以降低的能耗集成生产纳米纤丝纤维素和迎合市场的高滤水性浆料的方法技术

技术编号:22569620 阅读:27 留言:0更新日期:2019-11-17 10:04
本发明专利技术涉及将纤维素浆料分离成具有不同滤水和形态特征的不同级份,以及使用这些级份的一部分生产纳米纤维素的用途。该方法合并了纤维分离,增稠至一定稠度,具有高滤水能力的纤维素浆料的滤水和干燥以及从高初级细料含量的浆料生产纳米纤维素的各单一操作。该方法可以考虑任何纤维素浆料纤维,它们衍生自短纤维或长纤维木材,例如桉树、伞房树、桦树、白杨树、松树、再生纤维等,这些木材的残留物如树皮、锯末等。

Integrated production of nanocellulose and high filtration size to meet the market with reduced energy consumption

The invention relates to the separation of cellulose slurry into different grades with different water filtration and morphological characteristics, and the use of a part of these grades to produce nano cellulose. This method combines single operations of fiber separation, thickening to a certain consistency, filtration and drying of cellulose slurry with high filtration capacity, and production of nano cellulose from slurry with high primary fines content. This method can consider any cellulose pulp fiber, which is derived from short fiber or long fiber wood, such as eucalyptus, umbrella house tree, birch, poplar, pine, regenerated fiber, etc., and the residues of these wood, such as bark, sawdust, etc.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以降低的能耗集成生产纳米纤丝纤维素和迎合市场的高滤水性浆料的方法
本专利技术涉及生产纳米纤丝化纤维素和高滤水能力的特制的浆料,且降低了两种物流的能耗。该方法在于将标准的纤维素浆料分离成具有不同滤水和形态特征的不同级份,以及使用一种级份生产用于生产纳米纤丝的富含初级细料的浆料和指定用于纸张市场的包含低初级细料含量的高滤水性浆料。该方法合并了浆料蒸煮、漂白、纤维分离、高滤水浆料级分的干燥和将高初级细料含量的浆料增稠至一定稠度的各单一操作,以便能够对其进行适当的纳米纤丝化。背景纤维素浆料的生产涉及若干化学和物理工艺,这些工艺导致木材原料的各组分(通常包括纤维素纤维和原纤维、半纤维素,木质素分子和提取物或树脂组分)分离。最初,在与解剖结构相关的上述原材料中存在纤维素颗粒的宽粒径分布,并且其一部分具有减小的长度。在这些工艺中,除了由蒸煮和漂白液引起的化学脆化之外,在减压器、泵和搅拌器等设备中的机械摩擦导致这些颗粒在全部得到的纤维中的含量出现或增加。由于它们从未遭受任何种类的精制效果,这些颗粒被命名为初级纤维素细料,以区别于造纸过程中产生的被称为二次细料任何细颗粒。在制浆和漂白过程中产生的这些细料以及原料中天然存在的细料的含量构成纤维素浆料中存在的全部颗粒,其近似尺寸在长度上小于200微米。细料被定义为能够线性穿过筛网的颗粒,筛网的目数小于200(孔径为74微米)或长度小于200微米(TappiT261cm10,2010-通过湿筛得到的按纸浆料重量的细料级份)。这些颗粒具有高比表面积和高亲水能力,其中它们的存在使得难以对浆料和造纸机中的纤维素糊滤水。然而,它们的小尺寸显示它们是用于生产纳米纤丝纤维素的良好原材料,其中与使用标准纤维素浆料相比,用于此目的的富含细料的纤维素糊实现更低的能量成本和/或更好的质量潜力。纤丝化纳米纤维素的生产包括加工步骤,其中精制是主要处理。但也有精制处理与化学和/或酶促处理的组合。然而,由于高精制能耗以及用于生产纤丝化纳米纤维素的化学品或酶的成本,因而能耗很高。由于这个问题,开发可以降低能耗的新替代品是很重要的。在本申请所述的这种新方法中,研究了通过改变用于生产纳米纤丝化纤维素的原料来最小化精制能耗的可能性。虽然大多数现有工艺使用常规的(未分级或分离的)纤维素浆料来生产纳米纤丝化纤维素,这个新工艺定义了分级原始纤维素浆料以获得富含初级细料和较短的纤维的级份的方法,该级份是生产纳米纤丝化纤维素的基础原料。于2013年12月19日公开的国际申请WO2013/188657A1,专利技术名称为“制备纳米纤维素纤维的能量有效的方法”,描述了将化学(臭氧)和/或酶促处理和机械处理(精制)相结合的方法。所描述的方法涉及提高能量效率,其通过浆料的脱聚合程度和达到二级细料的某一水平的精制能耗来测量(达到非常高水平的细料不是起始浆料材料,而是一种确定精制过程后获得的纳米纤维质量的方法,产生大量的二次细料)。所描述的方法基于从一种常见的纤维素浆料(其包括纤维要素且未分离或分级)开始。用于生产纳米纤丝化纤维素的原料绝不会是来源于与浆料相分离相关的初级细料类型,与在此描述的方法中提出的不同。制备纳米纤丝化纤维素的另一种方法描述于2015年11月12日公开的国际申请WO2015/171714,专利技术名称为“纳米纤丝化纤维素的高效生产”。与本专利技术不同,该文献描述了纤维素浆料以其原始形式(而不是富含初级细料的浆料的形式)的精制处理。该方法包括分两步处理浆料,其中第一步用不同于第二步中使用的精制要素进行。于2015年11月12日公开的国际申请WO2015/171714,题目为“纤维素纤维、纳米纤丝和微纤丝:来自植物生理学和纤维技术的观点的MFC组分的形态序列”也描述了由原始的普通浆料产生的微米和纳米纤丝化纤维素的尺寸,而不是产生新的和独特的原料的益处。于2009年11月24日公开的国际申请PCT/FI2010/050897也描述了纤丝化纳米纤维素生产中的高精制能耗,并提出了漂白剂(作为添加剂)的用途,但它在任何时候,都没有描述使用富含初级细料的浆料来代替未分级的纤维素作为原料。国际申请WO2014106684还公开了微纤化纤维素生产中的高能耗,并提出了通过交替精制和洗涤的组合方法的解决方案,从而获得稠度的增加以最小化能耗。于2014年6月5日公开的国际申请WO2014085730A1提供了将生物质分级成不同化学组分和纤维素的方法。本文提到的分级是指生物质组分:纤维素,与木质素和半纤维素的分离,且因此,它与本专利技术没有任何相似性。提取的纤维素的用途是纳米晶体纤维素的生产,其也不是本专利技术的目的。由Qsong,S.2013等人发表的题为“从机械浆料细料生产纳米-木质素-纤维素的方法”的研究论文,发表于NordicPulp&PaperResearchJournal(NPPRJ)第472-479页,第28卷,描述了一项研究,其中机械浆料被分离,且较短的颗粒通过均质化被引导至纳米-木质素-纤维素生产。它在初始原料(机械浆料)上完全不同于本专利技术,,并且在所生产的最终产品与本专利技术相差甚至更多:纳米-木质素-纤维素,因为其组合物中木质素的含量高。而且,加工的类型是不同的,它是通过均质化而不是通过精制能量应用来进行的。通常,精制机械处理是最常用的生产纳米纤丝化纤维素的方法,其导致形态特征的显著变化。从现有技术中已知的出版物,虽然提到作为二次细料的细料,但是仅在精制处理过程中产生,而在本专利技术中,细料全部是其初级细料,从原始的纤维素分级,因此是生产纳米纤丝纤维素的原料。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种以低能耗来生产纤丝化纳米纤维素和高滤水能力的市场浆料的方法,包括下述步骤:a)蒸煮和漂白生物质,产生富含纤维素和半纤维素聚合物链的块,包含非常少量的木质素和提取物。b)从具有下列特征的纤维生产线中选择并引导纤维素材料:b.1)平均纤维长度:0.3至2.5毫米和b.2)初级细料含量:按质量计3%至30%的细料;c)通过分级系统分级所选的材料;d)将一股物流与步骤c)中获得的高初级细料含量的材料级份分离,初级细料的百分比范围为10%至90%,稠度为0.02%至1%;e)增稠该物流直至稠度为2%至15%;f)将所增稠的材料送到纳米纤丝纤维素生产工艺中,其中所述增稠的材料受到机械精制能量,用于生产纳米纤丝纤维素的能耗小于普通纤维素浆料原材料的能耗。g)分离出具有较低初级细料含量的另一级份物流,所谓的高滤水浆料,呈现质量为约3至8%的细料,且具有显著较低的抗滤水性和保水性值,表现出°SR降低15%至50%之间,且保水性值降低7%至35之间;以及h)以较低的干燥能耗在浆料干燥机中干燥低初级细料含量的浆料,与用于干燥普通浆料的能量相比,这种降低通常在总能量的2%至10%之间。附图说明通过参考附图和下面的描述可以更好地理解本专利技术的结构和操作,连同其另外的优势:图1示出了从本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以低能耗来生产纤丝化纳米纤维素的方法,其特征在于,包括下述步骤:/na)蒸煮和漂白生物质,产生富含纤维素和半纤维素聚合物链的块,包含非常少量的木质素和提取物。/nb)从具有下列特征的纤维生产线中选择并引导纤维素材料:b.1)平均纤维长度:0.3至2.5毫米和b.2)初级细料含量:按质量计3%至30%的细料;/nc)通过分级系统分级所选的材料;/nd)将一股物流与步骤c)中获得的高初级细料含量的材料级份分离,初级细料的百分比范围为10%至90%,稠度为0.02%至1%;/ne)增稠该物流直至稠度为2%至15%;/nf)将所增稠的材料送到纳米纤丝纤维素生产工艺中,其中所述增稠的材料受到机械精制能量,用于生产纳米纤丝纤维素的能耗小于普通纤维素浆料原材料的能耗。/ng)分离出具有较低初级细料含量的另一级份物流,所谓的高滤水浆料,呈现质量为约3至8%的细料,且具有显著较低的抗滤水性和保水性值,表现出°SR降低15%至50%之间,且保水性值降低7%至35之间;以及/nh)以较低的干燥能耗在浆料干燥机中干燥低初级细料含量的浆料,与用于干燥普通浆料的能量相比,这种降低通常在总能量的2%至10%之间。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20161123 US 62/426,0581.一种以低能耗来生产纤丝化纳米纤维素的方法,其特征在于,包括下述步骤:
a)蒸煮和漂白生物质,产生富含纤维素和半纤维素聚合物链的块,包含非常少量的木质素和提取物。
b)从具有下列特征的纤维生产线中选择并引导纤维素材料:b.1)平均纤维长度:0.3至2.5毫米和b.2)初级细料含量:按质量计3%至30%的细料;
c)通过分级系统分级所选的材料;
d)将一股物流与步骤c)中获得的高初级细料含量的材料级份分离,初级细料的百分比范围为10%至90%,稠度为0.02%至1%;
e)增稠该物流直至稠度为2%至15%;
f)将所增稠的材料送到纳米纤丝纤维素生产工艺中,其中所述增稠的材料受到机械精制能量,用于生产纳米纤丝纤维素的能耗小于普通纤维素浆料原材料的能耗。
g)分离出具有较低初级细料含量的另一级份物流,所谓的高滤水浆料,呈现质量为约3至8%的细料,且具有显著较低的抗滤水性和保水性值,表现出°SR降低15%至50%之间,且保水性值降低7%至35之间;以及
h)以较低的干燥能耗在浆料干燥机中干燥低初级细料含量的浆料,与用于干燥普通浆料的能量相比,这种降低通常在总能量的2%至10%之间。
...

【专利技术属性】
技术研发人员:H·O·R·拉米雷斯B·J·德穆内尔
申请(专利权)人:苏扎诺有限公司
类型:发明
国别省市:巴西;BR

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1
相关领域技术
  • 暂无相关专利