生产脱水的微纤化纤维素的方法
【专利说明】生产脱水的微纤化纤维素的方法 发明领域
[0001] 本发明设及生产脱水的微纤化纤维素的方法。所生产的微纤化纤维素可再分散在 水中，且没有劣化该微纤化纤维素的材料性能。 阳00引发明背景
[0003] 微纤化纤维素，下文表示为MFC,也称为纳米纤维素。MFC由通常来自木浆的纤维 素原材料制备。使用高压均化器，将MFC原纤维与木材-基纤维相分离。使用均化器，使纤 维的细胞壁脱层，并释放微原纤维和/或纳米原纤维。有时使用预处理来降低高的能耗。 运种预处理的实例是酶/机械预处理，并通过簇甲基化或TEMPO-介导的氧化来引入荷电基 团。
[0004]MFC的性能，例如机械性能，成膜性能和粘度使得它成为了许多应用，例如纸张和 纸板制造，油和采矿，复合技术，食品工业，药品工业，化妆品应用的令人感兴趣的材料。 阳0化]现有技术的下述文献设及生产MFC:
[0006] US4 483 743公开了通过使纤维素的液体悬浮液通过具有较小直径孔隙 的高压均化器，制造微纤化纤维素（MFC)的方法，其中悬浮液在所述孔隙内经历至少 3000psig(20670kPa)的压降和高速剪切作用，接着高速的减速冲击（impact)，和重复使所 述悬浮液穿过该孔隙，直到纤维素的悬浮液变得基本上稳定。所生产的MFC具有超过280% 的保水率值。MFC可与纸产品和非织造片材一起使用，W改进它们的强度。通过运类方法生 产的MFC典型地宽度为约25-100皿，同时长度长得多。
[0007] W0 2007/091942A1公开了制造微纤化纤维素的改进方法。所公开的方法据说解决 了设及高压均化器堵塞和高能耗的问题。根据运一文献，通过精制含半纤维素的纸浆，优选 亚硫酸盐纸浆，和用木材降解酶处理该纸浆，接着均化该纸浆，从而制造微纤化纤维素。该 酶是纤维素酶，优选内切葡聚糖酶类型的纤维素酶，它最优选是单组分的内切葡聚糖酶。可 在酶处理之前或之后，或在酶处理之前和之后运两种情况下，精制纸浆。可在食品产品，化 妆品产品，药物产品，纸产品，复合材料，涂层中或者在流变学改性剂（例如，钻井泥浆）中 使用所得微纤化纤维素。
[0008]WagbergLars等人，Langmuir2008,第 24 卷，2008,第 784-795 页中描述了再一 类型的微纤化纤维素。通过高压均化簇甲基化纤维素纤维，制备运一微纤化纤维素。该纤 维是亚硫酸盐软木-溶解纸浆纤维。所生产的MFC典型地宽度为约5-15nm，和长度可W大 于 1ym。
[0009] 此外，其他化学预处理方法是已知的，例如氧化预处理纸浆纤维，正如Saito等人 在Biomacromolecules，第 8 卷第 8 期，2007,第 2485-2491 页中所描述的。用 2,2,6,6-四 甲基赃晚-1-氧基（TEMPO)-介导的体系氧化纸浆纤维，接着机械处理。运一氧化预处理 将纤维素中的伯径基转化成簇甲基。所生产的纳米纤维典型地宽度为约3-4nm和长度为数 ym。
[0010] 现有技术的下述文献设及干燥/脱水MFC或其他纤维素材料。
[0011] 当增加MFC悬浮液的干物质含量时，记录了不可逆的聚集现象。防止MFC聚集或 角质化化unification)的主要策略是引入空间阻挡或静电基团，阻挡纤维素链的协作的 氨键键合。最有用的添加剂是多径基官能化混合物，尤其碳水化合物或与碳水化合物有关 的化合物，例如糖巧，碳水化合物胶，纤维素衍生物，例如CMC,淀粉，和低聚糖。遗憾的是，似 乎需要大量的运种物质来防止角质化。运可能严重地限制了MFC在例如食品应用，复合材 料等中的最终使用。
[0012] W0 2012/107642公开了借助与水混溶的有机溶剂，使纳米原纤维纤维素的含水凝 胶脱水的方法。优选的溶剂是乙醇。要求保护实现最多95%的纳米原纤维纤维素的干物质 含量。
[0013] W0 2005/028752公开了制造成形、干燥的纤维材料的方法。起始材料是含水的木 质纤维素纤维纸浆，它在有效的压缩方向和压力下脱水，然后在干燥烘箱内，在60-12(TC的 溫度下干燥。在优选的实施方案中，将含水的木质纤维素纤维材料累送到成形槽内，所述成 形槽具有固定的非-穿孔的上部侧板，可移动的穿孔底部，机械驱动的穿孔或实屯、活塞顶 部，和机械驱动的实屯、下部侧板，并允许脱水。
[0014] W0 2011/095335公开了生产干燥的微纤化纤维素的方法，其中在诸如乙醇之类的 液体内纤维素纸浆的混合物经历高剪切作用，形成MFC浆料，然后在压力下用液体二氧化 碳替换MFC液体，并通过蒸发去除液体二氧化碳，获得干燥MFC。
[0015] JP60186548公开了通过添加用量为MFC中固体组分重量至少10 %的水溶性物 质，例如葡萄糖或薦糖到MFC的含水悬浮液中，使微纤化纤维素脱水并干燥的方法。所得 MFC组合物据说具有优良的再分散和悬浮性能。
[0016] US4 481 076描述了通过在能抑制纤维素内原纤维之间氨键键合的化合物中悬 浮微纤化纤维素，并干燥该悬浮液，优选在50°C-70°C的溫度下干燥，从而干燥微纤化纤维 素的含水悬浮液的方法。优选的化合物是多径基化合物，例如糖类。
[0017] 本发明致力于解决上述问题上。
[0018] 通常W非常低的固体含量，通常在Iwt%至6wt%的稠度下，生产MFC。对于更加可 行的运输和进一步的加工来说，需要较高的固体含量。
[0019] 当发生干物质含量的不可逆的聚集或角质化增加时，在干燥之后难W再分散。
[0020] 因此，本发明的目的是获得在干燥期间防止聚集的可行方法，并获得具有高固体 含量且可再分散的MFC产品。 阳〇W 发明概述
[0022] 根据本发明，已发现，可通过利用一种或多种吸收剂材料，对含水MFC浆料进行一 个或多个干燥操作，生产脱水的MFC,从而解决上述问题。所得脱水的MFC可容易地再分散 在水中。所使用的吸收剂材料可W再生并重新用作吸收材料。
[0023] 附图简述
[0024] 图1示出了代表针对参考例和针对本发明的实施例获得的透射曲线，和 [00巧]图2示出了实施本发明方法的装置的示意图。
[0026] 发明详述
[0027] 当观察水的S相体系的相图时，似乎降低MFC浆料中液体水含量的唯一的方式是 冻干，蒸发和超临界干燥。由于蒸发导致MFC原纤维不可逆的聚集，冻干法要求能量且耗 时，和超临界干燥得到水非所需的性能，即高度腐蚀性，因此，在没有化学品的情况下，有效 地且满意地除水的选项似乎受到限制。然而，根据本发明，令人惊奇地发现，除水不必然需 要横跨（cross)或绕过（round)液-气相边界，W便从MFC浆料中除水，同时保持MFC原纤 维的性能。发现，通过使用吸收剂材料，水从MFC原纤维的输送可W在液相中，即在普通的 环境溫度和压力下发生。通过维持在液相内，不可逆的氨键形成可W显著减少，从而留下具 有低含水量的完整的MFC材料。
[00測因此，本发明提供生产脱水的微原纤维化纤维素（MFC)的方法，该方法包括：W29]U提供含水的MFC浆料，
[0030] ii)任选地，通过机械方式使所述MFC浆料脱水，提供部分脱水的MFC浆料，和
[0031] iii)利用一种或多种吸收材料，对MFC浆料或部分脱水的MFC浆料进行一个或多 个干燥操作，生产脱水的MFC。
[0032] 在本说明书中所使用的术语"微纤化纤维素"，也表示为MFC,包括例如在W上 讨论的文献中描述的类型的微纤化/微原纤维纤维素和纳米原纤化/纳米原纤维纤维素 (NFC)，所述材料也称为纳米纤维素。
[0033] 如上所述，由纤维素原材料，通常来自木浆的纤维素原材料制备MFC。生产MFC