[发明专利]生产微纤纤维素的方法

说明书

发明领域

本发明涉及通过处理纤维素纤维生产微纤纤维素的一个方法。

背景

纤维素纤维是由纤维素聚合物，即纤维素链构成的多组分结构。还可能存在木质素、戊聚糖和其他本领域已知的成分。纤维中的纤维素链互相附着形成原纤丝(elementary fibrils)。几个原纤丝结合在一起形成微纤维(microfibrils)，几个微纤维形成束。纤维素链、原纤丝和微纤维之间的连接是氢键。

微纤纤维素(MFC)(又称为纳米纤维素)是由木材纤维素纤维制成的材料，其中单个微纤维或微纤维束已经相互分离。MFC通常非常薄长度一般在100nm到10μm之间。

MFC可以由许多不同的方式产生。可能对纤维素纤维进行机械处理从而形成微纤维。然而，对于例如纤维的粉碎或精磨这是非常耗能的方法，因此不常用。

利用细菌生产纳米纤维素或微纤纤维素是另一种选择。与上述不同，这是一个以木纤维之外的其他原材料开始的生物合成方法。但是该方法成本昂贵并且耗时。

还可以借助能够降解或溶解纤维的不同化学物质来生产微纤维。但是这样很难控制所形成的小纤维(fibrils)的长度，小纤维往往太短。

生产MFC的一个例子在WO2007091942中有描述。WO2007091942所描述的方法中，MFC是通过添加酶结合精磨而制备的。

现有技术的一个常见问题是加工条件不利于扩大规模或者需求量高的大型工业应用。

但是，仍然有需要改进微纤纤维素生产方法。

发明概述

本发明的目的是提供以改良并且高效节能的方式生产微纤纤维素的方法。

本发明的另一个目的是生产具有高稠度的微纤纤维素。

根据权利要求1所述的方法可以实现这些目的和其他优势。通过如权利要求1所述的交替进行酶处理和机械处理，有可能以非常高效节能的方式制备微纤纤维素(MFC)。此外，可能提高所产生的MFC的稠度，这在MFC的处理、加料、干燥或输送给另一用户方面有明显的优势。通过独立权利要求可以实现这一点，从属权利要求中限定了所述方法的优选实施方案。

发明涉及处理纤维素纤维的方法，所述方法包括在第一酶处理中用酶对纤维进行预处理，然后在第一机械处理中对纤维进行机械预处理。此后，在第二酶处理中用酶对纤维进行处理，然后在第二机械处理中对纤维进行最终的机械处理形成微纤纤维素。这样有可能以改进和高效节能的方式生产MFC。

第一种酶处理中的酶活可以在0.01-250nkat/g之间，然而优选第一酶处理的活性较低，优选在0.05-50nkat/g之间；优选第二酶处理中的酶活较高，优选在50-300nkat/g之间。

第一机械处理和第二机械处理优选是对纤维进行切碎或精磨。第一机械处理在用酶处理之前打开纤维结构。这样，第二酶处理将更加有效和有选择性，也将提高第二机械处理，从而提高MFC的生产。

优选在总重量2-40％之间的稠度(consistency)对纤维进行机械处理。第一机械处理中优选以总重量15-40％之间的高稠度对纤维进行机械预处理。已证明纤维在高稠度进行机械预处理能够减少碎屑的量。优选纤维之后以总重量15-40％之间的稠度在第二机械处理中被机械处理。

第一和/或第二机械处理过程的pH值优选高于9。提高机械处理过程的pH值显示所需能量减少。

第一和/或第二酶处理中使用的酶优选是作用于半纤维素，比如木聚糖酶或甘露聚糖酶；或者是作用于纤维素的酶，比如纤维素酶。方法中使用的酶能够分解纤维素纤维并提高纤维的可得性和活性，从而也提高了微纤纤维素的生产。

所述纤维素纤维优选是硫酸盐浆(kraft pulp)纤维。

发明详述

本发明涉及以改进和高效节能的方式生产微纤纤维素的方法。此外，有可能产生高稠度的MFC。

第一酶处理和之后第一机械处理及第二酶处理的组合显示能够提高对纤维结构的活化和打开。此外，证明可以对已处理过的纤维进行第二机械处理从而产生微纤纤维素。通过这个方法可能以受控制和成本效益高的方式生产MFC，并且产生具有高稠度的MFC。

对纤维素纤维在高稠度进行的第一酶处理和之后的第一机械处理显示可以提高对纤维的切割，但产生的碎屑仍保持较低。优选使第一机械处理后的碎屑保持在最低量，因为在第二酶处理中添加的酶在分解纤维之前会首先分解碎屑。因此，碎屑量低将提高第二酶处理的效率。