生產脫水的微纖化纖維素的方法
【專利說明】生產脫水的微纖化纖維素的方法 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明設及生產脫水的微纖化纖維素的方法。所生產的微纖化纖維素可再分散在 水中，且沒有劣化該微纖化纖維素的材料性能。 陽00引發(fā)明背景
[0003] 微纖化纖維素，下文表示為MFC,也稱為納米纖維素。MFC由通常來自木漿的纖維 素原材料制備。使用高壓均化器，將MFC原纖維與木材-基纖維相分離。使用均化器，使纖 維的細胞壁脫層，并釋放微原纖維和/或納米原纖維。有時使用預處理來降低高的能耗。 運種預處理的實例是酶/機械預處理，并通過簇甲基化或TEMPO-介導的氧化來引入荷電基 團。
[0004]MFC的性能，例如機械性能，成膜性能和粘度使得它成為了許多應用，例如紙張和 紙板制造，油和采礦，復合技術，食品工業(yè)，藥品工業(yè)，化妝品應用的令人感興趣的材料。 陽0化]現(xiàn)有技術的下述文獻設及生產MFC:
[0006] US4 483 743公開了通過使纖維素的液體懸浮液通過具有較小直徑孔隙 的高壓均化器，制造微纖化纖維素（MFC)的方法，其中懸浮液在所述孔隙內經歷至少 3000psig(20670kPa)的壓降和高速剪切作用，接著高速的減速沖擊（impact)，和重復使所 述懸浮液穿過該孔隙，直到纖維素的懸浮液變得基本上穩(wěn)定。所生產的MFC具有超過280% 的保水率值。MFC可與紙產品和非織造片材一起使用，W改進它們的強度。通過運類方法生 產的MFC典型地寬度為約25-100皿，同時長度長得多。
[0007] W0 2007/091942A1公開了制造微纖化纖維素的改進方法。所公開的方法據(jù)說解決 了設及高壓均化器堵塞和高能耗的問題。根據(jù)運一文獻，通過精制含半纖維素的紙漿，優(yōu)選 亞硫酸鹽紙漿，和用木材降解酶處理該紙漿，接著均化該紙漿，從而制造微纖化纖維素。該 酶是纖維素酶，優(yōu)選內切葡聚糖酶類型的纖維素酶，它最優(yōu)選是單組分的內切葡聚糖酶?？?在酶處理之前或之后，或在酶處理之前和之后運兩種情況下，精制紙漿?？稍谑称樊a品，化 妝品產品，藥物產品，紙產品，復合材料，涂層中或者在流變學改性劑（例如，鉆井泥漿）中 使用所得微纖化纖維素。
[0008]WagbergLars等人，Langmuir2008,第 24 卷，2008,第 784-795 頁中描述了再一 類型的微纖化纖維素。通過高壓均化簇甲基化纖維素纖維，制備運一微纖化纖維素。該纖 維是亞硫酸鹽軟木-溶解紙漿纖維。所生產的MFC典型地寬度為約5-15nm，和長度可W大 于 1ym。
[0009] 此外，其他化學預處理方法是已知的，例如氧化預處理紙漿纖維，正如Saito等人 在Biomacromolecules，第 8 卷第 8 期，2007,第 2485-2491 頁中所描述的。用 2,2,6,6-四 甲基贓晚-1-氧基（TEMPO)-介導的體系氧化紙漿纖維，接著機械處理。運一氧化預處理 將纖維素中的伯徑基轉化成簇甲基。所生產的納米纖維典型地寬度為約3-4nm和長度為數(shù) ym。
[0010] 現(xiàn)有技術的下述文獻設及干燥/脫水MFC或其他纖維素材料。
[0011] 當增加MFC懸浮液的干物質含量時，記錄了不可逆的聚集現(xiàn)象。防止MFC聚集或 角質化化unification)的主要策略是引入空間阻擋或靜電基團，阻擋纖維素鏈的協(xié)作的 氨鍵鍵合。最有用的添加劑是多徑基官能化混合物，尤其碳水化合物或與碳水化合物有關 的化合物，例如糖巧，碳水化合物膠，纖維素衍生物，例如CMC,淀粉，和低聚糖。遺憾的是，似 乎需要大量的運種物質來防止角質化。運可能嚴重地限制了MFC在例如食品應用，復合材 料等中的最終使用。
[0012] W0 2012/107642公開了借助與水混溶的有機溶劑，使納米原纖維纖維素的含水凝 膠脫水的方法。優(yōu)選的溶劑是乙醇。要求保護實現(xiàn)最多95%的納米原纖維纖維素的干物質 含量。
[0013] W0 2005/028752公開了制造成形、干燥的纖維材料的方法。起始材料是含水的木 質纖維素纖維紙漿，它在有效的壓縮方向和壓力下脫水，然后在干燥烘箱內，在60-12(TC的 溫度下干燥。在優(yōu)選的實施方案中，將含水的木質纖維素纖維材料累送到成形槽內，所述成 形槽具有固定的非-穿孔的上部側板，可移動的穿孔底部，機械驅動的穿孔或實屯、活塞頂 部，和機械驅動的實屯、下部側板，并允許脫水。
[0014] W0 2011/095335公開了生產干燥的微纖化纖維素的方法，其中在諸如乙醇之類的 液體內纖維素紙漿的混合物經歷高剪切作用，形成MFC漿料，然后在壓力下用液體二氧化 碳替換MFC液體，并通過蒸發(fā)去除液體二氧化碳，獲得干燥MFC。
[0015] JP60186548公開了通過添加用量為MFC中固體組分重量至少10 %的水溶性物 質，例如葡萄糖或薦糖到MFC的含水懸浮液中，使微纖化纖維素脫水并干燥的方法。所得 MFC組合物據(jù)說具有優(yōu)良的再分散和懸浮性能。
[0016] US4 481 076描述了通過在能抑制纖維素內原纖維之間氨鍵鍵合的化合物中懸 浮微纖化纖維素，并干燥該懸浮液，優(yōu)選在50°C-70°C的溫度下干燥，從而干燥微纖化纖維 素的含水懸浮液的方法。優(yōu)選的化合物是多徑基化合物，例如糖類。
[0017] 本發(fā)明致力于解決上述問題上。
[0018] 通常W非常低的固體含量，通常在Iwt%至6wt%的稠度下，生產MFC。對于更加可 行的運輸和進一步的加工來說，需要較高的固體含量。
[0019] 當發(fā)生干物質含量的不可逆的聚集或角質化增加時，在干燥之后難W再分散。
[0020] 因此，本發(fā)明的目的是獲得在干燥期間防止聚集的可行方法，并獲得具有高固體 含量且可再分散的MFC產品。 陽〇W 發(fā)明概述
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)，可通過利用一種或多種吸收劑材料，對含水MFC漿料進行一 個或多個干燥操作，生產脫水的MFC,從而解決上述問題。所得脫水的MFC可容易地再分散 在水中。所使用的吸收劑材料可W再生并重新用作吸收材料。
[0023] 附圖簡述
[0024] 圖1示出了代表針對參考例和針對本發(fā)明的實施例獲得的透射曲線，和 [00巧]圖2示出了實施本發(fā)明方法的裝置的示意圖。
[0026] 發(fā)明詳述
[0027] 當觀察水的S相體系的相圖時，似乎降低MFC漿料中液體水含量的唯一的方式是 凍干，蒸發(fā)和超臨界干燥。由于蒸發(fā)導致MFC原纖維不可逆的聚集，凍干法要求能量且耗 時，和超臨界干燥得到水非所需的性能，即高度腐蝕性，因此，在沒有化學品的情況下，有效 地且滿意地除水的選項似乎受到限制。然而，根據(jù)本發(fā)明，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，除水不必然需 要橫跨（cross)或繞過（round)液-氣相邊界，W便從MFC漿料中除水，同時保持MFC原纖 維的性能。發(fā)現(xiàn)，通過使用吸收劑材料，水從MFC原纖維的輸送可W在液相中，即在普通的 環(huán)境溫度和壓力下發(fā)生。通過維持在液相內，不可逆的氨鍵形成可W顯著減少，從而留下具 有低含水量的完整的MFC材料。
[00測因此，本發(fā)明提供生產脫水的微原纖維化纖維素（MFC)的方法，該方法包括：W29]U提供含水的MFC漿料，
[0030] ii)任選地，通過機械方式使所述MFC漿料脫水，提供部分脫水的MFC漿料，和
[0031] iii)利用一種或多種吸收材料，對MFC漿料或部分脫水的MFC漿料進行一個或多 個干燥操作，生產脫水的MFC。
[0032] 在本說明書中所使用的術語"微纖化纖維素"，也表示為MFC,包括例如在W上 討論的文獻中描述的類型的微纖化/微原纖維纖維素和納米原纖化/納米原纖維纖維素 (NFC)，所述材料也稱為納米纖維素。
[0033] 如上所述，由纖維素原材料，通常來自木漿的纖維素原材料制備MFC。生產MFC