[发明专利]制备纳米原纤纤维素的方法

说明书

制备纳米原纤纤维素的方法，所述方法包括：将纤维状纤维素原料崩解(DIS1)至第一崩解级别成为半成品，将处于第一崩解级别的半成品以浓缩的形式运输(TRANS)至目的地，以及在目的地，将所述半成品从第一崩解级别崩解(DIS2)至第二崩解级别成为纳米原纤纤维素。

技术领域

本发明涉及制备纳米原纤纤维素的方法。本发明还涉及用于制备纳米原纤纤维素的产品。

背景技术

纳米原纤纤维素是指从纤维素原料得到的分离的纤维素微原纤或微原纤束。纳米原纤纤维素(NFC)(也称为其它相关名称，例如纳米纤维素和微原纤纤维素)基于天然聚合物纤维素，所述天然聚合物纤维素其是可再生资源并且是自然界中富含的。例如基于纳米原纤纤维素在水中形成粘性凝胶(水凝胶)的能力，纳米原纤纤维素具有许多潜在用途。

纳米原纤纤维素生产技术是基于浆料纤维的水性分散体的研磨(或均质化)。由于在低浆料稠度下的生产技术，通常在制备的分散体中纳米原纤纤维素的浓度是低的，通常为约1-5％。制备的原纤纤维素材料是稀释的粘弹性水凝胶。该材料本身就可用于多种用途，但是以这样低的浓度从生产地点将该材料运输至使用者使得运输成本变高。因此，优选地，在运输前将纳米原纤纤维素浓缩，而在目的地的使用者可将产品稀释至合适的使用浓度。

也可将在浆料纤维中的纤维素转化成许多化学衍生物。衍生化多是通过纤维素聚合物的β-D-吡喃葡萄糖单元中的羟基的化学反应发生。通过化学衍生，可以使得纤维素的性质相对于原始化学形式发生改变同时保留聚合物结构。

如果以合适的方式对纤维中的纤维素进行衍生化，则纤维更容易崩解至原纤水平，即纳米原纤纤维素水平，这是由于原纤之间的弱键合。出于该目的，纤维素可被阴离子化或阳离子化。例如纤维素通过杂环硝酰基化合物(如“TEMPO”，即2,2,6,6-四甲基哌啶基-1-氧基自由基)催化氧化产生其中部分C-6羟基被氧化为醛和羧酸的阴离子型纤维素。另一种生产阴离子型纤维素的方法是纤维素分子的羧甲基化。可以通过向纤维素分子添加季铵基团来生产阳离子型纤维素。如国际申请WO 2013072559所公开的，化学改性允许每单位质量纤维素消耗更少的能量以达到给定的崩解级别，甚至可使用具有一系列反向旋转转子的分散型粉碎机。

当使用纤维改性来制备起始材料时，对在悬浮液中包纤维状素纤维的浆料进行化学改性来达到合适的取代度，之后将纤维崩解成具有纳米原纤纤维素的原纤作为产物。

由于在纳米原纤纤维素的制造中包含了大量水，消减运输成本的最重要因素是在运送前减少产品的含水量。因此，以浓缩形式将纳米原纤纤维素供应至目的地。不过，已证明难以从纳米原纤纤维素的水凝胶中去除水。根据纤维素类型和最终可运输产品的干物质，可能也难以在目的地再分散所述产品。例如，太严苛的干燥处理可能影响纳米原纤纤维素的再分散性，从而不能获得“新鲜”纳米原纤纤维素的原始粘度值。

发明内容

本文的目的在于提供一种用于制备纳米原纤纤维素的方法，所述方法使得以低成本将产品运输至目的地并允许在目的地的使用者调节纳米原纤纤维素的性质。

将纤维状纤维素原料崩解至第一崩解级别，成为半成品，并将处于第一崩解级别的所述半成品以浓缩的形式运输至目的地，在所述目的地将所述半成品从第一崩解级别崩解至第二崩解级别，成为纳米原纤纤维素。纳米原纤纤维素(NFC)是可在终端应用中使用的最终产品。

处于第一崩解级别的半成品是介于纤维状纤维素原料和最终纳米原纤纤维素之间的中间状态。在该状态中，纤维素纤维被部分原纤化。这也可称为“部分胶凝”，这是因为水凝胶形式不完全，但是其已包含了从纤维分离(dertached)的纳米级原纤。这种材料更易于脱水以提升干物质以用于运输，或者可以在较高稠度下已经发生了纤维状纤维素原料崩解至第一崩解级别，从而不需要在运输前对材料进一步脱水。

当运输时，以浓缩形式处于第一崩解级别的半成品的干物质至少为15重量％且低于80重量％。干物质优选为20-60重量％。