CN107237199A - 浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品 - Google Patents
浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107237199A CN107237199A CN201710660127.XA CN201710660127A CN107237199A CN 107237199 A CN107237199 A CN 107237199A CN 201710660127 A CN201710660127 A CN 201710660127A CN 107237199 A CN107237199 A CN 107237199A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fibrillation
- fibrillation cellulose
- cellulose
- pressure filtration
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
- C08B15/02—Oxycellulose; Hydrocellulose; Cellulosehydrate, e.g. microcrystalline cellulose
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
- D21C9/18—De-watering; Elimination of cooking or pulp-treating liquors from the pulp
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
- D21H11/16—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
- D21H11/18—Highly hydrated, swollen or fibrillatable fibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H15/00—Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution
- D21H15/02—Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution characterised by configuration
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
Abstract
一种浓缩原纤维纤维素的方法,其包括:‑对浓度不超过5%的水性原纤维纤维素进行加压过滤,其中通过对水性原纤维纤维素施加压力从原纤维纤维素中除去水,‑持续进行该加压过滤,直到超过50%的最初存在的水从原纤维纤维素中被除去的终点为止。在等于或高于30℃的温度下进行加压过滤。
Description
本申请是相同申请人芬欧汇川集团提交的申请日为2013年2月13日、申请号为201380009068.X、题为“浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品”的中国发明专利申请的分案,要求芬兰专利申请20125159的优先权,优先权日为2012年2月13日。
发明领域
本发明涉及浓缩原纤维纤维素的方法。本发明还涉及原纤维纤维素产品。
发明背景
原纤维纤维素是指从纤维素原料中得到的分离的纤维素微原纤或微原纤束。原纤维纤维素,也称为纳米原纤化纤维素(NFC)和其它相关名称,是基于大自然中富含的天然聚合物。原纤维纤维素(例如)基于其在水中形成粘性凝胶(水凝胶)的能力,具有许多潜在的用途。
原纤维纤维素生产技术是基于对纸浆纤维的水性分散体进行研磨(或均质化)。原纤维纤维素在分散体中的浓度通常极低,一般约1-5%。在研磨或均质化过程后,得到的原纤维纤维素材料是稀释的粘弹性水凝胶。该材料本身可不经处理就用于多种用途,但是从生产地点运输该材料的物流成本太高。在一些应用中,高含水量是不能接受的,也就是说制剂不能容忍大量的水。
原纤维纤维素通常具有强保水性,这是因为水通过多个氢键结合在原纤维上。例如,通过机械手段达到高于10重量%的干物质(DS)含量在工业规模上并不经济可行。常规的方法如真空过滤或离心并不适合原纤维纤维素水凝胶。对于在该DS范围的液体去除而言,热干燥或任何其它方法花费太高。
机械除水的基本问题在于原纤维纤维素水凝胶(例如)在过滤过程中在其自身周围形成非常致密的不可渗透的纳米级薄膜的能力。所形成的壳阻止了水从凝胶结构中扩散,从而导致极慢的浓缩速率。真空蒸发中也是如此,外皮的形成封锁了水的蒸发。
原纤维纤维素干燥中的另一问题是干燥的材料的不可再分散性。在除水过程中,原纤维-水键被原纤维-原纤维相互作用代替,原纤维永久性地聚集。可以通过在干燥阶段使用某些添加剂(例如CMC)或对微原纤维表面进行化学改性(例如氧化或羧甲基化)来防止该问题。利用这些方法,原纤维纤维素在彻底干燥后可以再重新活化。
因此,显然需要提高最终产品的浓度,使得运输成本降低,原纤维纤维素可以以终端用户所需的合适浓度用于最终目标,终端用户只需简单地将原纤维纤维素再分散在水中。此外,需要从一开始就提高原纤维纤维素的浓度,以除去大部分水,使得原纤维纤维素的进一步操作简便,而无论要使用原纤维纤维素的过程是何种类型。
发明概述
本发明的目的是提供一种新颖的在原纤维纤维素制备之后提高其浓度的方法。本发明的另一个目的是能够将原纤维纤维素浓缩到特定干物质范围,在此范围内将原纤维纤维素运输到升级场所或直接使用场所变得可行,此时浓缩的NFC在该升级场所或直接使用场所再分散。
在该方法中,对以不高于5%的浓度分散在液体介质中的原纤维纤维素进行加压过滤,通过对原纤维纤维素施加压力从原纤维纤维素中除去液体,加压过滤持续进行直到超过50%的最初存在的液体从原纤维纤维素中被除去的终点为止。
例如,当来自制备过程的原纤维纤维素的初始浓度在较低的0.5-5.0%的范围内时,上述方法适用。该方法提供高效且节能的方式来将大部分液体从分散在其中的原纤维纤维素中除去。即使对于该初始浓度范围的上限值,将浓度从初始值1%提高到10%或更高意味着除去超过50%的液体。已经发现,例如通过部分脱水部分除去液体的这类产品容易再分散。
例如,通过加压过滤方法将由制备过程得到的在液体介质中的原纤维纤维素的浓度提高到原始值的至少两倍意味着将原纤维纤维素的重量减少到50%或更低,除去超过50%的液体。加压过滤方法是将原纤维纤维素的高液体含量降低到使运输变得经济可行的水平的有效方法。
依据一个实施方式,对以不高于5%的浓度分散在液体介质中的原纤维纤维素进行加压过滤,在此加压过滤中,通过对原纤维纤维素施加压力从原纤维纤维素中除去液体,加压过滤持续进行直到原纤维纤维素的浓度达到至少20%的终点为止。加压过滤可持续进行到原纤维纤维素的浓度达到至少30%的终点为止。
依据另一个实施方式,对以不高于3%的浓度分散在液体介质中的原纤维纤维素进行加压过滤,在此加压过滤中,通过对原纤维纤维素施加压力从原纤维纤维素中除去液体,加压过滤持续进行直到原纤维纤维素的浓度达到至少10%的终点为止。加压过滤可持续进行到原纤维纤维素的浓度达到至少20%或30%的终点为止。
在制备后存在于液体介质中的原纤维纤维素的原始浓度通常为1-4%。从该原始浓度开始,可通过加压过滤从原纤维纤维素中除去液体,直到超过50%的水被除去的终点为止。例如,当原始浓度分别为1,1.5,2,2.5,3,3,5和4%时,达到终点浓度2,3,4,5,6,7和8%意味着除去超过50%的液体,原纤维纤维素的重量减少到50%或更低。但是,从这些较低的1-4%范围内的原始浓度开始,加压过滤方法可以一直进行,除去液体直到原纤维纤维素的浓度至少为10%。该方法可以一直进行,直到浓度为至少20%,甚至直到浓度至少为30%。该方法可以一直进行到合适的范围,例如使最终浓度达到15-25%。
进行加压过滤的原纤维纤维素的最大浓度为6%。持续进行该过程达到至少15%的浓度(例如15-25%的范围)意味着除去超过60%的液体。
在所有上述的情况中,液体介质通常为水,也就是说原纤维纤维素是水性原纤维纤维素,其中原纤维纤维素以不超过6%的较低浓度分散在水中。同样,原纤维纤维素作为水性原纤维纤维素从制备过程中得到,在此制备过程中悬浮在水中的纤维原料被分裂开来。
依据一个实施方式,加压过滤方法在30℃或更高的温度下进行,与在环境温度下处理的原纤维纤维素相比,在30℃或更高的温度下处理可以获得更高的最终浓度。在至少30℃的温度,可以获得至少10%的原纤维纤维素浓度。合适的温度范围是30–70℃。在较高的温度,液体(尤其是水)的粘度降低,有利于从原纤维网络中除去液体。
依据一个实施方式,在加压过滤过程中,在两个相反的方向从原纤维纤维素中除去液体。
该方法非常适用于其中纤维素是化学上天然的(即未改性的)原纤维纤维素,该方法特别适用于直接从原纤维纤维素的制备过程得到的原纤维纤维素,该制备过程是将纤维素以天然形式存在的纤维原料分裂(均质化,研磨,精制等)。
附图简要说明
下面将结合附图解释本发明,其中
图1表示由通过加压过滤浓缩到30%干物质的材料和未浓缩材料制备的0.5%和1%原纤维纤维素分散体的流动曲线,
图2表示与由未浓缩材料制备的0.5%分散体相比,由浓缩到不同干物质水平的材料制备的0.5%原纤维纤维素分散体的流动曲线,
图3是加压过滤方法的示意图,
图4表示加压过滤方法的各个变量随时间变化的图。
发明详述
在该说明书中,除非另有特别说明,百分数数值是基于重量(wt/wt)。如果给出一数值范围,则该范围包括给出的上限值和下限值。
所处理的材料,纤维素纤维由直径在亚微米范围内的纤维素原纤维组成。该材料即使在低浓度下也形成自组装的水凝胶网络。这些原纤维纤维素的凝胶本身具有高剪切稀化性和触变性。
通常由植物来源的纤维素原料制备原纤维纤维素。所述原料可以基于任何含纤维素的植物材料。原料也可以来源于某些细菌发酵过程。植物材料可以是木材。木材可以来自软木树如云杉、松树、冷杉、落叶松、花旗松或铁杉,或来自硬木树如桦树、白杨、杨树、桤木、桉树或金合欢,或者来自软木和硬木的混合物。非木材材料可以来自农业残料、草或来自棉花、玉米、小麦、燕麦、黑麦、大麦、稻、亚麻、大麻、马尼拉麻、剑麻、黄麻、苎麻、洋麻、西沙尔麻落麻(bagasse)、竹或芦苇的其它植物物质,如秸秆、叶子、树皮、种子、壳、花、蔬菜或果实。纤维素原料还可以来自产生纤维素的微生物。微生物可以是醋酸杆菌属(Acetobacter),农杆菌属(Agrobacterium),根瘤菌属(Rhizobium),假单胞菌属(Pseudomonas)或产碱杆菌属(Alcaligenes),优选是醋酸杆菌属,更优选是胶醋杆菌(Acetobacter xylinum)或巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)。
术语“原纤维纤维素”指从纤维素原料中得到的分离的纤维素微原纤或微原纤束的集合。微原纤维通常具有高纵横比:长度可超过1微米,而数均直径通常低于200纳米。微原纤束的直径也可以较大,但是通常小于1微米。最小的微原纤维类似于所谓的初级原纤维,其直径通常为2-12纳米。原纤维或原纤束的尺寸取决于原料和分裂方法。原纤维纤维素还可以包含一些半纤维素;其量取决于植物源。用合适的设备例如精制机、研磨机、均质机、胶化器(colloider)、摩擦研磨机(friction grinder)、超声波破碎器、流化器如微型流化器、大型流化器或流化器型均质机由纤维素原料纤维素纸浆或精制纸浆进行原纤维纤维素的机械分裂。
原纤维纤维素优选由植物材料制备。一种替代方式是由非实质植物材料制备原纤维,该情况中由次细胞壁得到原纤维。纤维素原纤维的一种丰富来源是木纤维。纳米原纤化纤维素通过对来自木材的纤维原料进行均质化制得,所述纤维原料可以是化学纸浆。在上述一些设备中的分裂产生直径仅为数纳米的原纤维,其直径最多为50纳米,得到在水中的原纤维分散体。原纤维的尺寸可以减少到大部分原纤维的直径仅在2-20纳米的范围内。来源于次细胞壁的原纤维基本为晶体,其结晶度至少为55%。
用于该方法的原料通常是直接由上述一些纤维原料的分裂得到的原纤维纤维素,它们由于分裂条件以较低浓度均匀地分布在水中。原料可以是浓度为0.5-5%的水性凝胶。这种类型的凝胶含有太多水,在后续的处理或运输链中难以简便地操作。
使用加压过滤从原纤维纤维素中除去液体。进行加压过滤,直到原纤维纤维素形成具有最终所需DS(干物质)的饼块时为止。滤饼的最终DS可以为10-30%(原纤维纤维素的浓度,其余为液体和可能的其它成分)。可以进行过滤,使得滤液透明,没有任何颗粒穿过滤布。过滤温度高于30℃。过滤过程中的压力可为5–100巴(1巴=100kPa)。加压过滤装置可以是固定容积箱式压滤机或薄膜压滤机。在固定容积箱式压滤机中,随着液体通过滤布过滤的过程中箱体中固体累积,泵压增加,产生压力。在薄膜压滤机中,一开始压力如上所述增加,在过滤的最后阶段,箱体中形成的滤饼单面或双面被薄膜或隔膜挤压或压榨,以进一步除去滤饼中的液体。滤箱单面或双面被滤布限制,决定了要由固体(纤维素原纤维)形成的滤饼的平坦表面。在过滤过程中,通过原纤维纤维素的泵压效应或泵压和后续的一个薄膜/隔膜或一对薄膜/隔膜的挤压/压榨作用的组合效应形成滤饼。形成的滤饼是平坦件,其中根据箱体相对面形成平坦的相对面,利用箱体的一个面或两个面上的滤布相应地通过滤饼的一个面或两个面去除液体。滤饼垂直于平坦表面的尺寸(厚度)明显比沿着平坦表面(即宽表面)的任何尺寸都要小。
为了方法的效率,建议使用双面液体去除,因为这样每单位体积的原纤维纤维素可以利用更多的过滤面积(滤布面积)。
与蒸发相比,在压力过滤中外皮形成不那么明显,这是因为液体在压力驱动下连续通过抵靠滤布形成的固体层,以及形成的滤饼的外表面。
原纤维纤维素滤饼可以不经处理用在各种应用中,或者在使用前对其进行粉碎或粒化。例如,可将滤饼处理为碎片,使得原纤维纤维素容易运输和进一步操作,或者以其它方式粉碎,例如粒化。浓缩的原纤维纤维素可以再分散,而同时不会降低其形成高粘性水分散体的能力。
可由加压过滤方法得到各种厚度的滤饼,具体取决于使用的设备,其中箱体的尺寸决定了滤饼的最终尺寸。滤饼的最小厚度通常为15毫米,但是也可以制得更薄的滤饼,具体取决于应用(如果滤饼不经处理就这样使用)。
在所有提及的实施方式中,加压过滤方法可通过以下步骤进行:将一定体积的原纤维纤维素保留在至少部分地由水渗透性过滤结构(例如滤布)限定的受限空间中,对所述体积的原纤维纤维素施加压力,使水通过所述过滤结构从所述体积的原纤维纤维素中滤出。应理解,所述原纤维纤维素的体积在该方法过程中不一定保持不变,而是可以在除水过程中降低,例如在薄膜压滤机中即是如此,但是,即使在这种情况中,所述体积的原纤维纤维素都是限制在至少部分地由所述过滤结构限定的空间中。在达到终点(所需浓度)时,将所述体积的原纤维纤维素作为粘结的结构“滤饼”取出,然后按照上述提及的一些方法进行进一步处理。
加压过滤过程如图3所示,以双面液体去除和通过薄膜或隔膜进行双面压榨为例。通过滤布在滤饼的整个面积上将液体(滤液)从原纤维纤维素中滤出,并在滤饼两端通过通道排出。还可以仅仅通过薄膜/隔膜对滤饼进行单面挤压,但是进行双面液体去除。
在设备中,可以有数个向其中加入一定体积原纤维纤维素的受限空间,它们形成在加压过滤过程中并行工作的过滤箱。过滤箱垂直或平行设置的设备是已知的。这种设备通常循环工作。原纤维纤维素的加压过滤可以是一个循环过程,其中在液体介质中的原纤维纤维素被引入数个箱体中,施压过滤液体,过滤中得到的滤饼从箱体中取出,输送到进一步处理中。该方法不限于仅仅使用一种特定类型的设备。
在环境温度下,可以使用工业级机械设备得到的DS含量仅为5-7%。建议采用双面液体去除,因为在过滤开始后不久,在滤布表面上形成非常致密的膜状层,严重延迟了液体从原纤维纤维素中去除。
方法的一般实施例
在较高的温度下可以得到10-30%的DS含量和不含颗粒的滤液。该方法首先将加热的(>30℃)DS含量为2-4%的原纤维纤维素泵送到过滤箱中,液体从箱体的两端排出。保持选定的压力(5–100巴),直到得到所需的DS含量。泵抽也可以持续进行,直到达到所需的压力水平或滤饼中所需的DS含量,然后作为额外的操作,通过薄膜对滤饼进行挤压,以从滤饼压榨出更多的液体。最后,对滤饼进行空气吹扫。然后,将滤饼从箱体中取出。
滤布应该仔细选择,从而避免原纤维纤维素穿透滤布,以及粘附在滤布表面上。然后,在使用前,将滤饼再分散,形成较低浓度的原纤维纤维素,例如,达到初始粘度。
作为滤布,优选的是由合成聚合物制备的无可见孔洞的致密织布。例如,可使用聚丙烯复丝布。
通过加压过滤浓缩原纤维纤维素没有阻碍其在水中形成高粘性分散体的能力。这一点在以下实施例中得以证明。
实施例1
通过加压过滤至干物质含量为30%来浓缩原纤维纤维素。通过在Büchi混合器(B-400,最大功率2100W,瑞士步琦有限公司( Labortechnik AG,Switzerland))中进行三次10秒循环来混合滤饼片和水,制得0.5%和1.0%浓度的原纤维纤维素分散体。由初始干物质含量为2%的未浓缩的原纤维纤维素制备相应的分散体。用配备叶片几何装置(vane geometry)的AR-G2流变仪(英国TA仪器公司(TA Instruments,UK))测量分散体的粘度随施加的剪切应力的变化。
图1表示由通过加压过滤浓缩到30%干物质的材料和未浓缩材料制备的0.5%和1%原纤维纤维素分散体的流动曲线显示的粘度测量结果。在整个研究的剪切应力范围内,由浓缩材料制备的0.5%和1.0%原纤维纤维素分散体的粘度与相同浓度但是由非浓缩材料制备的分散体的粘度都相当。高剪切混合(例如使用Büchi混合器施加)是浓缩到30%干物质的原纤维纤维素成功再分散所必需的。可通过在混合前粉碎滤饼或水合材料来促进再分散。
如以下实施例中所示,与浓缩至30%的材料相比,浓缩至较低干物质含量(例如5-15%)的原纤维纤维素可以在效力略差的混合作用下再分散。
实施例2
通过加压过滤将原纤维纤维素浓缩至各种不同的干物质水平。如上述实施例1中所述,由未浓缩的原纤维纤维素和浓缩至30%干物质的材料制备0.5%浓度的分散体。由浓缩至10%和15%干物质的原纤维纤维素,通过用低功率掺混机(Mini-Mix,Nordica,功率150W)混合数个5分钟内的短循环,制备0.5%的水分散体。按照实施例1所述测量分散体的粘度。
图2表示与由未浓缩材料制备的0.5%分散体相比,由浓缩到不同干物质水平的材料制备的0.5%原纤维纤维素分散体的流动曲线。用低功率掺混机(Mini-Mix)或Büchi混合器进行再分散。
图2所示的结果显示用低功率掺混机可以成功地对浓缩到10%和15%干物质含量的原纤维纤维素进行再分散,因为粘度水平与用Büchi混合器实现的水平相当。但是,与Büchi混合器相比,用低功率掺混机所需的混合时间较长。
从图1和图2都可以看出,无论最终浓度如何,得到与未浓缩样品相同的零剪切粘度水平(粘度-剪切应力图中剪切应力趋近零时的平台)。未浓缩样品和浓缩至9.5-30%然后再分散到测量浓度的样品在0.5%测量浓度的零剪切粘度都超过1000Pa·s。还可以看出,在图中超过1000Pa·s的区域中,用浓缩样品得到的独立的测量点即使与用未浓缩样品得到的测量点不一致,也只是略高或略低于后者,这表明两个粘度曲线之间匹配良好。
加压过滤方法的一般过程如图4中所示,涉及进行加压过滤处理的一定体积原纤维纤维素的尺寸(滤饼尺寸),压力,滤饼的DS含量和除去的水。原料是浓度为1.95%的水性原纤维纤维素,温度为52℃,单位可利用过滤面积的DS负载为1.4千克/米2。可以看出,在加压过滤的初始阶段,允许将压力升高到预定的恒定水平(在此情况中,18-19巴),保持压力在该恒定水平,直到达到所需的终点(滤饼的DS含量)(在此情况中为27-28%)。还可以看出,将滤饼压缩到小于原纤维纤维素体积的原始尺寸(厚度)的十分之一。从开始施压到终点的时间约为60分钟。
建议一定体积原纤维纤维素在除水方向(定义为垂直于过滤结构的方向)上的初始尺寸合理的小,使得水可以扩散通过滤饼。在此情况中,尺寸(厚度)最初小于10厘米,约为7.5厘米。过滤负载最好通过DS负载表征,通过将初始原纤维纤维素体积中的原纤维纤维素的总DS(千克)除以对于该体积可利用的过滤面积(米2)得到。如果使用双面除水而不是单面除水(即在原纤维纤维素体积的两面上通过过滤结构除水),则上述值降低到一半。当其它变量保持不变时,DS负载影响滤饼中原纤维纤维素达到某一最终浓度(原纤维纤维素DS含量)所需的时间。
加压过滤方法还可以用比能耗(输入能量/原纤维纤维素DS)表征,例如单位为MWh/吨原纤维纤维素DS。根据DS负载和终点时原纤维纤维素的所需浓度,比能耗会变化。如果原纤维纤维素是通过温度已经较高的制备方法得到,则不需要考虑原纤维纤维素的加热,该较高的温度是由于在机械分裂过程中已经提供的能量,制备过程后,该能量在该温度或在其已经发生冷却但是仍然以高于30℃的温度被引入加压过滤过程中。
通过加压过滤得到的再分散性产品可通过以下性质表征。下文中简要描述了测量方法。
利用基于精确高分辨率显微镜和图像分析的方法定量确定原纤维纤维素的微米级和纳米级纤维,由此确定原纤维纤维素中未原纤化的纤维状材料,如下文所述。测量已知量纸浆样品内可检测的纤维或纤维状颗粒的量,然后将余下的样品归入不可检测类别,即微米级和纳米级颗粒。市售的纤维分析仪可用于表征原纤维纤维素中未原纤化的纤维状材料。例如,Kajaani Fiberlab和FS-300仪器是合适的,但是也可以使用具有类似检测分辨率的其它类似纤维分析仪。
纤维分析包括以下步骤:确定用于该分析的样品的干质量,然后在稀释和取样的过程中体积标定,分裂样品。如果需要,可以使用比常规纸浆样品更大的样品尺寸。用于测量的样品尺寸可以从推荐的尺寸增加,以提高分析过程中检测的纤维的量。此外,'清块(Block removal)’程序关停,以避免测量中止。如果分析仪检测到的纤维太少,它会假定存在块料,启动清块操作。如果在测量过程中,该操作发生数次,则测量将停止,一部分样品仍然未分析。确定各样品的干固体含量(干质量)。该测量在烘箱中使用标准方法进行,其中样品在热源下干燥到恒重,或者采用本领域中已知的其它合适方法进行。当解释分析仪提供的数值时,必须牢记所有报导的数值仅表示仪器检测到的颗粒,即尺寸大于一定微米值的颗粒(宽度>~5μm,纤维长度小于0.01mm将不会记录)。为简便起见,使用美好可测得的颗粒数量。
进行原纤维纤维素样品的纤维分析:
使用市售的纤维分析仪。例如,合适的仪器是纤维分析仪Kajaani FiberLab或FS-300。按照典型纤维粗度测量的指导进行样品制备和测量,例外之处如下:
通过以下方式测定干物质含量(DMC):对样品质量称重(对于干物质含量测定,最小8克),加热直到恒重。称重精确度为0.0001克。
如下所述进行样品稀释:
稀释到装有5升水的容器中的样品量:
8克,如果DMC约2%。称重精确度为0.0001克。
16克,如果DMC约1%。称重精确度为0.0001克。
使用纸浆混合器,直到所有可见的原纤束消失。
通过加压过滤得到的产品在分散于水中时,优选满足以下流变参数:
零剪切粘度1000–8000Pa·s,屈服应力1–10Pa,是利用旋转流变仪(AR-G2,英国TA仪器公司)使用叶片几何装置以在水中0.5%的浓度测定。
此外,原纤维纤维素的布氏粘度(1.5%,在水中,10rpm)为5 000-25 000mPas,含有5 000-20 000颗粒/克,是使用纤维分析测定。
此外,原纤维纤维素的布氏粘度(1.5%,在水中,10rpm)为25 000-50 000mPas,含有10-5 000颗粒/克,是使用纤维分析测定。
同样,当产品分散时,浓度测量不是必需的,但是它们有助于限定产品的性质。
该方法还可以用于经过特别改性以提高其脱水能力的原纤维纤维素级别。
Claims (33)
1.一种浓缩原纤维纤维素的方法,其包括:
-对在液体介质中浓度不超过6%的原纤维纤维素进行加压过滤,其中通过对原纤维纤维素施加压力从原纤维纤维素中除去液体,
-持续进行该加压过滤,直到超过50%的最初存在的液体从原纤维纤维素中被除去的终点为止。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进行加压过滤的水性原纤维纤维素的浓度为0.5-5.0%。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,持续进行加压过滤,直到原纤维纤维素的浓度达到至少10%、优选至少15%的终点为止。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,持续进行加压过滤,直到原纤维纤维素的浓度达到至少20%的终点为止。
5.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,持续进行加压过滤,直到原纤维纤维素的浓度达到至少30%的终点为止。
6.如权利要求2所述的方法,其特征在于,持续进行加压过滤,直到原纤维纤维素的最终干物质含量为10-30%。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进行加压过滤的水性原纤维纤维素的浓度不高于4%。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,持续进行加压过滤,直到原纤维纤维素的浓度达到至少10%的终点为止。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,持续进行加压过滤,直到原纤维纤维素的浓度达到至少20%的终点为止。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于,持续进行加压过滤,直到原纤维纤维素的浓度达到至少30%的终点为止。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进行加压过滤的水性原纤维纤维素的浓度为1-4%,持续进行加压过滤,直到原纤维纤维素的最终干物质含量为15-25%。
12.如上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在加压过滤过程中,在两个相反的方向从原纤维纤维素中除去液体。
13.如上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述加压过滤过程在等于或高于30℃的温度下进行。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述加压过滤过程在30-70℃的温度下进行。
15.如权利要求13或14所述的方法,其特征在于,加压过滤过程在原纤维纤维素由于之前制备过程已经达到的温度下进行、或者在原纤维纤维素从之前由于制备过程已经达到的温度冷却下来之后的温度下进行。
16.如上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在加压过滤过程中使用至少5巴的压力。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,在加压过滤过程中使用5-100巴的压力。
18.如上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述原纤维纤维素的纤维素是化学天然的。
19.如上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述原纤维纤维素是水性原纤维纤维素,在加压过滤中除去的液体是水。
20.如上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在加压过滤后,将原纤维纤维素分散到液体介质中。
21.如上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述原纤维纤维素是基本结晶态的,其结晶度至少为55%,优选由植物材料制成。
22.加压过滤设备在上述权利要求中任一项所述的方法中的应用。
23.一种浓缩的原纤维纤维素产品,其干物质含量为原纤维纤维素的10-30%,优选15-25%。
24.一种浓缩的原纤维纤维素产品,其包含化学天然纤维素,干物质含量为原纤维纤维素的10-35%,优选15-25%。
25.如权利要求24所述的原纤维纤维素产品,其特征在于,原纤维纤维素是压滤的原纤维纤维素。
26.如权利要求25所述的原纤维纤维素产品,其特征在于,原纤维纤维素为滤饼形式。
27.如权利要求25所述的原纤维纤维素产品,其特征在于,原纤维纤维素是粉碎的滤饼。
28.如权利要求27所述的原纤维纤维素产品,其特征在于,原纤维纤维素是压碎的滤饼,其粒度为1-5毫米。
29.如权利要求23-28中任一项所述的原纤维纤维素产品,其特征在于,原纤维纤维素能再分散在水中,当以0.5-1.0重量%的解胶浓度再分散在水中时,得到与其在相同解胶浓度的初始粘度曲线相同的粘度曲线。
30.如上述权利要求23-29中任一项所述的原纤维纤维素产品,其特征在于,原纤维纤维素在0.5%浓度测得的零剪切粘度为1000-8000Pa.s,屈服应力为1-10Pa。
31.如上述权利要求23-29中任一项所述的原纤维纤维素产品,其特征在于,原纤维纤维素的布氏粘度(1.5%,10rpm)为5000-25000mPas,使用纤维分析确定含有5000-20 000个颗粒/克。
32.如上述权利要求23-29中任一项所述的原纤维纤维素产品,其特征在于,原纤维纤维素的布氏粘度(1.5%,10rpm)为25000-50000mPas,使用纤维分析确定含有10–5000个颗粒/克。
33.如上述权利要求23-32中任一项所述原纤维纤维素产品,其特征在于,所述原纤维纤维素是基本结晶态的,其结晶度至少为55%,优选由植物材料制成。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20125159 | 2012-02-13 | ||
FI20125159A FI126819B (en) | 2012-02-13 | 2012-02-13 | Procedure for concentrating fibrillar cellulose and fibrillar cellulose product |
CN201380009068.XA CN104105829A (zh) | 2012-02-13 | 2013-02-13 | 浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201380009068.XA Division CN104105829A (zh) | 2012-02-13 | 2013-02-13 | 浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107237199A true CN107237199A (zh) | 2017-10-10 |
Family
ID=48044808
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201380009068.XA Pending CN104105829A (zh) | 2012-02-13 | 2013-02-13 | 浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品 |
CN201710660127.XA Pending CN107237199A (zh) | 2012-02-13 | 2013-02-13 | 浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201380009068.XA Pending CN104105829A (zh) | 2012-02-13 | 2013-02-13 | 浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9663588B2 (zh) |
EP (1) | EP2815025A2 (zh) |
JP (1) | JP5916902B2 (zh) |
CN (2) | CN104105829A (zh) |
BR (1) | BR112014019872B8 (zh) |
CA (1) | CA2860811C (zh) |
FI (1) | FI126819B (zh) |
WO (1) | WO2013121083A2 (zh) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI126089B (en) * | 2012-12-20 | 2016-06-30 | Kemira Oyj | PROCEDURE FOR PREPARING DRAINED MICROFIBRILLARY CELLULOSA |
SE539535C2 (sv) * | 2013-11-07 | 2017-10-10 | Stora Enso Oyj | Förfarande för avvattning av en suspension innefattande mikrofibrillerad cellulosa |
PL3286373T3 (pl) * | 2015-04-23 | 2023-09-25 | University Of Maine System Board Of Trustees | Sposoby wytwarzania nanocelulozy o wysokiej zawartości substancji stałych |
EP3372618A4 (en) | 2015-11-02 | 2019-06-12 | Nippon Paper Industries Co., Ltd. | FILTRATION PROCESS FOR CELLULOSENANOFIBER DISPERSION AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF |
KR102399455B1 (ko) * | 2016-04-22 | 2022-05-19 | 파이버린 테크놀로지스 리미티드 | 재분산된 미세섬유상 셀룰로오스 |
JP6820711B2 (ja) * | 2016-10-05 | 2021-01-27 | 大王製紙株式会社 | セルロースナノファイバー成形体の製造方法 |
JP6978578B2 (ja) * | 2016-10-05 | 2021-12-08 | 大王製紙株式会社 | セルロースナノファイバー成形体の製造方法 |
FI20175604A (fi) | 2017-06-26 | 2018-12-27 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Palonestokoostumus ja -pinnoite |
SE544029C2 (en) * | 2020-03-23 | 2021-11-09 | Stora Enso Oyj | A method for producing a film comprising nanocellulose |
WO2022109297A1 (en) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | Georgia Tech Research Corporation | Dewatering of cellulose nanofibrils suspensions |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1173904A (zh) * | 1995-02-08 | 1998-02-18 | 通用制糖股份有限公司 | 微原纤化纤维素和从初生纤维外壁植物纸浆,尤其从甜菜纸浆生产它的方法 |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4483743A (en) * | 1981-10-22 | 1984-11-20 | International Telephone And Telegraph Corporation | Microfibrillated cellulose |
DK0402866T3 (da) * | 1989-06-14 | 1994-06-20 | Daicel Chem | Organisk mikrofiberdelt materiale til filtre |
JP2675643B2 (ja) | 1989-11-07 | 1997-11-12 | ダイセル化学工業株式会社 | 粉粒体状の微小繊維材料及びその製造方法 |
JP4061661B2 (ja) | 1996-05-24 | 2008-03-19 | 味の素株式会社 | バクテリアセルロース濃縮物の処理方法 |
DE69731986T2 (de) | 1996-07-15 | 2005-12-29 | Rhodia Chimie | Zusammensetzung von Nanofibrillen von Cellulose mit carboxylierter Cellulose mit hohem Substitutionsgrad |
US6083582A (en) | 1996-11-13 | 2000-07-04 | Regents Of The University Of Minnesota | Cellulose fiber based compositions and film and the process for their manufacture |
JP4089000B2 (ja) | 1998-03-03 | 2008-05-21 | 味の素株式会社 | 湿潤バクテリアセルロースの保存方法 |
WO2006004012A1 (ja) | 2004-07-01 | 2006-01-12 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | セルロース不織布 |
JP2009062332A (ja) | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 微細繊維状セルロース及び/又はその複合体を含む香粧品組成物 |
JP2009067910A (ja) | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 水性塗料用添加剤及び、水性塗料組成物 |
US20100065236A1 (en) | 2008-09-17 | 2010-03-18 | Marielle Henriksson | Method of producing and the use of microfibrillated paper |
BRPI1009859A2 (pt) | 2009-03-11 | 2016-11-29 | Borregaard Ind | método para a secagem de celulose micro-fibrilada e dispositivo para secar celulose micro-fibrilada |
DK2805986T3 (en) * | 2009-03-30 | 2017-12-18 | Fiberlean Tech Ltd | PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF NANO-FIBRILLARY CELLULOS GELS |
WO2010143722A1 (ja) | 2009-06-12 | 2010-12-16 | 三菱化学株式会社 | 修飾セルロース繊維及びそのセルロース複合体 |
EP2501753A4 (en) * | 2009-11-16 | 2014-01-22 | Kth Holding Ab | NANOPAPIER RESISTANT |
FI20100022A (fi) | 2010-01-25 | 2011-07-26 | Upm Kymmene Corp | Aine ja koostumus öljykenttäsovelluksiin |
FI123968B (fi) | 2010-02-08 | 2014-01-15 | Upm Kymmene Corp | Menetelmä ja laitteisto raakamäntyöljyn puhdistamiseksi |
JP2011236398A (ja) | 2010-04-14 | 2011-11-24 | Oji Paper Co Ltd | 微細繊維状セルロースの製造方法 |
DK2386682T3 (da) * | 2010-04-27 | 2014-06-23 | Omya Int Ag | Fremgangsmåde til fremstilling af strukturerede materialer under anvendelse af nano-fibrillære cellulosegeler |
PL2386683T3 (pl) | 2010-04-27 | 2014-08-29 | Omya Int Ag | Sposób wytwarzania materiałów kompozytowych na bazie żelu |
JP2012025896A (ja) | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Konica Minolta Opto Inc | セルロースエステルとその製造方法、及び光学フィルム |
FI122548B (fi) | 2010-09-17 | 2012-03-15 | Upm Kymmene Corp | Menetelmä vedenpoiston parantamiseksi |
JP6165715B2 (ja) * | 2011-05-13 | 2017-07-19 | ストラ エンソ オーワイジェイ | セルロースを処理するためのプロセス及びそのプロセスによって処理されたセルロース |
-
2012
- 2012-02-13 FI FI20125159A patent/FI126819B/en active IP Right Grant
-
2013
- 2013-02-13 BR BR112014019872A patent/BR112014019872B8/pt active IP Right Grant
- 2013-02-13 CN CN201380009068.XA patent/CN104105829A/zh active Pending
- 2013-02-13 EP EP13713454.0A patent/EP2815025A2/en active Pending
- 2013-02-13 CN CN201710660127.XA patent/CN107237199A/zh active Pending
- 2013-02-13 CA CA2860811A patent/CA2860811C/en active Active
- 2013-02-13 US US14/367,555 patent/US9663588B2/en active Active
- 2013-02-13 WO PCT/FI2013/000008 patent/WO2013121083A2/en active Application Filing
- 2013-02-13 JP JP2014557097A patent/JP5916902B2/ja active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1173904A (zh) * | 1995-02-08 | 1998-02-18 | 通用制糖股份有限公司 | 微原纤化纤维素和从初生纤维外壁植物纸浆,尤其从甜菜纸浆生产它的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BR112014019872B8 (pt) | 2022-01-04 |
BR112014019872B1 (pt) | 2021-06-29 |
WO2013121083A3 (en) | 2013-10-31 |
JP2015516515A (ja) | 2015-06-11 |
FI126819B (en) | 2017-06-15 |
WO2013121083A2 (en) | 2013-08-22 |
JP5916902B2 (ja) | 2016-05-11 |
CA2860811A1 (en) | 2013-08-22 |
FI20125159A (fi) | 2013-08-14 |
BR112014019872A8 (pt) | 2017-07-11 |
US20140329094A1 (en) | 2014-11-06 |
CN104105829A (zh) | 2014-10-15 |
CA2860811C (en) | 2017-11-21 |
BR112014019872A2 (pt) | 2017-06-20 |
US9663588B2 (en) | 2017-05-30 |
EP2815025A2 (en) | 2014-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107237199A (zh) | 浓缩原纤维纤维素的方法和原纤维纤维素产品 | |
CN104136681B (zh) | 处理原纤维纤维素的方法和设备以及原纤维纤维素产品 | |
Levanič et al. | Analyzing TEMPO-oxidized cellulose fiber morphology: New insights into optimization of the oxidation process and nanocellulose dispersion quality | |
US11274396B2 (en) | Method for producing nanofibrillar cellulose and nanofibrillar cellulose product | |
FI127111B (en) | Process and intermediate for the production of highly refined or microfibrillated cellulose | |
US9416493B2 (en) | Method, system and apparatus for processing fibril cellulose and fibril cellulose material | |
FI127124B2 (en) | A process for making modified cellulosic products and a modified cellulosic product | |
FI128835B (en) | Method and apparatus for producing nanofibril cellulose | |
EP3180391B1 (en) | Method for preparing nanofibrillar cellulose | |
EP2196579A1 (en) | Method for producing microfibrillated cellulose | |
EP3390458B1 (en) | Bimodal cellulose composition | |
EP2814880B1 (en) | Method for fibrillation of cellulose and fibril cellulose product | |
EP3237109B1 (en) | Method for reducing the viscosity of a nanofibrillar cellulose hydrogel | |
EP3350368B1 (en) | Method for producing nanofibrillar cellulose |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171010 |