专用筛网在制备纤维素粉中的用途的制作方法

专利名称：专用筛网在制备纤维素粉中的用途的制作方法
专用筛网在制备纤维素粉中的用途
交叉引用声明
本申请要求2006年5月18日提交的美国临时申请60/801,558的权利。
本发明涉及包括至少两个具有不同筛目(mesh)或孔径大小的层 的筛网在制备纤维素粉的方法中的用途，并涉及所述方法，其中研磨 纤维素纸浆和筛分所得粒子可以在线进行。
背景技术：
细粒形式的纤维素用途广泛，例如用于制造纤维素醚。为了制备 所述纤维素粒子，通常提供片、巻或捆(bale)形式的千纤维素纸浆， 将所述干纤维素纸浆送入纤维素研磨机的入口以研磨成纤维素粉。在 很多情况下，研磨机为切割磨机(mill),例如刀磨机。研磨机在出口 处通常具有筛网或筛子(sieve)以控制所得产品的粒子大小。在很多 情况下，需要细粒子大小以满足产品性能或者用于进一步的有效加工， 例如纤维素的衍生。为了获得细粒子大小，能进行数个歩骤的研磨和/ 或数个步骤的筛分，或者在最初的研磨步骤之后能立即使用细筛网， 然而，这样的细筛网相比于粗筛网具有大得多的破裂趋势。由于那些 具有细筛目大小的筛网容易破裂，因此在研磨纤维素巻、片或捆后立 即获得细粉纤维素是困难的或者是不可能的。
在粉末制备过程中通常使用金属丝的编织筛网，该金属丝的编织 筛网允许超过250微米的筛网大小的可靠运行。低于所述大小时，可 以应用这样的技术，其中在张力下将筛网固定在其支撑上，导致筛网 的寿命增加。然而，即使使用该安装技术，具有低于210微米的筛目 大小的筛网仍然表现出不可接受的经常性筛网破裂。
EP-A-326 939提供了一种通过利用具有数层的金属丝网的过滤自悬浮液中分离和纯化纤维素醚的方法，其中不同的层具有不同厚度的 丝，并提供不同的筛目大小。在过滤后，从网中回收纤维素醚粒子。
一种可市购得到的包括金属丝网的两个不同的层的烧结筛网类型
由Sp6rlKG (Sigmaringendorf，德国)以名称"TOPMESH"提供。提
供这些产品用作过滤网，这意味着滤饼在过滤网上形成，导致自回收 的滤饼中分离不需要的物质。
本发明的目的是提供一种制备纤维素粉的改进方法，该方法提供 简单的处理和具有所需粒子大小的纤维素粉的高产量。

发明内容
在制备纤维素粉末的过程中，通过使用包括至少两个具有不同筛 目或孔径大小的层的筛网来实现该目的，其中至少两层的筛目或孔径 大小之比为1.05 : 1至30 : 1，所述的至少两层在整个区域内彼此不可 分。
还可以通过用于制造具有限定的最大粒子大小的纤维素粉的方法 来实现该目的，该方法包括如下歩骤
a. 研磨纤维素纸浆，
b. 利用包括至少两个具有不同孔径或筛目大小的层的筛网分离具 有所需最大粒子大小或较小大小的粒子，其中至少两层的筛目或孔径 大小之比为1.05 : 1至30 : 1，所述的至少两层在整个区域内彼此不可 分，以及
c. 进一步研磨剩余的粒子，这些粒子直到整个纸浆材料具有所需 的最大粒子大小时才通过筛网。
本发明进一歩涉及制备纤维素衍生物的方法，该方法包括如下步
骤
(i) 通过上述方法提供纤维素粉；以及
(ii) 将步骤(0的纤维素粉与一种或多种衍生化试剂接触以制得 纤维素衍生物。
发明详述所述层能为任何提供具有限定大小的开孔的材料，然而，优选编 织网，例如金属丝网或者类似的提供限定筛目或孔径大小的网。这样 的编织网，例如金属丝编织网，能用作筛子以选择通过网的筛目或孔 的粒子大小。金属丝优选由诸如不锈钢的耐腐蚀材料制得。
根据本发明的一个优选方面，用于制备纤维素粉的筛网包括至少 两层，其中所述层的至少两层具有不同的筛目或孔径大小，且这两层
的筛目或孔径大小之比为1.05 : 1至30 : 1，其中一层用作具有较小孔 径大小的筛分层，另一层用作具有较大孔径大小的为筛分层提供机械 稳定性的支撑层。
在一个更优选的具体实施方案中，筛分层的孔径大小为小于1000 微米，优选小于500微米，更优选小于400微米，特别优选小于250 微米。筛分层的孔径大小实际上取决于用在任何进一歩的加工中的纤 维素粉所需的粒子大小。对于根据本发明所述的筛网，在粉化过程中 有可能使用具有小于210微米的孔径或筛目大小的筛网而无不可接受 的经常性筛网破裂。
第二层也能为编织网，例如金属丝编织网，其中所述编织网的孔 径或筛目大小相比于筛分层的筛目或孔径大小更大或更粗。支撑层的 筛目大小优选为250至5000微米，更优选为300至4000微米，最优 选为500至3000微米。支撑层优选由金属筛目制得，其中丝的厚度为 0.2至0.6毫米，优选为0.3至0.5毫米。
筛分层与支撑层的筛目或孔径大小之比为1.05至30，优选为2至 20，且最优选为4至10。例如，如果纤维素最细限定的筛子具有150 微米的筛目大小，则支撑层具有600微米至1500微米的最优选的筛目 大小。如果支撑筛网具有太大的筛目大小，则存在经常性筛破裂的趋 势(在筛网上形成洞)，因此作为支撑层的具有小筛目大小的筛子限制 了开放的筛网面积，从而限制了纤维素研磨机的生产量。
具有不同孔径或筛目大小的两层的布置提供了一种细至足以制备 具有所需粒子大小的粉末的筛网，其中细筛网用于粒子大小分离，但 是细筛网自身的机械稳定性不足以操作几天而不破裂，所述细筛网由 提供足够的机械稳定性的具有较强丝的较粗筛网支撑。通过这样的布 置，在纤维素粉化过程中筛网的寿命得以极大增加，例如增至超过两周。
在一个优选的具体实施方案中，在制备纤维素粉的过程中使用筛 网包括至少两个金属丝布层。筛子在整个区域内都彼此不可分，例如， 通过诸如烧结法连接部分或全部的接触点。本文中所用术语"在整个 区域内彼此不可分"是指所述至少两层的部分或全部接触点通过非重 力或机械压力的力连接，且即使在无重力或机械压力时所述至少两层 仍保持接触。例如，如果只能通过不保持层完整的力分离筛网的两层， 则所述层在本文中被定义为"彼此不可分"。
一个特别优选的筛网类型是烧结筛网类型，该烧结筛网类型可从
德国的 Sp6rl KG Pr汪zisionsdrahtweberei ， Sigmaringendorf 以向品名 "TOPMESH"市购得到，前提是使筛目大小适于满足所需的筛目或孔 径大小之比。然而，在制备纤维素粉的过程中所用的满足本发明所述 特征的每种类型的筛子或网都应该被认为落入了本发明权利要求的定 义中。
筛目或孔径大小，例如金属丝方网的筛目或孔径大小，被定义为 各相邻丝两两之间的距离(间隔)。这可以通过测定两个相邻正方形(由 丝形成)中心间的距离减去丝的厚度，并除所述面积加以确定(Stie卩, mechanische Verfahreiistechnik， Springer Verlag， 1995 )。
本发明提供了一种制备具有限定的最大粒子大小的纤维素粉的方 法，该方法包括如下步骤
a. 研磨纤维素纸桨，
b. 利用包括至少两个具有不同孔径或筛目大小的层的筛网分离具 有所需最大粒子大小或较小大小的粒子，其中至少两层的筛目或孔径
大小之比为1.05 : 1至30 : 1，所述的至少两层在整个区域内彼此不可 分，以及
c. 进一步研磨剩余的粒子，这些粒子直到整个纸浆材料具有所需 的最大粒子大小时才通过筛网。
优选地，根据歩骤a)的研磨在常用的纤维素研磨机中进行，所述 研磨机可为台式轧制机或者切割磨机，例如刀磨机。所述研磨通常在 干燥状态下进行，其中以巻或者片的形式提供纤维素纸浆(若必要， 该纤维素纸浆是开巻的)，并将其送入纤维素研磨机以研磨成纤维素在研磨纤维素纸浆后能立即"在线"进行分离具有所需粒子大小 或更小的粒子的步骤b)。纤维素的所需粒子大小取决于进一步的加工， 且能通过选择具有相应筛目或者孔径大小的相应的筛网(筛子)确定。
纤维素粉的最大粒子大小通常至多为500微米，优选至多为210微米， 更优选至多为150微米，最优选至多为60微米。如上所述，用于选择 所得纤维素粉的粒子大小的筛子或筛网的层的筛目或孔径大小小于支 撑层的筛目或孔径大小。
根据步骤c)，进一步研磨不能通过限定所需粒子大小的筛网的粒 子。在在线过程中，剩余的粒子不离开研磨机，但是留在研磨机中直 至整个材料具有所需的最大粒子大小且能够通过筛网(筛子)。
通过使用包括至少两个具有不同筛目或孔径大小的层的筛网(其 中至少两层的筛目或孔径大小之比为1.05 : 1至30 : 1，且这两层在整 个区域内彼此不可分)，筛网破裂的频率能够得以大幅降低。具有如上 所定义的筛目或孔径大小之比的细筛网层和粗筛网层的结合能被认为 是更长寿命的关键，且能通过强熔融法(将细筛网基本上"焊接"在 较粗支撑的基体(matrix)上)，例如通过烧结法将两层(粗筛网层和 细筛网层)彼此连接以进一歩增强所述效果。
无破裂的更长筛网寿命导致筛网的更少修复和筛网操作的更少改 变。此外，粒子能通过甚至是小的破裂点而不能满足根据所需粒子大 小的要求。通过避免这样的小点破裂，能极大减少废品的生成，甚至 是对于具有小于210微米的筛目或孔径大小的筛网。这能够使纤维素 研磨成极细(小于210微米)的粒子，从而带来新的产品性能，例如 增强的流动特性、增强的纤维素反应性、更高的纤维素衍生物堆密度、 改进的纤维素衍生物的溶解特性和透明度。由于纤维素提供了增强的 流动性能，能增加用于纤维素的衍生化的反应器的负载量，这能很好 地利用反应器的容量。
可以通过任何公知的方法，例如用于Alpine喷气筛(air jet sieves) (Alpine (Hosokawa- Alpine), Augsburg,德国)的方法确定石开磨纤 维素的粒子大小。每个样品用一个筛进行分析。在开始分析前确定空 筛的重量。之后将筛置于喷气筛的顶部。将20,0克样品布满筛子的整个区域，进行筛分过程6分钟。筛下的真空为300毫米水溶液柱低压 (2941 Pa)。在筛分过程结束后，再次称重包括剩余样品的筛子。
如上所述，在本发明中使用了包括至少两个具有不同筛目或孔径 大小的层的筛网，其中所述至少两层的筛目或孔径大小之比为1.05 : 1 至30 : 1且这两层在整个区域内彼此不可分。能使用具有多于两层的筛 网。例如，筛网可以包括上述的两层以及一个或多个与上述两层可分 的附加层。然而，这种布置不是优选的。根据本发明的一个优选的具 体实施方案，使用包括两层至三层的筛网，所述层具有不同筛目或者 孔径大小，且在整个区域内彼此不可分。在三层筛网的情况下，两相 邻层或者第一层与第三层的筛目或孔径大小之比为1.05 : 1至30 : 1， 优选为2至20，且最优选为4至10。最优选地，第一层与第二层的筛 目或孔径大小之比以及第二层与第三层的筛目或孔径大小之比为1.05 : 1至30:1，优选2至20，且最优选为4至10。
通过本发明所述的方法制得的纤维素粉优选用于制备高品质纤维 素衍生物。技术人员公知且在例如美国专利4,410，693; 4,456,751和 4,650,863中描述了纤维素衍生化的方法，这样的方法以及衍生物的性 能和可能的用途描述于例如Ullmann，s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition ( 1986 ) , Volume A5, Page 461-488， VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 或 Methoden der organischen Chemie, 4.Auflage (1987) , Band E20， Makromolekulare Stoffe, Teilband 3, Seite 2048-2076， Georg Thieme Verlag Stuttgart或R.D6nges的Developments in preparation methods and possible uses of cellulose ethers in Das Papier, 12 (1997) , 653-660， Ed. Verein Zellcheming, Darmstadt。所得纤维素 衍生物可对应于GB-A 2262 527中所描述的纤维素衍生物，并可以根 据该文献的教导对其进行进一步的处理。
优选的纤维素衍生物为纤维素酯和纤维素醚，特别是乙基纤维素、 甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟 丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和羧甲基羟乙基 纤维素。
优选地，所述衍生物为纤维素醚和酯，并通过包含下述步骤的方 法制得(0通过如上所述的方法提供纤维素粉以及
(ii)使步骤(i)的纤维素粉与一种或多种醚化剂和/或酯化剂反 应以得到纤维素醚或酯。
纤维素粉的反应优选包括使用任何醚化剂或酯化剂，例如烷基化 剂(如氯甲垸、溴甲烷、氯乙烷、溴乙烷等)或者羟基化剂(如环氧 乙烷、环氧丙烷等)。
优选地，在步骤(ii)之前，通过使用碱性材料以一种公知的方式
活化纤维素粉。例如通过用NaOH处理纤维素进行所述活化。
通过下述实施例进一步说明本发明，但是这些实施例并不能被解
释为限制了本发明的范围。 实施例
实验1:
采用由不锈钢制得的筛目大小为180微米的公知的单层筛网装备 生产规模的纸浆研磨机，从而自木浆纤维素(云杉)巻中获得极细的 纤维素粉。在非常短的时间后(2小时)观察到筛网的破裂。
实验2:
采用由不锈钢制得的在整个区域内烧结的两层筛网装备与实施例
1相同的木浆研磨丰几。筛网由德国的Sp6rl KG Priizisionsdrahtweberei 以商品名"TOPMESH"出售。筛分层的筛目大小为150微米。支撑层 的筛目大小为630微米。支撑层的网丝厚度为0.4毫米。在18天的完 整测试运行中操作研磨机而无筛网破裂。
采;由不锈钢制得的315微米的公知的单层筛网装备与实施例1 相同的纸浆研磨机，并且连续研磨木浆纤维素(云杉)巻。筛网在操 作3周后破裂且不得不由新筛网替代。
权利要求
1、在制备纤维素粉的过程中，包括至少两个具有不同筛目或孔径大小的层的筛网的用途，其中所述至少两层的筛目或孔径大小之比为1.05:1至30:1，且所述至少两层在整个区域内彼此不可分。
2、 根据权利要求1所述的用途，其中所述筛网具有至少一个筛分层和 至少一个为筛分层提供机械稳定性的支撑层。
3、 根据权利要求1或权利要求2所述的用途，其中在干燥状态下筛分 所述纤维素。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的用途，其中所述筛分层的筛目 或孔径大小小于1000微米。
5、 根据权利要求4所述的用途，其中所述筛分层的筛目或孔径大小小 于500微米。
6、 根据权利要求5所述的用途，其中所述筛分层的筛目或孔径大小小 于250微米。
7、 根据权利要求2至6中任一项所述的用途，其中所述支撑层相比于 所述筛分层具有更粗的筛目或孔径大小。
8、 根据权利要求2至7中任一项所述的用途，其中至少将筛分层烧结 至支撑层。
9、 一种具有限定的最大粒子大小的纤维素粉的制备方法，该方法包括 以下步骤a. 研磨纤维素纸浆，b. 利用包括至少两个具有不同孔径或筛目大小的层的筛网分离具 有所需最大粒子大小或较小大小的粒子，其中至少两层的筛目或孔径大小之比为1.05 : 1至30 : 1，且所述至少两层在整个区域内彼此不可 分，以及c.进一歩研磨剩余的粒子，这些粒子直到整个纸浆材料具有所需 的最大粒子大小时才通过筛网。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中所述纤维素粉的粒子大小小于 1000微米。
11、 根据权利要求10所述的方法，其中所述纤维素粉的粒子大小小于 500微米。
12、 根据权利要求ll所述的方法，其中所述纤维素粉的粒子大小小于 250微米。
13、 根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中在干燥状态下筛 分所述纤维素。
14、 根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述筛网具有至 少一个筛分层和至少一个为筛分层提供机械稳定性的支撑层。
15、 根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中所述为筛分层提 供稳定性的层相比于筛分层具有更粗的筛目或孔径大小。
16、 根据权利要求9至15中任一项所述的方法，其中至少将筛分层烧 结至支撑层。
17、 一种纤维素衍生物的制备方法，该方法包括以下步骤(i) 通过根据权利要求9至16中任一项所述的方法提供纤维素粉；以及(ii) 使步骤(i)的纤维素粉与一种或多种衍生化试剂接触以制得 纤维素衍生物。
18、根据权利要求17所述的方法，其中所述纤维素衍生物为纤维素醚 或纤维素酯。
全文摘要
本发明涉及包括至少两个具有不同筛目或孔径大小的层的筛网在纤维素粉制备方法中的用途，并涉及所述方法，其中研磨纤维素纸浆和筛分所得粒子能在线进行。
文档编号C08B13/00GK101443362SQ200780016926
公开日2009年5月27日 申请日期2007年4月12日 优先权日2006年5月18日
发明者G·R·默茨, H-p·施奈德, P·克鲁泽, W·贝尔 申请人:陶氏环球技术公司