纳米原纤纤维素产品制造技术

本发明专利技术涉及纳米原纤纤维素。本发明专利技术还涉及制备纳米原纤纤维素的方法，以及可由所述方法得到的纳米原纤纤维素。本发明专利技术还涉及所述纳米原纤纤维素的用途。

Nanoscale cellulose fiber products

The present invention relates to nanosfibrin. The invention also relates to a method for preparing nanosfibrin, and nanosfibrin that can be obtained by the method. The invention also relates to the use of the nanofiber cellulose.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米原纤纤维素产品专利
本专利技术涉及纳米原纤纤维素。本专利技术还涉及制备纳米原纤纤维素的方法，以及可由所述方法得到的纳米原纤纤维素。本专利技术还涉及纳米原纤纤维素的用途。背景近来已经发现纳米原纤纤维素(NFC)在各种领域中的应用，包括生物医学和药物应用。在高等植物中，纤维素组织成由β(1→4)D-吡喃型葡萄糖链组成的形态复合结构。这些链通过氢键侧向结合，形成具有纳米规格直径的微纤，该微纤进一步组织成微纤束。此外，纤维素分子与植物细胞壁中的其它多糖(半纤维素)和木质素缔合，形成更复杂的形态。可通过机械处理并结合其它处理如酶预处理将纤维素纳米规格的纤维从高有序结构中释放。纳米原纤纤维素通常通过用合适崩解设备对纤维素纸浆进行机械崩解来得到。机械崩解是耗能的操作，其中生产能力有限。因此，已经提出了诸多措施用于改善研磨或原纤化工艺，例如在崩解之前改良纸浆。所述改良可包括化学改性纸浆，以产生带阴离子或阳离子电荷级别的纳米原纤纤维素(NFC)。所述化学改性可以基于例如纤维素分子的羧甲基化、氧化、酯化或醚化。但是，所述化学改性方法可导致NFC级别，这不是所有应用都希望的，因此还研究了替代方法，例如酶处理。美国专利7,838,666揭示了一种由具有起始纤维素物质的植物细胞壁得到的细纤维水分散性纤维素，其中起始纤维素物质的α-纤维素含量为60-90重量％，平均聚合度为400-1300，或者起始纤维素物质的α-纤维素含量为60-100重量％，平均聚合度大于1300，水分散性纤维素是结晶度等于或大于55％的晶体，细纤维的纤维之间没有缠绕，以及水分散性纤维素基本没有分支的纤维束，水分散性纤维包含30重量％或更多的能稳定悬浮在水中的组分，其中该组分包含长度为0.5-30μm、宽度为2-600nm且长/宽比为20-400的纤维状纤维束，并且当制备成0.5重量％的水性分散体时，水分散性纤维束的损耗角正切<1。Bhattacharya等在2012年揭示了纳米原纤纤维束，其包含厚度大于50nm的纤维束。尽管纤维素纳米纤维非常薄，但是它们组织成厚束，导致光的散射。光散射导致NFC水凝胶在用于需要光学检测(例如，利用光学显微镜)的应用中受到限制。等人在2007年揭示了一种使用酶水解和机械剪切的组合生产纤维素原纤的方法。他们报导了之前试图仅通过广泛的机械剪切来制备MFC，结果导致均质机被堵塞，所得材料是非均匀的。但是，酶处理在最终产品中留下痕量的酶，在下游应用之前需要额外的酶去除或灭活步骤。另外，酶对纤维素纳米原纤的形态有明显影响：酶预处理导致聚合度下降，纤维素纳米原纤的长度缩短以及网络化下降，并且可导致棒形的纤维素晶体或晶须。因此，仍然需要提供改善的纳米原纤纤维素及其制备方法。专利技术概述本专利技术基于对机械崩解之前的纤维素浆料的不同预处理的研究。已经发现可通过预处理步骤的特定组合来提高机械崩解为独立的纤维素纳米原纤，得到具有改善性质的微原纤纤维素。本专利技术的一个目的是提供纳米原纤纤维素，其中所述纳米原纤纤维素的平均聚合度大于1000，所述纳米原纤纤维素是植物来源的。本专利技术的另一个目的是制备纳米原纤纤维素的方法。该方法包括以下步骤：提供植物来源、优选木来源、更优选桦木来源的纤维素浆料的水性悬浮液；对纤维素浆料中存在的羧基的至少一部分进行离子交换，优选用Na+对纤维素浆料中存在的羧基的至少一部分进行离子交换；对所述经过离子交换的纤维素浆料进行预精制；使所述经过预精制的纤维素浆料经历高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素；任选地，对所述纳米原纤纤维素进行灭菌；以及/或者任选地形成纳米原纤纤维素的膜。本专利技术还涉及可通过所述方法得到的纳米原纤纤维素。本专利技术还涉及包含本专利技术所定义的或通过本专利技术方法得到的纳米原纤纤维素的膜。本专利技术还涉及纳米原纤纤维素用作药物。本专利技术还涉及纳米原纤纤维素用于或用作药物递送、细胞递送、组织工程、伤口处理或植入物的基质或用作伤口愈合剂、抗炎剂或止血剂。本专利技术还涉及纳米原纤纤维素用于或用作化妆品、个人护理组合物、絮凝剂或水处理系统、复合物、填充剂、增稠剂、流变改性剂、食品添加剂、漆添加剂、纸、板或浆料添加剂，或用于或用作细胞或组织培养中的基质的应用。本专利技术还涉及包含本专利技术的纳米原纤纤维素或由本专利技术的方法得到的纳米原纤纤维素的医药品、化妆品、食品、农药、油漆、涂料、纸、板、浆料、过滤器、复合产品、粘合剂、显示器、个人护理组合物，牙膏，或细胞或组织培养基，或细胞或组织递送基质。附图的简要说明图1显示分散体(0.8％)的光学显微照片。该照片的宽度为1200μm。图2显示纳米原纤纤维素水凝胶的FE-SEM图像，放大倍数为50000×，比例尺100nm。图3显示通过自动图像分析程序由放大倍数为50000×的FE-SEM5图像测得的原纤宽度分布。图4显示纳米原纤纤维素水凝胶的FE-SEM图像，放大倍数为5,000×，比例尺1μm。图5显示纳米原纤纤维素水凝胶的FE-SEM图像，放大倍数为10,000×，比例尺1μm。图6显示样品1和样品2的NFC分散体随施加的剪切应力变化的流动性能曲线。图7显示通过频率扫描测量(恒定应变10％)的样品1的0.5％NFC分散体的粘弹性。显示G’(储能模量)和G”(损耗模量)以及损耗角正切的应力依赖性。图8显示通过频率扫描测量(恒定应变10％)的样品1的0.5％NFC分散体的粘弹性。显示G’(储能模量)和G”(损耗模量)以及损耗角正切的应力依赖性。图9显示通过应力扫描测量的样品1和样品2的0.5％NFC分散体的粘弹性。显示G’(储能模量)和G”(损耗模量)以及损耗角正切的应力依赖性。定义除非另有说明，本说明书和权利要求中使用的术语具有在纸浆和纸张工业领域以及细胞培养领域中常用的含意。具体地，以下术语的含义说明如下。文中所用的术语“纳米原纤纤维素”或纳米原纤化的纤维素或NFC应理解为包括从纤维素浆料中释放的纳米原纤结构。关于纳米原纤纤维素的命名不统一，在文献中使用的术语不一致。例如，以下术语已经用作纳米原纤纤维素的同义词：纤维素纳米纤维、纳米原纤纤维素(CNF)、纳米原纤化的纤维素(NFC)、纳米级原纤化的纤维素、微原纤纤维素、纤维素微原纤、微原纤化的纤维素(MFC)和原纤纤维素。植物来源(例如木材)的纤维素浆料的最小纤维素实体包括纤维素分子、基本原纤和微原纤。微原纤单元是物理条件下聚结导致的基本原纤的束，原理是降低了表面自由能。它们的直径随来源而变化。术语“纳米原纤纤维素”或NFC是指从纤维素浆料、特别是微原纤单元中释放的纤维素纳米原纤的集合。纳米原纤通常具有高的纵横比：长度超过1微米而直径通常低于100nm。最小的纳米原纤类似于所谓的基本原纤。释放的纳米原纤或纳米原纤束的尺寸取决于原材料、任何预处理和崩解方法。在纳米原纤纤维素中可能存在完整的未原纤化的微原纤单元，但是它们仅以微量存在。术语“纤维素浆料”表示使用化学、机械、热机械或化学热机械的制浆工艺从任意基于植物的纤维素或木质纤维素原料中分离的纤维素纤维，所述制浆工艺例如是牛皮纸法制浆，硫酸盐法制浆，碱法制浆，有机溶剂法制浆。可使用常规漂白方法对纤维素浆料进行漂白。在本文中，术语“天然纤维素浆料”或“天然纤维素”是指在制浆工艺和任选的漂白工艺后未经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米原纤纤维素，其中所述纳米原纤纤维素的平均聚合度大于1000，所述纳米原纤纤维素是植物来源。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纳米原纤纤维素，其中所述纳米原纤纤维素的平均聚合度大于1000，所述纳米原纤纤维素是植物来源。2.如权利要求1所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素的平均聚合度大于1150，优选大于1300，更优选大于1500。3.如权利要求1或2所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素来源于木材，优选来源于桦木。4.如权利要求1-3中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素是天然纤维素。5.如权利要求1-4中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，当在水中浓度为0.1重量％时，所述纳米原纤纤维素的浊度等于或小于200NTU，优选等于或小于150NTU，更优选等于或小于130NTU，优选浊度为200-50NTU，更优选为150-80NTU。6.如权利要求1-5中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素的结晶度为60％-80％，优选为65％-75％。7.如权利要求1-6中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素的半纤维素含量大于10重量％，优选大于18重量％，更优选大于20重量％。8.如权利要求1-7中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素的数均直径为2-15nm，优选为4-12nm，更优选为6-10nm。9.如权利要求1-8中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素的数均长度为2-20μm，优选为4-15μm，更优选为5-10μm。10.如权利要求1-9中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素的平均纵横比大于500，优选大于700，更优选大于900。11.如权利要求1-10中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，当以0.5重量％的浓度分散在水中时，纳米原纤纤维素的零剪切粘度为100-8,000Pa·s，优选为200–2000Pa·s，更优选为300-1,000Pa·s，屈服应力为0.5–8Pa，优选为1–4Pa。12.如权利要求1-11中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，当以0.5重量％的浓度分散在水中时，纳米原纤纤维素的储能模量为0.3-20Pa，优选为1–10，更优选为1-5。13.如权利要求1-12中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，当以0.5重量％的浓度分散在水中时，所述纳米原纤纤维素的损耗角正切小于0.3，优选小于0.2。14.如权利要求1-13中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，超过90重量％、优选超过95重量％的纳米原纤纤维素为0–0.2mm的纤维成分。15.如权利要求1-14中任一项所述的纳米原纤纤维素，其特征在于，所述纳米原纤纤维素为水凝胶或膜的形式。16.一种用于制备纳米原纤纤维素的方法，所述方法包括以下步骤：提供植物来源、优选木材来源、更优选桦木来源的纤维素浆料的水性悬浮液；对纤维素浆料中存在的羧基的至少一部分进行离子交换，优选用Na+对纤维素浆料中存在的羧基的至少一部分进行离子交换；对所述经过离子交换的纤维素浆料进行预精制；使所述经过预精制的纤维素浆料经历高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素；和任选地，对所述纳米原纤纤维素进行灭菌，优选通过高压釜处理或辐照进行灭菌；和/或任选地，形成纳米原纤纤维素的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·诺珀宁，
申请(专利权)人：芬欧汇川集团，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI