白而進(jìn)一步升級(jí)以提供不同等級(jí)的紙漿。分餾涉及到木質(zhì)纖維素組分的分離。這應(yīng)當(dāng)與制漿不同，因?yàn)橹茲{涉及到木質(zhì)素的解聚，而分餾應(yīng)當(dāng)保持木質(zhì)素的分子量。存在用于商業(yè)生產(chǎn)高分子量木質(zhì)素和其他組分的方法，但是這些方法涉及到多糖組分(例如，有機(jī)溶劑型木質(zhì)素)的解聚。木質(zhì)纖維素材料或分餾/富集的材料的解聚是一種將聚合物結(jié)構(gòu)降解為低分子量物質(zhì)的方法。這種方法可以是用于生產(chǎn)商用化學(xué)品(生物乙醇、單糖、二糖、低聚糖、苯酚、兒茶酚、LG0、呋喃型化合物、羥基醇等)的某些組分或結(jié)構(gòu)的選擇性降解，或者是用于生產(chǎn)化學(xué)品、焦油和石油、液態(tài)生物燃料或木煤氣(合成氣)的混合物的組分的不加選擇的降解。這種降解可能涉及到組分在溶液中的催化降解(例如，酸水溶液的催化作用)、材料在溶液中或固態(tài)的厭氧熱降解(熱解)或者材料的有氧熱降解(氣化)。所有這些方法都共有材料的纖維性能的下降。這種降解可以允許更有效的分餾，然而，得到的多糖材料的性質(zhì)顯著改變，以致于不適用于傳統(tǒng)的制漿應(yīng)用。本發(fā)明令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，與處理木質(zhì)纖維素材料的傳統(tǒng)方法中所采用的條件相t匕，離子液體可以在溫和的條件下用于使木質(zhì)纖維素材料原纖化，從而獲得了新類型的纖維。離子液體為環(huán)境溫度下的熔融鹽。其通常具有低于100° C的熔點(diǎn)并且看似由離子組成，沒(méi)有額外的分子溶劑存在以使混合物成為液態(tài)(即，與鹽的水溶液相反)。例如，在美國(guó)專利申請(qǐng)US 20080190321 Al中已經(jīng)描述了離子液體，公開(kāi)了離子液體的制備以及用于將纖維素溶解在含有離子液體的溶液中的方法。德國(guó)專利申請(qǐng)DE 102005062608 Al也公開(kāi)了離子液體的制備以及其作為纖維素的溶解體系的用途。用于不同目的的離子液體的進(jìn)一步用途從美國(guó)專利申請(qǐng)US20070215300 Al中是已知的，其還涉及一種利用離子液體處理含木質(zhì)素材料以從中提取木質(zhì)素的方法，從離子液體回收木質(zhì)素。美國(guó)專利申請(qǐng)US 20080185112 Al涉及木質(zhì)纖維素材料的熱解，其中離子液體用于預(yù)處理木質(zhì)纖維素，美國(guó)專利申請(qǐng)US 20080190013 Al描述了一種用于將木質(zhì)纖維素材料轉(zhuǎn)化為生物燃料的方法。離子液體通過(guò)在離子液體中溶解木質(zhì)纖維素材料而用于預(yù)處理。WO 2008119770 Al涉及一種用于改變纖維素材料的結(jié)構(gòu)的方法，WO 2005017001Al中描述了木質(zhì)纖維素材料的溶解。 應(yīng)當(dāng)注意的是，在本文中引用的所有文件(“此處引用文件”)和此處引用文件中引用的每篇文獻(xiàn)或參考材料以及涉及到本文中提到的產(chǎn)品和方法的所有制造商的文獻(xiàn)、說(shuō)明書(shū)、使用說(shuō)明、產(chǎn)品數(shù)據(jù)表、材料數(shù)據(jù)表等，都明確地并入本文作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于使諸如木屑等木質(zhì)纖維素材料原纖化的方法，其中，所述方法包括用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以生產(chǎn)木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維，而使降解最小。原纖化也可以與諸如熱機(jī)械或化學(xué)熱機(jī)械處理等機(jī)械處理結(jié)合。通常，本發(fā)明的方法包括通過(guò)原纖化增大所述木質(zhì)纖維素材料的表面積。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種通過(guò)用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及通過(guò)回收基本上完整的纖維而得到的基本上完整的纖維。本發(fā)明還涉及一種用于從本發(fā)明的基本上完整的纖維來(lái)生產(chǎn)紙、紙板或紙漿等的方法。本發(fā)明的再一個(gè)目的是本發(fā)明的原纖化材料在通常來(lái)自纖維的諸如導(dǎo)電聚合物等生物基材料、刺激響應(yīng)性聚合物、生物基聚合物復(fù)合材料、陶瓷、織物、彈性體和生物塑料的生產(chǎn)中的應(yīng)用。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案提供一種用于生產(chǎn)新材料的精煉和有效的木質(zhì)纖維素官能化。與寬范圍的化學(xué)或物理改性相結(jié)合，這種處理的特性允許調(diào)整理化性能，從而以增大的產(chǎn)率生產(chǎn)對(duì)于給定應(yīng)用的高價(jià)值材料。改性被用于在纖維的疏水性、導(dǎo)電性/電阻、刺激響應(yīng)、流變性能、視覺(jué)性能、溶劑(例如，水)吸收性/阻隔性能、溶脹性能、彈性、拉伸性能或耐熱性方面引起變化。一種優(yōu)選的應(yīng)用是包含疏水性官能團(tuán)，如衍生于松香酸、塔爾油脂肪酸(TOFA)或烷基烯酮二聚體(AKD)上漿試劑的脂肪酸酯。這樣可以有助于使用于形成復(fù)合材料的材料與傳統(tǒng)的疏水性聚合物“相容”。本發(fā)明是基于以下發(fā)現(xiàn)與處理木質(zhì)纖維素材料的傳統(tǒng)方法的條件相比，離子液體可以在溫和的條件下用于使木質(zhì)纖維素材料原纖化，從而獲得了新類型的纖維。本發(fā)明還可以用作離子液體-介導(dǎo)的原纖化預(yù)處理，由此殘余纖維材料的組分更容易降解。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，離子液體提供了一種不產(chǎn)生污染環(huán)境的揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)排放物的介質(zhì)。這部分地歸因于大部分離子液體介質(zhì)的極低粘性。離子液體技術(shù)研究是材料科學(xué)的一個(gè)迅速擴(kuò)展的研究。離子液體似乎對(duì)于一些有利于環(huán)境的新穎且可選的方法提供了潛在可持續(xù)的技術(shù)平臺(tái)。本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，與從傳統(tǒng)制漿、分餾或提取方法得到的那些相比，基本上完整的纖維更接近于其天然結(jié)構(gòu)和分子量。在離子液體處理期間，處理的纖維保持了它們有利的纖維性能并且還保留了與起始木質(zhì)纖維素材料相比基本上相似的質(zhì)量。
當(dāng)本發(fā)明用于預(yù)處理木材時(shí)，例如在諸如牛皮紙制漿等化學(xué)制漿之前，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了若干優(yōu)點(diǎn)。離子液體處理允許溫和煮制，例如影響煮制溫度和時(shí)間，因而降低能耗。根據(jù)本發(fā)明的方法也增大了用于去木質(zhì)素過(guò)程的木質(zhì)纖維素材料的表面積。在堿水溶液條件下的另一種溫和的去木質(zhì)素作用也得以產(chǎn)現(xiàn)，即使在沒(méi)有硫存在下，從而得到無(wú)硫木質(zhì)素。由于在裂解期間降低的催化劑中毒、在燃燒期間減少的硫排放物或更容易的試劑回收，因而與傳統(tǒng)制漿相比這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，木材組分的小部分，例如特別是聚合和低聚的多糖(果膠或半纖維素)，從離子液體再生，例如通過(guò)采用共溶劑沉淀。通常，在原纖化過(guò)程中，這些組分被提取到離子液體混合物中。因此，本發(fā)明的一個(gè)益處在于，從木質(zhì)纖維素材料提取提取物或特定的多糖組分(如果膠或半纖維素)的效率提高。果膠或半纖維素特別適于用作食品添加劑，并且它們的范圍正在擴(kuò)大。提取物可以具有廣泛的應(yīng)用，作為商用化學(xué)品或者作為農(nóng)用化學(xué)品或藥物應(yīng)用的中間體或候選藥物。在涉及木材的研究中，離子液體用于原纖化的用途為木材組分和結(jié)構(gòu)的研究開(kāi)創(chuàng)了新的可能性，目的是提高天然可再生木材儲(chǔ)備的利用率。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，天然木質(zhì)纖維素材料與其他生物基材料的溫和解構(gòu)和任選的重構(gòu)。由于對(duì)木材結(jié)構(gòu)和離子液體的物理和化學(xué)性能的更加詳細(xì)的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)了方法效率的提高和產(chǎn)品質(zhì)量的增強(qiáng)。使用具有如獨(dú)立權(quán)利要求中提到的特征的方法和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的各個(gè)目的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案不于從屬權(quán)利要求中。


圖I是本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。圖2是根據(jù)實(shí)施例4的來(lái)自松木原纖化的[mmim]Me2P04殘?jiān)?1PNMR分析。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種用于使木質(zhì)纖維素材料原纖化的方法，其中所述方法包括用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，下列術(shù)語(yǔ)具有以下定義的含義。術(shù)語(yǔ)“原纖化”是指木質(zhì)纖維素材料的纖維結(jié)構(gòu)(即，纖維壁)的變化，由此一些纖絲或管胞被完全或部分地分離，并且殘余的纖絲或管胞之間的結(jié)合減弱，以達(dá)到被減少為具有高長(zhǎng)徑比的纖維的狀態(tài)。利用離子液體從管腔中除去果膠對(duì)原纖化過(guò)程起到顯著作用，但是保持了纖維結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)徑比。術(shù)語(yǔ)“基本上完整的(basically intact)纖維”是指具有基本上完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的木質(zhì)纖維素材料的纖維。通常，纖維的平均2D長(zhǎng)徑比>5，更優(yōu)選>20，最優(yōu)選>50。另一方面，溶解通常導(dǎo)致非纖維材料的回收，其應(yīng)當(dāng)被視作不再是“基本上完整的”。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“活化的”是指已被活化的木質(zhì)纖維素材料的纖維，在這種意義上，由于纖維表面的原纖化或溶脹，因而反應(yīng)的表面積增大。這樣提供了更容易進(jìn)行進(jìn)一步處理的材料，該處理例如是不同種類的改性等，例如化學(xué)官能化。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)“改性”是指纖維材料的化學(xué)或物理改性。例如，涉及到化學(xué)鍵的斷裂或形成的化學(xué)官能化包括加入為纖維材料提供增強(qiáng)性能的官能團(tuán)，例如，理化性能，如疏水性、導(dǎo)電性/電阻、流變性能、視覺(jué)性能、溶劑(例如，水)吸附性/吸收性、溶脹性能、彈性、拉伸性能或耐熱性。例如，增強(qiáng)殘余的木質(zhì)素的抗氧化能力會(huì)降低對(duì)材料的漂白或老化的要求，從而得到高產(chǎn)率的產(chǎn)品。改性的其他例子包括增加木質(zhì)纖維素材料的分子量以及破碎或解聚。破碎和/或解聚適用于生產(chǎn)富集的生物聚合物制劑，如將要用作散裝化學(xué)品、商用化學(xué)品或生物基燃料的木質(zhì)素或者單體的和低分子量的材料。物理改性可以涉及到材料的物理形成或變形。例如，可以使用用于TMP生產(chǎn)中的研磨工藝或者用于微纖纖維素(MFC)生產(chǎn)中的剪切工藝。一般而言，改性可以在另一種固態(tài)、液·態(tài)或氣態(tài)材料存在下發(fā)生，以影響一些化學(xué)、形態(tài)或物理的變化。術(shù)語(yǔ)“木屑”是指木材的碎片，其中大多數(shù)大于lcmXO. 5cmX0. 1mm,優(yōu)選至少50%的木屑大于lcmXO. 5cmX0. 1mm，更優(yōu)選至少80%,最優(yōu)選至少95%。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)“木質(zhì)纖維素材料”是指一種沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)先制漿或原纖化處理的天然材料，包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。木質(zhì)纖維素材料可以接近于其天然的(未加工的)形態(tài)，或者可以是使用典型的收割或預(yù)處理技術(shù)部分處理過(guò)的。木質(zhì)纖維素材料也可以含有“提取物”，“提取物”是一定范圍的不同的低分子量化合物，并且在森林產(chǎn)品鏈中具有價(jià)值。例如，碳水化合物類聚合物(果膠、纖維素和半纖維素)通過(guò)氫鍵和共價(jià)鍵與木質(zhì)素牢固結(jié)合。半纖維素被嵌在植物的細(xì)胞壁中-它們將果膠和木質(zhì)素結(jié)合到纖維素，形成交聯(lián)的纖維網(wǎng)絡(luò)。木質(zhì)纖維素材料也指不同類型的生物質(zhì)，如木材殘余物(包括鋸木廠和造紙廠的廢棄物)、農(nóng)業(yè)殘余物(包括玉米秸桿和甘蔗渣)、專用的能源作物(其主要由迅速長(zhǎng)高的木本草組成)和樹(shù)木(為紙漿、建筑、材料、化學(xué)品或能源而砍伐的)等。根據(jù)本發(fā)明，木質(zhì)纖維素材料例如可以從維管植物獲得，如硬木材、軟木材、麥桿、草類(例如，稻草、細(xì)莖針草、小麥和印度草)、藤、蘆葦(例如，甘蔗渣或甘蔗)、竹、麻纖維(例如，黃麻、胡麻、洋麻、亞麻、苧麻、大麻)和/或葉纖維(例如，蕉麻、馬尼拉麻、劍麻)。優(yōu)選地，木質(zhì)纖維素材料是木材，例如木屑形式的軟木材或硬木材。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)“處理”是指用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料，而且可以涉及到一種或多種常見(jiàn)的處理，如加熱、真空、壓力、攪拌、振動(dòng)、微波、超聲或者攪動(dòng)混合物的其他常見(jiàn)方法等。術(shù)語(yǔ)“離子液體”通常定義為熔融鹽，其由離子組成并且在一定溫度下是液體。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“離子液體”是指熔點(diǎn)范圍為-100° (T200° C或者甚至高達(dá)300° C的熔融鹽。離子液體包括一種或多種陰離子和一種或多種陽(yáng)離子。在根據(jù)本發(fā)明的定義的進(jìn)一步外延中，離子液體在任何適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下都應(yīng)當(dāng)視作熔融鹽。離子液體的當(dāng)前定義包括“室溫離子液體”，其是熔點(diǎn)低于室溫(在大部分實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中為約17° (T25° C)的熔融鹽。在離子液體的當(dāng)前定義中，離子在溶液態(tài)中可以緊密地成對(duì)或成簇(通過(guò)庫(kù)倫相互作用、氫鍵或者弱相互作用)的事實(shí)并不會(huì)將其從離子液體的歸類中排除。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)“磷酸根”、“膦酸根”、“硫酸根”、“磺酸根”和“羧酸根”是指離子液體的陰離子，并且可以分別表示取代的磷酸根、膦酸根、硫酸根、磺酸根和羧酸根的陰離子的任何同系物。例如，甲基氫膦酸根可以被稱作膦酸根。包含烷基、芳基以及部分或全鹵代的取代基的同系物也包括在這個(gè)定義之內(nèi)。本發(fā)明涉及一種用于使木質(zhì)纖維素材料原纖化的方法，其中所述方法包括用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維。通常，處理涉及到加熱(采用標(biāo)準(zhǔn)方法)、真空、壓力、攪拌、振動(dòng)、微波、超聲或者攪動(dòng)混合物的其他常見(jiàn)方法，以增強(qiáng)原纖化。加熱通常涉及到使用20° (Tl50° C的處理溫度，優(yōu)選50° (Γ120。C，更優(yōu)選75° (Γ120。C。在現(xiàn)有技術(shù)中已發(fā)現(xiàn)，微波和超聲有助于用離子液體溶解纖維素。然而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，使用微波和/或超聲增強(qiáng)原纖化需要適當(dāng)控制原纖化的條件而不溶解材料。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，促進(jìn)原纖化的處理涉及到加熱 與機(jī)械處理的結(jié)合。例如，這種處理被用在熱磨機(jī)械漿或化學(xué)熱磨機(jī)械漿的生產(chǎn)中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明方法的原纖化的基本上完整的纖維的平均2D長(zhǎng)徑比為至少5，更優(yōu)選至少20，最優(yōu)選至少50。根據(jù)其他優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的基本上完整的纖維的平均2D長(zhǎng)徑比為至少10、至少15、至少25、至少30、至少35、至少40、至少45或者至少55。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，基本上完整的纖維在處理木質(zhì)纖維素材料期間被活化和/或在回收基本上完整的纖維之后被改性?；旧贤暾睦w維的這種改性優(yōu)選通過(guò)化學(xué)或物理改性或者纖維的升級(jí)來(lái)進(jìn)行?；瘜W(xué)改性的例子是酯化作用、氧化還原反應(yīng)、醚化作用、氨基甲酸酯形成、碳酸酯形成、交聯(lián)和/或形成共價(jià)鍵的其他反應(yīng)。物理改性的例子是在TMP或CTMP的生產(chǎn)中使用的研磨，或者用于生產(chǎn)MFC的剪切。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以在從離子液體介質(zhì)中回收之后對(duì)原纖化的木質(zhì)纖維素材料進(jìn)行改性，但是，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在回收之前的離子液體介質(zhì)中對(duì)原纖化的木質(zhì)纖維素材料進(jìn)行改性。根據(jù)本發(fā)明的一種選擇，在離子液體中存在的或者已經(jīng)從離子液體中回收的纖維都處于活化的狀態(tài)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的基本上完整的纖維通過(guò)附加的化學(xué)官能化來(lái)進(jìn)行化學(xué)改性。這種官能化涉及到在表面上或穿過(guò)纖維的官能團(tuán)的改性，從而生產(chǎn)具有增強(qiáng)性能的纖維材料。本實(shí)施方案的一個(gè)例子是基本上完整的纖維的表面羥基的脂肪酸官能化，從而形成生物基塑性材料。本發(fā)明還涉及一種用于回收原纖化的木質(zhì)纖維素材料、從木質(zhì)素材料溶解的組分以及純化的離子液體的方法。通常，將固態(tài)材料與液態(tài)材料分離在所述方法的任意階段通過(guò)過(guò)濾、離心和其他常見(jiàn)的固/液分離技術(shù)來(lái)進(jìn)行。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，將少量的分子溶劑添加至反應(yīng)混合物中以增加分離效率，還能避免溶解的組分的沉淀。通過(guò)添加允許固/液分離的另一種分子溶劑或者通過(guò)膜過(guò)濾來(lái)回收諸如果膠等任選溶解的化合物。通常，離子液體在溶解的組分沉淀和/或通過(guò)蒸發(fā)用于沉淀的溶劑而除去固態(tài)材料之后被回收。任選地回收一種或多種組分。根據(jù)另一個(gè)選擇，通過(guò)加熱，一定范圍的分子溶劑被用于除去在纖維上殘留的痕量離子液體。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種基本上完整的纖維，其通過(guò)用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維而得到。通常，離子液體處理增大了纖維的表面積。本發(fā)明的基本上完整的纖維通常其平均2D長(zhǎng)徑比為至少5，更優(yōu)選至少20，最優(yōu)選至少50。根據(jù)其他優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的基本上完整的纖維的2D長(zhǎng)徑比值為至少10、至少15、至少25、至少30、至少35、至少40、至少45或至少55。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，基本上完整的纖維在處理木質(zhì)纖維素材料期間被活化和/或其后在離子液體中被改性或在回收基本上完整的纖維之后被改性?；旧贤暾睦w維的這種改性優(yōu)選通過(guò)化學(xué)或物理改性進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案，基本上完整的纖維在其從用于處理木質(zhì)纖維素材料的離子液體中回收之后溶解于離子液體中。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，本發(fā)明方法的基本上完整的纖維在生物基材料(優(yōu)選生物塑料，更優(yōu)選導(dǎo)電聚合物)、刺激響應(yīng)性聚合物、生物基聚合物復(fù)合材料、陶瓷、織物或彈性體的生產(chǎn)中的用途。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種用于從已經(jīng)在離子液體中處理過(guò)并且作為木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維而回收的木質(zhì)纖維素材料的纖維來(lái)生產(chǎn)紙、紙板或紙漿等的方法。通常，本發(fā)明的離子液體包含至少一種陰離子部分和至少一種陽(yáng)離子部分。一種或多種陽(yáng)離子部分和陰離子部分的選擇首先取決于木質(zhì)纖維素材料，其次取決于所選的處理和條件。取決于木質(zhì)纖維素材料以及所選的處理和條件，根據(jù)本發(fā)明的離子液體的陽(yáng)離子部分可以包括通過(guò)衍生于以下化合物中的一種或多種而制備的一種或多種有機(jī)陽(yáng)離子咪唑、吡唑、噻唑、異噻唑、氮雜噻唑、氧代噻唑、噁嗪、噁唑啉、氧雜硼啶、二噻唑、三唑、硒唑、氧雜磷雜茂、吡咯、硼雜環(huán)戊二烯、呋喃、噻吩、磷雜茂、五唑、吲哚、對(duì)氮蒽藍(lán)(induline)、噁唑、異噁唑、異四唑、四唑、苯并呋喃、二苯并呋喃、苯并噻吩、二苯并噻吩、噻二唑、吡啶、嘧唳、批嗪、咕嗪、哌嗪、哌唳、嗎啉酮、批喃、annoline、酞嗪、喹唑啉、胍鐵、喹喔啉、膽堿系類似物或者它們與諸如燒基、稀基、塊基、燒氧基、稀氧基、塊氧基、乙稀基、稀丙基和塊丙基等多種取代基的組合。取代基也可以是芳香族取代基，例如，取代或未取代的苯基、取代或未取代的芐基或者在環(huán)部分上具有一個(gè)、二個(gè)或三個(gè)雜原子的各種雜環(huán)芳香族化合物，所述雜環(huán)化合物是取代或未取代的。此外，取代基可以包括額外的末端官能團(tuán)，如二取代的氧族元素(醚、硫醚等)、羧酸、羧酸酯、硫代酸、硫酯、碳酸酯、氨基甲酸酯、腈、亞胺、酰胺、醛、酮或其他含雜原子的官能團(tuán)?；镜年?yáng)離子結(jié)構(gòu)可以被單取代、多取代、未取代或者共價(jià)連接至一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)離子，以生成雙陽(yáng)離子、三陽(yáng)離子或多陽(yáng)離子物質(zhì)。優(yōu)選地，本發(fā)明的離子液體包含陽(yáng)離子部分，所述陽(yáng)離子部分包括式I的咪唑鎗型陽(yáng)離子，
權(quán)利要求
1.一種用于使木質(zhì)纖維素材料原纖化的方法，其特征在于，所述方法包括 a)用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料，以及 b)回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法包括增大所述木質(zhì)纖維素材料的表面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素材料在權(quán)利要求I的步驟a)期間被活化和/或所述基本上完整的纖維在所述離子液體中或在權(quán)利要求I的步驟b)之后被改性。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基本上完整的纖維的平均2D長(zhǎng)徑比為至少5，更優(yōu)選至少20，最優(yōu)選至少50。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述離子液體包括至少一種陰離子部分和至少一種陽(yáng)離子部分。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述離子液體包含陽(yáng)離子部分，所述陽(yáng)離子部分包括式I的咪唑鎗型陽(yáng)離子，
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述離子液體包含陰離子部分，所述陰離子部分包括選自磷酸根、二磷酸根、膦酸根、羧酸根、鹵離子、磺酸根、硫酸根、全氟代烷基磷酸根或其組合的陰離子。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述離子液體選自
9.一種通過(guò)用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及通過(guò)回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維而得到的基本上完整的纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基本上完整的纖維，其特征在于，所述纖維的表面積增大。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的基本上完整的纖維，其特征在于，所述基本上完整的纖維的平均2D長(zhǎng)徑比為至少5，更優(yōu)選至少20，最優(yōu)選至少50。
12.根據(jù)權(quán)利要求擴(kuò)11中任一項(xiàng)所述的基本上完整的纖維，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素材料在離子液體處理期間被活化和/或在從所述離子液體回收纖維之后被改性。
13.根據(jù)權(quán)利要求擴(kuò)12中任一項(xiàng)所述的基本上完整的纖維，其特征在于，所述基本上完整的纖維溶解于離子液體中。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基本上完整的纖維在生物基材料(優(yōu)選生物塑料，更優(yōu)選導(dǎo)電聚合物)、刺激響應(yīng)性聚合物、生物基聚合物復(fù)合材料、陶瓷、織物或彈性體的生產(chǎn)中的用途。
15.一種用于從已經(jīng)在離子液體中處理過(guò)并且作為木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維而回收的木質(zhì)纖維素材料的纖維來(lái)生產(chǎn)紙、紙板或紙漿等的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使木質(zhì)纖維素材料原纖化的方法，其中所述方法包括用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種活化的和/或基本上完整的纖維，其中用離子液體處理木質(zhì)纖維素材料以及回收所述木質(zhì)纖維素材料的基本上完整的纖維。本發(fā)明還涉及本發(fā)明的基本上完整的纖維在生物基材料(優(yōu)選生物塑料，更優(yōu)選導(dǎo)電聚合物)、刺激響應(yīng)性聚合物、生物基聚合物復(fù)合材料、陶瓷、織物或彈性體的生產(chǎn)中的用途。本發(fā)明還涵蓋了一種用于從已經(jīng)用離子液體處理過(guò)并且作為基本上完整的纖維而回收的木質(zhì)纖維素材料的纖維來(lái)生產(chǎn)紙、紙板或紙漿等的方法。
文檔編號(hào)D21D1/20GK102906331SQ201180020667
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者伊爾卡·基爾佩萊伊寧, 阿利斯泰爾·金, 皮爾科·卡爾胡寧, 約爾馬·馬蒂凱恩 申請(qǐng)人:赫爾辛基大學(xué)