[发明专利]预处理纤维素浆料的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制造纳米原纤化的纤维素的方法，尤其是涉及在纳米原纤化的纤维素制造中纤维素浆料的预处理，并且涉及可通过所述方法得到的纳米原纤化的纤维素产品。

背景

通常通过使用合适的崩解设备进行的纤维素浆料的机械崩解得到纳米原纤化的纤维素(NFC)。机械崩解是消耗能量的操作，其中生产能力是有限的。因此已经提出了几种措施来改善研磨或原纤化工艺，诸如在崩解之前改性浆料。所述改性可以包含浆料的化学改性以产生带阴离子电荷或阳离子电荷级别的纳米原纤化的纤维素(NFC)。所述化学改性可以基于例如纤维素分子的羧甲基化、氧化、酯化或醚化。然而，所述化学改性方法产生各级别的NFC，其并不在所有应用中需要并且因此已经研究了替代方法，诸如预研磨、羧甲基纤维素吸收和酶处理。

因此，存在对提供NFC制备中的浆料进行预处理的改良方法和NFC制备的改良方法的需要。

发明内容

本发明基于对机械崩解之前的纤维素浆料的预处理的研究。发现可以增强机械崩解，尤其是原纤化，并且可以得到具有改良性质的NFC产品。

预处理纤维素浆料的方法包含以下步骤，其中天然纤维素浆料的水性悬浮液与无机或有机酸接触并且搅拌得到悬浮液的pH低于4，之后去除水并且用水洗涤固体物质，形成固体物质的水性悬浮液，然后向形成的悬浮液中加入NH₄⁺、碱金属、碱土金属或金属中的至少一种的水溶性盐，之后搅拌，用无机碱将悬浮液的pH调节至超过7，之后去除水，并且用蒸馏水或去离子水洗涤固体物质。

制备纳米原纤化纤维素的方法包含预处理天然纤维素浆料的步骤，所述预处理包含以下步骤，天然纤维素浆料的水性悬浮液与无机或有机酸接触并且搅拌得到悬浮液的pH低于4，之后去除水并且用水洗涤固体物质，形成固体物质的水性悬浮液，然后向形成的悬浮液中加入NH₄⁺、碱金属、碱土金属或金属中的至少一种的水溶性盐，之后搅拌，用无机碱将悬浮液的pH调至超过7，之后去除水，并且用蒸馏水或去离子水洗涤固体物质，形成固体物质的水性悬浮液并且崩解该固体物质。

可通过所述方法得到NFC产物，所述产物具有低于200NTU的浊度和超过15000mPa的布氏(Brookfield)粘度(适于用1.5％，10rpm测定)。

因此，本发明提供了以更高效和经济的方式制备具有改良性质的NFC的方法。

本发明的特征在所附的权利要求中。

附图简要说明

图1说明了在崩解前预处理纤维素浆料对NFC产物中纳米材料的量的影响。

图2显示了未预处理的原纤化纤维素产物(a)和预处理的NFC(b)的显微照片。

图3显示了NFC样品的浊度随原纤化中能量消耗的变化。

图4显示了NFC样品的粘度随原纤化中能量消耗的变化。

定义

除非另有说明，本说明书和权利要求中使用的术语具有在浆料和造纸工业领域中常用的含意。具体地，以下术语的含义说明如下。

本文使用的术语“纳米原纤化的纤维素”或NFC理解为包括全部的微原纤化纤维素(MFC)和原纤维纤维素。另外，纳米原纤化的纤维素有几个广泛使用的同义词。例如：纤维素纳米纤维、纳米原纤纤维素(CNF)、纳米原纤纤维素(NFC)、纳米级原纤化的纤维素、微原纤纤维素或纤维素微原纤。

机械崩解在本文中表示用于对纤维素纤维进行崩解或原纤化以得到NFC的任意方式。可以使用，例如石研磨、精研机、研磨机、均化器、胶化器、超质量胶化器、磨擦研磨机、超声波破碎器、流化器(诸如微流化器、大流化器或流化器型均化器)进行原纤化。

本文中术语“天然纤维素浆料”是指并未经过化学改性的任意纤维素浆料。

本文中术语“悬浮液”是指含有固体颗粒的非均相流体并且其也包括浆液和分散体，通常是水性液体。

发明详述

令人惊讶地发现可以改善纤维素浆料的机械崩解，从而可以用较少的能量得到较高产量的需要的纳米原纤化的产物。另外，同时改善了最终NCF产物的性质。

因此，在机械崩解之前用酸和碱预处理纤维素浆料。通过将纤维素浆料经过温和的酸处理，以去除带正电的离子，之后用含有限定的带正电的离子的碱处理用于取代早先的离子，来使得预处理产生效果。随后崩解预处理的纤维素浆料。该预处理提供了具有出色的凝胶性和透明性的最终产物。