[发明专利]纤维素片晶组合物、制备纤维素片晶组合物的方法及包含其的产品

说明书

本发明涉及一种组合物以及制备组合物的方法，其中所述组合物包括纤维素片晶，所述纤维素片晶包括至少60％干重的纤维素，少于10％干重的果胶，以及至少5％干重的半纤维素。所述组合物在低压下通过按压被浓缩至固含量至少25％重量分数，同时保留在水介质中再悬浮的能力。所得水介质获得了所需要的由组合物所具备的性能，例如增加的粘度或增加的颜料颗粒分散性，例如，其性能达到与按压前的组合物所具备的性能相同的程度。

技术领域

本发明涉及一种纤维素衍生的材料及其在例如水介质(包括乳液)和固体材料(如建筑材料)的一系列材料中作为添加剂的使用。

背景技术

已知可以采用源自大麻和亚麻的植物粗纤维来增强诸如塑料材料及环氧树脂这样的材料。已知可以使用构成植物细胞的细胞壁的纤维素或纤维素性纤维作为添加剂，以在组合物中赋予所需的性能，例如，增加水介质或乳液的粘度。还已知可以使用微原纤纤维素作为添加剂以调节材料的物理或化学性能。微原纤纤维素通常是由植物细胞壁制造的，其主要包括纤维素、半纤维素和果胶，这些组分被分解成构成其的纤维素性纤维，然后进一步被分解成单独的微原纤。

典型地，纤维素添加剂被分解成微原纤，原因是每单位重量的纤维素在微原纤状态下能够获得高粘度，这部分起源于纤维素微原纤在其被添加入的介质内形成晶格型网络的能力。例如，WO2011/039423(芬欧汇川集团)公开了微原纤纤维素作为混凝土添加剂的应用，其中微原纤的直径优选为小于1μm。

分解纤维素的每个阶段涉及多种过程，包括化学处理、通过高剪切混合或通过研磨、过滤和加压的均质化过程。所需过程的数量越多，生产最终产品的所需要的能量越多。

对于微原纤纤维素的一个问题是，它通常会在相对较低的固体重量分数下形成凝胶或其他固体。例如，固体重量分数为5％的微原纤纤维素有可能形成固体。因此，为了获得较高的浓度，以允许相对少量的微原纤纤维素被用作大体积介质中的添加剂，例如，微原纤纤维素必须被压缩，以迫使更多的水排出其外。然而，一旦干燥后，纤维素微原纤典型地会形成原纤间成键，如果纤维素微原纤需要被悬浮于水介质中，那么这样的原纤间成键必须被打破。在很多这样的组合物中，如果该组合物被过度压缩(例如固体重量分数达到10％)，那么再悬浮是不可能的。因此，该组合物往往体积庞大，所以存储或运输的效率低且昂贵。

克服该问题的一个方法在美国专利US5,964,983(Dinand等)中有所披露，其公开了在微原纤纤维素的悬浮液可以在已被脱水后被重新生成。然而，所公开的微原纤纤维素的再水化需要使用高剪切混合，在此期间微原纤的聚集体再次被有效地分解。因此，虽然Dinand等的公开内容可能提供了微原纤纤维素作为可再水化的添加剂的应用，但是该纤维素的高剪切混合是极其耗能的，并且不能与乳化涂料或其它不能遭受高剪切力的组合物一起使用。

美国专利US4,831,127(Weibel)公开了一种从实质细胞中分离出纤维素和半纤维素组分的方法，其中纤维素组分是以片晶的形式被分离出来。该组合物是通过将实质细胞加热到高温(约180℃)以及高压(约每平方英寸300磅)下，同时将细胞暴露于极端的pH值(非常高的pH值或非常低的pH值)中，以尽可能多地去除半纤维素。Weibel的该组合物在高剪切均质化之后形成具有高粘度和弱触变性的稳定均匀的悬浮液。

然而，由于在脱水过程中形成了纤维素片晶的纤维素层或纤维之间的内部氢键，如此形成的纤维素组合物很难再水化。因此，Weibel的纤维素组合物是不能够被脱水到一个有益的浓度，同时其后仍然能够被充分地再水化。

因此，本发明的一个目的是提供一种纤维素组合物和制备纤维素组合物的方法，该纤维素组合物适于用作可使用低剪切力再水化的添加剂。

本发明的另一个目的是提供一种纤维素组合物和一种制备纤维素组合物的方法，该纤维素组合物与已知的纤维素组合物相比具有相对高的粘度，以允许在介质中添加较少量的该组合物即可达到指定粘度。