CN115552071A - 通过冲击生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生产高度微米原纤化纤维素(MFC)和纳米原纤化纤维素(NFC)的方法。本发明还涉及根据这种方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。通过使纤维素纸浆的浆料中的纤维素纤维经受多次机械冲击获得微米原纤化/纳米原纤化纤维素。该循环可以重复几次。以环形形式设置的非切割条是优选的构造。在高旋转中彼此面对地同心布置的至少两个环将动能传递至纤维,以提供高度去原纤化的纤维素/纳米原纤化的纤维素。

Description

通过冲击生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法
技术领域
本发明涉及生产微米原纤化纤维素(MFC)和纳米原纤化纤维素(NFC)的方法。本发明还涉及根据这种方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。通过使纤维素纸浆的浆料中的纤维素纤维经受多次机械冲击获得微米原纤化/纳米原纤化纤维素。该循环可以重复几次。
背景技术
纤维素是自然界中最丰富的有机聚合物之一。它通常由植物合成,但也由一些细菌产生。纤维素是由几百至几千个β(14)连接的d-葡萄糖单元的直链组成的多糖。植物的细胞壁将它们的机械强度归因于纤维素。纤维素的结构性质归因于其甚至在水性环境中也可保持半结晶聚集状态的事实,这对于多糖是不寻常的。在植物细胞中,其沿着链规则地聚集,导致分子间和分子内氢键和疏水相互作用,并形成称为微原纤维的纤维结构,微原纤维又由基本原纤维或纳米原纤维组成,基本原纤维或纳米原纤维是基本结构单元。
几种纤维素来源已用于获得纤维素微/纳米纤维,包括硬木、软木、大豆、棉花、麦秆、细菌纤维素、剑麻、大麻、甘蔗渣等。微米原纤化/纳米原纤化纤维素目前由许多不同的纤维素来源制造。木材是纤维素纤维的最重要的工业来源。从木材获得微/纳米原纤化纤维素是一个挑战。通常,它需要大量的能量来克服广泛且强的纤维间氢键,同时保留分子内键。换句话说,以实现微米/纳米级直径但保持长轴长度以获得高纵横比的方式加工原纤维。在迄今为止提出的各种提取方法中,大多数是机械的。例如,均化器、微流化器、超级研磨机、研磨、磨浆、低温粉碎等是机械方法。
除了将纤维素纤维分解成MFC/NFC的简单机械手段之外,还可以使用与化学和酶预处理的联合。可以使用不同的酶(纤维素酶、加氧酶、木聚糖酶等)或化学修饰(TEMPO-氧化、羧甲基化等)作为预处理,以降低MFC/NFC生产的能量成本。
具体地,在通过简单的机械手段制备MFC/NFC的情况下,向纤维素纸浆施加高强度剪切力,导致原纤维的个体化。在这些机械方法中,均化在极高的压力下进行,并且其特征在于原纤化纤维所需的大量能量。在均化过程中,纤维素浆料通过均质阀和冲击环之间的非常小的间隙,使纤维经受剪切力和冲击力,这导致纤维素原纤化。作为均化的替代方案,微流化可用于获得微米/纳米原纤维,其特征通常在于直径为20-100nm和长度为几十微米。微流化包括使纤维素悬浮液在高压下通过具有特定几何形状,例如Z或Y形,孔宽度为100-400μm的薄室,在此产生强剪切力和悬浮液对通道壁的冲击,导致纤维素原纤化。尽管产生高质量的MFC/NFC,但是为了变得经济可行,两种方法都面临重要的挑战:产生大量能量、操作问题例如堵塞和工业规模。
此外,超细摩擦研磨是另一种用于MFC/NFC生产的技术。日本Masuko Sangyo公司的SuperMasscolider研磨机是通常使用的一个例子。MFC/NFC的生产可以通过将天然纤维悬浮液“n”次通过磨石来获得。从磨盘产生的剪切力被施加到纤维,导致细胞壁分层,并因此导致微米原纤维/纳米原纤维的个体化。MFC/NFC通常获得的直径在20-90nm范围内。或者,圆盘或锥形磨浆机也可用于在包括机械力和液压力两者的整个过程中产生MFC/NFC,以改变纤维特性。通常,纸浆被泵送到磨浆机中,并被迫在位于定子和转子上的旋转磨条之间通过。因此,不同类型的应力被施加到填充物的磨浆条之间的纤维上(压碎、弯曲、拉动和推动)。在凹槽中产生剪切应力,如滚动和扭曲。可以使用其它机械方法,例如超声处理、冷冻粉碎、球磨、挤出、水性计数器和蒸汽爆炸。
然而,仍然需要一种获得MFC/NFC的方法,其不同于现有技术中已知的那些,并且其提供具有高度原纤维个体化、物理-机械性质的大特征的MFC/NFC,并且主要地,其可扩展至任何尺寸。
因此,本发明提供了微米原纤化/纳米原纤化纤维素,而不使用酶或化学处理,环境友好且避免昂贵或有害的操作,容易适用于高生产量需求和提高的生产。在本发明中,通过用非切割条连续冲击获得微米原纤化/纳米原纤化纤维素。本发明还提供了一种处理纤维素纤维并进一步处理MFC或NFC纤维的方法。
发明内容
本发明是生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法和根据这种方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。通过使纤维素纸浆的浆料中的纤维素纤维经受多次机械冲击获得高度原纤化的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。该循环可以重复几次。以基本上环的形式设置的非切割条是优选的构造。具有作为高旋转中的突出部的若干个条的基本上同心地彼此面对布置的至少两个环将动能传递到产生高度去原纤化的微米原纤化/纳米原纤化纤维素的纤维。纤维素纤维可以是牛皮纸纤维、漂白的纤维素纤维、半漂白的纤维素纤维、未漂白的纤维素纤维;干纤维素纤维、从未干的纤维素纤维、微米原纤化纤维素纤维(MFC)、纳米原纤化纤维素纤维(NFC)或其混合物。
本发明令人惊讶地允许获得具有微米/纳米级直径但保持其长轴向长度的原纤化纤维素,这导致具有高度原纤维个体化和物理-机械性质的大特征的微米纤维/纳米原纤化纤维素。物理-机械性能与所得微米/纳米原纤化纤维素的粘度、断裂长度、拉伸指数、耐破指数和伸长率有关。
本发明的第一实施例是生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供包含纤维素纤维的浆料,
b)在连续冲击下对浆料进行去原纤化,以产生微米原纤化/纳米原纤化纤维素。
微米原纤化/纳米原纤化纤维素可以作为浆料返回到步骤a)的另一个去原纤化步骤b)。优选地,由非切割条提供冲击,更优选地,非切割条在转子中、在定子中或在两者中,其中至少一个在旋转。此外,提供了根据所述方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。
附图说明
图1是本方法的示意图。
图2是表示根据本发明的一个实施例的转子和定子之间的冲击区和湍流区以及压差区域的图。
图3是桉属牛皮纸纤维素纤维的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图4是由传统圆盘磨浆机生产的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图5是通过本发明的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图6是通过本发明的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图7是通过本发明的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜显微照片。
图8是通过本发明的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜显微照片。
图9是通过本发明的方法制备的微米原纤化纤维素的扫描电子显微镜显微照片。
图10是具有0.85%重量的通过本发明的方法制备的微米原纤化纤维素样品1-9的浆料的流动曲线。
图11示出了通过不同工艺获得的MFC的粘度曲线。
图12a-12d示出了当在相同条件下将MFC加入到参比纤维素纸浆中时,通过不同工艺获得的MFC的物理-机械性质的曲线图。
具体实施方式
本发明的方法包括在纤维素纤维中提供冲击以产生高度原纤化的微米原纤化/纳米原纤化的纤维素纤维。冲击可以通过任何方式提供,并且优选地通过非切割条提供。
本发明的一个实施例是生产高度微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供包含纤维素纤维的浆料,
b)在连续冲击下对浆料进行去原纤化,以产生微米原纤化/纳米原纤化纤维素。
图2是本发明方法的示意图,该方法具有设置在同心圆中的非切割条,从而在转子和定子中形成环。
至少两个非切割条环的每一个具有限定在其中心的轴线。环设有旋转装置并旋转。在一个实施例中,转子环旋转,而定子环静止。在另一实施例中,转子环是静止的,并且定子环旋转。在另一实施例中,转子环和定子环沿相反方向旋转。
非切割条可以是转子、定子或两者中的突起。两个非切割条在它们之间形成条间隙,并且非切割条与形成在转子、定子或两者处的环中的突出间隙交替。在同一环中的两个顺序的非切割条之间的间隙至少为1mm。
当具有同心条环的转子和定子彼此面对地匹配时,在环之间形成至少200μm的环间隙。将旋转施加到转子、定子或两者上将动能传递到条,其冲击穿过环的条间隙设置的纤维。
优选地,对纤维素纤维的冲击由设置在转子或定子中的非切割条提供,优选地从转子或定子突出,优选地从转子和定子两者突出。
突出的非切割条以环形构造设置在转子、定子或两者中或从转子、定子或两者突出,从而在转子、定子或两者的表面中形成圆或环。在环形构造中,转子、定子或两者在旋转时也使形成有条的环旋转,从而向环提供线速度。优选地,条的线速度为20至200m/s,优选70m/s。在一个实施例中,转子环以至少20m/s,优选70m/s的线速度旋转,而定子环是静止的。在一个实施例中,转子环以至少20至200m/s,优选70m/s的线速度旋转,而定子环是静止的。在另一实施例中,转子环和定子环沿相反方向旋转,各自以从20到200m/s,优选70m/s的线速度。
如图1所示,将纤维素纸浆形式的含有纤维的浆料加入加工槽。浆料稠度可以调节到2.0至8%,优选3.5至5%,甚至更优选4%的值。
如果需要改性的微米原纤化纤维素,本发明的方法还可包括在处理所述浆料期间将至少一种pH调节剂加入浆料中。在这种情况下,在原纤化过程之前处理浆料。浆料的pH值可以校正到4.0至9.0,优选8.0。如果pH值应被校正到更碱性的pH值,则可以使用pH调节剂如氨、氢氧化物如氢氧化钠和氢氧化钾、以及其它如次氯酸钠。如果pH值应被校正为更酸性的pH值,则可以使用选自乙酸、磷酸、硝酸、盐酸和硫酸的酸。
一旦调节了参数,具有纤维素纤维的浆料在发生原纤化的整个设备中经受连续循环。转子上的基本同心的非切割条和定子上的非切割条被设置成在转子上的条之间产生至少0.2mm的环间隙,并且转子、定子或两者上的条经受20至200m/s、优选70m/s的高线速度。本发明规定,转子、定子或转子和定子两者都可以旋转,或者只有转子、定子之一可以旋转。
图2示出了转子的非切割条和定子布置的非切割条,形成环或圆,以及在它们之间形成的环间隙。纤维悬浮液浆料优选在同心环的内部区域排出,并由于转子、定子或两者的旋转向外移动到边缘。浆料从定子非切割条环的内部区域移动,到达定子的非切割条,在定子的非切割条处,浆料中的纤维经受冲击事件。在受到定子非切割条的冲击后,浆料中的纤维移动到形成在转子的非切割条和定子的非切割条之间的湍流剪切区域。在连续向外的运动中,纤维到达转子的非切割条,其中纤维经受另一冲击事件,产生微米原纤化/纳米原纤化纤维素。另外,在从一个环到下一个环的过渡期间,纤维经受高压变化。
不受理论的约束,据信对纤维的影响,连同在具有非切割条的转子和定子环之间的环间隙中产生的剪切湍流,以及由转子的加速和减速产生的大的压降/增加,产生高度的纤维素原纤化。在这种意义上,浆料在冲击回路(循环)中保持一段时间,该段时间根据浆料中固体的比例而变化。例如,当使用固体含量为4%的200kg至500kg的浆料时,冲击周期为5至240分钟。由于处理期间的热量产生,悬浮液可具有控制在30℃和100℃之间的温度。
冲击事件使纤维去原纤化并连续产生微原纤维。所产生的微米原纤化/纳米原纤化纤维素可以作为浆料返回到步骤a)中,返回到另一个去原纤化步骤b)中。本发明的方法可具有制备直径为0.01μm至0.8μm(10nm至800nm)的高度微米原纤化/纳米原纤化纤维素所需的多个循环。优选地,高度微米原纤化/纳米原纤化的纤维素具有通过扫描电子显微镜测定的0.1μm(100nm)的平均直径。当在水中为0.85%重量时,根据本发明的方法制备的微米原纤化/纳米原纤化纤维素具有在旋转流变仪上使用叶片几何结构测量的15-1000mPas.s的动态粘度。
使用冲击来生产微米原纤化纤维素和使用非切割条通过连续冲击来生产微米原纤化纤维素产生了具有高纵横比的高度原纤化纤维素。
能够生产本发明的微米原纤化/纳米原纤化纤维素的纤维是纤维素纤维、牛皮纸纤维、漂白纤维素纤维、半漂白纤维素纤维、未漂白纤维素纤维、干燥纤维素纤维、不干燥纤维素纤维、微米原纤化纤维素纤维(MFC)、纳米原纤化纤维素纤维(NFC)或其混合物。
在一个实施例中,本发明通过生产高度微米原纤化纤维素的方法实现,该方法包括提供包含纤维素纤维的浆料的步骤,所述纤维素纤维例如牛皮纸纤维、漂白纤维素纤维、半漂白纤维素纤维、未漂白纤维素纤维、干燥纤维素纤维、不干纤维素纤维或其混合物。在这种实施例中,本发明的方法将通过使牛皮纸纤维、漂白的纤维素纤维、半漂白的纤维素纤维、未漂白的纤维素纤维、干燥的纤维素纤维、从未干燥的纤维素纤维或其混合物的浆料在连续冲击下经受去原纤化而产生高度微米原纤化的纤维素。
在另一实施例中,本发明通过生产高度纳米原纤化纤维素的方法实现,该方法包括提供包含纤维素纤维的浆料的步骤,所述纤维素纤维例如牛皮纸纤维、漂白纤维素纤维、半漂白纤维素纤维、未漂白纤维素纤维、干燥纤维素纤维、不干纤维素纤维或其混合物。在这种实施例中,本发明的方法将通过使牛皮纸纤维、漂白的纤维素纤维、半漂白的纤维素纤维、未漂白的纤维素纤维、干燥的纤维素纤维、从未干燥的纤维素纤维或其混合物的浆料在连续冲击下经受去原纤化而产生高度纳米原纤化的纤维素。
在另一实施例中,本发明通过制备高度微米原纤化纤维素的方法实现,所述方法包括提供包含纤维素纤维如微米原纤化纤维素纤维(MFC)的浆料的步骤。在这样的实施例中,本发明的方法将通过使微米原纤化纤维素纤维(MFC)的浆料在连续冲击下进一步去原纤化而产生高度微米原纤化纤维素。
在另一个实施例中,本发明通过生产高度纳米原纤化的纤维素的方法实现,所述方法包括提供包含纤维素纤维如微米原纤化的纤维素纤维(MFC)或纳米原纤化的纤维素纤维(NFC)的浆料的步骤。在这样的实施例中,本发明的方法将通过使微米原纤化纤维素纤维(MFC)或纳米原纤化纤维素纤维(NFC)的浆料在连续冲击下经受去原纤化来产生高度纳米原纤化的纤维素。
因此,浆料可以包括MFC和NFC的混合物。
MFC或NFC的浆料或它们的组合可预先通过用圆盘磨浆机、锥形磨浆机或它们的组合加工纤维素纤维来获得。在这种意义上,在对MFC或NFC进行本发明的目的生产高度微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法之前,加工纤维一般是磨浆纤维以减小其尺寸。
图3为本发明处理前纤维素纤维的扫描电镜显微照片,图4为通过圆盘磨浆机技术使用超高磨浆水平生产的微纤化纤维素纤维的扫描电镜显微照片,图5-9为用本方法获得的典型MFC的不同放大倍数。
所获得的MFC/NFC的流变行为表明其在低剪切速率下具有高动态粘度。当剪切速率增加时,粘度值降低,显示众所周知的微米原纤化纤维素的剪切稀化行为。
如图4和5的显微照片所示,由本发明方法制备的MFC/NFC与由圆盘磨浆机技术制备的MFC/NFC相比,在纤维个体和直径方面表现出差异。结果,由非切割条提供的冲击产生的MFC/NFC具有更显著的阻力性质和与其它材料相互作用的能力,以及增强的粘度特征。
除了在原纤维个体化和直径方面的差异的视觉证明之外,图10和11示出MFC/NFC粘度的变化的实例,其在许多工业中是非常期望的性质,例如纺织、化妆品、家庭护理、个人护理、食品工业等。
图10示出了通过本发明的方法获得的在水中0.85%质量浓度下的MFC的典型流动曲线(粘度比对剪切速率)。
图11示出了通过包括公知的传统圆盘磨浆机和本发明的方法的不同方法获得的MFC的粘度分布图,其中冲击由非切割条提供。
在图11中,在低磨浆水平和超高磨浆水平下获得的MFC的数据示出了使用圆盘磨浆机获得的MFC粘度的数据。它们之间的差异通过应用的磨浆水平来解释。通过使用超高磨浆水平,实现了关于所施加的能量的量的磨浆极限,并且所获得的粘度数据不能通过已知的具有圆盘磨浆机的磨浆技术进一步增加。
实例
以下实施例将更好地说明本发明。所述的特定条件和参数代表本发明的优选但非限制性实施例。
实例1
通过以下不同的方法获得MFC的四个样品:
-具有低磨浆水平的微米原纤化纤维素(用圆盘磨浆机获得);
-具有超高磨浆水平的微米原纤化纤维素(用圆盘磨浆机获得);
-通过非切割条提供的冲击的微米原纤化纤维素;以及
-具有低磨浆水平(用圆盘磨浆机获得)和由非切割条提供的冲击的微米原纤化纤维素。
测试MFC的样品(水中浓度为0.85%重量),以便根据获得所述MFC的过程分析MFC的粘度曲线。
图11显示了每个样品的粘度(mPa.s)随剪切速率(s-1)的变化。每个样品获得的数据描述于下表1中。
表1:
Figure BDA0003933548410000091
Figure BDA0003933548410000101
用低磨浆水平和用超高磨浆水平获得的MFC的行示出了使用圆盘磨浆机获得的MFC粘度的数据。通过超高磨浆水平,可以解释达到了磨浆极限。
本文所述的方法导致粘度值不同的MFC。实际上,当与通过不同水平的现有圆盘磨浆技术获得的粘度结果相比时,具有由本发明的非切割条提供的影响的MFC的数据代表了新的粘度基线,并且因此代表了机械性能。
令人惊讶地,当使用从具有低磨浆水平的圆盘磨浆机技术获得的MFC作为本发明的步骤a)的浆料中的纤维素纤维时,即,在通过非切割条在连续冲击下对浆料进行去纤原纤化以产生微米原纤化/纳米原纤化纤维素的步骤之前,获得最令人兴奋的结果。粘度数据急剧增加,如在从低磨浆水平技术获得的MFC行中所述,其进一步经受由非切割条提供的连续冲击。
实例2
如下测试六个纤维素纸浆样品以分析它们的物理-机械性能:
-纤维素纸浆(无磨浆)-对照样品;
-具有低磨浆水平的微米原纤化纤维素(用圆盘磨浆机获得);
-具有中等磨浆水平的微米原纤化纤维素(用圆盘磨浆机获得);
-具有高磨浆水平的微米原纤化纤维素(用圆盘磨浆机获得);
-具有超高磨浆水平的微米原纤化纤维素(用圆盘磨浆机获得);以及
-具有低磨浆水平(用圆盘磨浆机获得)和由非切割条提供的冲击的微米原纤化纤维素。
对照样品是未磨浆的桉属漂白牛皮纸浆。通过向对照纤维素纸浆中加入至少2%重量、优选5%重量的由本领域已知的磨浆工艺(分别用圆盘磨浆机获得低、中、高和超高磨浆水平)生产的MFC,获得了四个其它样品。最后一个样品通过添加至少2重量%、优选5重量%的由圆盘磨浆机的低磨浆级生产的MFC来获得,该MFC进一步经受由非切割磨条提供的连续冲击。
图12a-d分别显示了六个样品的物理-机械性能如断裂长度(Km)、拉伸指数(Nm/g)、耐破指数(KPam2/g)和伸长率(%)的结果。
结果通过对照样品标准化。即,将获得的结果与对照样品(桉属漂白牛皮纸浆,没有磨浆)获得的结果进行比较分析。
条形图示出了当MFC加入到纤维素纸浆中时,在纤维素纸浆机械阻力方面的巨大结果。第一条与对照样品相关联。以下四个条分别与样品A至D相关,表明盘磨浆导致MFC在机械阻力方面提供良好的改进。然而,在一定程度的磨浆(能量输入)之后,结果没有大的差异,即样品A-D的机械抗性有一个平台。
与样品E相关的最后一个条表明,当使用从具有低磨浆水平的圆盘磨浆机获得的MFC作为本发明的步骤a)的浆料中的纤维素纤维时,即,在通过非切割条在连续冲击下对浆料进行去原纤化的步骤之前,获得的MFC的机械性能显著提高。所述增强的结果将不可能用传统的磨浆技术来实现。

Claims (25)

1.一种生产高度微米原纤化/纳米原纤化纤维素的方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供包含纤维素纤维的浆料,
b)在连续冲击下对所述浆料进行去原纤化,以产生微米原纤化/纳米原纤化纤维素。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述微米原纤化/纳米原纤化纤维素作为浆料返回到步骤a)的另一去原纤化步骤b)。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述冲击由非切割条提供。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述冲击通过转子、定子或两者中的非切割条提供。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述非切割条是在所述转子、所述定子或两者中的突起。
6.根据权利要求1所述的方法,其中非切割条与所述转子、所述定子或两者中的条间隙交替。
7.根据权利要求1所述的方法,其中在同一环中的两个非切割条之间的条间隙为至少1mm。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述非切割条在所述转子、所述定子或两者处的环形布置中具有条间隙。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述转子、所述定子或两者中的一个是旋转的。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述转子环和所述定子环在相反方向上旋转。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述棒以至少20m/s,优选70m/s的线速度旋转。
12.根据权利要求1所述的方法,其中所述转子上的非切割条和所述定子上的非切割条同心设置,以在所述转子上的条和所述定子上的条之间产生至少0.2mm的环间隙。
13.根据权利要求1所述的方法,其中使所述浆料在30℃至100℃的受控温度下经受连续冲击。
14.根据权利要求1所述的方法,其中所述纤维是纤维素纤维、牛皮纸纤维、漂白的纤维素纤维、半漂白的纤维素纤维、未漂白的纤维素纤维;干燥纤维素纤维、从未干燥的纤维素纤维或其混合物。
15.根据权利要求1所述的方法,其中所述纤维是微米原纤化纤维素、纳米原纤化纤维素或其混合物。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述纤维用圆盘磨浆机、锥形磨浆机或其组合加工。
17.根据权利要求1所述的方法,其中所述浆料包含2.0%至8%,优选3.5%至5%,甚至更优选4%的稠度。
18.根据权利要求1所述的方法,其中将至少一种pH调节剂加入所述浆料中,使得形成改性的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述pH调节剂将产生pH为4.0至9.0,优选8.0的浆料。
20.根据权利要求18或19所述的方法,其中所述pH调节剂选自氨、氢氧化钠、氢氧化钾、次氯酸钠、乙酸、磷酸、硝酸、盐酸和硫酸。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法生产的微米原纤化/纳米原纤化纤维素。
22.根据权利要求1至9所述的方法生产的微米原纤化纤维素,其直径为0.01μm至0.8μm。
23.根据权利要求22所述的微米原纤化纤维素,其中所述微米原纤化纤维素的平均直径为0.1μm,通过扫描电子显微镜测定。
24.根据权利要求22或23所述的微米原纤化纤维素,其中在0.85重量%的水中包含15至1000mPas.s的动态粘度。
25.用于生产微米原纤化/纳米原纤化纤维素的冲击的用途。
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FI127526B (en) * 2012-11-03 2018-08-15 Upm Kymmene Corp Process for manufacturing nanofibrillar cellulose
FI128835B (en) * 2013-05-14 2021-01-15 Upm Kymmene Corp Method and apparatus for producing nanofibril cellulose
FI126042B (en) * 2014-03-31 2016-06-15 Upm Kymmene Corp Method for producing nanofibril cellulose and nanofibril cellulose product
FI127716B (en) * 2014-03-31 2018-12-31 Upm Kymmene Corp Method of manufacturing fibrillated cellulose
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