制造包含MFC的膜的方法技术

制造包含微原纤化纤维素的膜的方法，其中所述膜具有低OTR值且尤其适合用于热带环境。该方法包括以下步骤：提供包含微原纤化纤维素(MFC)的悬浮体，由所述悬浮体形成膜，其中膜的固含量高于40％，优选高于50％，用火焰或等离子体处理来处理膜，使得在膜上发生表面活化，和使膜冷却，其中膜的表面具有降低的OTR值和高防潮性。

Method of Manufacturing Membranes Containing MFC

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造包含MFC的膜的方法
本专利技术涉及制造包含微原纤化纤维素(MFC)的膜的方法，其中所述膜具有低透氧率(OTR)值且尤其适合用于热带环境，即高湿度，高于≥75％，和高温度，≥30℃。
技术介绍
MFC膜，即包含微原纤化纤维素(MFC，也称为纳米纤维素)的膜已知具有良好的强度和高氧气阻隔性质。这已经在大量文章和专利中证明。例如，其描述在Syverud的“StrengthandbarrierpropertiesofMFCfilms”，Cellulose200916：75-85中，其中制造了定量为15-30gsm的MFC膜并且研究了阻隔性质。然而，主要问题是制造在热带条件(约38℃和RH85％)下还提供高的气体阻隔的独立的(freestanding)MFC膜或MFC涂层。现有技术中已经描述了一些解决该问题的尝试：·用聚乙烯(PE)涂覆MFC膜(PE提供高水蒸气阻隔)。·用分散体涂料涂覆MFC膜，例如胶乳(latex)。尽管如此，如果膜的两侧都用提供水分和水阻隔的聚合物(比如PE)层合或涂覆，则上述方案是合适的。如果膜的仅一侧被涂覆，则该问题甚至更加明显。例如，如果将膜施加在纸板上，则水分会扩散通过纸板并且使MFC膜膨胀(溶胀)，并且由此造成OTR值的显著提高(降低的气体阻隔)。然而，水分渗透，即OTR劣化，可能花费数天。因此，在文献中，存在样品没有稳定足够长的时间的情况。因此，这些结果没有提供实际情况的真实反映。
技术实现思路
本专利技术的目的是制造MFC膜，尤其适合用于热带环境的MFC膜，且其中膜在热带条件下具有良好的OTR性质且在普通条件具有优异的OTR性质，并且不涉及以上提及的问题。本专利技术的方法包括以下步骤：-提供包含微原纤化纤维素(MFC)的悬浮体，-由所述悬浮体形成膜，其中膜的固含量高于40％，优选高于50％，-用火焰处理或等离子体处理快速对膜加热，使得在膜上发生表面活化，和-使膜冷却，其中膜的表面具有降低的OTR值和高防潮性。具体实施方式在本上下文中MFC膜是指具有良好的气体、香味、油脂或油阻隔性质的薄基体，优选地膜具有良好的氧气阻隔性质。膜的定量小于40g/m2且密度为700-1400kg/m3，但其不限于此。克重为30g/m2的膜在50％的相对湿度和23℃的温度下的根据ASTMD-3985的透氧率(OTR)值优选低于30cc/m2*天*atm。MFC膜中的微原纤化纤维素的含量为至少50wt％(重量％)，优选高于70wt％且最优选高于90wt％，按干燥的膜的总重量计算。微原纤化纤维素(MFC)在本专利申请的上下文中是指纳米尺度的纤维素颗粒纤维或至少一个维度小于100nm的纤丝(原纤维)。MFC包含部分或全部原纤化的纤维素或木质纤维素纤维。被释放的纤丝的直径小于100nm，而实际的纤丝直径或粒径分布和/或纵横比(长度/宽度)取决于来源和制造方法。最小的纤丝被称为基元纤丝且直径为约2-4nm(见例如Chinga-Carrasco,G.,Cellulosefibres,nanofibrilsandmicrofibrils,:ThemorphologicalsequenceofMFCcomponentsfromaplantphysiologyandfibretechnologypointofview,Nanoscaleresearchletters2011,6:417)，而常见的是基元纤丝的附聚形式，也称作微纤丝(Fengel,D.,Ultrastructuralbehaviorofcellwallpolysaccharides,TappiJ.,March1970,Vol53,No.3.)，其是当例如通过使用延长精磨方法或压降解离方法制造MFC时得到的主产物。取决于来源和制造方法，纤丝的长度可在约1微米至大于10微米变化。粗MFC级(grade)可能含有相当大分数的原纤化纤维，即从管胞(纤维素纤维)突出的纤丝，和一定量的从管胞(纤维素纤维)释放出的纤丝。MFC存在不同的缩写，比如纤维素微原纤丝、原纤化纤维素、纳米原纤化纤维素、纤丝附聚物、纳米尺度纤维素纤丝、纤维素纳米纤维、纤维素纳米纤丝、纤维素微纤维、纤维素纤丝、微原纤纤维素、微纤丝附聚物和纤维素微纤丝附聚物。MFC的特征还可在于各种物理或物理化学性质，比如高表面积或其在分散在水中时在低固体物条件下(1-5重量％)形成凝胶状材料的能力。优选将纤维素纤维原纤化至这样的程度，即所形成的MFC的最终比表面积为约1至300m2/g，比如1至200m2/g，或更优选50至200m2/g，当用BET方法对冷冻干燥的材料测定时。存在多种制造MFC的方法，比如单次或多次(pass)精磨、预处理后接纤丝的精磨或高剪切解离或释放。通常需要一个或多个预处理步骤以使得MFC制造能量有效且为可持续的。因此，可将待提供的纸浆的纤维素纤维用酶或化学方式预处理，例如以降低半纤维素或木质素的量。在原纤化之前可将纤维素纤维化学改性，其中纤维素分子含有不同于(或多于)原始纤维素中发现的官能团。这样的基团包括羧甲基(CMC)、醛基和/或羧基(通过N-氧基介导的氧化获得的纤维素，例如“TEMPO”)、或季铵(阳离子纤维素)。在用上述方法之一改性或氧化之后，更容易将纤维解离成为MFC或纳米原纤尺寸或NFC。纳米纤丝纤维素可含有一些半纤维素；该量取决于植物来源。经预处理的纤维(例如经水解、预溶胀、或氧化的纤维素原材料)的机械解离用合适的设备进行，比如精磨机、研磨机、均质机、胶体排除装置(colloider)、摩擦研磨机、超声超声波仪、单-或双螺杆挤出机、流化器比如微流化器、宏观流化器或流化器型均质机。取决于MFC制造方法，产物还可能含有细料(fines)、或纳米结晶纤维素，或例如存在于木纤维或造纸方法中的其他化学品。产物还可能含有各种量的未被有效原纤化的微米尺寸的纤维颗粒。MFC由木纤维素纤维生产，包括由阔叶木或针叶木纤维两者。其还可由微生物来源、农业纤维例如麦草浆、竹子、甘蔗渣或其他非木纤维来源制造。其优选由纸浆制造，包括来自原生纤维的纸浆，例如机械、化学和/或化学机械浆。其还可由损纸或再生纸制造。以上描述的MFC定义包括，但不限于，对纤维素纳米原纤丝(CMF)新提出的TAPPI标准W13021，其定义了含有多个具有结晶和无定形区域的基元纤丝、且具有高纵横比的纤维素纳米纤维材料，其中宽度为5-30nm且纵横比通常大于50。本专利技术是一种制造薄MFC膜(包含微原纤化纤维素的薄膜)的新的创造性的方法，其中以上提及的有关在热带条件下水分敏感性的问题被全部或至少部分地解决。已经令人惊奇地发现，快速加热处理MFC膜接着冷却步骤改进了OTR阻隔且甚至在热带条件下也具有良好的OTR阻隔。在本上下文中快速加热处理为在高温度下的热处理，其中加热时间小于10s、优选小于6s且最优选小于3s。快速加热处理可通过“火焰处理”或“等离子体处理”实施，见下文。由包含微原纤化纤维素的悬浮体制造待加热处理的薄MFC膜。存在多种形成薄MFC膜的技术。三种优选的技术为“丝网成形”，“流延成形”，和“流延涂覆”。丝网成形(或湿铺)在该技术中，将包含微原纤化纤维素的悬浮体在多孔表面上脱水以形成纤维幅材。合适的多孔表面例如为造纸机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造包含微原纤化纤维素(MFC)的膜的方法，其中膜具有低透氧率(OTR)值且尤其适合用于热带环境，其特征在于该方法包括以下步骤：‑提供包含微原纤化纤维素(MFC)的悬浮体，‑由所述悬浮体形成膜，其中膜固含量高于40％，优选高于50％，‑用火焰处理或等离子体处理快速对膜加热，使得在膜上发生表面活化，和‑使膜冷却，其中膜的表面具有降低的OTR值和高防潮性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.18 SE 1651513-21.制造包含微原纤化纤维素(MFC)的膜的方法，其中膜具有低透氧率(OTR)值且尤其适合用于热带环境，其特征在于该方法包括以下步骤：-提供包含微原纤化纤维素(MFC)的悬浮体，-由所述悬浮体形成膜，其中膜固含量高于40％，优选高于50％，-用火焰处理或等离子体处理快速对膜加热，使得在膜上发生表面活化，和-使膜冷却，其中膜的表面具有降低的OTR值和高防潮性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于冷却步骤通过将膜置于低于40℃储存而实施。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于冷却步骤通过将膜置于至少一个冷却元件，优选冷却辊上而实施。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于冷却步骤通过将膜置于冷却辊辊隙中而实施。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于辊隙中的线压力为0-100kN/m。6.根据权利要求3-5中任意项所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：I海斯卡宁，K巴克福克，E绍科宁，V里布，K利蒂凯宁，
申请(专利权)人：斯道拉恩索公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI