[发明专利]化学衍生的纳米纤维素的生产

说明书

本发明提供了用于生产化学衍生的纳米纤维素的方法，所述方法包括以下步骤：a.使前体纤维素材料与化学衍生化组合物接触以形成液体反应混合物；以及b.使所形成的液体反应混合物化学地反应；以及c.使所形成的液体反应混合物经受微流化，其中步骤b和步骤c同时进行。

技术领域

本发明涉及用于生产化学衍生的纳米纤维素的方法。

背景技术

纤维素的，特别是纳米纤维素的化学改性(CNC或CNF)是纤维素产品工业中越来越重要的主题。

迄今为止，文献中已经公开许多类型的纤维素纳米晶(nanocrystal)或纳米原纤(nanofibril)改性反应，但其仅为实验室规模，并且目前大多数科学努力致力于分析纤维素纳米晶或纳米原纤改性的产物，例如关于取代度。在纳米纤维素上进行的反应的主要种类是氧化、酯化、酰胺化、氨基甲酰化(carbamation)和醚化，最近已使用亲核取代向纳米纤维素引入特定的表面官能度。改性反应的常用机理例如呈现在Eyley和Thielemans的综述文章，Nanoscale，2014，6，7764-7779中。在实验室规模下，用预先已在独立过程中分离的市售纳米纤维素进行纳米纤维素的化学改性。

市售纳米纤维素可以由任何纤维素源材料来制备，通常使用木浆。为了获得纳米纤维素，将木浆的纤维素纤维暴露于高剪切力，其将较大的纤维素纤维“撕裂”(层离)成纳米纤维素。为此目的，通常将木浆在适当的设备(例如高压均化器、超声均化器、研磨机或微流化器)中机械粉碎。均化器用于层离木纤维的细胞壁并释放纳米纤维素。或者，可以如下从木浆的纤维素纤维中分离纳米纤维素的基本上更结晶形式：使用硫酸或盐酸使天然纤维素纤维的无定形区水解，以产生高度结晶的纤维素纳米晶(cellulose nanocrystal，CNC)。

然而，如果要在经济上可承受的条件下大量生产化学改性纳米纤维素，则需要提供比上述实验室规模方法(其中仅可以生产少量的化学改性纳米纤维素)更简单的方法。

发明内容

本发明通过提供用于生产化学衍生的纳米纤维素的方法来解决上述问题，在所述方法中可以在用于纤维素材料的传统生产工艺的线中(即以连续方式)生产化学衍生的纳米纤维素。

本发明的一个目的是提供用于生产化学衍生的纳米纤维素的方法，其包括以下步骤：a.使前体纤维素材料与化学衍生化组合物接触以形成液体反应混合物；以及b.使所形成的液体反应混合物化学地反应；和c.使所形成的液体反应混合物经受高剪切条件(最优选经受微流化)，其中步骤b和步骤c同时进行。

在根据本发明的方法中，可以使前体纤维素材料(例如木浆)与给定试剂接触同时使纤维素前体材料经受高剪切力，所述试剂具有对纤维素的表面进行化学改性的能力，所述高剪切力使前体材料分解或层离成给定细度的纤维素材料(特别是纳米纤维素)。

将机械层离过程与化学衍生化结合的优点在于，大大简化了化学衍生的纳米纤维素的生产，特别是化学衍生的纳米纤维素的生产。因此，机械层离和化学衍生化同时发生以产生化学衍生的纳米纤维素。

本发明的另一个目的是提供根据上述方法获得的化学衍生的纳米纤维素。

本发明的又一个目的是提供包含根据上述方法获得的化学衍生的纳米纤维素的聚合物组合物。

本发明的另一些实施方案记在从属权利要求中。

具体实施方式

本发明的一个目的是提供用于生产化学衍生的纳米纤维素的方法，其包括以下步骤：a.使前体纤维素材料与化学衍生化组合物接触以形成液体反应混合物；以及b.使所形成的液体反应混合物化学地反应；和c.使所形成的液体反应混合物经受高剪切条件，其中步骤b和步骤c同时进行。