一种用于生产纳米纤丝纤维素的方法技术

在一种用于生产纳米纤丝纤维素的方法中，其中将纤维素纤维中的内部键已被化学修改削弱的纤维素基纤维材料供给通过若干个逆向转动的转子(R1,R2,R3...)而相对于转子的转动轴线(RA)沿径向方向向外以用于分离纤丝，使得材料通过不同逆向转动转子的叶片(1)的作用反复经受剪切力和冲击力，由此同时被纤丝化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于生产纳米纤丝纤维素的方法
本专利技术涉及一种用于生产纳米纤丝纤维素的方法，其中纤维素基纤维材料供应到用来分离纤丝的精磨间隙中。
技术介绍
例如，盘状精磨机或锥状精磨机精磨含有低木质纤维素浓度的纤维，浓度大约为3％-4％，纤维壁的结构被放松，纤丝或所谓的碎纤维从纤维表面分离。已成型的碎纤维和柔性纤维在多数造纸用的性质上具有有利的效果。在精磨纸浆纤维中，然而，目的是保持纤维的长度和强度。在机械纸浆的后精磨中，目的是借助精磨使得厚纤维壁变薄从而使得纤维部分纤丝化，用于从纤维表面分离纤丝。含有木质纤维素的纤维也可通过分离纤丝完全离解成较小部分，该纤丝充当在纤维壁中的组分，其中获得的微粒的尺寸变得显著得较小。因此获得的所谓纳米纤丝纤维素的性质与通常纸浆的性质显著得不同。在造纸中使用纳米纤丝纤维素作为添加剂也是可能的，增加纸质产品的内部结合强度(层间强度)和拉伸强度，也增加了纸张的紧密度。纳米纤丝纤维素在外观上与纸浆也不同，因为其为在水分散体中存在纤丝的胶状材料。由于纳米纤丝纤维素的性质，纳米纤丝纤维素已经成为期望的原材料，含有纳米纤丝纤维素的产品在工业中有若干应用，例如在各种合成物中作为添加剂。纳米纤丝纤维素可从一些细菌发酵的过程直接分离(包括醋菌属木糖醇)。然而，在纳米纤丝纤维素大规模的生产中，最具有前景的潜在原材料是源自植物和含纤维素纤维、尤其是木和由木制成的纤维纸浆的原材料。从纸浆生产纳米纤丝纤维素要求纤维进一步分解到纤丝的规格。在加工中，纤维素纤维悬浮液通过匀质化步骤运行了若干次，在材料上产生高的剪切力。这可通过在高压下引导悬浮液反复经过窄间隙来实现，在间隙中实现高速。采用精磨机盘也是可以的，纤维悬浮液被引入精磨机盘之间若干次。在实践中，目前从纤维素纤维的传统尺寸级别生产纳米纤丝纤维素只能通过实验室规模的盘状精磨机实施，其被发展用于食品工业的需要。这个技术要求若干个精磨连续运行，例如2-5次运转，以获得纳米纤维素的尺寸级别。这个方法也很难放大到工业的规模。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是消除上述缺点并提出一种在大容量和较高浓度下制造纳米纤丝纤维素的方法。为了实现这个目的，根据本专利技术的方法主要特征在于，将纤维材料引入通过若干个逆向转动的转子而相对于转子的转动轴线沿径向方向向外，使得材料通过不同逆向转动转子的作用反复经受剪切力和冲击力，由此同时被纤丝化。非常重要地，当叶片以转动速度和由半径(到转动轴线的距离)决定的圆周速度沿相反方向转动时，悬浮液中的纤维材料反复地被转子的叶片或肋冲击而从相反的方向撞击纤维材料。因为纤维材料在径向方向上向外转移，其可在叶片的宽表面、例如肋上碰撞，具有高圆周速度的所述碰撞从相对的方向一个接着另一个，换而言之，从相对的方向接收了若干相继的冲击。也在叶片宽表面、例如肋的边缘上，其边缘与下一转子的相对边缘形成叶片间隙，产生了剪切力，所述剪切力有助于纤丝化。待加工的纤维材料是这种纤维素，在该纤维素中，纤维内部键已通过化学预处理被弱化。所以纤维素是化学改性的纤维素。这种纤维素已在其机械处理之前适当地被不稳定，令人惊讶得受冲击和剪切力的影响，该冲击从叶片(肋)在密度在相反的方向的产生，其可通过一系列相继的转子产生，当纤维从一个转子的作用范围移动到下一个转子的作用范围的时候，该剪切力在叶片(肋)边缘产生。此外，当纤维悬浮液的PH值是中性的或轻微碱性范围(PH值6到9，有利地7-8)时，纤丝化运行良好。在升温(高于30度)下也有助于纤丝化。相对于温度，用于处理的正常操作环境通常是20-60度。温度有利地为35-50度。在每个转子的周界上，存在若干叶片，以及径向方向的若干上一个和/或下一个转子的叶片，因为它们的转动运动在相对的方向，反复产生了若干个窄的叶片空间或间隙，其中随着叶片的相对边缘、即肋沿相对方向移动时高速通过彼此，纤维也经受剪切力。可以陈述的是，在每一对逆向转动的转子中，大量窄的叶片间隙和相对应的冲击方向的反向在每个转子的单独转动中产生，重复频率与叶片(即，周界上的肋)的数目成比例。因此，由叶片(即，肋)在纤维材料上引起的冲击的方向以高频率改变。在转动期间叶片间隙的数目和它们的重复频率取决于在每个转子周界上分布的叶片的密度和相对应的每个转子的转动速度。这种转子对的数量是n-1，其中n是转子的总量，因为一个转子总是在径向方向与下一个外转子形成一对，除了最外的转子，已加工的纸浆通过其离开精磨过程。不同的转子例如可具有不同数量的叶片，即，肋，使得叶片的数量在最外的转子中增大。叶片(即，肋)的数量也可根据另一个公式变化。在每个转子周界上的叶片/肋的密度，还有叶片与径向方向的角度，以及转子的转动速度都可用来影响精磨效率(精磨强度)和待精磨纤维材料的通过时间。基于从不同方向的高频率的冲击的纤丝化方法特别适用于这种纤维素基纤维材料，其中纤维素的内部键已被化学预处理弱化，因此这种方法可被用来生产纳米纤丝纤维素。因此预处理的纤维素可被羧甲基化、氧化(例如，氮氧介质氧化)或阳离子化。还有一个被此方法实现的优点是，其也可用于例如与均质器相比、精磨较高浓度(2-4％)的纤维材料，因为在若干次精磨相同的材料期间的胶化不要求材料的稀释。该原则使得使用甚至高于此的浓度是可能的，其中叶片/肋的密度可相对应于在此采用的浓度而调节。供给可被实施，使得通过转子的混合物包含混合在其中的气态介质的给定体积部分，但是作为分离相，例如大于10体积％。为了强化纤丝的分离，气体含量是至少50体积％，有利地至少70％，更有利地在80到99％之间；也就是说，用填充度(待处理的纤维悬浮液通过转子的体积比例)来表述，填充度低于90体积％，不高于50％，不高于30％，并相应地在1-20％之间。气体有利地是空气，其中待处理的纤维悬浮液可供给使得给定比例的空气混入到纤维悬浮液。此方法也有利地可简单得扩大规模，例如通过增加转子的数量。附图说明下面，将参考附图更详细地描述本专利技术，在附图中：图1在截面A-A中示出了本专利技术中使用的装置，该截面A-A与转子转动的轴线重合，图2示出了图1装置的部分水平截面，图3在截面A-A中示出了根据本专利技术中使用的第二实施例的装置，该截面A-A与转子转动的轴线重合，图4示出了图3装置的部分水平截面，以及图5-7示出了用装置精磨的材料样品。具体实施方式在本申请中，纳米纤丝纤维素是指从纤维素基纤维原材料分离的纤维素微纤丝或微纤丝束。这些纤丝的特征在于其具有高的长宽比(长度/直径)：它们的长度可超过1微米，而通常直径保持小于200纳米。最小的纤丝在规模上是所谓的基本纤丝，直径通常是2-12纳米。纤丝的尺寸和大小分布取决于精磨方法和效率。纳米纤丝纤维素的特征在于纤维素基材料，其中颗粒(纤丝或纤丝束)的平均长度不长于10微米，例如在0.2到10微米之间，有利地不长于1微米，且颗粒的直径小于1微米，适宜地在20纳米到200纳米的范围。纳米纤丝纤维素的特征在于大的比表面积和用于形成氢键的强大能力。在水分散体中，纳米纤丝纤维素通常呈现为浅色或几乎无色的胶状材料。取决于纤维原材料，纳米纤丝纤维素也可包含少量其他木组分，例如半纤维素或木质素。纳米纤丝纤维素的常用相似名称包括纳米纤丝化纤维素(NFC)和微纤丝化纤维素(MFC)，纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产纳米纤丝纤维素的方法，其中将纤维素纤维中的内部键已被化学修改削弱的纤维素基纤维材料引入到精磨间隙中以用于分离纤丝，其特征在于，将纤维材料供给通过若干个逆向转动的转子(R1,R2,R3...)而相对于转子的转动轴线(RA)沿径向方向向外，使得材料通过不同逆向转动转子的叶片(1)的作用反复经受剪切力和冲击力，由此同时被纤丝化，其中纤丝化利用一系列高频反复的、具有变化作用方向的冲击并借助冲击能量来实现。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.14 FI 201161301.一种用于生产纳米纤丝纤维素的方法，其中将纤维素纤维中的内部键已被化学修改削弱的纤维素基纤维材料引入到精磨间隙中以用于分离纤丝，其特征在于，将纤维材料供给通过若干个逆向转动的转子而相对于转子的转动轴线(RA)沿径向方向向外，使得材料通过不同逆向转动转子的叶片(1)的作用反复经受剪切力和冲击力，由此同时被纤丝化，其中纤丝化利用一系列频繁反复的、具有变化作用方向的冲击并借助冲击能量来实现，当所述叶片沿相对的方向以转动速度和到转子的转动轴线的距离而决定的周界速度转动时，且当悬浮液中的纤维材料被转子的叶片(1)从相对的方向冲撞所述纤维材料而被反复冲击时，纤丝化由从相对方向若干相继的冲击而引起。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所供给的纤维材料的浓度至少是1％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所供给的纤维材料是部分胶化的。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素是被氮氧介质氧化剂氧化的纤维素。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素是羧甲基化的纤维素。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素是阳离子化的纤维素。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素基纤维材料借助将其供给通过转子而被处理，直到所述纤维材料达到布氏粘度为至少1000mPa.s，在浓度为0.8％时测得。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素基纤维材料借助将其供给通过转子而被处理，直到所述纤维材料达到浊度数值低于80NT...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·塔培尔，M·诺珀宁，
申请(专利权)人：芬欧汇川集团，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI