[发明专利]经氧化或微原纤化的纤维素的生产方法

说明书

背景技术

本发明涉及氧化纤维素的生产方法。本发明甚至包括微原纤化纤维素 (MFC)的生产方法以及提高MFC产物的悬浮液粘度的方法。关于本发明， 微原纤化纤维素还涵盖了被称为纳米原纤化纤维素(NFC)的那些。

微原纤化纤维素(MFC)因此定义为由纤维素原纤和原纤聚集体组成的纤 维材料。原纤是非常细的，通常为约5-100nm、平均约20nm的直径，且具 有约20nm-200μm(尽管通常为100nm-100μm)的纤维长度。纳米原纤化纤维 素(NFC)是一种特定的MFC类别，其具有位于所述原纤尺寸范围的未端的纤 维尺寸。在MFC中，单独的微米原纤部分或完全地彼此分开。在所述MFC 定义中，包括：已经被原纤化且在表面上具有微米原纤的纤维；以及分离地 且位于浆料的水相中的微米原纤。MFC具有非常大的开放的活性表面积， 通常为约1-300m²/g，且可用于宽范围的最终用途(特别是在造纸领域中)，而 且，可用在复合物诸如塑料或橡胶、食品、药物、家庭护理产品、分散体诸 如油漆等中。

制造MFC的现有技术方法包括通过磨浆(refine)、研磨、打浆、均化的 机械分解、以及通过例如挤出机的原纤化。这些机械方法可通过作为预备步 骤的化学或化学酶法处理而得到增强。

美国专利4,341,807描述了通过如下生产MFC：使纤维悬浮液重复地通 过小直径孔口，使液体悬浮液经历压力降。起始悬浮液包含0.5-10重量％的 纤维素。产物为MFC的由均质凝胶形成的悬浮液。

WO2007/091942A1描述了一种方法，在该方法中，首先对化学纸浆进 行磨浆，然后，使用一种或多种木材降解酶进行处理，最后，均质化以产生 作为最终产物的MFC。据教导，所述纸浆的稠度优选为0.4-10％。优点据称 是避免了在高压流化器或均化器中的堵塞。

对于以下存在若干研究：借助于氧化剂、尤其是使用作为主要氧化剂的 次氯酸盐和作为媒介性催化剂(mediatingcatalyst)的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧 基(TEMPO)基团来制备MFC。可使用碱金属溴化物作为助催化剂。这样的 方案的实例呈现于以下出版物中：例如，Saito等的Biomacromolecules2007, 8,2485-2491；Fukuzumi等的Biomacromolecules2009,10,162-165；以及Okita 等的Biomacromolecules2010,11,1696-1700。根据Saito等，通过如下来氧化 在pH10下的1重量％稠度的纤维浆料：相对于1g纤维素，加入1.3-5.0mmol 的NaClO、0.1mmol的TEMPO、以及1mmol的溴化钠，并且，在室温下搅 拌该混合物并同时加入NaOH。然后，搅拌所述经氧化的纤维素以使纤维溶 胀并最终赋予(turn)所述分散体高的粘性和透明性。此外，非常相似的描述见 于Fukuzumi等和Okita等。

Saito等(Ind.Eng.Chem.Res.2007,46,773-780)描述了经TEMPO媒介的 纤维素氧化以及加入阳离子型聚合物例如聚(丙烯酰胺)(C-PAM)、聚(乙烯 胺)(PVAm)和聚(酰胺胺-环氧氯丙烷)(PAE)以用于获得具有改善的湿拉伸强 度的片材。

Pelton等(Biomacromolecules2011,12,942-948)认识到了在稀释纸浆悬浮 液中的所需用于氧化的大剂量TEMPO的环境和经济缺点，并且，通过教导 使用PVAm以将TEMPO吸附至纤维素纤维上来解决所述缺点。因此，氧化 限于纤维的外表面，导致消耗较低量的TEMPO。

前述现有技术文献涉及在低稠度(LC)磨浆中通过使用稠度至多10重量 ％的稀释悬浮液发生的可被定义为反应和工艺的那些。而WO2012/097446A1 描述了通过化学或机械纤维的多次(multipass)高稠度(HC)磨浆来制造NFC的 方法。HC定义为是指超过20重量％的排放稠度。