[发明专利]干混可再分散纤维素长丝/载体产品及其制备方法

说明书

本说明书涉及产生包含纤维素长丝(CF)和载体纤维的干混产品以及可再分散纤维素长丝和载体纤维的干混产品的方法，所述方法允许CF保持其在水中的可分散性，并因此保持在使用CF的造纸配料、复合材料或其它材料中的优异强化能力。所述方法包括使从未干燥过的CF的水悬浮液与纤维素纤维纸浆载体混合，然后增稠至合适的浓度，以使得其可在常规装置诸如纸浆机的干燥罐或急骤干燥器中进一步处理和干燥。

背景

i)技术

本发明涉及一种新型的干混产品和产生该干混产品的方法，该干混产品具有与载体物理相连的可再分散纤维素长丝。产生干混产品的方法以纤维素长丝及其掺入到湿载体(诸如木纸浆或其它植物浆料)中/上开始。令人意外的是，可以在常规干燥设备中使湿混纤维素长丝/浆料产品干燥，而纤维素长丝不会失去其可再分散特性。

ii)现有技术描述

全世界对于从木材、植物、海洋动物、藻类和细菌源分离基于纤维素的纳米或准纳米超结构并使其商业化已进行大量的研发活动，用于改善现有的材料或设计和开发多种应用和市场中的多种全新产品，如Shatkin等人(Tappi Journal,13(5):9-16和13(6):57-69(2014))所述。由Hua等人(CA 2,799,123)公开、本文定义并称为纤维素长丝(CF)的纤维素纳米丝(CNF)在优选的实施方案中具有100μm以上的长度和亚微米范围内的宽度。可通过木纤维或植物纤维(诸如由Hua等人在以引用方式并入本文的美国专利申请No.20130017394中所描述的漂白软木牛皮纸浆)的多程高稠度磨浆产生CF。CF与其它纤维素原纤(诸如微原纤化纤维素(MFC)、纳米原纤化纤维素(NFC)或纳米纤维素)的不同之处在于，其包含彼此分离并且与亲本纤维物理分离的高长径比纤维素原纤，而MFC或NFC为原纤束或短原纤，通常小于1微米。CF由于其较高的长径比而表现出卓越的强化特性，其长径比可能超过1000，比使用其它机械方法(Turbak等人，1983，美国专利No.4374702；Matsuda等人，2001，美国专利No.6183596；Choi等人，2010，EP 1 859 082 B1；Laukkanen等人，2013，美国专利申请No.2013/0345416A1)制备的微原纤化或纳米原纤化纤维素或纤维素纳米原纤高得多。CF通常在大于20％的稠度下，优选地介于30和45％之间的纤维悬浮液并添加水来制备(美国专利No.2013/0017394)。大多数其它产生MFC/NFC的方法通常在水性悬浮液中以低于10％并且优选地在1-6％范围内的稠度实施(Matsuda等人，2001，美国专利No.6183596；美国专利No.6214163；Li等人，2012，CN 2012-10282759；Bras等人，2014，WO 2014/001699 A1；Saito等人，2006Biomacromolecules,7:1687-1691；2007Biomacromolecules,8:2485-2491；2009Biomacromolecules,10:1992-1996；Da Sil Va Perez等人，2010TAPPI Nano 2)。以低稠度制备所得的MFC/NFC最终产品具有凝胶状结构(Turbak等人，1983，美国专利No.4374702)，而以高于20％稠度制备的CF具有半干木纸浆状外观，但在制备后仍含有大量的残余水。

理想的是，商用纳米纤维素材料或准纳米纤维素材料应以完全干燥的形式转运至最终用户的位置，以便降低运输成本以及提供较长的产品储存寿命。然而，制备干燥产品而不降低其在水性介质中的可分散性的困难对其成功商业化形成了严重阻碍。所有纤维素微原纤和纳米原纤共有的这种干燥问题通常归因于所谓的角质化现象，该现象赋予如Diniz等人(Wood Sc.Tehcnol,37:489-494,2004)所述的机械特性。在木纸浆制备领域中，角质化描述木纸浆纤维被第一次干燥后纤维形态的变化。角质化归因于许多因素，包括不可逆氢键(H键)的形成和/或内酯桥的形成。角质化通过自组装驱使原纤凝聚，因此当使用常规的低至中稠度碎浆机将这些材料重新混合到水中时，对从未干燥过的纤维素原纤的准纳米尺寸或真纳米尺寸的恢复形成障碍。事实上，干燥原纤的稠密组装妨碍了水渗透和使结构保持在一起的氢键分解。