一种用于生产纳米纤丝化纤维素的方法和装置(1)，其中，对含有木质纤维素的纤维材料精磨以分离纳米纤丝。该方法包括：在一个或多个精磨机(5)中的至少一个精磨区域(20)中对含有木质纤维素的纤维材料精磨以分离纳米纤丝；将待精磨的纤维材料通过至少一个精磨元件(7、13)的精磨表面(11、18)中的至少一个开口(12、19)供给到至少一个精磨机的至少一个精磨区域，并且/或者将在至少一个精磨机的至少一个精磨区域中经过了精磨的纤维材料通过至少一个精磨元件(7、13)的精磨表面(11、18)中的至少一个开口(12、19)从该至少一个精磨区域中排出，并且操作所述至少一个精磨机以在精磨中生产小于3J/m的比边缘载荷(SEL)。产小于3J/m的比边缘载荷(SEL)。产小于3J/m的比边缘载荷(SEL)。
【技术实现步骤摘要】
生产纳米纤丝化纤维素的方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种生产纳米纤丝化纤维素(nanofibrillar cellulose)的方法，其中，对含有木质纤维素的纤维材料精磨以分离纳米纤丝。
[0002]本专利技术还涉及一种用于生产纳米纤丝化纤维素的装置，该装置包括一个或多个精磨机，用于对含有木质纤维素的纤维材料精磨以分离纳米纤丝。
技术介绍
[0003]纳米纤丝化纤维素是指从含有木质纤维素的纤维原料(如木材)中分离出的纤维素微纤丝或微纤丝束。纳米纤丝化纤维素的特征在于较大的比表面积和较强的氢键形成能力。在水分散体中，纳米纤丝化纤维素为无色凝胶状材料。纳米纤丝化纤维素可以例如在新的生物基产品制造中用作添加剂。
[0004]通常，通过精磨生产纳米纤丝化纤维素需要对含有木质纤维素的纤维材料进行高度磨解、即高度精磨。磨解或精磨通常是指通过施加到材料颗粒上的功来机械地粉碎材料，该功可以是磨解、精磨、压碎或剪切、或这些功的任意组合、或另一种相应的减小颗粒尺寸的动作。精磨是纤维材料和水的混合物(也称为例如纤维悬浮液、纤维浆或浆)在低浓度下进行的。除了对含有木质纤维素的纤维材料进行机械处理之外，纳米纤丝化纤维素的生产还可以包括对含有木质纤维素的纤维材料进行化学或酶促处理。
[0005]与通过精磨生产纳米纤丝化纤维素有关的问题是在精磨中使用的能量过多。精磨所消耗的能量通常以能量每加工原料量来表示，典型的单位是MWh/T、即MWh/ton，或与之成比例的单位。如上所述，纳米纤丝化纤维素是凝胶状材料，由此具有高表观粘度，因而影响精磨机刀片元件的摩擦力非常高，进而导致在生产纳米纤丝化纤维素时的高能耗。高能耗增加了纳米纤丝化纤维素的生产成本，从而例如限制了经济上可行的纳米纤丝化纤维素的应用。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种生产纳米纤丝化纤维素的新方法和装置。
[0007]本专利技术的特征在于一种生产纳米纤丝化纤维素的方法，其中，对含有木质纤维素的纤维材料精磨以分离纳米纤丝，所述方法包括：在一个或多个至少一个精磨机中的至少一个精磨区域中对含有木质纤维素的纤维材料精磨以分离纳米纤丝，所述至少一个精磨区域形成于包括精磨表面的基本相对布置的精磨元件之间，并且所述精磨通过使所述精磨元件中的至少一个精磨元件能够相对于基本相对布置的至少一个精磨元件旋转来进行，将待精磨的纤维材料通过所述至少一个精磨元件的精磨表面中的至少一个开口供给到所述至少一个精磨机的至少一个精磨区域，并且/或者将在所述至少一个精磨机的至少一个精磨区域中经过了精磨的纤维材料通过所述至少一个精磨元件的精磨表面中的至少一个开口从所述至少一个精磨区域(20)中排出，并且操作所述至少一个精磨机，以在精磨中产生小于3J/m的比边缘载荷。
[0008]本专利技术基于这种理念，即通过精磨生产纳米纤丝化纤维素，使得待精磨的纤维材料通过至少一个精磨元件的精磨表面中的至少一个开口被供给至至少一个精磨机的至少一个精磨区域，并且/或者将在至少一个精磨机的至少一个精磨区域中经过了精磨的纤维材料通过至少一个精磨元件的精磨表面中的至少一个开口从该至少一个精磨区域中排出，并操作所述至少一个精磨机以在精磨中产生小于3J/m的比边缘载荷。
[0009]本专利技术的优点在于，与常规的纳米纤丝化纤维素的精磨相比，待精磨的纤维材料在精磨区域中的行程长度更小或更短，其中，纤维材料通过精磨区域的一端供给至该精磨区域，精磨后的纤维材料通过相对端从该精磨区域中排出。这具有这样的效果，即尽管纳米纤丝化纤维素的表观粘度很高，但是影响精磨机的刀片元件的精磨表面的总摩擦力仍然是合理的，这与在精磨中应用的非常适度的比边缘载荷一起，在生产纳米纤丝化纤维素时提供了低能耗。
[0010]以下公开了本专利技术的一些实施例。
附图说明
[0011]在下文中，将参照附图通过优选实施例更详细地描述本专利技术，其中
[0012]图1示意性地示出了用于生产纳米纤丝化纤维素的装置；
[0013]图2以横截面示意性地示出了适于生产纳米纤丝化纤维素的锥形精磨机的侧视图；
[0014]图3示意性地示出了适于图2的精磨机的扇形刀片元件的平面俯视图；
[0015]图4示意性地示出了生产纳米纤丝化纤维素的方法；以及
[0016]图5以横截面示意性地示出了适于生产纳米纤丝化纤维素的另一种锥形精磨机的侧视图。
[0017]为了清楚起见，附图以简化的方式示出了本专利技术的一些实施例。类似的附图标记在附图中标识类似的元件。
具体实施方式
[0018]图1示意性地示出了用于生产纳米纤丝化纤维素的装置1。纳米纤丝化纤维素是指从含有木质纤维素的纤维原料(例如木材)中分离出的纤维素微纤丝或微纤丝束。纳米纤丝化纤维素的常用同义词是例如纳米纤维化纤维素(NFC)、纳米纤维素、微纤丝纤维素、纤维素纳米纤维、纳米级纤维素、微纤维化纤维素(MFC)或纤维素微纤丝。在本文中，术语纳米纤丝化纤维素是指在一维或多维上的颗粒尺寸、即微纤丝或微纤丝束的尺寸通常但不限于小于100纳米的纤维素(ISO/TC 229纳米技术，创建日期：2005年)。
[0019]用于生产纳米纤丝化纤维素的装置1包括预处理阶段2、精磨阶段3和后处理阶段4。
[0020]预处理阶段2包括通过将含有木质纤维素的纤维原料和水混合而由含有木质纤维素的纤维原料制备纤维悬浮液、即纤维浆或浆。用于生产纳米纤丝化纤维素的纤维原料通常是原生纤维材料、例如漂白的化学浆。因此，纤维悬浮液的制备可以例如包括至少一个用于将含有木质纤维素的纤维原料浆化的碎浆机，以便获得要进一步供给至精磨阶段3的基本低浓度的纤维悬浮液。纤维悬浮液的浓度通常不大于6％、优选为约2％至4％。如果用于
生产纳米纤丝化纤维素的含有木质纤维素的纤维原料是除漂白的化学浆以外的物质，则可能必须提纯纤维原料。因此，预处理阶段2可以包括各种提纯设备。另外，在预处理阶段2可以将不同种类的添加剂(例如酶)添加到纤维悬浮液中。此外，可以包括稀释阶段，用于稀释纤维悬浮液以获得所需的浓度。
[0021]将含有木质纤维素的纤维材料悬浮液从预处理阶段2供应至精磨阶段3。精磨阶段3包括至少一个精磨机、即一个或多个精磨机。通常，在精磨中，目的是使含有木质纤维素的纤维材料经受机械加工或处理作用、即精磨作用，以影响待精磨的纤维材料中的纤维性能和/或纤维长度。在纳米纤丝化纤维素的生产中，目的是特别对含有木质纤维素的纤维材料精磨，以将纳米纤丝从纤维材料中分离。
[0022]根据精磨阶段的一个实施例，精磨阶段仅包括一个精磨机，并且在生产纳米纤丝化纤维素时，待精磨的纤维材料在该单个精磨机中经受多次、即一次或多次的精磨作用。因此，当生产纳米纤丝化纤维素时，由精磨机精磨过至少一次的纤维材料可以通过该单个精磨机循环至少一次。
[0023]根据精磨阶段的一个实施例，精磨阶段包括至少一组精磨机，每组精磨机包括至少两个彼此串联的连续精磨机。该组精磨机中的精磨机可以具有相似或不同的精磨特本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种生产纳米纤丝化纤维素的方法，其中，对含有木质纤维素的纤维材料精磨以分离纳米纤丝，所述方法包括：在至少一个精磨机(5)中的至少一个精磨区域(20)中对含有木质纤维素的纤维材料精磨以分离纳米纤丝，所述至少一个精磨区域(20)形成于包括精磨表面(11、18)的基本相对布置的精磨元件(7、13)之间，并且所述精磨通过使所述精磨元件(7、13)中的至少一个精磨元件(13)能够相对于基本相对布置的至少一个精磨元件(8)旋转来进行，将待精磨的纤维材料通过所述至少一个精磨元件(7、13)的精磨表面(11、18)中的至少一个开口(12、19)供给到所述至少一个精磨机(5)的至少一个精磨区域(20)，并且/或者将在所述至少一个精磨机(5)的至少一个精磨区域(20)中经过了精磨的纤维材料通过所述至少一个精磨元件(7、13)的精磨表面(11、18)中的至少一个开口(12、19)从所述至少一个精磨区域(20)中排出，并且操作所述至少一个精磨机(5)，以在精磨中产生小于3J/m的比边缘载荷。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，操作所述至少一个精磨机(5)以在精磨中产生小于1J/m的比边缘载荷。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在精磨中，使待精磨的纤维材料的比能耗小于2MWh/T、优选小于1MWh/T。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将待精磨的纤维材料通过一个所述精磨元件(7、13)的精磨表面(11、18)中的至少一个开口(12、19)供给至所述精磨区域(20)，并将在所述精磨区域(20)中经过了精磨的纤维材料通过基本相对布置的精磨元件(7、13)的精磨表面(11、18)中的至少一个开口(12、19)从所述精磨区域(20)中排出，或者将待精磨的纤维材料通过能够旋转的精磨元件(13)的精磨表面(18)中的至少一个开口(19)供给至所述精磨区域(20)，并将在所述精磨区域(20)中经过了精磨的纤维材料通过基本相对布置的静止精磨元件(7)的精磨表面(11)中的至少一个开口(12)从所述精磨区域(20)中排出。5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将待精磨的纤维材料通过静止精磨元件(7)的精磨表面(11)中的至少一个开口(12)供给至所述精磨区域(20)，并将在所述精磨区域(20)中经过了精磨的纤维材料通过基本相对布置的能够旋转的精磨元件(13)的精磨表面(18)中的至少一个开口(19)从所述精磨区域(20)中排出。6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，使至少一部分待精磨的纤维材料经受至少五次精磨作用。7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，使至少一部分待精磨的纤维材料通过同一个精磨机(5)循环至少五次，以使待精磨的纤维材料经受至少五次精磨作用。8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，利用待精磨的未精磨纤维材料替换一部分经过了至少一次精磨的纤维材料，并供给经过了至少一次精磨的纤维材料的替换部分用于进一步处理。9.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在精磨中通过调节所述至少一个精磨机(5)的精磨区域(20)的尺寸和调节所述至少一个精磨机(5)的至少一个能够旋转的精磨元件(13)的旋转速度中的至少一项，来操作所述至少一个精磨机(5)以提供小于3J/m、优选小于1J/m的...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤哈佩卡，
申请(专利权)人：维美德技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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