[发明专利]制备包含纤维化纤维素的组合物的方法和组合物

说明书

技术领域

本发明涉及制备包含纤维化纤维素和颜料的组合物的方法。本发明还涉及该组合物。

背景技术

纤维化纤维素纤维为由纤维素纤维制备的材料，其中纤维的单独微纤维已彼此部分或完全分离。

微纤维化纤维素(MFC)(也称为纳米纤维素)为一种纤维化纤维素。MFC通常非常薄(约20nm)且长度通常为100nm至10μm。然而，微纤维也可更长，例如10-100μm。

纤维化纤维素可以以多种不同方式制备。可机械处理纤维素纤维使得形成微纤维。也可借助能断裂原纤维间的键或溶解纤维的不同化学物和/或酶从纤维素制备原纤维。制备MFC的一个实例示于WO2007091942，其描述了借助精制以及添加酶而制备MFC。

纤维化纤维素可应用于许多不同领域。在造纸工业中其可添加至纸或板的表面或添加至配料(furnish)。已表明添加纤维化纤维素可增加纸或板的强度。当用于纸张涂层应用时，其代替了合成或天然粘合剂如淀粉。因为纤维化纤维素在低固体含量时具有高增稠作用，其可用作增稠剂，固定剂，保水助剂，润滑剂，分散剂和/或稳定剂。然而，其也可用于许多其它技术领域，如食品工业、聚合物或塑料工业、涂料、陶瓷、油墨、复合工业(例如水泥)、橡胶工业、化妆品和药物工业。

包含纤维化纤维素(如MFC)的分散体在干含量低时具有高粘性、剪切稀化特性的透明凝胶外观。通常，包含约4%或更高浓度(consistency)的纤维化纤维素的组合物为非常稠的凝胶形式。具有高聚合度的非常纤化和细的材料在固体含量为约1重量%或更少时可能具有凝胶状特征。凝胶所具有的高粘度使得其非常难以以低剪切速率流动。这使得通过管和泵的处理非常困难，因此将其分配至不同的最终用途（例如分配至纸或板基底的表面）也非常困难。

因此，在基底表面生成纸或板的过程中经常不希望添加具有低干含量的组合物，因为其耗费许多能量来去除所添加的水，例如在干燥基底的过程中。添加具有低固体含量和强的剪切稀化特征的分散体也可能需要特殊的涂覆设备以防止在涂覆过程中太多的渗透和不均匀性。避免不需要的水添加的另一原因是节省运输成本、避免水和环境影响(碳足迹)。

解决这些问题的一种方式是在添加至组合物（例如颜料分散体）或添加至造纸机的湿部之前干燥所制备的MFC，但这是非常消耗能量的过程，且微纤维化纤维素可能具有显著不可逆的化学和物理结构变化。另一问题是可能需要湿润剂以促进干燥MFC的再分散。

因此需要以改善的方式制备纤维化纤维素干含量高的组合物的方法。

发明内容

本发明的一个目的是以改善的方式制备包含纤维化纤维素和颜料的组合物。

本发明另一目的是提供在高浓度时具有改善的流变学性质的包含纤维化纤维素和颜料的组合物。

这些目的和其它优点通过根据权利要求1所述的方法实现。本发明涉及制备组合物的方法，其中该方法包括通过机械、化学和/或酶处理而预处理纤维素纤维，将预处理的纤维素纤维与颜料混合形成分散体，将该预处理的纤维素纤维和颜料的分散体分散，由此形成包含纤维化纤维素纤维的组合物。

与颜料混合的预处理的纤维的浓度可较高，优选为1-50%重量。增加预处理的纤维的浓度，增加了制备具有高浓度的最终组合物的可能性。

该组合物的浓度可较高，优选为10-70%重量。通过根据本发明的方法，可制备具有高浓度的包含纤维化纤维素和颜料的组合物，同时该组合物的流变学性质良好。

优选增加分散过程中的温度。已表明通过增加温度（通过加热或由于分散过程的温度增加），可以以可控的方式制备接枝纤维化纤维素。

该分散优选在常规分散或混合设备中进行。因此无需对额外设备的投资。

形成的纤维化纤维素优选为微纤维化纤维素。当预处理的纤维素纤维与颜料一起分散时，该纤维将进一步纤化以形成更细的纤维素材料。这是由于在分散过程中发生的纤维和颜料之间的摩擦。因此可以以改善的方式制备包含微纤维化纤维素的组合物。

该预处理的纤维可为纤维素衍生物，如羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基纤维素(HEC)或乙基羟乙基纤维素(EHEC)。该纤维素衍生物优选具有低的取代度(DS)值，如果使用CMC则该DS值优选低于0.4。更高的DS值可溶解纤维素衍生物（当其与水或其它液体混合时）。

本发明进一步涉及根据上述方法制备的包含纤维化纤维素的组合物，其中该组合物还包含颜料。