[发明专利]用于生产纳米纤维素材料的方法

说明书

一种用于由纤维素纤维材料生产非衍生化纳米纤维素材料的方法，其包括以下步骤：提供纤维素纤维材料在包含溶胀剂和处理溶剂的非水性处理液体的连续相中的悬浮体；使纤维素纤维材料溶胀以形成经溶胀的纤维素纤维材料在非水性处理液体的连续相中的悬浮体；任选地精制所述经溶胀的纤维素纤维材料在非水性处理液体的连续相中的悬浮体以增加经溶胀的纤维素纤维材料的细度；从处理液体中除去溶胀剂以形成纤维素纤维材料在处理溶剂的连续相中的悬浮体；使经溶胀的并且任选经精制的纤维素纤维材料经受高剪切粉碎以从经溶胀的并且任选经精制的纤维素纤维材料中释放非衍生化纳米纤维素材料并且形成非衍生化纳米纤维素材料在处理溶剂的连续相中的分散体；使非衍生化纳米纤维素材料在处理溶剂的连续相中的分散体与超临界流体接触以除去处理溶剂并分离非衍生化纳米纤维素材料，其中超临界流体优选为超临界二氧化碳或氨；所述方法的特征在于溶胀剂为低转变温度混合物(LTTM)以及特别地深共熔溶剂，所述低转变温度混合物以及特别地所述深共熔溶剂可溶于处理溶剂，并且其中处理溶剂对于纤维素纤维材料和非衍生化纳米纤维素材料是非增溶性的。

技术领域

本发明涉及用于由纤维素前体材料生产纳米纤维素材料的方法。

现有技术

纤维素是可从可再生资源例如植物材料中广泛获得的材料。纤维素作为纤维存在于绿色植物的初生细胞壁中，其中其通常发现于与半纤维素、木质素、果胶和其他物质的混合物中。纤维素纤维本身由结晶区和无定形区组成，结晶区被称为纤维素纳米纤维(cellulose nanofiber，CNF)和纳米晶纤维素(nanocrystalline cellulose，NCC)，其两者都可以与无定形区分开，并且表现出使它们高度适用于材料应用和其中CNF或CNC凝胶用于例如化妆品例如用作凝胶的其他应用中的增强用途的机械特性。

然而，由纤维素材料例如木浆生产纤维素纳米纤维(CNF)或纳米晶纤维素(NCC)是技术要求高并且能源密集的，这是为什么在以包含最少的有害化学品的既简单又节能的方式生产纤维素纳米纤维(CNF)或纳米晶纤维素(NCC)的领域中具有不断的期望。

EP 2 712 364提出了通过依靠水性吗啉和/或哌啶的溶胀剂特性，使纤维素前体材料在吗啉、哌啶、或其混合物的水溶液中的溶胀可以通过减少从纤维素前体释放纳米纤维素材料所需的微流化步骤的数量来减少能量消耗。然而，必须进一步处理所获得的纳米纤维素的水性悬浮体以产生可再分散的纳米纤维素粉末，这在技术上可能是有挑战性的。例如，在使用超临界流体干燥通过所述方法获得的纳米纤维素的情况下，必须预先除去吗啉和哌啶，因为它们倾向于与最常用的超临界流体例如二氧化碳发生化学反应并且必须用另一惰性处理流体替代。此外，吗啉和哌啶是有害物质，必须小心处理并且必须在商业化之前从纳米纤维素材料中彻底除去，特别是对于纳米纤维素的制药或食品应用。

在Green Chem.,2015,17,3401-3406中，等描述了在微流化之前用氯化胆碱/脲作为溶胀剂对木质纤维素进行预处理以从经预处理的木质纤维素中释放纳米原纤化纤维素(nanofibrillated cellulose，NFC)。然而，在微流化之前，首先用去离子水洗涤经预处理的木质纤维素以除去预处理之后的深共熔溶剂，然后仅对如此获得的经预处理的木质纤维素的水性悬浮体进行微流化。然后将如此获得的纳米原纤化纤维素(NFC)的水性悬浮体冷冻干燥以制备用于进一步分析的样品。然而，通过冷冻干燥从纳米纤维素中除去水产生无法容易地再分散并且具有差的流变特性的纳米纤维素。

因此，期望提供优选地在不使用有害化学品的情况下可以减少总能量的用于制造纳米纤维素的简化方法。

发明内容