通过冲击生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法技术

本发明专利技术涉及生产高度微米原纤化纤维素(MFC)和纳米原纤化纤维素(NFC)的方法。本发明专利技术还涉及根据这种方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。通过使纤维素纸浆的浆料中的纤维素纤维经受多次机械冲击获得微米原纤化/纳米原纤化纤维素。该循环可以重复几次。以环形形式设置的非切割条是优选的构造。在高旋转中彼此面对地同心布置的至少两个环将动能传递至纤维，以提供高度去原纤化的纤维素/纳米原纤化的纤维素。化的纤维素。化的纤维素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过冲击生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法


[0001]本专利技术涉及生产微米原纤化纤维素(MFC)和纳米原纤化纤维素(NFC)的方法。本专利技术还涉及根据这种方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。通过使纤维素纸浆的浆料中的纤维素纤维经受多次机械冲击获得微米原纤化/纳米原纤化纤维素。该循环可以重复几次。

技术介绍

[0002]纤维素是自然界中最丰富的有机聚合物之一。它通常由植物合成，但也由一些细菌产生。纤维素是由几百至几千个β(14)连接的d
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葡萄糖单元的直链组成的多糖。植物的细胞壁将它们的机械强度归因于纤维素。纤维素的结构性质归因于其甚至在水性环境中也可保持半结晶聚集状态的事实，这对于多糖是不寻常的。在植物细胞中，其沿着链规则地聚集，导致分子间和分子内氢键和疏水相互作用，并形成称为微原纤维的纤维结构，微原纤维又由基本原纤维或纳米原纤维组成，基本原纤维或纳米原纤维是基本结构单元。
[0003]几种纤维素来源已用于获得纤维素微/纳米纤维，包括硬木、软木、大豆、棉花、麦秆、细菌纤维素、剑麻、大麻、甘蔗渣等。微米原纤化/纳米原纤化纤维素目前由许多不同的纤维素来源制造。木材是纤维素纤维的最重要的工业来源。从木材获得微/纳米原纤化纤维素是一个挑战。通常，它需要大量的能量来克服广泛且强的纤维间氢键，同时保留分子内键。换句话说，以实现微米/纳米级直径但保持长轴长度以获得高纵横比的方式加工原纤维。在迄今为止提出的各种提取方法中，大多数是机械的。例如，均化器、微流化器、超级研磨机、研磨、磨浆、低温粉碎等是机械方法。
[0004]除了将纤维素纤维分解成MFC/NFC的简单机械手段之外，还可以使用与化学和酶预处理的联合。可以使用不同的酶(纤维素酶、加氧酶、木聚糖酶等)或化学修饰(TEMPO
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氧化、羧甲基化等)作为预处理，以降低MFC/NFC生产的能量成本。
[0005]具体地，在通过简单的机械手段制备MFC/NFC的情况下，向纤维素纸浆施加高强度剪切力，导致原纤维的个体化。在这些机械方法中，均化在极高的压力下进行，并且其特征在于原纤化纤维所需的大量能量。在均化过程中，纤维素浆料通过均质阀和冲击环之间的非常小的间隙，使纤维经受剪切力和冲击力，这导致纤维素原纤化。作为均化的替代方案，微流化可用于获得微米/纳米原纤维，其特征通常在于直径为20
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100nm和长度为几十微米。微流化包括使纤维素悬浮液在高压下通过具有特定几何形状，例如Z或Y形，孔宽度为100
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400μm的薄室，在此产生强剪切力和悬浮液对通道壁的冲击，导致纤维素原纤化。尽管产生高质量的MFC/NFC，但是为了变得经济可行，两种方法都面临重要的挑战：产生大量能量、操作问题例如堵塞和工业规模。
[0006]此外，超细摩擦研磨是另一种用于MFC/NFC生产的技术。日本Masuko Sangyo公司的SuperMasscolider研磨机是通常使用的一个例子。MFC/NFC的生产可以通过将天然纤维悬浮液“n”次通过磨石来获得。从磨盘产生的剪切力被施加到纤维，导致细胞壁分层，并因此导致微米原纤维/纳米原纤维的个体化。MFC/NFC通常获得的直径在20
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90nm范围内。或
者，圆盘或锥形磨浆机也可用于在包括机械力和液压力两者的整个过程中产生MFC/NFC，以改变纤维特性。通常，纸浆被泵送到磨浆机中，并被迫在位于定子和转子上的旋转磨条之间通过。因此，不同类型的应力被施加到填充物的磨浆条之间的纤维上(压碎、弯曲、拉动和推动)。在凹槽中产生剪切应力，如滚动和扭曲。可以使用其它机械方法，例如超声处理、冷冻粉碎、球磨、挤出、水性计数器和蒸汽爆炸。
[0007]然而，仍然需要一种获得MFC/NFC的方法，其不同于现有技术中已知的那些，并且其提供具有高度原纤维个体化、物理
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机械性质的大特征的MFC/NFC，并且主要地，其可扩展至任何尺寸。
[0008]因此，本专利技术提供了微米原纤化/纳米原纤化纤维素，而不使用酶或化学处理，环境友好且避免昂贵或有害的操作，容易适用于高生产量需求和提高的生产。在本专利技术中，通过用非切割条连续冲击获得微米原纤化/纳米原纤化纤维素。本专利技术还提供了一种处理纤维素纤维并进一步处理MFC或NFC纤维的方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术是生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法和根据这种方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。通过使纤维素纸浆的浆料中的纤维素纤维经受多次机械冲击获得高度原纤化的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。该循环可以重复几次。以基本上环的形式设置的非切割条是优选的构造。具有作为高旋转中的突出部的若干个条的基本上同心地彼此面对布置的至少两个环将动能传递到产生高度去原纤化的微米原纤化/纳米原纤化纤维素的纤维。纤维素纤维可以是牛皮纸纤维、漂白的纤维素纤维、半漂白的纤维素纤维、未漂白的纤维素纤维；干纤维素纤维、从未干的纤维素纤维、微米原纤化纤维素纤维(MFC)、纳米原纤化纤维素纤维(NFC)或其混合物。
[0010]本专利技术令人惊讶地允许获得具有微米/纳米级直径但保持其长轴向长度的原纤化纤维素，这导致具有高度原纤维个体化和物理
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机械性质的大特征的微米纤维/纳米原纤化纤维素。物理
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机械性能与所得微米/纳米原纤化纤维素的粘度、断裂长度、拉伸指数、耐破指数和伸长率有关。
[0011]本专利技术的第一实施例是生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法，所述方法包括以下步骤：
[0012]a)提供包含纤维素纤维的浆料，
[0013]b)在连续冲击下对浆料进行去原纤化，以产生微米原纤化/纳米原纤化纤维素。
[0014]微米原纤化/纳米原纤化纤维素可以作为浆料返回到步骤a)的另一个去原纤化步骤b)。优选地，由非切割条提供冲击，更优选地，非切割条在转子中、在定子中或在两者中，其中至少一个在旋转。此外，提供了根据所述方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。
附图说明
[0015]图1是本方法的示意图。
[0016]图2是表示根据本专利技术的一个实施例的转子和定子之间的冲击区和湍流区以及压差区域的图。
[0017]图3是桉属牛皮纸纤维素纤维的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
[0018]图4是由传统圆盘磨浆机生产的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
[0019]图5是通过本专利技术的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
[0020]图6是通过本专利技术的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
[0021]图7是通过本专利技术的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜显微照片。
[0022]图8是通过本专利技术的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜显微照片。
[0023]图9是通过本专利技术的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜显微照片。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生产高度微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供包含纤维素纤维的浆料，b)在连续冲击下对所述浆料进行去原纤化，以产生微米原纤化/纳米原纤化纤维素。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述微米原纤化/纳米原纤化纤维素作为浆料返回到步骤a)的另一去原纤化步骤b)。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述冲击由非切割条提供。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述冲击通过转子、定子或两者中的非切割条提供。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述非切割条是在所述转子、所述定子或两者中的突起。6.根据权利要求1所述的方法，其中非切割条与所述转子、所述定子或两者中的条间隙交替。7.根据权利要求1所述的方法，其中在同一环中的两个非切割条之间的条间隙为至少1mm。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述非切割条在所述转子、所述定子或两者处的环形布置中具有条间隙。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述转子、所述定子或两者中的一个是旋转的。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述转子环和所述定子环在相反方向上旋转。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述棒以至少20m/s，优选70m/s的线速度旋转。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述转子上的非切割条和所述定子上的非切割条同心设置，以在所述转子上的条和所述定子上的条之间产生至少0.2mm的环间隙。13.根据权利要求1所述的方法，其中使所述浆料在30℃至100℃的受控温度下经受连续冲击。14.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃斯特凡，
申请(专利权)人：苏扎诺公司，
类型：发明
国别省市：