去除半纤维素的方法技术

一种处理纤维素材料的方法，包括：用提取剂提取纤维素材料以选择性地提取其中的半纤维素，并且分离提取出的半纤维素以形成纤维素产物，其包含少于含纤维素的材料的半纤维素。提取剂包含离子液体和非溶剂。纤维素产物保留了纤维素纤维形态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 交叉引用的相关申请 本申请要求2013年3月14日提交的美国申请13/827, 767和2013年3月14 日提交的美国申请13/827,881的优先权，要求了 2012年8月20日提交的美国临时申请 61/684, 993的优先权，在此引入其整体内容作为参考。 专利
本专利技术总体上涉及从含纤维素的材料中除去半纤维素。特别是，本专利技术涉及从含 纤维素的材料中提取半纤维素的方法。 专利技术背景 纤维素通常从木浆和棉中得到，并且可以进一步改性以制得其它衍生物，包括纤 维素醚、纤维素酯和硝酸纤维素等等。纤维素衍生物具有多种商业用途。例如，乙酸纤维素 是纤维素的乙酸酯，所述乙酸纤维素用做各种产品，包括纺织品（如衬里、宽松上衣、连衣 裙、婚礼和聚会盛装、家居装璜、帐帘、室内装饰布和防滑套），工业用途（如用于烟草制品 的香烟和其它过滤器、纤维笔尖笔的油墨存储器和装饰木材），高吸收产品（如尿布、卫生 巾及外科产品），热塑性产品（如薄膜应用、塑料工具和带子），化妆品和药物（延长胶囊/ 片剂释放剂和包封剂），医用（低过敏性外科产品）等。 作为制备纤维素衍生物如乙酸纤维素的起始材料，需要高纯度的a-纤维素。乙 酸酯级浆料是在商业浆料加工中产生的特殊原料，但这样的浆料成本高。商业纸级浆料含 有少于90%的a-纤维素并且是制备纤维素衍生物潜在的粗纤维素来源。然而，纸级浆料 还含有大量的杂质如半纤维素，使其与某些工业用途如制备乙酸酯片或丝不相容。 Zhou等讨论了使用二甲基二环氧乙烷（DMDO)和浆料漂白剂来处理桦树浆，并获 得乙酸酯级浆料。然而由于DMD0不稳定性而不能商购。因此，它不是生产大量的高a-纤 维素楽料的理想溶剂。Zhou等"Acetate-grade pulp from birch"，BioResources，（2010)， 5(3)，1779-1778。 有关将生物质处理来形成生物燃料已经做出研宄。具体地说，已知各种离子液体 可以用于溶解纤维素材料。s. Zhu等在Green Chem，2006,8,第325-327页中描述了将纤维 素溶解在离子液体中，以及通过加入适当的沉淀剂如水、乙醇或丙酮来回收的可能性。 其他人已经使用离子液体来分解纤维素材料以由葡萄糖来制备生物燃料。例如， 美国专利申请2010/0112646公开了一种由纤维素材料制备葡萄糖的工艺，其中提供含纤 维素的起始材料，并用包含离子液体和酶的液体处理介质进行处理。相似地，美国专利申请 2010/0081798公开了由含木质纤维素素的材料制备葡萄糖的工艺，其中该材料首先用离子 液体处理，然后进行酶水解。美国专利申请2010/0081798描述了通过用离子液体处理含木 质纤维素的材料并同样经受酶水解和发酵来获得葡萄糖。然而，为了把含纤维素材料转化 为葡萄糖，这些参考文献中公开的方法导致了纤维素分子分解，使得它们不适合用作制备 纤维素衍生物的起始材料。 美国专利7, 828, 936描述了一种溶解纤维素的方法，其中纤维素基原料与极性非 质子晶间溶胀剂和离子液体的混合物混合。该方法导致纤维素的完全溶解和纤维素纤维形 态的破坏。虽然纤维素可以使用非溶剂再生，但再生纤维素的结晶度可能不同于原始纤维 素样品。 因此，需要有一种从较低级的起始材料生产高纯度a -纤维素而不破坏纤维形态 和纤维素结构的其它特性的方法。特别是，需要有经济高效的方法，将半纤维素从纤维素材 料中去除以回收高纯度a _纤维素，其可以转化为其它的纤维素衍生物。 专利技术概述 在第一实施方案中，本专利技术涉及一种用于处理纤维素材料的方法。该方法包括用 提取剂提取纤维素材料以选择性地提取半纤维素的步骤。提取可以在30°C -150°C的温度 下进行5-180分钟之间的时间。在一些实施方案中，提取步骤可以重复，以除去额外的半纤 维素。优选地，提取剂包括离子液体和非溶剂。非溶剂优选能够沉淀纤维素产物。在一些 实施方案中，非溶剂是水、DMSO或它们的组合。该方法进一步包括从纤维素产物中分离所 提取的半纤维素的步骤，纤维素产物包含比纤维素材料更少的半纤维素，例如少至少10%。 优选地，纤维素材料中少于15%的纤维素被提取剂提取出来。其结果是，纤维素产物理想地 保留了纤维素的纤维形态。在另一个实施方案中，纤维素产物保留了其它合适的特性，如特 性粘度和亮度。 在优选的实施方案中，离子液体选自由咪唑|翁,盐、吡啶鑛.盐、铵盐和鱗.盐组成的 组。在一些实施方案中，离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑翁乙酸盐。非溶剂可以是能够沉 淀纤维素产物的并且在一些实施方案中可以是水或二甲亚砜。在一些实施方案中，非溶剂 可以选自由水、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸和它们的混合物组 成的组。在进一步的实施方案中，非溶剂可以包含水和/或二甲亚砜。提取剂可以包含至少 0. lwt%的离子液体和至多99. 9wt%的非溶剂，例如至少50wt%的离子液体和至少5wt% 非溶剂。在一些实施方案中，所述提取剂可包含至少50wt %的1-乙基-3-甲基咪唑鍵乙 酸盐。在进一步的实施方案中，提取剂可以包含至少5wt%的水。在更进一步的实施方案 中，提取剂可以包含至少〇. lwt%的离子液体，至多18wt%的水和至少10wt%的二甲基亚 砜。纤维素材料可以包括木浆，优选纸级木浆。纤维素产物可以具有277nm下小于20.0的 吸光度。除去步骤可以包括间歇、并流或逆流提取，并且可以包括使用搅拌槽、水力碎浆机、 螺杆输送机或螺杆提取器。固相和液相可以通过过滤器或离心机分离。该方法可以进一步 包括用酶处理所述纤维素材料，例如用半纤维素酶。该方法可以进一步包括用二甲基亚砜、 二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、碳酸二甲酯、丙酮和/或水的至少一 种来洗绦纤维素产物。 在第二实施方案中，本专利技术涉及生产高纯度a -纤维素级浆料的方法。该方法包 含通过用包含离子液体和非溶剂的提取剂处理木浆形成中间体木浆，以从木浆中提取半 纤维素的步骤，该中间体木浆保留了纤维素纤维形态和其它适当的特性，如特性粘度和亮 度。该方法进一步包括用酶处理中间体木浆以水解其中包含的半纤维素并且形成半纤维 素减少的木浆。该方法进一步包括用洗涤溶液洗涤半纤维素减少的木浆，以形成高纯度的 a -纤维素级浆料的步骤。在一些实施方案中，洗涤溶液选自由DMSO、N-甲基吡咯烷酮、 DMF、甲醇、乙醇、异丙醇、碳酸二甲酯、丙酮和/或水组成的组，优选水和/或丙酮。高纯度 a -纤维素级浆料可以具有在277nm下小于2. 0的吸光度。高纯度a -纤维素级浆料可以 包括比木浆少至少20%的半纤维素。在一些实施方案中，提取剂可进一步包含至少50wt % 的二甲亚砜，并且可以包含至少0. lwt%的离子液体。去除步骤可包括间歇、并流或逆流提 取，并且可以包括使用搅拌槽、水力碎浆机、螺杆输送机或螺杆提取器。固相和液相可以通 过过滤器或离心机分离。 在第三实施方案中，本专利技术涉及一种高纯度a-纤维素级浆料产物，该高纯度 a -纤维素级浆料产物通过使用离子液体、水和酶的混合物从纤维素材料中去除半纤维素 来纯化。高纯度a-纤维素级浆料产物理想地包含少于5%的半纤维素。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理纤维素材料的方法，包括：用提取剂提取纤维素材料以选择性地提取半纤维素，其中提取剂包含离子液体和非溶剂；以及从所述纤维素材料中分离提取出的半纤维素，以形成纤维素产物，其包含少于所述纤维素材料的半纤维素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣福，J·密塔，屠晓燕，P·班塞尔，M·库姆斯，D·法伦，L·E·齐泽尔，
申请(专利权)人：国际人造丝公司，
类型：发明
国别省市：美国;US