[发明专利]超临界CO2纤维素喷雾干燥

说明书

本发明提供了一种用于生产干燥的、可水分散的、非表面改性的纳米纤维素颗粒或包含所述颗粒的粉末状组合物的方法，其包括以下步骤：i.提供非表面改性的纤维素颗粒在第一水性液体中的第一混悬剂，所述水性液体对于非表面改性的纳米纤维素颗粒是不溶性的，ii.将第一混悬剂的基本上全部第一水性液体置换成第二溶剂以形成非表面改性的纳米纤维素颗粒在第二溶剂中的第二混悬剂，所述第二溶剂能够与第一水性液体混溶并且是对于非表面改性的纳米纤维素颗粒不溶性的，iii.在适用于将基本上全部第二溶剂转移到超临界流体中的条件下，使非表面改性的纳米纤维素颗粒的第二混悬剂的流与超临界或临界状态的流体的流接触，所述超临界或临界状态的流体能够与第二溶剂混溶并且对非表面改性的纳米纤维素颗粒是非溶剂化的，iv.除去第二溶剂和超临界或临界状态的流体，优选地通过控制压力和/或温度来进行，以形成干燥的、可水分散的纳米纤维素颗粒，v.收集干燥的、可水分散的非表面改性的纳米纤维素颗粒和/或形成包含所述颗粒的粉末状组合物。

技术领域

本发明涉及生产干燥的、可水分散的纳米纤维素颗粒的方法。

背景技术

纳米纤维素是一种有前景的材料，这最近受益于行业中监管水平的提高。为获得纳米纤维素，存在两种主要的生产方法；第一种是基于在水性流体中的研磨和流化，其中纳米纤维素从基于传统制浆工艺的方法中获得。该方法通常产生在水性流体中含有一定量纳米纤维素的稀释的水性分散体。这些稀释分散体在工业背景下不是很受关注，因此期望蒸发液体以产生更方便的纳米纤维素干粉。然而，已经发现，通过加热使水性液体蒸发之后，在所获得的纳米纤维素粉末中形成纳米原纤(nanofibril)的微观团块，其在不进行大量的努力情况下无法再分散于水性液体中。在由此获得的纳米纤维素粉末中这些不可分散的团块的形成被认为是由此获得的重构纳米纤维素与从未干燥的纳米纤维素相比的一些期望机械特性(例如，黏度和弹性)丧失的主要原因。

这些缺点强烈阻碍了纳米纤维素的更广泛使用，因为稀的分散体无法以可接受的方式运输，并且次优的机械特性使得纳米纤维素粉末例如作为聚合物中的增强剂不那么具有吸引力。实际上，大多数纳米纤维素如今是临时新生产的并且在水性液体中以分散体或凝胶的形式使用，而从未进行干燥和再水化。

因此，提供干燥的、便利形式的纳米纤维素是高度期望的，所述纳米纤维素可以容易地进行储存和运输并且再分散于水或其他水性液体中并且其可以容易且成本有效地、并且以工业规模以连续的方式制造，优选使用略微改性的预先存在的工业设施并且可以优选地在纳米纤维素的现有生产过程下游立即使用。

出版物“supercritical CO2spray drying of ethyl cellulose(EC)forpreparing microparticles”公开了这样的方法，其中通过如下过程将化学来源的纤维素(即乙基纤维素)处理成微颗粒：首先制备乙基纤维素和丙酮的溶液并提供超临界二氧化碳，然后通过将它们共同喷雾到沉淀室(precipitation chamber)中来组合，其中乙基纤维素和丙酮溶液以及超临界二氧化碳将乙基纤维素液滴内的丙酮溶剂置换成超临界二氧化碳，得到可以收集的经干燥的乙基纤维素液滴。然而，该出版物没有描述未经改性的纤维素的超临界二氧化碳喷雾干燥，更不用说未经改性的纳米纤维素。还使用乙基纤维素和丙酮的溶液(与分散体或混悬剂相反)，这意味着乙基纤维素溶解在丙酮中，导致负责纳米纤维素区域的结晶度的分子内键完全破坏。因此，所描述的方法本质上不适用于制备期望的未经改性的纳米纤维素粉末。

欧洲专利申请EP 2 623 545 A1避免了提供经干燥的、粉末状纳米纤维素的问题，该纳米纤维素通过在聚合物树脂中直接进行原纤化方法而再分散在流体中以产生母料树脂组合物，其可以进一步用于生产填充有纳米纤维素颗粒的聚合物复合材料。通过将前体纤维素添加到基于聚酯的树脂中并机械地施加剪切力直到达到一定程度的原纤化来进行纤维素的原纤化。