改善的纤维素纳米纤丝（CNF）制造技术

一种改善的纤维素纳米纤丝(CNF)(或改善的CNF粘合剂)，制造改善的CNF粘合剂的方法，通过在造纸工艺的湿部将改善的CNF与配料混合来使用改善的CNF粘合剂制造湿法成网、干法成网或模塑制品的方法，使用改善的CNF粘合剂涂覆纤维素基材料、中间成形纤维制品和/或模塑制品的方法，以及通过所有这些方法获得的纤维素基制品，其中所述改善的CNF包括与CNF结合的糖脂肪酸酯

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改善的纤维素纳米纤丝(CNF)


[0001]本公开涉及改善的纤维素纳米纤丝(CNF)(或改善的CNF粘合剂)，制造改善的CNF粘合剂的方法，通过在造纸工艺的湿部将改善的CNF与配料混合来使用改善的CNF粘合剂制造湿法成网、干法成网或模塑制品的方法，使用改善的CNF粘合剂涂覆纤维素基材料、中间成型纤维制品和/或模塑制品的方法，以及通过所有这些方法获得的纤维素基制品，其中所述改善的CNF包括与CNF结合的糖脂肪酸酯
‑
、甘油酯
‑
、脂肪酸盐
‑
、天然蜡
‑
和/或纤维素交联剂
‑
(SGF)掺合物。

技术介绍

[0002]纤维素材料在工业中作为填充剂、吸收剂和印刷组分而具有广泛应用。由于其高的热稳定性、良好的氧气阻隔功能和化学/机械弹性，因此它们的使用优于其他来源的材料(参见，例如，Aulin等人，Cellulose(2010)17：559
‑
574；其全文以引用方式并入本文)。与此密切相关的另一个事实是，这些材料一旦被散布于环境中就可以完全生物降解，而且它们完全无毒。在例如用于食品和一次性用品的包装的应用中，纤维素及其衍生物是环保解决方案所选的材料。
[0003]然而，纤维素的许多优点被纤维素材料的亲水性/亲油性所抵消，纤维素材料显示出对水/脂肪的高亲和力并且容易水合(参见，例如，Aulin等人，Langmuir(2009)25(13)：7675
ꢀ‑
7685；其全文以引用方式并入本文)。虽然这对于例如吸收剂和纸巾的应用有好处，但当需要安全包装含水/脂质的材料(例如食品)时，这就成为一个问题。在例如纤维素托盘中长期储存食物(尤其是含有大量水和/或脂肪的预制肉类)是有困难的，因为纤维素托盘首先会变湿，然后最终失效。此外，在纤维素表面上由于材料的相对孔隙率高，可能需要多层涂层来抵消保持足够涂层的低效率，从而导致成本增加。
[0004]这个问题工业上通常通过用某种疏水性有机材料/碳氟化合物(例如，全氟和多氟烷基物质(PFAS))、蜡、合成聚合物(例如，聚乙烯)、硅氧烷涂覆纤维素纤维来解决，这些材料会在物理上保护下面的亲水性纤维素免受内容物中的水/脂质的影响，包括防止纤维间隙中的芯吸、油脂流入折痕或允许释放附着的材料。例如，诸如PVC/PEI/PE的材料通常用于此目的，并物理附着(即喷涂或挤出)在待处理的表面上。
[0005]由于碳氟化合物能够降低制品的表面能，工业上多年来一直利用基于碳氟化合物化学的化合物来生产具有改善的耐油和油脂渗透性的制品。使用全氟烃的一个新问题是它们在环境中非常持久。EPA和FDA最近开始审查这些化合物的来源、环境归宿和毒性。最近的一项研究报告称，在取自学校儿童的血液样本中，全氟辛烷磺酸盐的出现率非常高(>90％)。这些化合物的费用和潜在的环境责任促使制造商寻求生产具有耐油和油脂渗透性的制品的替代方法。
[0006]虽然降低表面能改善了制品的耐渗透性，但降低表面能也有一些缺点。例如，用碳氟化合物处理的纺织织物会表现出良好的抗污性；然而，一旦弄脏，清洁组合物渗透并因此从织物上释放污垢的能力可能会受到影响，这会永久弄脏织物而导致使用寿命缩短。另一
个例子是随后要被印刷和/或涂覆粘合剂的防油纸。在这种情况下，通过用碳氟化合物处理获得了必需的耐油脂性，但纸张的低表面能可能会导致与印刷油墨或粘合剂接受性相关的问题，包括磨损、背陷斑点、较差的粘合性和套准。如果将防油纸用作一侧上施用了粘合剂的压敏标签，则低表面能可能会降低粘合强度。为了改善它们的可印刷性、可涂覆性或粘合性，低表面能制品可以通过诸如电晕放电、化学处理、火焰处理等的后成型工艺进行处理。然而，这些工艺增加了制品的生产成本并且可能具有其他缺点。
[0007]希望设计一种是疏水的、疏油的和可堆肥的“绿色”生物基涂层，包括允许将涂层保持在所述纸的表面上并防止芯吸到纤维间隙中的原纸/膜，或以降低的成本减少材料对纤维素表面的粘附，而不牺牲生物降解性和/或可回收性。
[0008]另一个问题是，用于赋予疏水和/或疏油阻隔性能的常规涂层(包括本文提到的氟碳化合物和石化涂层)易于在涂覆有该材料的制品的折叠、折痕等处表现不佳。具体而言，制品在这些位置处通常具有较差的耐水性和/或耐油脂性。这种“油脂折痕效应”可以定义为油脂在纸结构中的吸附，所述折痕通过折叠、按压或挤压所述纸结构而产生。解决油脂折痕效应的传统方法是在涂层中加入乳胶、聚乙烯醇或类似的树脂，以提高这些位置的涂层覆盖率。然而，对于这种传统的解决方案，这些位置的耐水性和/或耐油和油脂性可能仍然不如制品的平坦部分；这种传统的解决方案由于加入树脂成分而增加了成本；而且这种传统的解决方案并不完全是生物基的，因为乳胶和聚乙烯醇可能是合成的和/或不容易回收的。
[0009]美国专利申请公开第2018/0066073号(下文称为
“‘
073公开”，其全文以引用方式并入本文)公开了用组合物处理纤维素材料的可调方法，该组合物提供增强的阻隔性能，例如耐水性和/或耐油和油脂性(OGR)，而不牺牲其生物降解性。特别地，
‘
073申请公开了将糖脂肪酸酯(“SFAE”)结合到纤维素材料上的方法，以提供具有更高耐水性、耐脂性、阻隔功能和其他机械性能的经处理的材料。
[0010]2020年5月8日提交的美国临时专利申请公开第63/022,097号(以下称为
“‘
097申请”，其全文以引用方式并入本文)公开了用组合物处理纤维素材料的可调方法，该组合物提供增强的阻隔性能，例如耐水性和/或OGR，而不牺牲其生物降解性。特别地，
‘
097申请公开了结合甘油酯和/或脂肪酸盐的混合物的方法。
‘
097申请公开了包括甘油酯和/或脂肪酸盐的混合物的阻隔制剂可以另外包括SFAE，用于赋予耐水性和/或OGR和/或用于提供乳化剂的功能。
[0011]PCT/US2020/014923(以下称为
“‘
923申请”，其全文以引用方式并入本文)公开了用含有蔗糖脂肪酸酯的颗粒(载体系统)处理纤维状纤维素材料的方法，该颗粒使得表面改性，包括使此类表面具有耐水性和/或耐油/油脂性。所公开的方法提供了将至少一种SFAE与聚合物(例如胶乳)组合以形成胶束颗粒，并将这种颗粒施加到包括纤维状纤维素基材料(例如纸浆)的基材上以形成尤其是模制产品。还公开了包含SFAE、胶乳和任选的矿物质或其他添加剂的组合的组合物。
[0012]US 16/568,953(下文称为
“‘
953申请”，其全文以引用方式并入本文)公开了用包含醇溶谷蛋白和至少一种多元醇脂肪酸酯的阻隔涂料处理纤维素材料的可调方法，该阻隔涂料为此类材料提供了增强的耐油和/或油脂性而不牺牲其生物降解性。所公开的方法提供了阻隔涂料在制品上的粘附，所述制品包括包含纤维素材料的制品和通过这种方法制造
的制品。经如此处理的材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种改善的纤维素纳米纤丝粘合剂，其包含：纤维素纳米纤丝(CNF)；和与该CNF结合的SGF掺和物，其中所述SGF掺和物包含一种或多种选自糖脂肪酸酯(SFAE)、甘油酯、脂肪酸盐、天然蜡和纤维素交联剂的物质。2.根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂，其中所述改善的纤维素纳米纤丝粘合剂基本上由CNF和SGF掺和物组成。3.根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂，其中CNF与SGF掺和物的重量比为10:90至90:10。4.根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂，其中CNF与SGF掺和物的重量比为40:60至60:40。5.根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂，其中所述改善的纤维素纳米纤丝粘合剂通过以下步骤获得：获得纤维素纳米纤丝(CNF)的水性混合物；获得水性SGF掺和物，该水性SGF掺和物包含一种或多种选自糖脂肪酸酯(SFAE)、甘油酯、脂肪酸盐、天然蜡和纤维素交联剂的物质；和将CNF的水性混合物与水性SGF掺和物混合并使CNF与SGF掺和物结合，以获得改善的纤维素纳米纤丝粘合剂。6.根据权利要求5所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂，还包括降低与水性SGF掺和物混合的CNF的水含量。7.根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂，其中所述改善的纤维素纳米纤丝粘合剂通过以下步骤获得：获得纤维素纸浆的水性混合物；获得水性SGF掺和物，该水性SGF掺和物包含一种或多种选自糖脂肪酸酯(SFAE)、甘油酯、脂肪酸盐、天然蜡和纤维素交联剂的物质；将纤维素纸浆的混合物与水性SGF掺和物混合以获得纤维素/SGF混合物；和使纤维素/SGF混合物经受机械剪切力以获得改善的纤维素纳米纤丝粘合剂。8.根据权利要求7所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂，还包括在获得纤维素/SGF混合物之前和/或在使纤维素/SGF混合物经受机械剪切力之前，使纤维素纸浆经受预处理。9.一种阻隔制剂，其包含根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂。10.一种制造纤维素基制品的方法，该方法包括：将根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂添加到水性造纸配料中；和从配料中排出水，以获得纤维网。11.根据权利要求10所述的制造纤维素基制品的方法，还包括将纤维网模制成具有三维形状的模塑制品。12.一种赋予纤维素基材料阻隔性能的方法，其包括：使纤维素基材料与用于赋予阻隔性能的水性阻隔制剂接触，该阻隔制剂包括根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂；和使所述阻隔制剂与纤维素基材料的表面结合，以获得具有阻隔性能的结合的纤维素基
材料，其中所述阻隔性能为选自耐水性、耐脂性和气体阻隔性中的一种或多种。13.一种阻隔制剂，其包含：根据权利要求1所述的改善的纤维素纳米纤丝粘合剂；第二SGF掺和物，该第二SGF掺和物包含一种或多种选自糖脂肪酸酯(SFAE)、甘油酯和脂肪酸盐的物质；和水。14.根据权利要求13所述的阻隔制剂，还包含一种或多种颜料。15.一种赋予纤维素基材料阻隔性能的方法，该方法包括：使纤维素基材料与用于赋予阻隔性能的阻隔制剂接触，该阻隔制剂包含：纤维素纳米纤丝(CNF)和SGF掺和物，其中该SGF掺和物为选自糖脂肪酸酯(SFAE)、甘油酯、脂肪酸盐、天然蜡和纤维素交联剂中的一种或多种；和使该阻隔制剂与纤维素基材料的表面结合，以获得具有阻隔性能的结合的纤维素基材料，其中所述阻隔性能为选自耐水性、耐脂性和气体阻隔性中的一种或多种。16.根据权利要求15所述的方法，其中当所述阻隔制剂的总重量被认为是100重量％时，所述阻隔制剂包含约4重量％至约96重量％的CNF，以及约4重量％至约96重量％的SGF掺和物。17.根据权利要求15所述的方法，其中所述纤维素基材料包括纤维素纤维，并且接触步骤包括形成阻隔制剂和纤维素纤维的水性混合物。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述SGF掺和物以水性混合物中存在的总纤维素纤维的至少0.025％(重量/重量)的总浓度存在于水性混合物中。19.根据权利要求17所述的方法，其中所述水性混合物还包含一种或多种颜料。20.根据权利要求17所述的方法，还包括将水从所述水性混合物中排出。21.根据权利要求15所述的方法，其中所述接触的步骤包括通过以下方法用制剂涂覆纤维素基基材的表面：浸渍、喷涂、涂抹、印刷或任何这些方法的任何组合。22.根据权利要求20所述的方法，其中所述SGF掺和物以至少约0.05g/m2的重量存在于基材表面上。23.根据权利要求20所述的方法，其中所述SGF掺和物以至少约1g/m2的重量存在于基材表面上。24.根据权利要求21所述的方法，其中所述纤维素基基材为选自以下的制品的表面：纸、纸板、熏肉板、绝缘材料、纸浆、用于食品储存的纸箱、堆肥袋、用于食品储存的袋、防粘纸、运输袋、...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：绿色科技全球私人有限公司，
类型：发明
国别省市：