交联的MFC制造技术

提供了一种用于生产包括微纤化纤维素(MFC)的交联膜的方法，其中所述方法包括以下步骤：a)将包括交联剂的水性组合物施加至由包括MFC的水性悬浮液形成的膜，所述膜具有的含水率小于15％，诸如小于10％，前提是如果所述交联剂是金属离子，则所述金属离子是在所述水性组合物中具有的浓度低于50mM的二价金属离子，并且根据SCAN

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交联的MFC


[0001]本公开涉及包括微纤化(微原纤化/微帚化)纤维素(MFC)的膜的生产。

技术介绍

[0002]科学和技术的最新进展已创建一种环境意识，将社会和工业焦点转向绿色产品和可持续过程。石油储量的稀缺进一步刺激了这种新方式，这给予用可再生和可生物降解的材料代替石油基聚合物材料的动机。另一方面，考虑到以下事实：石油基聚合物材料优异的材料特性和良好的加工性，其确定了它们的市场地位，可预见用它们的天然对应物完全替代这些材料并非易事。
[0003]良好的阻隔特性和加工性，连同对不同环境的耐受性和透明度仅是常用包装材料的一些期望品质，并且石油基聚合物材料确实提供了足够程度的这些品质。
[0004]除了是地球上最丰富的生物聚合物之一之外，纤维素材料由于强度和刚度结合低重量、可生物降解性和可再生性而引起了相当多的关注。有前景的纤维素基材料的新材料流之一是由木材生物质制备的微纤化纤维素(MFC)的生产和使用。MFC具有期望的特性，诸如能够形成用于应用(诸如包装)的坚固且透明的阻隔膜。MFC的重要特征是它的亲水性，这对于在水性介质中加工而言是巨大优势。然而，MFC对水的这种亲和力也是在较高湿度下阻隔特性极差的原因。
[0005]关于如何克服这个问题的建议先前已在例如EP3333316中提出，其中通过将原纤化(帚化)的纤维片材交替浸入包含离子的溶液中数小时并且在干燥数天之前清洗片材数小时，使纤维与二价或更高价金属交联，从而生产在高湿度条件下包含引入的取代基的超细纤维素纤维的透明片材。
[0006]类似地，在JP2016210830中，TEMPO
‑
氧化的纤维素纳米纤维用于形成与离子交联的膜以在升高的相对湿度(RH)下耐受氧。通过在离子溶液中浸泡数小时来进行交联，并且然后将膜清洗数小时并干燥数天。
[0007]JP2016089307公开了一种用与多价金属化合物交联的酸型纤维素纳米纤维分散体涂覆由纤维素制成的纸的方法。交联被教导通过浸泡和清洗超过35分钟进行。然后将纸与热密封层层压并且评价为适用于可在热水处理下使用的纸容器。
[0008]EP2371892公开了一种在纳米纤维素膜上方喷涂交联溶液以使其交联的实验室方法，其中该膜极薄(低于1μm)并且交联剂的浓度相对高。
[0009]因此，一个问题是工业可行性，因为现有工艺非常耗时或难以与获得氧阻隔特性相结合，而且在增加的湿度下亦是如此。

技术实现思路

[0010]本公开的目的是提供一种生产具有改进的氧阻隔特性的基于MFC的膜的方法，该方法实现在造纸机上全规模生产膜的高生产率。
[0011]为了满足该目的，提供了一种用于生产包括微纤化纤维素(MFC)的交联膜的方法，
其中该方法包括以下步骤：
[0012]a)将包括交联剂的水性组合物施加至包括MFC的膜，该膜具有的含水率小于15％，诸如小于10％，诸如小于8％，
[0013]前提是如果该交联剂是金属离子，则该金属离子是在该水性组合物中具有的浓度低于100mM(诸如低于50mM)的二价金属离子；和
[0014]b)干燥来自步骤a)的该膜，使得在进行步骤a)五分钟内或在从步骤a)开始时五分钟内除去在步骤a)的该施加之后被该膜吸收的水的至少50％。
[0015]当该交联剂是金属离子时，该MFC优选包括可带电荷部分并且根据SCAN
‑
CM 65:02测量，具有的电荷密度为500
‑
1800μeq/g。
[0016]步骤b)中的该干燥优选地通过以下方式进行：加热的圆筒，诸如蒸汽加热的圆筒，和/或非接触式干燥，诸如通过热空气和/或红外辐射。
[0017]将交联剂施加至“干”MFC膜的原因是这样的膜包括致密/结晶MFC结构的区域，这些区域被交联剂更容易接近的较不致密/无定形MFC的区域隔开。不受任何科学理论的束缚，本专利技术人认为，在上述方法中可用的相对短的时间段内，交联剂交联较不致密/无定形MFC的区域，并且从而降低它们的移动性。此外，专利技术人认为步骤a)和b)的相对短的组合时间段可以将交联作用集中到最需要交联作用的区域。
[0018]还提供了一种包括MFC的交联膜，该交联膜通过该方法获得，根据标准ASTM D3985和F1927，该交联膜在80％RH下表现出小于500mlμm m
‑2d
‑1巴
‑1的透氧性(OP)。在该膜中，该交联剂可以是二价金属离子，诸如选自由Zn
2+
、Ca
2+
、Cu
2+
和Mg
2+
组成的组的离子，并且根据SCAN
‑
CM 65:02测量，用于生产该膜的该MFC具有的电荷密度可以为500
‑
1800μeq/g。
具体实施方式
[0019]本公开提供了一种用于生产包括微纤化纤维素(MFC)的交联膜的方法，其中该方法包括以下步骤：
[0020]a)将包括交联剂的水性组合物施加至由包括MFC的水性悬浮液形成的膜，该膜具有的含水率小于15％，诸如小于10％，诸如小于8％，前提是如果该交联剂是金属离子，则该金属离子是在该水性组合物中具有的浓度低于50mM的二价金属离子，并且根据SCAN
‑
CM 65:02测量，该MFC具有的电荷密度为500
‑
1800μeq/g；和
[0021]b)干燥来自步骤a)的该膜，使得在从步骤a)开始时五分钟内除去在步骤a)的该施加之后被该膜吸收的水的至少50％。在变体中，代替步骤b)干燥来自步骤a)的膜，使得在从步骤a)开始时五分钟内，诸如在从步骤a)开始时三分钟内，该膜的含水率小于30％，诸如小于25％。
[0022]水性组合物中的二价金属离子浓度低于50mM，通常高于0.1mM，诸如高于0.1mM且低于50mM，诸如0.5
‑
45mM。相对低浓度是有利的，因为过高浓度可能导致原纤维彼此交联过紧，从而产生阻隔受损。二价阳离子优选地选自由Zn
2+
、Ca
2+
、Cu
2+
和Mg
2+
组成的组。特别优选为Zn
2+
和Ca
2+
。Ca
2+
可以被认为是最优选的二价阳离子，因为它相对小并且比较大的离子更好地穿透无定形区域。
[0023]在交联剂是二价金属离子的情况下，根据SCAN
‑
CM 65:02测量，MFC具有的电荷密度为500
‑
1800μeq/g，诸如500
‑
1000μeq/g。测量经化学改性的纤维的电荷密度，并且因为它
是被测量的总电荷密度，纤维在原纤化之前的电荷密度与通过原纤化所述纤维产生的原纤维的电荷密度相同。步骤a)的MFC的电荷密度源自MFC上存在的可带电荷部分。可带电荷部分选自羧基、羧甲基、羧烷基、磺酰基、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产包括微纤化纤维素(MFC)的交联膜的方法，其中所述方法包括以下步骤：a)将包括交联剂的水性组合物施加至由包括MFC的水性悬浮液形成的膜，所述膜具有的含水率小于15％，诸如小于10％，前提是如果所述交联剂是金属离子，则所述金属离子是在所述水性组合物中具有的浓度低于50mM的二价金属离子，并且根据SCAN
‑
CM 65:02测量，所述MFC具有的电荷密度为500
‑
1800μeq/g；和b)干燥来自步骤a)的所述膜，使得在从步骤a)开始时五分钟内除去在步骤a)的所述施加之后被所述膜吸收的水的至少50％。2.根据权利要求1所述的方法，其中在从步骤a)开始时五分钟内除去在步骤a)的所述施加之后被所述膜吸收的水的至少75％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在从步骤a)开始时三分钟内，诸如在从步骤a)开始时两分钟内，除去在步骤a)的所述施加之后被所述膜吸收的水的至少50％。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中进行步骤b)的所述干燥使得在从步骤a)开始时五分钟内所述膜的含水率小于30％，诸如小于25％。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤a)的所述MFC包括选自羧基、羧甲基、羧烷基、磺酰基、磺乙基和磷酰基基团的可带电荷部分。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述交联剂是二价阳离子，优选为二价金属离子，诸如选自由Zn
2+
、Ca
2+
、Cu
2+
和Mg
2+
组成的组的离子。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述膜进一步包括纳米填料，例如，以1
‑
20wt.％的量。8.根据权利要求6
‑
7中任一项所述的方法，其中交联溶液中的所述二价离子的浓度为0.1
‑
50mM，诸如0.1
‑
40mM，优选为0.1
‑
30mM。9.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，其中所述交联剂形成共价键，并且优选地选自由硼砂、戊二醛、柠檬酸和多元羧酸组成的组。10.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中步骤a)的所述MFC包括季胺，并且所述交联剂为多价阴离子，诸如磷酸根离子或多羧酸根离子。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里，
申请(专利权)人：比勒鲁迪克斯那斯公司，
类型：发明
国别省市：