[发明专利]一种用于生产纳米纤丝纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产纳米纤丝纤维素的方法，其中纤维素基纤维材料供应到用来分离纤丝的精磨间隙中。

背景技术

例如，盘状精磨机或锥状精磨机精磨含有低木质纤维素浓度的纤维，浓度大约为3％-4％，纤维壁的结构被放松，纤丝或所谓的碎纤维从纤维表面分离。已成型的碎纤维和柔性纤维在多数造纸用的性质上具有有利的效果。在精磨纸浆纤维中，然而，目的是保持纤维的长度和强度。在机械纸浆的后精磨中，目的是借助精磨使得厚纤维壁变薄从而使得纤维部分纤丝化，用于从纤维表面分离纤丝。

含有木质纤维素的纤维也可通过分离纤丝完全离解成较小部分，该纤丝充当在纤维壁中的组分，其中获得的微粒的尺寸变得显著得较小。因此获得的所谓纳米纤丝纤维素的性质与通常纸浆的性质显著得不同。在造纸中使用纳米纤丝纤维素作为添加剂也是可能的，增加纸质产品的内部结合强度(层间强度)和拉伸强度，也增加了纸张的紧密度。纳米纤丝纤维素在外观上与纸浆也不同，因为其为在水分散体中存在纤丝的胶状材料。由于纳米纤丝纤维素的性质，纳米纤丝纤维素已经成为期望的原材料，含有纳米纤丝纤维素的产品在工业中有若干应用，例如在各种合成物中作为添加剂。

纳米纤丝纤维素可从一些细菌发酵的过程直接分离(包括醋菌属木糖醇)。然而，在纳米纤丝纤维素大规模的生产中，最具有前景的潜在原材料是源自植物和含纤维素纤维、尤其是木和由木制成的纤维纸浆的原材料。从纸浆生产纳米纤丝纤维素要求纤维进一步分解到纤丝的规格。在加工中，纤维素纤维悬浮液通过匀质化步骤运行了若干次，在材料上产生高的剪切力。这可通过在高压下引导悬浮液反复经过窄间隙来实现，在间隙中实现高速。采用精磨机盘也是可以的，纤维悬浮液被引入精磨机盘之间若干次。

在实践中，目前从纤维素纤维的传统尺寸级别生产纳米纤丝纤维素只能通过实验室规模的盘状精磨机实施，其被发展用于食品工业的需要。这个技术要求若干个精磨连续运行，例如2-5次运转，以获得纳米纤维素的尺寸级别。这个方法也很难放大到工业的规模。

发明内容

本发明的一个目的是消除上述缺点并提出一种在大容量和较高浓度下制造纳米纤丝纤维素的方法。

为了实现这个目的，根据本发明的方法主要特征在于，将纤维材料引入通过若干个逆向转动的转子而相对于转子的转动轴线沿径向方向向外，使得材料通过不同逆向转动转子的作用反复经受剪切力和冲击力，由此同时被纤丝化。

非常重要地，当叶片以转动速度和由半径(到转动轴线的距离)决定的圆周速度沿相反方向转动时，悬浮液中的纤维材料反复地被转子的叶片或肋冲击而从相反的方向撞击纤维材料。因为纤维材料在径向方向上向外转移，其可在叶片的宽表面、例如肋上碰撞，具有高圆周速度的所述碰撞从相对的方向一个接着另一个，换而言之，从相对的方向接收了若干相继的冲击。也在叶片宽表面、例如肋的边缘上，其边缘与下一转子的相对边缘形成叶片间隙，产生了剪切力，所述剪切力有助于纤丝化。

待加工的纤维材料是这种纤维素，在该纤维素中，纤维内部键已通过化学预处理被弱化。所以纤维素是化学改性的纤维素。这种纤维素已在其机械处理之前适当地被不稳定，令人惊讶得受冲击和剪切力的影响，该冲击从叶片(肋)在密度在相反的方向的产生，其可通过一系列相继的转子产生，当纤维从一个转子的作用范围移动到下一个转子的作用范围的时候，该剪切力在叶片(肋)边缘产生。此外，当纤维悬浮液的PH值是中性的或轻微碱性范围(PH值6到9，有利地7-8)时，纤丝化运行良好。在升温(高于30度)下也有助于纤丝化。相对于温度，用于处理的正常操作环境通常是20-60度。温度有利地为35-50度。

在每个转子的周界上，存在若干叶片，以及径向方向的若干上一个和/或下一个转子的叶片，因为它们的转动运动在相对的方向，反复产生了若干个窄的叶片空间或间隙，其中随着叶片的相对边缘、即肋沿相对方向移动时高速通过彼此，纤维也经受剪切力。

可以陈述的是，在每一对逆向转动的转子中，大量窄的叶片间隙和相对应的冲击方向的反向在每个转子的单独转动中产生，重复频率与叶片(即，周界上的肋)的数目成比例。因此，由叶片(即，肋)在纤维材料上引起的冲击的方向以高频率改变。在转动期间叶片间隙的数目和它们的重复频率取决于在每个转子周界上分布的叶片的密度和相对应的每个转子的转动速度。这种转子对的数量是n-1，其中n是转子的总量，因为一个转子总是在径向方向与下一个外转子形成一对，除了最外的转子，已加工的纸浆通过其离开精磨过程。