[发明专利]制造改性纤维素的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制造改性纳米原纤化纤维素的方法，其特征在于由纤维素材料制备含纤维的悬浮液，使纤维素衍生物或多糖或多糖衍生物在特定条件下吸附到所述悬浮液中的纤维上和对包含所述纤维素衍生物或多糖或多糖衍生物的纤维悬浮液施以机械粉碎的步骤。本发明还涉及可通过本发明的方法获得的改性纳米原纤化纤维素。本发明提供含有该改性纳米原纤化纤维素的纸及其方法和用途。此外，本发明涉及所述改性纳米原纤化纤维素在纸、食品、复合材料、混凝土、石油钻探产品、涂料、化妆品和药品中的用途。本发明还提供本方法用于能量有效地制造改性纳米原纤化纤维素的用途。

发明背景

基于纤维素的纳米级原纤提供制造轻盈强健材料的新的可能性。例如，日益增长的环境要求促使未来更广泛地利用新的天然纤维基生物材料。纳米级材料可提供较大尺寸的颗粒无法实现的性质。颗粒越小，表面积越大，与其它材料的所需相互作用的可能性更大。

纤维素纤维（宽度30-40微米，长度2-3毫米）可分解成纳米级结构（宽度大约5-30纳米，长度数微米）。已通过将酶或化学处理与机械处理结合来制造微原纤化纤维素（MFC）。微原纤即使在微小比例下也为常规纸产品提供提高的韧度和强度。国际专利公开WO 2007/091942公开了使用酶处理制造微原纤化纤维素的方法。

可通过在纤维悬浮液中加入聚合物来改变用于造纸的纤维素纤维的性质。合适的添加剂聚合物包括例如淀粉基聚合物，如阳离子化淀粉或合成聚合物，如聚丙烯酰基聚合物、聚胺酰胺-、聚胺-和丙烯酰氨基-表氯醇聚合物、纤维素衍生物或铵盐的碱金属形式的含羧基或羧酸根离子的阴离子聚合物，例如羧甲基多糖，如羧甲基纤维素（CMC）。国际专利公开WO 01/66600和WO 00/47628公开了衍生的微原纤多糖，如纤维素及其制造方法。

CMC或羧甲基纤维素钠是通过沿纤维素链引入羧甲基而得的水溶性阴离子聚合物。CMC的功能性质取决于纤维素结构上的取代程度（即多少羟基参与了取代反应）以及纤维素骨架的链长。CMC的取代程度（DS）通常为每单体单元0.6至0.95个衍生物。

CMC可以在纸浆研磨过程中用作添加剂（B. T. Hofreiter， Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology, 第14章, 第III卷, 第3版, New York, 1981；W. F. Reynolds， Dry strength additives, Atlanta 1980；D. Eklund和T. Lindstr?m，Paper Chemistry - an introduction, Grankulla, Finland 1991；J. C. Roberts，Paper Chemistry；Glasgow and London 1991）。

CMC对纤维素纤维具有低亲合力，因为两者都带阴离子电荷。CMC仍能不可逆接合到纸浆纤维上，其提高纸浆纤维的表面电荷密度。

美国专利5,061,346和5,316,623公开了在造纸法中将CMC添加到纸浆中。公开WO 2004/055268和WO 2004/055267提出在纸板和纸制造中分别用于包装和用于表面处理的包含纤维素酶处理过的微原纤硫酸盐纸浆（eMFC）和羧甲基纤维素（CMC）作为原材料的纤维悬浮液。

CMC用作增稠剂以改变流变性。CMC也已用作分散剂。此外，CMC已用作粘结剂。美国专利US 5,487,419公开了作为分散剂的CMC。美国专利US 6,224,663公开了CMC作为纤维素组合物中的添加剂的用途。公开WO 95/02966公开了CMC用于将微晶纤维素和在一些情况下微原纤化MCC改性的用途——通过混合这两种组分并在食品组合物中使用这种混合物。

CMC吸着是本领域中已知的。美国专利6,958,108和国际专利公开WO 99/57370公开了制造纤维产品的方法，其中将碱溶性CMC在碱性条件下添加到纸浆中。国际专利公开WO 01/021890公开了用纤维素衍生物，如CMC改性纤维素纤维的方法。公开WO 2009/126106涉及在均化前将两性CMC聚合物接合到纤维素纤维上。