[发明专利]水性木质素分散体及其制备方法

说明书

一种形成胶体木质素颗粒的方法，包括以下步骤：使木质素溶于有机溶剂的混合物；将所述溶液送入水中；和形成木质素的胶体分散体。用过的溶剂用例如蒸馏的方法回收，并在过程中再利用。水通过超滤从胶体分散体去除，并在过程中再利用。浓缩的胶体分散体通过喷雾干燥来干燥。本发明可用于其中木质素的胶体性质提供超过本体木质素的优势的应用。

发明领域

本发明涉及胶体木质素颗粒，以及胶体木质素颗粒的分散体和浓缩物。具体地讲，本发明涉及形成胶体木质素颗粒的水性分散体和浓缩物的方法。

本文公开的本发明还涉及胶体木质素用于多种应用的用途，具体但非排他地涉及本体木质素不能提供胶体木质素可获得的功能的那些应用。

背景

木质素是纸浆工业的主要副产品，目前主要用于燃料。仅纸浆和纸工业每年就产生约5000万吨的提取木质素。已研究了木质素的几种高量应用，例如粘结剂和粘合剂、碳材料和化学物质源。然而，非胶体木质素的不均匀性限制其在高端应用(例如抗菌剂、控制药物递送、功能表面涂层、乳液稳定剂、填料复合材料和纳米胶)中的使用。胶体木质素颗粒(CLP)可克服不均匀性和分散性差的问题。虽然已提出了多种生产方法，但它们大多数消耗大量试剂和能量，和/或太稀，以致于它们的大规模生产要求与高价值最终产品相关的应用。为了利用木质素作为原料的低成本，人们已找到在连续过程中生产CLP的方法，且消耗的能量很少，并且优选在其制备过程中不涉及任何化学反应。迄今为止，还没有提出克服这些障碍的大规模生产木质素胶体的方法。

已公开与木质素pH沉淀有关的几项专利。然而，大多数这些公开的方法都受患于所形成木质素胶体的固有pH不稳定性。另外，这些方法产生不规则的聚集体，而不是光滑的球形颗粒。

虽然胶体的交联将改善pH稳定性，但交联步骤的要求将限制可使用这些胶体的应用。关于现有技术水平，参考国际专利说明书WO2016020383 A1、欧洲专利申请EP 0429723A1和出版物 DOI: 10.1002/cphc.201200537、10.1039/c3gc42131g及10.1039/C5GC01436K。

鉴于该技术在胶体木质素颗粒形成中的缺陷，持续需要研发生产木质素胶体的方法，该方法不会产生限制其应用的显著成本。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种方法，该方法无需化学官能化就可从本体木质素定量生产稳定的胶体木质素颗粒。

本发明的另一个目的为，用助溶剂抑制胶体木质素在包含高浓度胶体木质素的分散体中的聚集。

本发明的另一个目的为，通过改变溶剂环境和木质素浓度来控制木质素胶体的粒径。虽然很多应用要求木质素颗粒尺寸上为胶体，即，低于1000nm，但很多潜在的应用受益于更小的粒径。

本发明的另一个目的为完全回收用过的溶剂，并在该过程中有最少的能量消耗。这个过程在回收的溶剂中容许水，这使溶剂回收的廉价方法成为可能。

本发明的另一个目的为，通过从有机木质素溶液沉淀来去除大部分类型木质素中存在的不可溶物质，例如无机成分和残留的碳水化合物，也称为灰分。

本发明的第四个目的为，可通过超滤去除胶体木质素颗粒分散体中多余的水，从而最大限度地减少能量密集蒸发水的需要。

本发明的第五个目的为，可用喷雾干燥来干燥经浓缩胶体木质素颗粒，以产生无水的木质素颗粒。可使颗粒重新分散于水或另一种介质，而粒径没有明显变化。

最后一个目的为展示可在其中使用胶体木质素颗粒的应用。尽管这些应用决不是这些颗粒的仅有可能应用，但它们展现了在多种应用中其用途的实例。