[发明专利]制备纳米纤维素的方法和系统、以及纳米纤维素

说明书

技术领域

本发明涉及制备纳米纤维素的方法和系统。本发明还涉及由该方法制备的纳米纤维素。

背景技术

纳米粒子的特性与宏观物质的特性往往具有显著差异。一种此类物质是纳米纤维素，它的特性与普通纤维素的特性明显不同。当与使用纤维素相比时，通过使用纳米纤维素可以提供具有例如更好的拉伸强度、更低的孔隙率和至少部分半透明性的产品。由于纳米纤维素是凝胶状的材料，所以纳米纤维素在其外观上也与纤维素不同。由于纳米纤维素的特性，其已经成为理想的原材料，并且，含有纳米纤维素的产品在工业中将会具有若干种用途。

实际上，利用现有技术的设备实施纳米纤维素的工业规模生产是成问题的。问题是例如由纳米纤维素生产中涉及的特别高的能耗引起的。此外，实施在实验室中所用方法用于以生产规模来生产纳米纤维素具有挑战性。由于这个原因，工业中需要解决方案，通过该方案，也可以利用生产规模的设备和/或以比目前更低的能耗生产纳米纤维素。

发明内容

本发明的一个目的是解决上面提到的以生产规模生产纳米纤维素的问题，使得可以借助于适于工业规模的方法来生产纳米纤维素。本发明的另一个目的是解决能耗方面的问题，使得纳米纤维素可以以在比现在更低的能耗生产。公开了生产纳米纤维素的新的方法和系统。此外，也提出了通过该新方法生产的纳米纤维素。

令人惊奇的是，已经发现，借助于根据本发明的生产纳米纤维素的方法，有可能生产出适合工业需求的特别清洁、成品(finished)的纳米纤维素。令人惊奇的是，还发现，借助于根据本发明的方法，有可能以与现有技术的方法相比较时低1/3的能耗生产纳米纤维素。

在根据一个实施方式的纳米纤维素生产方法中，纤维素基材料借助于第一精磨机(refiner)进行精磨，精磨的材料通过第一分离器进行分离，使得其至少一部分属于合格部分，通过沉淀器从所述合格部分中去除水，并且，借助于第二精磨机对属于所述合格部分的材料进行精磨以生产纳米纤维素。

根据有利的实施例，在该方法中，材料也借助于第二分离器分离成为合格部分和/或不合格部分。所述借助于第二分离器的分离优选在借助于第二精磨机的精磨之后进行。

根据有利的实施例，借助于第一分离器分离的至少一部分材料属于不合格部分。由此，在该方法中，优选将所述不合格部分输送回到所述第一精磨机。

根据有利的实施例，所述第一精磨机和/或第二精磨机是锥形精磨机。

根据有利的实施例，至少所述第二精磨机的刀片基本上是平的(没有刀刃)。

根据有利的实施例，至少一个分离器是包括穿孔筛板的压力分离器，其中，一个单孔的直径是约0.2mm。

根据一个实施方式的生产纳米纤维素的系统包括用于精磨纤维素的第一精磨机；第一分离器，所述第一分离器用于分离借助于所述第一精磨机所精磨的材料，使得其至少一部分属于合格部分；用于减少该合格部分中的水量的沉淀器；以及用于精磨属于该合格部分的材料以生产纳米纤维素的第二精磨机。

根据有利的实施例，该系统还包括用于在通过所述第二精磨机进行精磨后将材料分离成为合格和/或不合格部分的第二分离器。

根据有利的实施例，所述第一精磨机和/或所述第二精磨机是锥形精磨机。根据有利的实施例，至少所述第二精磨机的刀片基本上是平的(没有刀刃)。

根据本发明的纳米纤维素包括借助于根据本发明的方法或系统所生产的纳米纤维素。

根据本发明的纳米纤维素的生产方法可以被布置成为例如单独的生产单元，或者其也可以被设置在例如制浆厂或造纸厂中。

附图说明

下面，将参照附图对本发明进行详细说明，其中，

图1示出根据用于生产纳米纤维素的实施方式的系统。

具体实施方式

在本申请中，参考附图1，其中，将使用下列附图标号：

1  纳米纤维素

2a 第一精磨机

2b 第二精磨机

3a 第一分离器

3b 第二分离器

4  沉淀器

5  浆料容器

6  原材料(纤维素)

R1，R2， 不合格部分即不合格材料，以及

A  合格部分即合格材料。

在本应用中，纳米纤维素是指这样的纤维素基材料，其中，颗粒的平均长度不超过10μm，通常不超过1μm，且颗粒的平均直径小于1μm，合适的是在2nm至200nm的范围内。纳米纤维素通常表现为几乎无色和凝胶状的材料。