[发明专利]加工原纤维纤维素的方法、系统和设备以及原纤维纤维素材料

说明书

技术领域

本发明涉及加工化学改性的原纤维纤维素的方法、系统和设备。另外，本发明涉及化学改性的原纤维纤维素材料。

背景技术

纤维素是由几百至上万个相连的D-葡萄糖单元的直链组成的多糖。例如，纤维素纤维可用精制机或研磨机进行精制以生产原纤维纤维素材料。原纤维纤维素是指从纤维素原料中得到的分离的纤维素微原纤或微原纤束。因此，原纤维纤维素(也称为纳米原纤化纤维素(NFC)和其它相关名称)是基于自然中富含的天然聚合物。例如，基于其在水中形成粘性凝胶(即水凝胶)的能力，原纤维纤维素具有许多潜在的用途。

通常以1-4％的非常低的稠度进行原纤维纤维素的生产。因此，例如，需要干燥的解决方案，来以合理的成本运输材料。然而，众所周知的是，从原纤维纤维素中去除水是挑战性的。另外，原纤维纤维素可能由于在干燥中发生角质化而损失一些需要的性质。因此，尤其是在干燥后纳米材料的再分散是挑战性的。

发明内容

本发明公开了用于加工化学改性的原纤维纤维素的方法、系统和设备。另外，本发明公开了化学改性的原纤维纤维素材料。

本发明的一些方面的特征在独立权利要求1、13、17、18、19、20、21和23中陈述。从属权利要求中公开了本发明的各种实施方式。

在一个实施方式中，用于加工化学改性的原纤维纤维素的方法包括至少一个步骤，其中使用热空气流对传送带上的化学改性的原纤维纤维素材料进行浓缩和/或干燥，更优选地，该方法包括至少两个步骤，其中使用热空气流对传送带上的化学改性的原纤维纤维素材料进行浓缩和/或干燥。在一个示例中，该方法包括至少一个预处理步骤，其中在向传送带上提供化学改性的原纤维纤维素之前，机械地增加化学改性的原纤维纤维素的干物质含量。

优选地，用于加工化学改性的原纤维纤维素的系统包括

-包括传送带的热干燥装置，

-以化学改性的原纤维纤维素在传送带上形成至少一根条带的方式向热干燥装置传递化学改性的原纤维纤维素的进料装置，

-用于形成具有至少40℃的温度的热空气流的装置，以使用热空气流对传送带上的化学改性的原纤维纤维素材料进行浓缩和/或干燥。

如果在一个步骤中尝试了热干燥，则化学改性的原纤维纤维素条带的表面可能以产品内部仍然是湿的的方式硬化。因此，优选使用至少一个中间粉碎步骤以得到原纤维纤维素的均匀干燥的结果。如果存在更多的中间粉碎步骤，可以改善产品的质量。因此，优选在热干燥过程中存在至少两个干燥步骤，这两个步骤之间是至少一个粉碎装置。

优选地，热干燥装置的第一传送带包括刀片，例如刮刀，其设置为从传送带的表面释放原纤维纤维素条带。

在第一传送带上可能存在层形式的一根原纤维纤维素条带和/或绳形式的几根原纤维纤维素条带。优选地，如果原纤维纤维素足够干，在第一传送带上可能由几块碎片形成层。

优选地，在第一传送带上有几条绳。尤其是如果不使用预干燥装置的话，在第一热干燥步骤中配分(dosed)的条带优选是绳的形式。优选地，在第一传送带和第二传送带之间从原纤维纤维素绳上切下碎片，之后该碎片在第二传送带上形成层。优选地，至少在最后的干燥步骤中，条带是多层碎片的形式。

优选地，也在第一传送带的情况中，原纤维纤维素材料覆盖传送带的干燥面积的至少30％或至少45％，更优选至少60％或至少70％并且最优选至少80％或至少90％。

在热干燥装置的最后的传送带之后，浓缩的和/或干燥的化学改性的原纤维纤维素可进一步经粉碎和均化成需要的碎片尺寸。浓缩的和/或干燥的化学改性的原纤维纤维素材料(即碎片)的平均直径优选为1-10mm。在这之后，例如，可以将干燥的和/或浓缩的化学改性的原纤维纤维素材料转移至储存或装袋阶段以等待可能的运输至使用的地点。

本发明中使用的原纤维纤维素是化学改性的，即阳离子原纤维纤维素或阴离子原纤维纤维素，以实现需要的再分散性质。因此，当与天然纤维素的化学结构相比时，按照本发明的原纤维纤维素中的纤维素分子含有一些额外的官能团。这些基团可以是，例如但不限于羧甲基、醛基和/或羧基或季铵。化学改性优选基于纤维素分子的羧甲基化、氧化、酯化或醚化反应。在一个示例中，以通过在纤维素表面上进行阴离子、阳离子或非离子型物质的物理吸附或它们的任意组合来实现改性。所述的改性可在生产微米原纤纤维素之前、之后或过程中进行，或者以这些过程的任意组合进行。