方法的目的是用于产生纳米纤维素的程序，其中产生的能量消耗和其它成本比在先前提供的方法中低。该方法是基于通过光、热能或水溶性有机溶剂的影响而从基于纤维素或植物的成分中分离微小颗粒。这些颗粒充当纳米纤维素的前体。在分离之后，它们在干燥状态中形成气溶胶，在液体介质中形成悬浮液，并且组合成链、微纤丝和二次形成的纤丝，该链、微纤丝和二次形成的纤丝彼此或与其它的纤维和纤丝进一步形成网络。应用是基于它们在复合材料、纸、纸板、油漆和其它材料中充当增强结构，基于形成用于电气应用、电子应用及医疗应用的薄层膜，或基于粘度、表面性质和渗透性质。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】介绍和技术现状本专利技术的目的是一种用于经济地且在小的能量消耗下产生和分离纳米纤维素及其前体，以及用于本身或无需分离成纯态来使用它们的方法。本专利技术属于化学
在下文中，术语纳米纤维素用于意指颗粒尺寸低于一微米的纤维素、形成于纳米纤维素的生物合成中的前体化合物或组分，例如初级纤丝。这些颗粒可以具有不同的尺寸和形状。已经示出纳米纤维素具有用于应用于若干工业分支的若干有用的技术性质。偏离于常规的纤维素的主要性质是高的水结合性、在低浓度下的高粘度、形成用于穿透不同材料的阻挡层、表面性质、高的比表面积、吸收和吸附性质、形成气凝胶的能力以及微晶纤维素的高机械性质。潜在应用已经被提出，尤其用于纸、纸板、包装、复合材料、电子工业、医疗工业、食品工业和化妆品工业。用于产生纳米纤维素而提出的技术已经主要基于能量密集型机械研磨、高压均化、强酸或碱金属的使用、低温或其它冷冻、低温研磨、原子官能团的接枝、酶处理或它们的组合。使用研磨和均化，获得微纤丝纤维素(MFC)。在各种配制品中，微纤丝纤维素的纤丝直径一直是5纳米至100纳米，并且纤丝长度从几十纳米至若干微米。由于测量中的困难，长径比变化或不能被计算。在酸的方法下，获得微晶纤维素(MCC)，其中长径比从2至10。用于制备的操作常常在水悬浮液中进行。由于颗粒的小的尺寸、与水相比小的密度差异、水结合性质和粘度性质，从稀释的悬浮液中分离最终产品是困难的。由于制备和分离的成本，最终产品的成本已经达到了已阻止用于预期的经济用途的水平。集中于产生和应用的发展在近几年期间一直是活跃的，并且已经引起了若干试点和预商业规模的单位。根据公布的数据，起始于2011年的这些单位中的最大单位具有每天一吨的能力。通过从自然生长的刚毛藻(Cladophora)藻类中分离微纤丝纤维素来进行产生微纤丝纤维素也是可能的(EK等人,Cellulose powder from Cladophora sp.algae.Journal of Molecular,Recognition 11,263-265,1998；Mihranyan等人,Rheological properties of cellulose hydrogels prepared from Cladophora cellulose powder.Food Hydrocolloids 21,267,2007)。从经基因工程处理的蓝绿藻产生纳米纤维素的努力仍然在实验阶段中(http://cns.utexas.edu/news,2013年4月10日)。细菌纳米纤维素(BC)可以通过葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter)(初期的名字醋酸菌(Acetobacter))的各种物种或相关物种来产生。纤维素材料在有氧培养中产生(WO 2005/003366A1,Polytechnika Lodzka,2005年1月13日)，并且可以通过若干途径被进一步制备和改性(Fu等人，Present status and applications of bacterial cellulose-based materials for skin tissue repair.Materials Science and Engineering C 33,2995-3000,2013)。到目前为止，纤维素材料的主要应用一直是在医疗设备中，尤其是用于外科移植物以及伤口和烧伤的愈合。纤维素材料是生物相容的，可以在组织生长中充当支架并且在组织中呈现一体化。用于这样的伤口愈合配制品的生产成本，如在2007年估计是USD 0.02/cm2(Czaja等人，The Future Prospects of Microbial Cellulose in Biomedical Applications.Biomacromolecules 8(1)1-12)。尽管成功的临床结果，如例如由Petersen和Gatenholm所评述的(Bacterial cellulose-based materials and medical devices:current state and perspectives.Applied Microbiology and Biotechnology.91,1277-1286,2011)，但这种材料的使用一直非常有限。原因明显地部分是培养、分离和处理该材料的高成本，部分是生产技术的可靠性和可控性的不充足的验证。在若干研究论文中研究的BC的另一个应用一直是用于复合材料。BC的微纤丝的机械性质被发现高于来自木头的纳米纤维素的机械性质(评述：Lee等人，On the use of nanocellulose as reinforcement in polymer matrix composites.Composites Science and Technology 105,15-27,2014)，但预期用于该目的的工业应用的生产成本仍然是高的。结晶纳米纤维素的拉伸强度已经被发现具有与金属铝相似的量级，并且其刚度高于玻璃纤维。还已经获得纯化的基于木头的微纤丝或细菌微纤丝的高机械性质。已经对将它们用作复合材料中的增强纤维的可能性付出了关注和预期。使用从目前可用的实验产生中获得的品质做出的数以百计的研究论文已经被公布，并且被Lee等人评述(轨迹引用(locus.citatus))。在这些研究论文的大多数中，复合材料中的纳米纤维素含量一直低于重量的20％。实质的增强从30％以上的含量开始来实现，但即使在95％含量下也不达到纯化的配制品的水平或理论计算的水平。发现或怀疑的原因是纳米颗粒的低的长径比，纳米颗粒的凝聚降低有效的长径比，弱的或不均匀的分散，不完全润湿，对结合材料的弱的粘附、获得的复合材料的多孔性和残留水的多重干扰效应。用于改进复合材料的强度性质的前提常常被认为是长径比高于50或高于100。通过将微纤丝添加至纸纤维混合物，纸的机械性质的改进和透气性的下降已经被实现(WO 2013/072550A2,UPM-Kymmene Corporation,2013年5月23日)。所使用的配制品一直被称为纤丝纤维素，并且由“衍生自纤维素材料的一批分离的纤维素微纤丝或微纤丝束”组成。在工艺的润湿阶段期间，它被添加至纤维混合物。最初由无机材料或碳制造的气凝胶的制备最近已经能够还由纤维素材料产生。方法已经是在水悬浮液中形成凝胶，然后交换溶剂和低温或冷冻干燥(Fischer等人,Cellulose-based aerogels.Polymer,47,7636-7645,2006；等人,Long and entangled native cellulose I nanofibers allow flexible aerogels and hierarchically porous templates for functionalities.Soft Matter 4,2492-2499,2008；Heath和Tielemans,Cellulose nanowhisker aerogels.Green Chem,12,1448-1453,2010)。已经发现，通过与间苯二本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于产生和使用纳米纤维素、其前体、聚集体以及包含纳米纤维素的产品的方法，其特征在于，纳米尺寸的颗粒通过借助于光、受控加热或水溶性有机溶剂处理纤维素材料而从纤维素材料的纤丝中被分离。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.12 FI 201400671.一种用于产生和使用纳米纤维素、其前体、聚集体以及包含纳米纤维素的产品的方法，其特征在于，纳米尺寸的颗粒通过借助于光、受控加热或水溶性有机溶剂处理纤维素材料而从纤维素材料的纤丝中被分离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光源是可见光或红外光。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光源是紫外光。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，热处理在不超过180℃的温度下进行。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加热通过供给产生热的电磁能来进行。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理通过除去结合水来实现。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，除去结合水通过水溶性有机溶剂来实现。8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，待处理的材料由非木本植物的部分或组分组成。9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，待处理的材料是再循环的纤维素纤维或含有再循环的纤维素纤维的纤维素材料。10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述纤维素材料用半纤维素或果胶分解酶预处理。11.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述纤维素材料通过冻融循环预处理。12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，纳米级的颗粒在干燥状态中分离为气溶胶，并且在液体介质中分离为悬浮液。13.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，纳米级的颗粒彼此组合，形成链、初级纤丝、微纤丝、二次形成的纤丝以及这些的网络。14.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，纳米级的颗粒的分离和它们的组合在用能量或除水溶剂处...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊尔约·马尔基，
申请(专利权)人：纳诺雷菲克斯公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI
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