[发明专利]含纤维素物质

说明书

技术领域

本发明涉及权利要求1的生产含纤维素物质的方法、权利要求17的含纤维素物质、权利要求18的生产复合材料的方法、权利要求23的复合材料和权利要求24的产品。

所述方法可用于多种实际用途。例如，由谷类(例如玉米、黑麦、小麦、燕麦、大麦、高粱、芸苔、稻等及其结合物)、切断纤维(棉花、亚麻、大麻等)的农业废料生产新型建筑材料、不同五金器具、装饰材料、内饰、各种高抗性和牢固度的面层等，这使得所述生产由于投入料的低成本而在经济上合适。

背景技术

目前存在一些例如适于包装和建筑应用的已知有机来源的复合材料。尽管木纤维很常见，然而来自作物或谷物的其他天然纤维偶尔也用作纤维填料。

US2006043629A提出通过使用偶联剂，即官能性单体改性聚合物，处理以大豆基的生物塑料为基质的天然纤维(例如草、稻秸、麦秸、工业大麻、菠萝叶纤维)来生产强化生物复合材料。此外就含有官能性单体的改性大豆粉在工业应用例如反应性挤塑和注模方面的用途进行了阐述。

US 2008/181969A解决了包含借助偶联剂与聚合物组分连接的纤维素组分例如木纤维、秸秆、草和其他有机材料的复合材料变色和结构(即化学或机械)降解。所述偶联剂，例如接枝-马来酸酐聚合物或共聚物，具有能够在所述聚合物与纤维素组分内部或之间形成共价键的官能团。

技术问题

本发明的一个目的是提供生产含纤维素物质的改进方法，提供所述含纤维素物质和提供生产包含有机材料——优选源自高等植物的有机材料——的原结构的高强度复合材料的方法，所述高等植物通过不同聚合物和/或所述聚合物的不同部分、官能团、侧链和/或其他部分之间的细胞内和细胞间结构连接形成其自然形式(例如秸秆)。

发明内容

本发明涉及高强度复合材料及多种由廉价有机原材料制成，优选由高等植物的秸秆部分、含有足量纤维素(即高分子多糖或由β-1，4-连接的D-葡萄糖构成的葡聚糖)或甲壳质(由β-1，4-连接的N-乙酰基-D-葡萄糖胺构成的聚糖)的细胞壁或细胞膜制成的物品的生产。在本申请中，术语含纤维素物质、投入料和/或复合材料也应包括含甲壳质的物质、投入料和/或复合物，或者含纤维素的与含甲壳质的物质、投入料和/或复合材料的混合物。纤维素——地球上最常见的有机化合物——是构造为β-葡萄糖单元的聚合物链的分子式为[C₆H₇O₂(OH)₃]_n的高分子多糖(聚糖)，其中n的范围从数百到数千。本发明可生产复合材料而无需使用令所述有机材料例如植物颗粒相互结合的外源聚合组分。在本发明的上下文中，术语外源指的是所述聚合组分并非源于所述要处理的有机原材料。所述生产含纤维素物质的新方法的一个基本特征是使所述有机材料暴露于人工电磁场的有效区。

生产可用于生产适于高强度产品的复合材料的含纤维素物质的新方法至少包括以下步骤：

a)制备包含有机材料和液体内容物的投入料；和

b)将所述投入料于70至120℃、优选80至100℃、最优选92至94℃范围内的温度进行湿法研磨。

根据优选的实施方案，除步骤b)以外或者替换步骤b)，使所述投入料暴露于人工电磁场的有效区。

根据优选的实施方案，在生产过程中，投入料的天然形式及其胞内的和胞间结构的有机连接被破坏，直到生成液体和/或膏状物质。该物质进一步作为型砂使用：其被再成型为新的几何形状，并且在该膏状物固化的同时结构连接得以恢复。固化的膏状物成为最终使用的物品。

下文中，术语“投入料”用于表示暴露于电磁场的起始物质或物质的混合物，而术语“含纤维素物质”表示通过本发明的上述方法生产的产品。所述产品被认为是中间产品(也称为产出料)，因为其进一步用于生产多种产品。

本方法的观点在于以下事实，在生产过程中，投入料的天然形式及其胞内和胞间结构的有机结合被破坏，直到生成均匀的液体和/或膏状物质。这种含纤维素物质进一步作为型砂使用：其被再成型为新的几何形状，并且在该膏状物固化的同时结构连接得以恢复。固化的膏状物成为最终使用的物品。

根据优选的实施方案，将其他纤维素——优选甲基纤维素和/或羧甲基纤维素——优选地以钠盐和/或微晶纤维素的形式加入至所述含纤维素物质。根据本发明的另一个优选实施方案，所述其他纤维素至少部分作为湿法研磨过程中产生的含有浓缩纤维素的部分而加入。湿法研磨过程中或之后产生的含有纤维素的液体部分可通过过滤或脱水来浓缩，直到该部分达到所需纤维素含量(与含水量相关)水平为止。