[发明专利]纤维素纳米原纤的生产方法

说明书

纤维素纳米原纤的生产方法，包括以下步骤：确定所需的纤维素纳米原纤浆纯度水平，对浆进行部分磨浆以产生比所需的纯度低5％～15％的纤维素纳米原纤浆纯度，以及然后，从较长的纤维中分离出所述纤维素纳米原纤以产生该所需的纤维素纳米原纤浆纯度水平。

背景技术

纳米原纤化纤维素(NEC)的一些应用需要与其它应用相比更高的纯度或更少的长纤维。该更纯的产品的常规生产需要更久的磨浆(精磨，refine)时间来达到所述条件。NFC(通常也称为微米原纤化纤维素(MFC)、微米-纳米原纤化纤维素(MNFC)、纤维素纳米材料等)是长度约0.25至0.05mm的小纤维素纤维。

打结器(结筛，knotter)使用其中穿孔直径范围最常见为8～12mm的筛鼓(screencylinder)或阻挡物，尽管已经采用小到6mm或大到16的穿孔。最常见的尺寸是直径9.5mm。浆的原材料穿过该筛鼓，而较大块的未经蒸煮的木屑无法穿过。在筛鼓进口侧上的流将结状物(knot)携带至筛鼓的一端，所述结状物作为“废品”从该端排出。

用于生产纤维素纳米原纤(CNF)浆的常规工艺使用配备有各种不同的磨浆机板的磨浆机，并且，消耗显著量的应用于常规硬木或软木浆的磨浆能量。该磨浆工艺通常是循环系统，由此，将磨浆机的排出物引导回到搅拌的进料罐中，所述搅拌的进料罐将要通过磨浆机进料许多次。通过该工艺施加能量，从而使纤维变短、提高原纤化、并提高浆的CNF含量。在该工艺期间，磨浆机板的空隙显著减小，以便保持CNF发展(development)和能量施加的所需水平。该能量的持续施加和纤维的变短导致磨浆机板在条块边缘(bar edge)上捕获纤维的能力降低，导致降低的磨浆效率。这然后随着长期施加的额外的功率而导致潜在的显著的板磨损。

当运行至非常高的细料浓度点(例如但不限于＞85％)时，所述常规工艺随着CNF水平的升高而采用越来越大的功率。另外，总是存在一些体积的较长纤维，这在该产物的一些应用中可为有害的。

纤维素纳米原纤(CNF)的常规生产方法是通过多级磨浆或研磨工艺，其从任意数量的各种浆类型(诸如但不限于经漂白的软木牛皮纸浆)开始。浆供给物可为经漂白或未经漂白的、原始或再生的、软木、硬木纤维或其它植物纤维。磨浆工艺以如下方式实施：使全部或部分的浆供给物通过磨浆机再循环42，同时，向纤维施加能量，从而导致浆中的不断提高的细料水平。该工艺可为连续或分批的，但是，典型的连续工艺是非常设备密集的。随着磨浆能量的施加，CNF水平提高，但是，具有渐减的速率，这是因为纤维变短且CNF增多。该工艺能够以若干个阶段进行实施；可能地，各阶段使用不同于先前的磨浆机板式样(pattem)。

随着磨浆工艺的继续进行，由于发生了降低的纤维长度和提高的CNF水平，能量转移至纤维的效率降低。因此，为了进一步地将CNF含量提高至所需的目标，越来越多的能量被消耗。用于产生具有90％细料水平的CNF的典型的能量输入是2500-3500kWh/吨。对于某些应用，一些目标CNF水平可接近或超过95％，这是通过光学纤维长度分析仪或其它类似装置测得的。备选的测量方法可为保水值，其具有(但不限于)在5.0至10.0范围内的目标。为了达到那些目标水平，可消耗显著量的能量。

发明内容

公开了纤维素纳米原纤的生产方法，包括以下步骤：确定所需的纤维素纳米原纤浆纯度水平，对浆进行部分磨浆以产生比该所需的纯度低5％～20％的纤维素纳米原纤浆纯度，然后，从较长的纤维中分离出所述纤维素纳米原纤以产生该所需的纤维素纳米原纤浆纯度水平。

该公开内容通过在较低的CNF水平下停止磨浆工艺并且在除去较长纤维的装置中处理所得的浆来解决接近磨浆工艺结束时所发生的板磨损和所需能量的水平，从而，导致具有所需CNF特性的浆，其中，在产物中存在很少的长纤维或者不存在长纤维。纤维的变短以及磨浆或原纤化可通过锥盘式磨浆机、研磨机、均化器、超级质量碰撞机(supermasscollider)等完成。