[发明专利]微纤化纤维素泡沫

说明书

本发明涉及包含微纤化纤维素(“MFC”)或基本上由微纤化纤维素(“MFC”)组成的多孔泡沫材料。这些多孔泡沫材料是轻质的并且可以根据特定用途进行定制。本发明还涉及一种制备根据本发明的多孔泡沫材料的方法。

技术领域

本发明涉及包含微纤化纤维素(“MFC”)或基本上由微纤化纤维素(“MFC”)组成的多孔材料。这些多孔材料是轻质的，并且可以被定制以用于特定应用，特别是其中通常使用聚氨酯(PU)泡沫的应用。

本发明还涉及一种制备根据本发明的多孔材料，特别是多孔泡沫材料的方法。

根据本发明的“微纤化纤维素”(MFC)应理解为涉及已经经受机械处理的纤维素纤维，所述机械处理导致比表面的增加和纤维素纤维在横截面(直径)和/或长度方面的尺寸减小，其中所述尺寸减小优选导致具有在纳米范围内的直径和在微米范围内的长度的“原纤”。

在作为用于生产微纤化纤维素(典型地以“纤维素浆粕”存在)的起始产品的纤维素中，没有发现或至少没有发现显著的或甚至没有发现明显部分的单个且“分离的”纤维素“原纤”。木纤维中的纤维素是原纤的聚集体。在纤维素(浆粕)中，初级原纤聚集成微原纤，其进一步聚集成更大的原纤束并最终聚集成纤维素纤维。木基纤维的直径典型地在10-50μm的范围内(这些纤维的长度甚至更大)。当纤维素纤维被微纤化时，可产生具有从nm至μm的横截面尺寸和长度的“释放的”原纤的非均质混合物。原纤和原纤束可以共存于所得的微纤化纤维素中。

在本公开内容通篇描述的微纤化纤维素(“MFC”)中，通过常规光学显微镜，例如在40x的放大倍数下可以识别并容易地辨别单个原纤或原纤束。

背景技术

可以以多种形式提供纤维素基材料，例如作为片或粉末，并用于多种应用。总之，通常需要轻质、多孔的纤维素基材料，例如气凝胶，其例如可以用于替代聚氨酯泡沫，例如在绝缘应用中。

微纤化纤维素(也被称为“网状”纤维素或“超细”纤维素，或“纤维素纳米原纤”，等等)是纤维素基产品，并记载于例如US4481077、US4374702和US4341807中。根据US4374702(“Turbak”)，相对于未经受US4374702中公开的机械处理的纤维素产品，微纤化纤维素具有不同的特性。特别地，这些文献中记载的微纤化纤维素具有减小的长度尺度(直径、纤维长度)、改善的保水性和可调节的粘弹特性。具有进一步改善的特性和/或为特定应用定制的特性的MFC从WO2007/091942和WO2015/180844等中已知。

已知改性纤维素，特别是尺寸改性纤维素，原则上用于泡沫应用中。根据本领域现状，纤维素气凝胶的生产主要通过冷冻干燥来实现，这是昂贵且耗时的。而且，孔隙率和孔径的控制是有限的，并且通常需要使用潜在危险溶剂混合物。例如，WO2014178797记载了通过将纤维素分散在氢氧化钠/尿素中，随后进行溶剂交换和冷冻干燥来制造多糖气凝胶。

Missoum,K.,Bras,J.,Belgachem,M-N.,生物大分子2012,13,4118-4125公开了干燥的可再分散的纳米原纤纤维素，其通过冷冻干燥由氯化钠(NaCl)溶液获得。

发明内容

本发明的目的是提供微纤化纤维素基多孔材料，特别是泡沫材料，其不需要冷冻干燥和/或不需要(或最小化)使用潜在危险材料和/或避免(或最小化)如以上示例性讨论的本领域的多孔纤维素基材料的缺点。

本发明人已经令人惊讶地发现，通过向悬浮液中加入预定尺寸的水溶性盐颗粒以帮助孔形成，然后通过常规的烘箱干燥来稳定多孔结构，接着将水溶性盐从干燥且固化的微纤化纤维素泡沫中浸出的方式，由微纤化纤维素(MFC)悬浮液(在水中)生产轻质、多孔的纤维素结构是可能的。

泡沫的孔径和孔隙率(密度)可以通过加入水溶性盐或化合物的颗粒来控制，特别是当温度从20℃变化到100℃时，其在水中的溶解度变化小于25％，优选小于15％，进一步优选小于10％的盐。这样的盐的一个合适的实例是氯化钠(NaCl)。