[发明专利]用于制备包含纤维素的颗粒的方法

说明书

描述了用于加工植物材料以产生包含纤维素的材料的新方法。该工艺包括以下步骤：(i)使植物材料的颗粒与过氧化物剂和水接触；(ii)允许来自步骤(i)的混合物水合，直到混合物的pH是pH 4.5或更低；以及(iii)均化来自步骤(ii)的混合物并且分离包含纤维素的材料，并且其中步骤(i)中的植物材料的颗粒具有从10μm至800μm的平均粒径。

技术领域

本发明涉及用于从植物材料中以改进的效率制备包含纤维素的颗粒的工艺。特别地，该工艺可以操作以允许连续制造包含纤维素的颗粒。包含纤维素的颗粒可用作在宽范围的产品中的流变改性剂和防裂剂。

发明背景

本发明大体上涉及纤维素加工的领域，更具体地，涉及将纤维素加工成可以在宽范围的应用中是有用的形式。在其强度、生物降解性和增强性能方面，已知纤维素呈现出合意的性能。微原纤化纤维素(micro-fibrillated cellulose)(MFC)和纳米原纤化纤维素(nano-fibrillated cellulose)(NFC)两者在这方面都特别重要，并且已经花费了大量的努力来开发用于它们的生产以及用于开发其他有用的纤维素产品的合适的工艺。

用于生产纤维素的现有技术工艺从植物材料(更常见的是木材或棉废料)开始，然后将所述植物材料制浆并加工以提取纤维素。一些工艺仅依赖于机械加工，而其他工艺使用化学处理和/或酶处理连同机械加工的组合。例如，US 2015/0337493描述了通过机械原纤化浆状物(pulp)来提取纤维素，并且US 2005/0274469建议对预先浸泡的纤维素材料施加高剪切，随后是流化床干燥或急骤干燥。并入化学处理/酶处理的现有技术工艺包括US2006/0289132，其描述了氧化剂和过渡金属在起始材料浆状物的含水悬浮液中的使用，随后是机械分层(mechanical delamination)。WO 2015/007953建议向含水浆状物悬浮液中加入氧化剂，随后是悬浮液的机械混合或剪切。WO 2013/188657描述了用臭氧和/或纤维素酶处理起始材料的含水浆料，而同时或随后粉碎该材料。在WO 2014/147392和WO 2014/147393中，Cellucomp Ltd提到了以其中在减少浪费的情况下生产所需粘度的纤维素最终产品的方式从草本植物材料加工包含纤维素的组合物的方法。然而，该方法需要加工高粘度的浆状物，使得该工艺需要在低固体水平下进行。US 5964983也涉及用于使用酸水解或碱水解从草本植物材料制备纤维素的工艺。US 59654983建议可以研磨脱水浆状物以减少影响均化的磨蚀草酸钙晶体。

CN104963026公开了在粘胶人造纤维的制造中用过氧化氢处理来自苦艾草的植物材料。CN102020723公开了将来自块茎菊芋(tuber Jerusalem artichoke)的植物材料均化并且然后用过氧化氢漂白该植物材料，以形成pH 5-7的含水混合物。GB577562公开了通过用过氧化氢处理木浆以形成pH 6-8的含水混合物来降低木浆的粘度。US6083582公开了非木本植物材料的过氧化物漂白并且然后均化产生的混合物。

已知纤维素工艺的一个公认的问题是，这样的工艺经常需要高水平的能量。提供所需能量的成本经常使该工艺在商业水平上运行不经济。

另外的问题是起始材料以浆状物的形式被加工，使得该工艺需要大量的水。除了高水使用的环境考虑之外，由于需要处理废水以去除污染物，还增加了另外的成本。此外，当植物材料被加工时，植物壁(plant wall)损坏以释放纤维素，这导致浆状物的粘度显著增加。因此，现有技术的工艺典型地在非常低的固体浓度下进行，这再次增加了以成本有效的且高效的方式生产所需的纤维素最终产品的困难。在洗涤和过滤高粘度产品中遭受特别的困难。此外，由于浆料的粘度，许多现有技术工艺只能分批操作，而不能以连续方式操作。

发明概述

在第一方面中，本发明提供了用于制备包含纤维素的材料的工艺，该工艺包括以下步骤：