[发明专利]用于形成包含纳米原纤化多糖的复合物并随后干燥的方法

说明书

技术领域

本文涉及包含纳米原纤化多糖(NFP)的复合物的生产方法，使得其易于再分散。本文进一步涉及这样的复合物的干燥方法。更具体地说，本公开内容涉及用于生产并干燥包含微原纤化纤维素和沉淀碳酸钙的复合物的方法以及通过该方法获得的基本上干的复合材料及其用途。

背景技术

纳米原纤化多糖(例如微原纤化纤维素(MFC))具有很多的最终用途，例如在食品、化妆品、油漆、塑料、纸张、纸板、医药产品以及复合物中，其中，如果能够以干燥形式对微原纤化纤维素进行配料将更好，从而保留了湿的微原纤化纤维素的原始性质。复合物中所用的微原纤化纤维素典型地以干的形式加入。

微原纤化纤维素在水中的分散体是具有假塑性或触变粘度性质的凝胶，因为原纤非常好地分散在基体(水)中。然而，当干燥时，微原纤化纤维素的性质发生剧烈改变。取决于干燥的严格程度(severity)，它的分散性、水合性及粘度性质可消失或显著地降低。典型地，在干燥之后，微小及纳米的原纤结合在一起，而且，可经由例如光学显微镜发现更少量的小尺寸的微小或纳米的原纤。

当干燥微原纤化纤维素时，未形成太多的原纤/原纤结合是有益的，以便当分散在溶剂或基体中时，微原纤彼此不受影响或者至少易于释出。此时，这可通过冷冻干燥或者通过采用溶剂交换型的干燥技术实现。此外，一种可能性是加入化学品，以使干燥期间的原纤/原纤接触得到显著降低。

当在复合物中使用微原纤化纤维素时，应当确保微原纤彼此易于分离且微原纤非常良好地分散在基体中。

用于干燥MFC的常规干燥技术通常地为冷冻干燥，其提供了最佳品质的MFC。然而，操作费用和投资费用这两者均是高的且所述工艺可难以按比例放大至工业处理。喷雾干燥(其相反能够相当容易地按比例放大)具有高的操作费用且具有倾向于发生原纤的角质化的特性。

用于防止纤维素或原纤化纤维素或纤维素原纤发生角质化的典型的化学品为表面活化剂或表面活性聚合物、碳水化合物且更特别地为低分子量的碳水化合物、淀粉、CMC以及它们的类似衍生物。利用化学品的方法可按比例放大。但是，与这些化学品有关的成本可为高的，而且，在不同的应用中，该化学品的很多是不利的或者甚至有害的。

术语“角质化”可意指聚合物结构体的变硬，当木质纤维素材料干燥或者以其它方式脱水时，发生于木质纤维素材料中。由于在干燥时木浆纤维中的结构变化，内部纤维发生收缩。经常地，纤维需要重新润湿、或者重新悬浮于水中以用于实际应用，而且，由于这些结构变化，没有充分地重新得到原始性质(即，处于具有假塑性或触变粘度的凝胶形式下)。根据纸浆或木浆的这些与水合或溶胀有关的物理性质(例如破裂或拉伸性质)，可确定角质化的影响。(Hornification-its origin and interpretation in wood pulps,J.M.B.Fernandes Diniz,M.H.Gil,J.A.A.M.Castro,Wood Sci Technol 37(2004)489-494)。

除此之外，纳米原纤化多糖例如MFC经常形成适用于诸如用于纸或纸板的层的应用、用于流变学应用、用于油漆、食品、药物等的复合物的基础或者一部分。这些复合物经常通过如下形成：向MFC中加入填料例如沉淀碳酸钙，从而形成PCC/MFC复合材料。碳酸钙或填料材料可以常规方法(例如EP2287398中所公开的)或者以所谓的在线工艺(其公开在例如WO2001/110744中)加入。目前，可以如下方法实现PCC在纤维上的形成，在该方法中，在天然纤维、或者溶解纤维素、纤维素晶须或原纤或原纤化聚集体、或者合成聚合物纤维和二氧化碳的存在下混合石灰乳。然后，可在纤维上或者在纤维内腔、溶解浆、纤维素晶须或合成聚合物纤维或者它们的混合物中发生碳酸钙的沉淀。

当前，PCC或甚至纳米PCC可与各种技术一起使用。纳米PCC可通过例如US2009/0022912中所公开的那些方法提供。此外已知，可使用添加剂例如PVOH和PAA来控制在碳酸钙沉淀期间的成核和晶体生长。这样的方法示于例如WO2009/074491A1中。

与商业上可得到的在线方法有关的问题在于其限于所谓的造纸机湿部且因此限于非常稀的纸浆条件。典型地，纸浆组合物优选低于1.0重量％或更优选低于0.5重量％。

与现有技术有关的另一个缺点在于其在纤维上产生非常大颗粒尺寸的PCC，且明显地，大部分形成于液相中。在一些情况下，大颗粒的形成不是优选的，因为其进一步影响例如光学性质或润湿性。