[发明专利]用于使木质纤维素材料原纤化的方法、纤维及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使木质纤维素材料原纤化的方法，其中所述方法包括用离子液体处理木质纤维素材料以及回收所述木质纤维素材料的基本上完整的纤维。通常，所述方法包括增大所述木质纤维素材料的表面积。本发明的另一个目的在于提供一种活化的和/或基本上完整的纤维，其中用离子液体处理木质纤维素材料以及回收所述木质纤维素材料的基本上完整的纤维。

本发明还涉及本发明的基本上完整的纤维在生物基材料(优选生物塑料，更优选导电聚合物)、刺激响应性聚合物、生物基聚合物复合材料、陶瓷、织物或弹性体的生产中的用途。本发明还涵盖了一种用于从已经用离子液体处理过并且作为基本上完整的纤维而回收的木质纤维素材料的纤维来生产纸、纸板或纸浆等的方法。

背景技术

由于持续增长的能源需求和环境问题，因而木质纤维素材料的处理已经变得更加重要。处理木质纤维素材料所采用的化学改性的传统方法是纤维改性、制浆、分馏和解聚。

纤维改性方法涉及到通过附加的官能化来增强纤维性能，这意味着加入显示出产品增强性能的官能团。在疏水材料(塑料、疏水性涂料等)的生产中，典型的例子是木质纤维羟基的脂肪酸(疏水性官能团)官能化。

传统化学制浆涉及到木质材料的原纤化和其内包含的木质素的选择性降解。主要由纤维素组成的富集多糖部分的纤维质量被保持，并且对于目前应用(主要用于造纸)中的性能而言是重要的。通常，解聚的木质素作为固体材料被收集并且燃烧，从而回收原料和产生能量以供给整个过程的燃料。除了化学纸浆之外，纸浆的其他常用形式为热磨机械浆(TMP)和化学热磨机械浆(CTMP)。这些涉及到将木材热机械分离成纤维材料，还有任选的化学预处理。由于这些纤维的高木质素含量，因而它们作为纸浆的质量通常较低。这种材料通过剧烈的化学漂白而进一步升级以提供不同等级的纸浆。

分馏涉及到木质纤维素组分的分离。这应当与制浆不同，因为制浆涉及到木质素的解聚，而分馏应当保持木质素的分子量。存在用于商业生产高分子量木质素和其他组分的方法，但是这些方法涉及到多糖组分(例如，有机溶剂型木质素)的解聚。

木质纤维素材料或分馏/富集的材料的解聚是一种将聚合物结构降解为低分子量物质的方法。这种方法可以是用于生产商用化学品(生物乙醇、单糖、二糖、低聚糖、苯酚、儿茶酚、LGO、呋喃型化合物、羟基醇等)的某些组分或结构的选择性降解，或者是用于生产化学品、焦油和石油、液态生物燃料或木煤气(合成气)的混合物的组分的不加选择的降解。这种降解可能涉及到组分在溶液中的催化降解(例如，酸水溶液的催化作用)、材料在溶液中或固态的厌氧热降解(热解)或者材料的有氧热降解(气化)。所有这些方法都共有材料的纤维性能的下降。这种降解可以允许更有效的分馏，然而，得到的多糖材料的性质显著改变，以致于不适用于传统的制浆应用。

本发明令人惊讶地发现，与处理木质纤维素材料的传统方法中所采用的条件相比，离子液体可以在温和的条件下用于使木质纤维素材料原纤化，从而获得了新类型的纤维。

离子液体为环境温度下的熔融盐。其通常具有低于100°C的熔点并且看似由离子组成，没有额外的分子溶剂存在以使混合物成为液态(即，与盐的水溶液相反)。例如，在美国专利申请US 20080190321 A1中已经描述了离子液体，公开了离子液体的制备以及用于将纤维素溶解在含有离子液体的溶液中的方法。德国专利申请DE 102005062608 A1也公开了离子液体的制备以及其作为纤维素的溶解体系的用途。

用于不同目的的离子液体的进一步用途从美国专利申请US20070215300 A1中是已知的，其还涉及一种利用离子液体处理含木质素材料以从中提取木质素的方法，从离子液体回收木质素。美国专利申请US 20080185112 A1涉及木质纤维素材料的热解，其中离子液体用于预处理木质纤维素，美国专利申请US 20080190013 A1描述了一种用于将木质纤维素材料转化为生物燃料的方法。离子液体通过在离子液体中溶解木质纤维素材料而用于预处理。WO 2008119770 A1涉及一种用于改变纤维素材料的结构的方法，WO 2005017001 A1中描述了木质纤维素材料的溶解。

应当注意的是，在本文中引用的所有文件(“此处引用文件”)和此处引用文件中引用的每篇文献或参考材料以及涉及到本文中提到的产品和方法的所有制造商的文献、说明书、使用说明、产品数据表、材料数据表等，都明确地并入本文作为参考。

发明内容