NCC膜和基于NCC膜的产品制造技术

提供了基于NCC的材料，其作为用于防止氧气和湿气从中穿透的极好的屏障材料。

NCC film and products based on NCC film

The NCC based material is provided as an excellent barrier material for preventing oxygen and moisture from penetrating.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】NCC膜和基于NCC膜的产品
本专利技术大体上预期纳米晶体纤维素(NCC)的用途和由纳米晶体纤维素制成的产品。专利技术背景木葡聚糖是在植物细胞壁和种子中发现的广泛分布的半纤维素多糖。在细胞壁中，木葡聚糖通过氢键与纤维素微纤维缔合，形成纤维素-木葡聚糖网络。木葡聚糖是从罗望子(TamarindusIndica)树的种子商业获得的。从罗望子种子提取的木葡聚糖是具有被1,6-α-D-吡喃木糖基侧链部分地取代的1,4-β-D-葡聚糖主链的多糖，所述侧链中的一些被1,2-α-D-吡喃半乳糖基残基进一步取代。木葡聚糖对纤维素具有高的天然亲和力，并且其是已知的纸的强度增强剂。木葡聚糖可以以约1％的低浓度被添加至纸生产的湿部(wetend)，提高生产的纸的机械性能。商品木葡聚糖可以从各种来源获得，也可以以纯的形式获得。从种子获得的商品木葡聚糖被称为罗望子仁粉(tamarindkernelpowder)(TKP)，并且被认为是废品。除木葡聚糖外，TKP还含有蛋白质、脂质、纤维和灰分。为了将纳米晶体分散在疏水性溶剂/聚合物中，纳米晶体纤维素(NCC)的化学改性是必要的。存在许多不同的方法来改性NCC以及产生纤维素纳米晶体的更疏水的表面，这样的方法包括NCC的硫酸半酯与季铵盐或脂肪胺之间的静电相互作用；使用从乙酸到更疏水的酸的有机酸的酸催化的Fisher酯化，；以及使用在气相中或在溶剂中的有机胺使NCC甲硅烷基化。还可以使用有机酸衍生物作为疏水性衍生物；这些包括由碱催化形成的酸酐或酰氯。背景出版物[1]美国专利申请第20140065406号[2]美国专利申请第20150017432号[3]美国专利申请第20110283918号[4]Belbekhouche，Sabrina等人"Watersorptionbehaviorandgasbarrierpropertiesofcellulosewhiskersandmicrofibrilsfilms."CarbohydratePolymers83.4(2011):1740-1748。[5]Cerclier，Carole等人"Elaborationofspin-coatedcellulose-xyloglucanmultilayeredthinfilms."Langmuir26.22(2010):17248-17255。[6]Jean，Bruno等人"Non-ElectrostaticBuildingofBiomimeticCellulose-XyloglucanMultilayers."Langmuir25.7(2008):3920-3923。[7]Cerclier，CaroleV.等人"Xyloglucan–cellulosenanocrystalmultilayeredfilms:effectoffilmarchitectureonenzymatichydrolysis."Biomacromolecules14.10(2013):3599-3609。[8]Gu，Jin和JeffreyM.Catchmark."Rolesofxyloglucanandpectinonthemechanicalpropertiesofbacterialcellulosecompositefilms."Cellulose21.1(2014):275-289。[9]Saxena，Amit等人"Highoxygennanocompositebarrierfilmsbasedonxylanandnanocrystallinecellulose."Nano-MicroLetters2.4(2010):235-241。[10]CelluloseChem.Technol.,48(3-4),199-207(2014)。[11]BioResources,7(1),1068-1083(2012)。[12]美国专利第5,608,050号一般说明物理屏障、膜或材料纱线和片材可以被用作包装材料，例如用于防止免受攻击和劣化产品的内容物的外部因素(externalagent)的影响。寻求具有改进的阻隔性能的包装材料是由需要尤其是克服食品的可降解性过程以及使其贸易和分销更加高效且成本有效所驱动的。新型包装材料的出现与以下紧密相关：寻求持久保护包装内容物免受外部因素特别是诸如氧气、水蒸气的气体，以及还有免受脂肪、化学品、气味(odor)和味道(flavor)的影响以及寻求防止气体、水蒸气和香气(aroma)逃离包装。最常见的用屏障阻止进入的主要的两种外部因素是水分和气体。实现良好的防潮层(moisturebarrier)对于塑料来说相对容易。阻隔气体是更复杂的任务。氧气阻隔能力且换句话说蒸气和气体不可渗透性也是膜的高度独特和可区分的特性。如本文所证明的，根据本专利技术的涂覆塑料膜(例如BOPP)的薄NCC层(1μm-2μm)将透氧率(oxygentransmissionrate)降低了3个数量级。NCC涂层的阻隔能力与EVOH的阻隔能力相当；然而，本专利技术的NCC涂层的优点在其施加简单及其降低的可降解性方面超过了EVOH屏障的优点。当试图强制现有材料作为用于防止由例如气体材料从其穿过的屏障时，现有的包装材料的表面涂层可能是最资源有效的(resource-effective)方法。本专利技术的产品适合被用作用于表面涂层的材料，并被建议作为其他已知材料如PVdC的生物基的(bio-based)、可回收的替代品。本专利技术的材料可以从溶液或其他液体分散体中被施加至任何类型的基材，例如纸、金属箔或塑料。当涂层非常薄时，小于总成品膜厚度的5％时，基材可以被认为是单层材料。本专利技术的制剂可以作为水基涂层施加至塑料膜，例如双轴取向的聚丙烯(BOPP)和聚酯(PET)。包含本专利技术的材料的涂层增加了膜的阻隔性能，这降低了膜对氧气和其他因素(agent)例如味道和香味的渗透性，因此延长了包装内包含的食品的贮存期。与以专用涂覆工艺施加的大多数液体高阻隔材料不同，本专利技术的制剂可以通过柔包装工业中常用的在线卷对卷方法来施加，例如柔版印刷、凹版印刷或平版印刷工艺(litho-coatingprocess)。根据本专利技术的NCC制剂可以通过各种方法被施加至基材，主要是通过辊涂，其中通过使移动的纸幅(movingweb)与旋转的涂布辊(applicatorroll)接触来施加材料。涂布辊从合适的源，另一个辊或槽中获得涂料，并且将其转移至基材纸幅(substrateweb)。在接下来的步骤中，将涂料的悬浮的水在干燥箱中蒸发，在干燥箱中颗粒变得聚结并且涂料被进一步固化。不希望受理论束缚，由于液晶NCC在干燥时获得其高度有序的分子结构，因此刚性棒状颗粒通过使彼此平行排列而聚集，从而形成通过氢键促进的、具有高机械性能和阻隔性能的自增强结构。干燥过程的长度决定何时可以进一步处理或重绕涂覆的基材。加速涂料的早期性能特性的开发允许提高的生产率，并使涂料生产线(coatingline)能够以较低的能量消耗运行得更快。本文公开的技术的专利技术人已经开发了通常可以以三种主要方式使用的屏障材料(barriermaterial)：-均质层，作为单一材料、混合物(mixture)或共混物(blen本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备纳米晶体纤维素(NCC)酯的工艺，所述工艺包括在至少一种酸的存在下用至少一种酯源处理NCC，其中与NCC的重量相比，所述至少一种酸的量在0.01％和10％之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.17 US 62/219,816;2015.10.21 US 62/244,243;1.一种用于制备纳米晶体纤维素(NCC)酯的工艺，所述工艺包括在至少一种酸的存在下用至少一种酯源处理NCC，其中与NCC的重量相比，所述至少一种酸的量在0.01％和10％之间。2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述至少一种酸选自无机酸和有机酸。3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述至少一种酸是选自HCl、H3PO4、H2SO4和高氯酸的无机酸。4.根据权利要求1所述的工艺，其中所述至少一种酸是选自对甲苯磺酸、柠檬酸和酒石酸的有机酸。5.根据权利要求3所述的工艺，其中所述无机酸是H2SO4。6.根据权利要求1所述的工艺，其中与所述NCC的重量相比，所述至少一种酸的量在0.01％和9％之间、在0.01％和8％之间、在0.01％和7％之间、在0.01％和6％之间、在0.01％和5％之间、在0.01％和4％之间、在0.01％和3％之间、在0.01％和2％之间、在0.01％和1％之间、在0.1％和10％之间、在0.1％和9％之间、在0.1％和8％之间、在0.1％和7％之间、在0.1％和6％之间、在0.1％和5％之间、在0.1％和4％之间、在0.1％和3％之间、在0.1％和2％之间，或在0.1％和1％之间。7.根据权利要求1所述的工艺，其中所述至少一种酸是硫酸并且所述硫酸的量在0.1％和5％之间。8.根据权利要求1所述的工艺，其中所述至少一种酸是硫酸并且所述硫酸的量在0.1％和1％之间。9.根据权利要求1所述的工艺，其中所述至少一种酸是硫酸并且所述硫酸的量在0.5％和1％之间。10.根据权利要求1所述的工艺，其中所述至少一种酯源选自至少一种酸酐、至少一种羧酸、至少一种羧酸酯和至少一种酰卤。11.根据权利要求10所述的工艺，其中所述至少一种酯源选自至少一种酸酐和至少一种羧酸。12.根据权利要求11所述的工艺，其中所述至少一种酯源是至少一种酸酐或至少一种羧酸。13.根据权利要求11所述的工艺，其中所述至少一种酯源是至少一种酸酐和至少一种羧酸的组合。14.根据权利要求1所述的工艺，包括在至少一种酸的存在下用至少一种酸酐处理NCC，所述至少一种酸是以在0.01％和10％之间的量。15.根据权利要求1所述的工艺，包括在至少一种酸的存在下用至少一种羧酸处理NCC，所述至少一种酸是以在0.01％和10％之间的量。16.根据权利要求1所述的工艺，包括在至少一种酸的存在下用至少一种酸酐和至少一种羧酸处理NCC，所述至少一种酸是以在0.01％和10％之间的量。17.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，在40℃和110℃之间的温度进行。18.根据权利要求1至16中任一项所述的工艺，在低于110℃的温度进行。19.根据权利要求18所述的工艺，其中所述温度在50℃和110℃之间、在50℃和100℃之间、在50℃和90℃之间、在50℃和80℃之间、在50℃和70℃之间、在60℃和110℃之间、在60℃和100℃之间、在60℃和90℃之间、在60℃和80℃之间、在60℃和70℃之间、在70℃和110℃之间、在70℃和100℃之间、在70℃和90℃之间、在70℃和80℃之间、在80℃和110℃之间、在80℃和100℃之间，或在80℃和90℃之间。20.根据权利要求1所述的工艺，包括在40℃和110℃之间的温度在至少一种酸的存在下用至少一种酯源处理NCC，所述至少一种酸是以在0.01％和10％之间的量。21.根据权利要求1所述的工艺，包括在40℃和110℃之间的温度在至少一种酸的存在下用至少两种酯源处理NCC，所述至少一种酸是以在0.01％和10％之间的量。22.根据权利要求21所述的工艺，其中所述至少两种酯源选自两种或更多种不同的酸酐和两种或更多种不同的羧酸，或其混合物。23.根据权利要求22所述的工艺，其中所述至少两种酯源包含至少一种酸酐和至少一种羧酸。24.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述至少一种酯源是乙酸酐。25.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述至少一种酯源是乙酸。26.根据权利要求1所述的工艺，所述工艺包括在40℃和110℃之间的温度、在至少一种酸的存在下，用乙酸和乙酸酐处理NCC。27.根据权利要求1所述的工艺，其中乙酸与NCC的比率在5-20比1之间，并且乙酸酐与NCC的比率在0.5-2比1之间。28.NCC酯，根据权利要求1至27中任一项所述的工艺获得。29.根据权利要求28所述的NCC酯，是NCC乙酸酯。30.一种制剂，包含根据权利要求28所述的NCC酯或根据权利要求29所述的NCC乙酸酯。31.根据权利要求30所述的制剂，是包含在0.1％和5％之间的NCC酯或NCC乙酸酯的乙醇溶液。32.一种固体膜，包含根据权利要求28所述的NCC酯。33.根据权利要求32所述的固体膜，其中所述NCC酯是NCC乙酸酯。34.一种泡沫材料，包含根据权利要求28所述的NCC酯。35.一种多堆叠结构，包含三个或更多个材料膜，所述三个或更多个材料膜中的至少一个材料膜是根据权利要求28所述的NCC酯的膜或层。36.一种材料片材，包含根据权利要求28所述的NCC酯。37.根据权利要求30或31所述的制剂，还包含至少一种添加剂。38.根据权利要求37所述的制剂，其中所述至少一种添加剂选自纤维素、纤维素纸浆、至少一种纤维素衍生物、至少一种纳米纤维素材料、至少一种聚合物、至少一种防腐剂、至少一种去污剂、至少一种增塑剂和至少一种半纤维素。39.根据权利要求38所述的制剂，其中所述至少一种添...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞卡德·斯拉特加德，西格尔·罗斯沙莱夫，克拉里特·阿泽尔拉夫，尤瓦尔·尼沃，
申请(专利权)人：美罗迪亚有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL