[发明专利]干燥的纤维素长丝及其制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及干燥的纤维素长丝且尤其涉及可再分散于水中的干燥的纤维素长丝。

背景技术

以前被称为纤维素纳米长丝(CNF)的纤维素长丝(CF)已知具有许多令人感兴趣的性质，其中之一为当在纸生产中作为添加剂使用时增加纸的干和湿强度性质。它们通过使用高浓磨浆机将木材或植物纤维在高至非常高水平的比能下磨浆来生产(Hua,X.,et al.High Aspect Ratio Cellulose Nanofilaments and Method for their Production.PCT/CA2012/000060；WO 2012/097446 A1,2012)。因为它们的使得纤维切割最小的独特生产方法生产它们的较长长度和较高长宽比，它们具有比纤维素微纤丝或纳米纤丝如使用其它用于木浆纤维的机械原纤化方法制备的微纤丝化纤维素(MFC)或纳米纤丝化纤维素(NFC)更好的增强能力。

纤维素长丝的生产在具有水的悬浮液中以至多60％的稠度进行。稠度是纤维素原料在所述纤维素原料与水的混合物中的重量百分比。使用纤维素长丝的一个严重的缺点在于制备干燥的纤维素长丝而不降低它们在含水介质中的分散性和/或它们的增强能力的困难。该困难类似于通过常规方法干燥其它纤维素微纤丝或纳米纤丝或甚至纸浆纤维的困难，并且是由于所谓的角质化。角质化归因于许多因素，包括：不可逆的氢键(H-键)的形成和/或内酯桥的形成(Fernandes Diniz,et al.,Hornification—its origin and interpretation in wood pulps,Wood Sci Technol,第37卷,2004,第489-494页)。当使干燥的纤维素长丝与木浆在碎浆机或混合压机(mixing chess)中混合以用作纸强化添加剂时，角质化产生不可再分散至水、水溶液或水悬浮液如纸浆和纸悬浮液中的干燥的纤维素长丝原料。

为了避免产生不可分散的微纤丝化纤维素(MFC)或纳米纤化纤维素(NFC)的不可逆的角质化的缺点，已尝试了两种途径：1)用添加剂处理MFC或2)将MFC或NFC衍生。

这些途径各自具有其缺点。采用第一种途径来减少角质化，则MFC采用阻断H-键形成和有助于防止H-键或内酯桥形成的添加剂来干燥(Herrick,F.W.,US 4,481,076；Lowys,m.-P.et al,Rheological Characterization of Cellulosic Microfibril Suspensions.Role of Polymeric Additives,Food Hydrocolloids,第15卷,2001,第25-32页；and Cantiani,R.et al.US 6,306,207B2)。这些添加剂包括：蔗糖、甘油、乙二醇、糊精或羧甲基纤维素。在此主要的缺陷在于需要大量添加剂，在一些情况下使用大于15重量％。

在干燥期间减少MFC或NFC中角质化的第二种途径在于使微纤丝化或纳米纤丝化纤维素衍生，引入各种基团，包括羧基(Eyholzer,C.et al,Preparation and Characterization of Water-Redispersible Nanofibrillated Cellulose in Powder Form,Cellulose,第17卷,No.1,2010,第19-30页；Cash,m.J.et al.Derivatized Microfibrillar Polysaccharide US 6,602,994B1)。然而，所述衍生需要使用大量试剂，例如，在氮气气氛下在异丙醇和水溶液中每36g的MFC需要5.81g一氯乙酸(MCA)(7.26g的80％MCA)。没有证实的是，用MCA或其它分子衍生的MFC在干燥之后能够再分散于水中。

发明简述

在本发明之前，尚未报到基本上纤丝化纤维素材料的干燥和水可再分散的长丝。在本发明中生产干燥和水可再分散的纤丝化纤维素、纤维素长丝而不含化学添加剂且不进行衍生，例如羧甲基化的纤丝化纤维素材料。

根据本发明的一个方面，提供了干燥的纤维素长丝，其包含至少50重量％的长丝，所述长丝具有至多350μm的长丝长度和介于100和500nm之间的直径，其中所述长丝可再分散于水中。

根据本发明的又一方面，提供了本文所描述的长丝，其中至少75重量％且更优选90重量％的所述长丝具有至多350μm的长丝长度和介于100和500nm之间的直径。