[发明专利]使用超临界状态的氨干燥纳米纤维素

说明书

本发明的一个目的是提供用于生产非表面改性的纳米纤维素颗粒(特别是以粉末形式)的方法，包括以下步骤：i.提供未曾干燥的非表面改性的纳米纤维素颗粒在水性液体中的悬浮体，所述水性液体对非表面改性的纳米纤维素颗粒是不溶性的，以及所述水性液体为水，或者吗啉或哌啶或其混合物的水溶液；ii.在适用于将水性液体转移到超临界状态的流体中的条件下，使非表面改性的纳米纤维素颗粒的悬浮体与超临界状态的流体接触，所述流体能够与水性液体混溶并且对非表面改性的纳米纤维素颗粒是不溶性的；iii.除去水性液体和超临界状态的流体，优选通过控制压力和/或温度来进行，以形成非表面改性的纳米纤维素颗粒；iv.收集非表面改性的纳米纤维素颗粒，所述方法的特征在于超临界状态的流体包含超临界状态的氨(NH₃)或由超临界状态的氨(NH₃)组成。

技术领域

本发明涉及用于生产干燥的可水分散的纳米纤维素颗粒的方法。

背景技术

纳米纤维素是一种有前景的材料，这最近受益于行业中监管水平的提高。存在两种主要的生产方法来获得纳米纤维素，第一种是基于在水性流体中的研磨和流化，其中纳米纤维素由基于传统制浆工艺的方法获得。该方法通常在产生水性液体中包含一定量的纳米纤维素的稀释的水性分散体。稀溶液在工业背景下通常不是优选的，因此期望蒸发液体以产生更方便的纳米纤维素干燥粉末。然而，已经发现，在将水性液体蒸发后，在所获得的纳米纤维素粉末中形成团块，并且其在不进行相当大的努力的情况下无法再分散在水性液体中。在由此获得的纳米纤维素粉末中这些不可分散的团块的存在被认为是在用水使干燥的纳米纤维素粉末再水化以用于进一步加工时如此干燥的纳米纤维素的一些期望的机械特性丧失的主要原因。

这些缺点强烈阻碍了纳米纤维素的更广泛用途，因为稀的分散体无法以可接受的方式运输，并且次优的机械特性使得纳米纤维素粉末例如作为聚合物中的增强剂或作为流变改性剂不那么具有吸引力。实际上，大多数纳米纤维素现在是特地新生产的并且以在水性液体中的分散体或凝胶的形式使用，而从未进行干燥和再水化。

因此，高度期望提供干燥的、便利形式的纳米纤维素，所述纳米纤维素可以容易地储存和运输并且再分散于水或其他水性液体中，并且其可以容易且成本有效地并且以工业规模以连续的方式制造，优选使用略微改进的预先存在的工业设施进行制造，并且其可以优选在纳米纤维素的现有生产工艺的下游直接使用。

此外，在由纤维素原料生产出纳米纤维素之前使纤维素原料溶胀在能量上是有利的。溶胀剂介导快速溶胀并且使精制过程中所需的能量减少，但是当使水性溶胀液体中的纳米纤维素的悬浮体原样经受超临界喷雾干燥时它可能是一个问题，因为一些超临界流体可能与溶胀剂化学地反应。虽然可以将水性溶胀液体置换成另一种反应性更低的水性液体，但这可能使整个过程复杂化。

出版物“Improved Structural Data of Cellulose III_I Prepared inSupercritical Ammonia”公开了一种方法，其中通过使由刚毛藻(Cladophora)纤维素微晶的组合体构成的取向膜经受超临界氨来制备通过液氨或通过一系列胺处理纤维素I而产生的纤维素同质异晶样品。在该出版物中，纤维素纤维在于50℃下使用甲醇和真空暴露于超临界氨之后进行干燥。然而，该出版物没有具体描述涉及非改性的纤维素的超临界氨喷雾干燥的干燥方法。因此，所描述的方法本质上不适用于制备非改性的纳米纤维素的期望粉末。

出版物“Effects of alkaline or liquid-ammonia treatment on crystallinecellulose:changes in crystalline structure and effects on enzymaticdigestibility”公开了用液氨处理生产纤维素III_I同质异晶，然而，处理条件影响纤维素结晶度。在低温(25℃)下处理产生较少的结晶产物，而在升高的温度(130℃或140℃)下处理产生较多的结晶产物。然而，没有提及在暴露于氨之后的具体干燥过程和/或条件。