制造互穿聚合物网络材料的方法、其产品和所述产品的用途技术

本发明专利技术涉及一种互穿聚合物网络(IPN)材料，其包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物，和与MCC、MFC或其混合物一起形成IPN的至少一种聚合物。本发明专利技术还涉及IPN材料的制造方法以及IPN材料在造纸工业中的用途。

Method for producing interpenetrating polymer network material, product thereof and use of said product

The invention relates to an interpenetrating polymer network (IPN) material, which contains microcrystalline cellulose (MCC), microfibrillated cellulose (MFC) or mixtures thereof, and at least one polymer to form IPN and MCC, MFC or mixtures thereof. The invention also relates to a method for producing IPN material and the use of IPN material in the paper making industry.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造互穿聚合物网络材料的方法、其产品和所述产品的用途专利
本专利技术涉及一种制造互穿聚合物网络材料的方法及其产品。本专利技术还涉及所述互穿聚合物网络材料在造纸工业中的用途。
技术介绍
造纸工业不断努力提高纸张和纸板质量，提高处理速度，降低制造成本等。各种化学品(合成和天然存在的)用于处理纸浆，以改善例如保留和排水，并产生最终纸制品的物理性质，例如湿强度和干强度。保留剂是改进功能化学品在基质中的保留性的加工化学品。结果是，总体上使用更少的化学品来获得功能化学品的相同效果，而更少的化学品被浪费掉。排水添加剂是增加丝网(wire)上水分从纸浆的排出速率的物质。常用的排水添加剂是阳离子淀粉和聚丙烯酰胺。湿强度添加剂确保纸张变湿时保持其强度。这在棉纸中尤其重要。湿强度添加剂的实例是脲-甲醛(UF)、三聚氰胺-甲醛(MF)和聚酰胺-表氯醇(PEA)。干强度添加剂是提高正常或非湿条件下纸张强度的化学品。使用的典型化学品是淀粉和聚丙烯酰胺(PAM)衍生物。淀粉和PAM衍生物可以是带阴离子电荷或阳离子电荷的。通过使用阳离子淀粉或PAM，带负电荷的纤维可以与阳离子淀粉或PAM结合，从而增加纤维之间的相互连接，从而增加强度。例如，US8,647,470公开了一种用于生产具有改进的干强度的纸、纸板和卡板的方法。改进的干强度通过向原料中加入包含纳米纤维素和至少一种选自阴离子聚合物和水溶性阳离子聚合物的聚合物的水性共混物，纸原料排水并干燥纸制品而获得。互穿聚合物网络(IPN)是一种也称为IPN材料的聚合物，其包含两个或更多个在分子尺度上至少部分交错但不彼此共价键合的网络。除非化学键断裂，否则网络不能分离。可以设想两个或多个网络以这样的方式缠结，即，它们被连结并且不能被拉开，但不通过任何化学键彼此键合。换句话说，互穿聚合物网络是至少两种聚合物的组合，其中至少一种聚合物在其它聚合物的直接存在下被合成(聚合)和/或交联。简单地混合两种或更多种聚合物不会产生互穿聚合物网络(而是聚合物共混物)，也不会由至少一种类型的彼此键合以形成一个网络(杂聚物或共聚物)的单体产生聚合物网络。文献Chang等人，PolymersforAdvancedTechnologies(2011)，22(9)，1329-1334公开了通过IPN方法制备的纤维素/聚(N-异丙基丙烯酰胺)双网络水凝胶的结构和性质。纤维素水凝胶通过在NaOH/尿素水溶液中化学交联纤维素来制备，其用作第一网络。随后通过在纤维素水凝胶中原位聚合/交联N-异丙基丙烯酰胺获得第二网络。该方法产生双网络水凝胶，其将天然聚合物和合成的聚(N-异丙基丙烯酰胺)共同合并在一个体系中。即使存在可用的含纤维素的IPN，仍然需要新型含纤维素的IPN材料，其在制造具有改进性能的纸和纸板中作为添加剂而使用。专利技术概述本专利技术涉及根据权利要求1的制造互穿聚合物网络材料的方法。本专利技术还涉及根据权利要求8的互穿聚合物网络材料。另外，本专利技术还涉及根据权利要求14的互穿聚合物网络材料的用途。专利技术人惊奇地发现，互穿聚合物网络材料，其包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物和与MCC、MFC或其混合物一起形成互穿聚合物网络的至少一种聚合物，可以用作造纸工业中的添加剂，以提高加工速度并改进最终产品的质量。例如，与阳离子聚丙烯酰胺(cPAM)相比，本专利技术的IPN材料显著地改进了排水时间。互穿聚合物网络(IPN)材料的优点为IPN材料具有所有组分(MCC/MFC和其它聚合物)的性质。另外，通过本专利技术的方法容易地制造IPN材料。IPN材料在造纸工业中用作添加剂。由于本专利技术的IPN材料含有纤维素材料(MFC/MCC)，所以与单独的合成聚合物相比，IPN材料对纤维素的粘附性、吸收性更好。IPN材料具有MCC/MFC和其它聚合物二者的性质。附图简述图1显示了与阳离子聚丙烯酰胺(HM-0)相比，本专利技术的IPN材料(HM-MFC)的排水时间。详细描述术语“互穿聚合物网络(IPN)材料”是指MCC、MFC或其混合物和至少一种聚合物的组合，其中所述至少一种聚合物在MCC、MFC或其混合物的直接存在下(原位)被合成(聚合)或交联，或合成和交联。术语“至少一种聚合物”是指并非MCC或MFC的一种、两种、三种或更多种其它类型的聚合物。术语“至少一种单体”是指单一类型的单体、两种不同类型的单体、三种不同类型的单体或更多不同类型的单体。换句话说，单体可以具有一种类型，或者单体可以具有两种或更多种不同类型。单一类型的单体的聚合产生均聚物。两种或更多种不同类型的单体的聚合产生共聚物。在本专利技术的一个方面，提供了一种制造互穿聚合物网络(IPN)材料的方法。更具体地，提供了一种制造互穿聚合物网络(IPN)材料的方法，其包括i)提供包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物和至少一种单体的水溶液；ii)将所述至少一种单体原位聚合，以与MCC、MFC或其混合物一起形成IPN；和iii)获得IPN材料。在步骤i)中提供包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物和至少一种单体的水溶液。微原纤维化纤维素(MFC)也可以称为纳米原纤维纤维素(NFC)、纳米纤维素、纳米原纤维化纤维素、纤维素纳米纤维，纳米级原纤维化纤维素、微原纤维纤维素、纤维素纳米原纤维(CNF)或任何基于木质的原纤维化纤维(SR>75)。MFC原纤维从基于木质的纤维中分离，并且MFC纤维的宽度和长度根据具体制造过程而变化。MFC的典型宽度为约3nm至约3μm，优选约3至约300nm，例如约3至约100nm，约10至约300nm，约10至约100nm，或约100至约300nm；典型的长度为约100nm至约700μm，优选约100nm至约200μm，例如约100nm至约50μm，约200nm至约40μm，约400nm至约30μm，约500nm至约20μm，约500nm至约10μm，约500nm至约100μm，或约1-50μm。微晶纤维素(MCC)也可以称为纤维素微晶(CMC)，是一类纤维素纳米结构材料，通常直径约为10-15μm，含有一定程度的结晶度，并且由聚集的纤维素束构成。MCC通常通过部分解聚高纯度纤维素制造，通常具有通常小于400的聚合度，通常由其中不超过10％具有低于5μm的直径的颗粒构成，并且通常具有小于2的长径比。MFC和MCC可以用已知的方法生产。此外，MCC和MFC是可商购的。也可以例如通过向MFC和MCC引入阴离子电荷或阳离子电荷来改性MFC和MCC。水溶液可以通过将MCC、MFC或其混合物在水中与至少一种单体一起混合而获得。在一个实施方案中，首先将MCC、MFC或其混合物与水混合，然后加入至少一种单体并混合形成的混合物。在另一个实施方案中，首先将至少一种单体与水混合，然后加入MCC、MFC或其混合物并混合形成的混合物。在又一实施方案中，将MCC、MFC或其混合物与水混合，并将至少一种单体与水单独混合，并将两种混合物合并以获得包含MCC、MFC或其混合物和至少一种单体的水溶液。混合方法可以是任何合适的混合方法，例如磁力搅拌器。混合也可以在升高的温度下进行。在一个实施方案中，MCC、MFC或其混合物在升高的温度如95℃下与水混合，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造互穿聚合物网络(IPN)材料的方法，其包括i)提供包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物和至少一种单体的水溶液；ii)将所述至少一种单体原位聚合以与MCC、MFC或其混合物一起形成IPN；和iii)获得IPN材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 FI 201461341.一种制造互穿聚合物网络(IPN)材料的方法，其包括i)提供包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物和至少一种单体的水溶液；ii)将所述至少一种单体原位聚合以与MCC、MFC或其混合物一起形成IPN；和iii)获得IPN材料。2.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种单体是阳离子或阴离子单体。3.根据权利要求1或2的方法，其中所述至少一种单体选自：丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酰胺、N-[2-(二甲基氨基)-1,1-二甲基乙基]丙烯酰胺，选自2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵、(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]-三甲基氯化铵、[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化铵、2-(二乙基氨基)乙基丙烯酸酯、2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯的阳离子单体，选自丙烯酸、丙烯酰氯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-(丙烯酰氨基)2-甲基-1-丙磺酸钠的阴离子单体，或其混合物；优选地，单体为丙烯酰胺和选自2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵、(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]-三甲基氯化铵、[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化铵的阳离子单体，更优选地，单体是丙烯酰胺和[2-(丙烯酰氧基)乙基]-三甲基氯化铵。4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中步骤i)中的水溶液的pH设定为酸性区域，优选pH值为2-4，更优选用己二酸设定到酸性区域。5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中ii)的聚合由一种或多种引发剂来引发，所述引发剂选自2,2'-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐、2,2'-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化物、过酸、过硫酸盐如过硫酸钾和过硫酸铵，硫酸盐或其混合物，优选过硫酸铵。6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中将从iii)获得的IPN材料干燥，优选干燥并研磨。7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中ii)在惰性气氛下，优选在N2气氛下进行。8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中MCC、MFC或其混合物的量为基于IPN材料的量的0.5-15重量％，优选1-10重量％，更优选1-5重量％，甚至更优选1-3重量％，例如1.6重量％。9.一种互穿聚合物网络(IPN)材料，其包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物；和与MCC、MFC或其混合物一起形成IPN的至少一种聚合物。10.根据权利要求9...

【专利技术属性】
技术研发人员：R卡塞勒，T伦丁，M希伊塔尼伊米，
申请(专利权)人：凯米罗总公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI