【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供了一种制备溶液的方法，该溶液包含溶解在碱中的一种以上多糖材料，特别是纤维素。
技术介绍
1、众所周知，将多糖(如纤维素)溶解在碱中，以便这些多糖的进一步加工。就纤维素而言，这种进一步的加工可能涉及以薄膜、纤维或成型制品形式的再生纤维素产品的制备。将多糖溶解在碱中特别有吸引力，因为这种方法很简单，且使用的试剂可回收、廉价并且广泛可得。然而，为了将多糖直接溶解在碱(如氢氧化钠)中，需要极低的温度。
2、budtova等人在《cellulose》杂志上发表了一篇综述文章(“cellulose in naoh–water based solvents:a review”,cellulose,springer verlag,2016,23(1),p5-55)，其讨论了纤维素在naoh系水溶液中的溶解，其中明确指出，低温是纤维素在氢氧化钠中混合和溶解的必要条件。然而，正如本申请中所讨论的，这些溶液的稳定性是存在问题的，许多溶液在形成后会迅速凝胶化。
3、wo2007060296描述了一种制备纤维素氨基甲酸酯溶液的方法，其中用不同浓度的溶液分两步将纤维素氨基甲酸酯溶解在碱性水溶液中。首先将纤维素氨基甲酸酯混合到冷却的稀naoh溶液中，该溶液的碱浓度至多为4％，优选在低于5℃的温度下进行。在第二步中，在低于-15℃、剧烈搅拌下逐渐加入余下的碱(浓度为约15％至22％)。因此，该申请证明了在整个溶解过程中需要保持溶液处于低温的要求。
4、wo2017178531描述了一种生产纺丝涂料组合物的方法，
5、因此，本领域仍然需要制备多糖材料溶液的方法，该方法可以在比现有技术使用的温度更高的温度下进行，从而不需要维持传统低温所需的设备和能量。本领域仍然需要具有改进的凝胶稳定性的多糖材料的溶液。此外，在技术上仍然需要具有改进的机械性能的多糖产品。
6、已知现有技术使用均化来制备分散体或悬浊液，例如cn104312809描述了将处理过的微晶纤维素在水中高压均化以产生均化的微晶悬浊液。
7、cn108359019描述了在50-55kpa之间的压力下对姜黄进料溶液进行高压均化，以产生均匀的固体和均匀的液体。
8、cn107400177描述了将溶解在2％的亚硫酸钠中的葵花籽粉均化，以提取水解蛋白。
9、us2020248405描述了通过高剪切或高压使粉碎的纤维素材料的分散体均化，以形成纳米纤维素分散体。
10、上述现有技术描述了在材料(例如纤维素材料)的均化条件下制备分散体或悬浮液的情况。因此，仍然需要提供合适的条件，以使纤维素材料可以溶解。
技术实现思路
1、根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制备包含溶解在碱中的一种以上多糖材料的溶液的方法，该方法包括对包含一种以上多糖材料和碱的混合物进行高压均化的步骤。
2、本文中的术语“高压均化”是指在超过100巴(bar)的压力下进行的均化。
3、本文中的术语“多糖材料”是指含有多糖的材料。材料的大部分可以是多糖。多糖材料可以完全是多糖。
4、上述溶液可以包含一种多糖材料，也可以包含多种多糖材料。该溶液将被称为rahcel溶液。
5、碱可以是含水的碱，优选为含水的碱性氢氧化物，例如含水的碱金属氢氧化物。含水的碱金属氢氧化物可以是氢氧化钠。
6、碱的浓度可以在5％w/w至25％w/w之间，或者在10％w/w至25％w/w之间。
7、本专利技术的专利技术人惊奇地发现，将包含一种以上多糖材料和碱的混合物进行高压均化会导致一种以上多糖材料的溶解。与现有技术中使用的温度相比，多糖的溶解可以在升高的温度下发生。因此，本文所述的方法至少部分可以在环境温度(20℃)或更高的温度下进行。
8、此外，高压均化器由于固定摩擦和剪切效应而使混合物的温度升高。因此，在现有技术中对使用高压均化器进行多糖溶解存在偏见，因为传统理解为认为，在溶解方法中，包含一种以上多糖材料和碱的混合物必须保持在低温下。然而，专利技术人惊奇地发现，这种由高压均化引起的温度升高对多糖的溶解并非有害，相反，高压均化提高了多糖在碱中的溶解程度，甚至在高于现有技术所用的温度下也是如此。
9、专利技术人还惊奇地发现，与现有技术中的多糖溶液相比，本专利技术的多糖溶液具有更优异的稳定性，特别是在凝胶化和光学透明度方面。具体地，包含溶解在碱中的一种以上多糖材料的所得溶液，可以在比现有技术中使用的更高的温度下储存更长时间而不发生凝胶化。
10、此外，本专利技术人还惊奇地发现，本专利技术的多糖溶液与其它多糖溶液(例如粘胶)相容。这有利于使工厂(例如粘胶工厂)能够部分转变其工艺，以获得更环保的产品，特别是当本方法的多糖材料来自农业废弃物等时，而无需对工厂进行重大投资和/或调整。
11、在高压均化的至少部分过程中，混合物的温度可以大于0℃，优选大于5℃。整个溶解过程都可以在高于0℃的温度下进行。专利技术人惊奇地发现，高压均化的至少部分过程可以在高于0℃，优选在2℃和30℃之间的温度进行，这比现有技术中使用的低温溶解温度高得多。
12、优选地，在高压均化过程中，混合物的温度不超过35℃。如果混合物在高压均化过程中的温度超过35℃，则会形成可逆的凝胶状物质。在不希望受到理论约束的情况下，人们认为升高的温度会导致多糖材料由于某种形式的凝聚过程(可能通过临时脱水)而沉淀。这证明了多糖材料确实是溶解的而不是悬浮的。
13、包含一种以上多糖材料和碱的混合物可以在低温下形成。一种以上多糖材料和碱可以在-25℃至15℃，优选在-10℃至10℃混合。至少在溶解方法的初始阶段进行低温处理可以提高一种以上多糖材料的溶解度，从而确保一种以上多糖材料在高压均化过程中溶解，而不是形成分散体。因此，在高压均化前，混合物的温度优选在-20℃至15℃之间的温度，更优选在-5℃至10℃之间的温度，进一步优选在0℃至10℃之间的温度。
14、一种以上多糖材料在与碱混合之前可以与水混合，以形成包含一种以上多糖材料和碱的混合物。一种以上多糖材料可以在-5℃至10℃之间的温度，优选在0℃至5℃之间的温度下与水混合。或者，一种以上多糖材料可以最初在较高的温度(例如环境温度)下与水混合，然后将混合物的温度降至-5℃至10℃，优选0℃至5℃。
15、可以将碱冷却至-25℃至-10℃之间，优选-20℃至-15℃之间的温度，然后将其添加到一种以上多糖材料中，优选添加到包含一种以上多糖材料和水的混合物中，以形成包含一种以上多糖材料和碱的混合物。或者，在将碱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于制备包含溶解在碱中的一种以上多糖材料的溶液的方法，包括对包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物进行高压均化的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述高压均化的至少一部分期间，所述溶液的温度大于0℃，和/或在高压均化期间，所述溶液的温度不超过35℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一种以上多糖材料在-5℃至10℃之间的温度下与水初步混合，可选进一步地将所述碱冷却至-25℃至-10℃之间的温度，然后将所述碱加入到包含所述一种以上多糖材料和水的混合物中，形成包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述高压均化前，将所述包含一种以上多糖材料和所述碱的混合物进行处理，提高所述混合物的均匀性，可选地通过使用高剪切混合器进行。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物经历多个高压均化步骤，可选地在至少两个所述高压均化步骤之间，将所述混合物冷却至-5℃至15℃之间，优选冷却至0℃至10℃之间。
6.根据
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在高压均化前、在两个以上高压均化步骤之间和/或在所述一个以上高压均化步骤的全部之后，将包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物保持在-5℃和15℃之间的温度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用预处理碱性溶液对所述一种以上多糖材料的部分或全部进行预处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述预处理包括将所述一种以上多糖材料与预处理碱性溶液混合，将所述一种以上多糖材料从所述预处理碱性溶液中分离出来，用酸中和所述一种以上多糖材料，并可选地用漂白剂处理所述一种以上多糖材料。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碱和/或所述预处理碱性溶液是氢氧化钠水溶液。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物包含1％w/w至10％w/w的多糖材料，优选为2％w/w至8％w/w的多糖材料，以及1％w/w至15％w/w的碱，优选为3％w/w至11％w/w的碱。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一种以上多糖材料包含纤维素材料，可选地在高压均化前，所述纤维素材料的聚合度小于500，优选在100至300之间。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述高压均化在100巴至1000巴之间的压力下发生。
14.根据权利要求5所述的方法，其中，第二高压均化步骤使用的压力为第一高压均化步骤中压力的15％至30％，可选地所述高压均化步骤的总合压力不超过1000巴。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在高压均化后，所述混合物中超过95％且优选超过98％的所述一种以上多糖材料溶解在碱中。
16.一种溶液，所述溶液包含溶解在碱中的一种以上多糖材料，其中，所述溶液在20℃下至少两周不发生不可逆凝胶化，优选所述溶液在20℃下至少一个月不发生不可逆凝胶化。
17.根据权利要求16所述的溶液，其中，多糖的含量为3-10％w/w；和/或，所述溶液中未溶解的多糖少于3％，优选少于1％。
18.根据权利要求16或17所述的溶液，其中，所述溶液使用权利要求1至15中任一项所述的方法制备。
19.一种形成粘胶溶液的方法，其中，所述方法包括将权利要求16至18中任一项所述的溶液添加到粘胶中的步骤。
20.一种粘胶溶液，其中，所述粘胶溶液包含粘胶和权利要求16至18中任一项所述的溶液。
21.一种制备再生纤维素产品的方法，其中，所述方法包括使权利要求16至18中任一项所述的溶液与酸性溶液接触的步骤，所述多糖材料是纤维素材料或根据权利要求20所述的粘胶溶液。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述再生纤维素产品是薄膜、纤维或成型制品，例如珠子或泡沫。
23.一种使用权利要求21或22的方法形成的再生纤维素产品。
24.根据权利要求23所述的再生纤维素产品，其中，所述产品是薄膜，所述薄膜的归一化峰值能量比未使用权利要求16至18或20的溶液制备的相应薄膜的归一化峰值能量大超过30％，和/或所述薄膜在失效时的位移比未使用权要求16至18或20的溶液制备的相应薄膜在失效时的位移...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于制备包含溶解在碱中的一种以上多糖材料的溶液的方法，包括对包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物进行高压均化的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述高压均化的至少一部分期间，所述溶液的温度大于0℃，和/或在高压均化期间，所述溶液的温度不超过35℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一种以上多糖材料在-5℃至10℃之间的温度下与水初步混合，可选进一步地将所述碱冷却至-25℃至-10℃之间的温度，然后将所述碱加入到包含所述一种以上多糖材料和水的混合物中，形成包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述高压均化前，将所述包含一种以上多糖材料和所述碱的混合物进行处理，提高所述混合物的均匀性，可选地通过使用高剪切混合器进行。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物经历多个高压均化步骤，可选地在至少两个所述高压均化步骤之间，将所述混合物冷却至-5℃至15℃之间，优选冷却至0℃至10℃之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，直接在所述一个以上高压均化步骤的全部之后，将包含一种以上多糖材料和碱的混合物冷却至-5℃至15℃之间，优选冷却至0℃至10℃之间。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在高压均化前、在两个以上高压均化步骤之间和/或在所述一个以上高压均化步骤的全部之后，将包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物保持在-5℃和15℃之间的温度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用预处理碱性溶液对所述一种以上多糖材料的部分或全部进行预处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述预处理包括将所述一种以上多糖材料与预处理碱性溶液混合，将所述一种以上多糖材料从所述预处理碱性溶液中分离出来，用酸中和所述一种以上多糖材料，并可选地用漂白剂处理所述一种以上多糖材料。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碱和/或所述预处理碱性溶液是氢氧化钠水溶液。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包含所述一种以上多糖材料和所述碱的混合物包含1％w/w至10％w/w的多糖材料，优选为2％w/w至8％w/w的多糖材料，以及1％w/w至15％w/w的碱，...
【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·理查德·科克罗夫特，卢克·费希尔，
申请(专利权)人：福塔穆拉化工英国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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