UA119133C2 - METHOD OF PREPARATION OF NANOFIBILLARY CELLULOSE GELS - Google Patents
METHOD OF PREPARATION OF NANOFIBILLARY CELLULOSE GELS Download PDFInfo
- Publication number
- UA119133C2 UA119133C2 UAA201500645A UAA201500645A UA119133C2 UA 119133 C2 UA119133 C2 UA 119133C2 UA A201500645 A UAA201500645 A UA A201500645A UA A201500645 A UAA201500645 A UA A201500645A UA 119133 C2 UA119133 C2 UA 119133C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- oko
- filler
- pigment
- fibers
- okh
- Prior art date
Links
- 239000000499 gel Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 40
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 64
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 61
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims abstract description 46
- 206010061592 cardiac fibrillation Diseases 0.000 claims abstract description 27
- 230000002600 fibrillogenic effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 claims abstract description 18
- PTHCMJGKKRQCBF-UHFFFAOYSA-N Cellulose, microcrystalline Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 PTHCMJGKKRQCBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 69
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 32
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 20
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 17
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 9
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 8
- 229940088417 precipitated calcium carbonate Drugs 0.000 claims description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 4
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 claims description 4
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 claims description 4
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 claims description 4
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 claims description 4
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000004579 marble Substances 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims description 4
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 claims description 3
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011487 hemp Substances 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 240000000731 Fagus sylvatica Species 0.000 claims description 2
- 235000010099 Fagus sylvatica Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 241000218657 Picea Species 0.000 claims description 2
- 229920000388 Polyphosphate Polymers 0.000 claims description 2
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004113 Sepiolite Substances 0.000 claims description 2
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric Acid Chemical class [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 2
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 claims description 2
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 claims description 2
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims description 2
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 claims description 2
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 claims description 2
- -1 methyl methacrylate Chemical compound 0.000 claims description 2
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001205 polyphosphate Substances 0.000 claims description 2
- 235000011176 polyphosphates Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 2
- 229910052624 sepiolite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019355 sepiolite Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000029663 wound healing Effects 0.000 claims description 2
- 244000005894 Albizia lebbeck Species 0.000 claims 1
- ZAKOWWREFLAJOT-CEFNRUSXSA-N D-alpha-tocopherylacetate Chemical compound CC(=O)OC1=C(C)C(C)=C2O[C@@](CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)(C)CCC2=C1C ZAKOWWREFLAJOT-CEFNRUSXSA-N 0.000 claims 1
- 244000004281 Eucalyptus maculata Species 0.000 claims 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 claims 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 claims 1
- 241000581652 Hagenia abyssinica Species 0.000 claims 1
- 244000061176 Nicotiana tabacum Species 0.000 claims 1
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 claims 1
- 240000000220 Panda oleosa Species 0.000 claims 1
- 235000016496 Panda oleosa Nutrition 0.000 claims 1
- 241000159610 Roya <green alga> Species 0.000 claims 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 240000006394 Sorghum bicolor Species 0.000 claims 1
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 claims 1
- 235000009430 Thespesia populnea Nutrition 0.000 claims 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 claims 1
- 101150116749 chuk gene Proteins 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 16
- 244000166124 Eucalyptus globulus Species 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 8
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 6
- 229920001046 Nanocellulose Polymers 0.000 description 4
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 210000001724 microfibril Anatomy 0.000 description 3
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 229920000298 Cellophane Polymers 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 2
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 2
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 2
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000202567 Fatsia japonica Species 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 241001464837 Viridiplantae Species 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 210000004602 germ cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000011084 greaseproof paper Substances 0.000 description 1
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011088 parchment paper Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HELHAJAZNSDZJO-OLXYHTOASA-L sodium L-tartrate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O HELHAJAZNSDZJO-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
- 239000001433 sodium tartrate Substances 0.000 description 1
- 229960002167 sodium tartrate Drugs 0.000 description 1
- 235000011004 sodium tartrates Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Даний винахід належить до способу одержання нанофібрилярних целюлозних гелів шляхом забезпечення целюлозних волокон та принаймні одного наповнювача та/або пігменту; поєднання целюлозних волокон та принаймні одного наповнювача та/або пігменту; та фібрилювання целюлозних волокон за наявності принаймні одного наповнювача та/або пігменту до утворення гелю, а також до нанофібрилярного целюлозного гелю, одержаного відповідно до цього способу, та їх застосувань.The present invention relates to a method for producing nanofibrillar cellulose gels by providing cellulose fibers and at least one filler and / or pigment; a combination of cellulosic fibers and at least one filler and / or pigment; and fibrillation of the cellulosic fibers in the presence of at least one filler and / or pigment prior to gel formation, as well as to the nanofibrillary cellulose gel obtained in accordance with this method, and their applications.
Description
Даний винахід належить до способу одержання нанофібрилярних целюлозних гелів та до нанофібрилярних целюлозних гелів, одержаних за цим способом.This invention relates to the method of obtaining nanofibrillar cellulose gels and to nanofibrillar cellulose gels obtained by this method.
Целюлоза являє собою структурний компонент стінки зародкової клітини зелених рослин та є найбільш розповсюдженою органічною сполукою на Землі. Вона становить великий інтерес для багатьох застосувань та промисловостей.Cellulose is a structural component of the germ cell wall of green plants and is the most widespread organic compound on Earth. It is of great interest for many applications and industries.
Целюлоза є основною складовою паперу та картону, а також текстильних виробів, виготовлених з бавовни, льону та інших рослинних волокон. Целюлозу можна переробляти на целофан, тонку прозору плівку та на штучний шовк (віскозу), важливе волокно, що застосовувалося для текстильних виробів від початку 20-го століття. Як целофан, так і віскоза відомі як "регенеровані целюлозні волокна".Cellulose is the main component of paper and cardboard, as well as textiles made from cotton, flax and other plant fibers. Cellulose can be processed into cellophane, a thin transparent film, and rayon, an important fiber used in textiles since the early 20th century. Both cellophane and viscose are known as "regenerated cellulose fibers".
Целюлозні волокна також застосовують у рідинній фільтрації, для утворення фільтрувального шару інертного матеріалу. Целюлоза надалі використовується для утворення гідрофільних та високопоглинальних губок.Cellulose fibers are also used in liquid filtration to form a filter layer of inert material. Cellulose is further used for the formation of hydrophilic and highly absorbent sponges.
Для промислового використання целюлозу переважно одержують з деревної пульпи та бавовни. Її переважно використовують для виготовлення картону та паперу, та щонайменше її перетворюють на широке розмаїття похідних виробів.For industrial use, cellulose is mainly obtained from wood pulp and cotton. It is mainly used for the manufacture of cardboard and paper, and at least it is converted into a wide variety of derivative products.
Целюлозну пульпу як сирий матеріал виробляють з деревини або стебел рослин, як-от коноплі, льону та маніла. Волокна пульпи складаються переважно з целюлози та інших органічних компонентів (геміцелюлоза та лігнін). Макромолекули целюлози (що складаються з 1-4 глікозидних зчеплених молекул р-Ю-глюкози) зв'язані разом водневими зв'язками для утворення так званої первинної фібрили (міцела), яка має кристалічні та аморфні домени.Cellulose pulp as a raw material is produced from wood or the stems of plants such as hemp, flax and manila. Pulp fibers consist mainly of cellulose and other organic components (hemicellulose and lignin). Cellulose macromolecules (consisting of 1-4 glycosidically linked p-Y-glucose molecules) are bound together by hydrogen bonds to form the so-called primary fibril (micelle), which has crystalline and amorphous domains.
Кілька первинних фібрил (приблизно 55) утворюють так звану мікрофібрилу. Приблизно 250 таких мікрофібрил утворюють фібрилу.Several primary fibrils (about 55) form a so-called microfibril. Approximately 250 such microfibrils form a fibril.
Фібрили зібрані в декілька шарів (які можуть містити лігнін та/або геміцелюлозу) для утворення волокна. Індивідуальні волокна зв'язані разом лігніном також.Fibrils are assembled into multiple layers (which may contain lignin and/or hemicellulose) to form a fiber. Individual fibers are bound together by lignin as well.
Пульпи, застосовувані у виробництві паперу, часто отримують шляхом подрібнення деревини та можливої обробки теплом та хімічними речовинами для видалення з целюлозних волокон небажаних сполук.Pulps used in papermaking are often obtained by grinding wood and possibly treating it with heat and chemicals to remove unwanted compounds from the cellulose fibers.
Волокна розмелюються та розрізаються до певної тонкості (залежно від бажанихThe fibers are ground and cut to a certain fineness (depending on the desired
Зо властивостей). Розмелювання волокон домагаються за допомогою рафінера (як, наприклад, конічний роторно-статорний млин або дискові або подвійно-дискові рафінери). Рафінер також фібрилює волокна на поверхні, що означає, що деякі фібрили частково витягуються з поверхні волокна. Це приводить до кращого утримування та, часто, кращого прилипання до пігментів, які можуть додаватися при виробництві паперу, а також до збільшеного потенціалу водневого зв'язування між волокнами паперу. Результатом цього є поліпшення механічних властивостей.From properties). Grinding of the fibers is achieved using a refiner (such as a conical rotor-stator mill or disc or double-disc refiners). The refiner also fibrillates the fibers on the surface, meaning that some fibrils are partially pulled from the surface of the fiber. This results in better retention and often better adhesion to pigments that may be added during papermaking, as well as increased hydrogen bonding potential between paper fibers. This results in improved mechanical properties.
Побічний ефект також полягає в тому, що папір стає щільним та прозорішим через втрату світлорозсіювання, оскільки розмір вузлів розсіювання зрушується від прийнятного оптимуму половини довжини хвилі світла (пергамін та жиростійкий папір).A side effect is also that the paper becomes denser and more transparent due to the loss of light scattering, as the size of the scattering nodes is shifted from the acceptable optimum of half a wavelength of light (parchment and greaseproof paper).
Коли волокна стають стоншеними під застосованою енергією, вони стають фібрильованими, позаяк клітинні стінки зруйновані та розірвані на прикріплені смужки, тобто на фібрили. Якщо це руйнування продовжується для відділення фібрил від тіла волокна, воно вивільняє фібрили.When fibers become thinned under applied energy, they become fibrillated because the cell walls are broken down and torn into attached strips, i.e., fibrils. If this destruction continues to separate the fibrils from the fiber body, it releases the fibrils.
Руйнування волокон на мікрофібрили називають "мікрофібриляцією". Цей процес може продовжуватися доти, доки волокон не залишається та залишаються тільки фібрили нанорозмірів (товщини).The destruction of fibers into microfibrils is called "microfibrillation". This process can continue until there are no fibers left and only nano-sized (thick) fibrils remain.
Якщо процес і далі триває та руйнує ці фібрили на дедалі менші, вони очевидно стають целюлозними фрагментами або наногелем. Залежно від того, як далеко заходить ця остання стадія, деякі нанофібрили можуть залишатися всередині цього нанофібрильного гелю.If the process continues and breaks down these fibrils smaller and smaller, they apparently become cellulose fragments or nanogels. Depending on how far this last stage goes, some nanofibrils may remain inside this nanofibrillar gel.
Руйнування на первинні фібрили можуть називати "нанофібриляцією", де може бути м'який перехід між двома режимами. Первинні фібрили утворюють у водному середовищі гель (метастабільну мережу первинних фібрил), який можуть називати "нанофібрилярним гелем".The destruction of primary fibrils can be called "nanofibrillation", where there can be a smooth transition between the two regimes. Primary fibrils form a gel (metastable network of primary fibrils) in an aqueous environment, which can be called a "nanofibrillar gel".
Гель, утворений з нанофібрил, може розглядатися як такий, що містить наноцелюлозу.The gel formed from nanofibrils can be considered as containing nanocellulose.
Нанофібрилярні гелі бажані, оскільки вони зазвичай містять дуже тонкі фібрили, що, як вважається, містяться в частині наноцелюлози, які виявляють сильніший зв'язувальний потенціал до самих себе або до будь-якого іншого наявного матеріалу, аніж до фібрил, які не є такими тонкими або не показують наноцелюлозну структуру.Nanofibrillar gels are desirable because they typically contain very fine fibrils, which are believed to be contained in the nanocellulose portion, which exhibit a stronger binding potential to themselves or to any other material present than to fibrils that are not as fine. or do not show a nanocellulose structure.
Досяжна тонкість, однак, зі звичайно застосованими рафінерами обмежена. Також численні інші пристрої для руйнування частинок не здатні руйнувати целюлозні волокна до нанофібрил, як-от мішалки, згадані в 5 2001/0045264, які тільки здатні відокремлювати фракції заданого розміру одну від одної.Achievable fineness, however, with commonly used refiners is limited. Also, numerous other devices for breaking particles are not capable of breaking cellulose fibers into nanofibrils, such as the stirrers mentioned in 2001/0045264, which are only capable of separating fractions of a given size from each other.
Подібним чином, згідно з МО 02/090651, описано спосіб рециркуляції відходів пульпи, генерованих під час виробництва паперу, картону або щільного паперу, тоді як відходи очищення, що містять, з-поміж інших речей, волокна, пігменти та/або волокна, подрібнюють до певного розміру зерен шаровими млинами. Проте немає жодної згадки щодо фібриляції наявних волокон, не кажучи вже про фібриляцію до нанофібрил або нанофібрилярного целюлозного гелю.Similarly, MO 02/090651 describes a method for recycling pulp waste generated during the production of paper, cardboard or heavy paper, while cleaning waste containing, among other things, fibres, pigments and/or fibers is ground to a certain grain size by layer mills. However, there is no mention of fibrillation of the fibers present, let alone fibrillation into nanofibrils or nanofibrillar cellulose gel.
Якщо бажане подальше руйнування волокон до нанофібрил або навіть до целюлозних молекул, потрібні інші методи.If further destruction of fibers to nanofibrils or even cellulose molecules is desired, other methods are required.
Наприклад, згідно з 5 4,374,702 представлено спосіб одержання мікрофібрильованої целюлози, що включає пропускання рідкої суспензії волоконної целюлози через гомогенізатор під високим тиском, що має отвір невеликого діаметра, де суспензію піддають перепаду тиску принаймні 3000 рсхі та високошвидкісній зрушувальній дії, після якої відбувається високошвидкісна гальмівна дія проти твердої поверхні, повторення пропускання цієї суспензії через отвір доти, доки зазначена целюлозна суспензія стає переважно стабільною суспензією, причому за допомогою згаданого способу зазначену целюлозу перетворюють на мікрофібрильовану целюлозу без значної хімічної зміни целюлозного вихідного матеріалу.For example, 4,374,702 discloses a method for making microfibrillated cellulose, which includes passing a liquid suspension of cellulose fibers through a high-pressure homogenizer having a small diameter orifice, where the suspension is subjected to a pressure drop of at least 3000 psi and a high-speed shearing action, followed by a high-speed braking action. against a solid surface, repeating the passage of this suspension through the hole until said cellulosic suspension becomes a mostly stable suspension, and with the help of said method, said cellulose is converted into microfibrillated cellulose without significant chemical change of the cellulosic source material.
Нанофібрилярний целюлозний гель не згадується.Nanofibrillar cellulose gel is not mentioned.
У патенті 05 6,183,596 В1 представлено спосіб одержання надмікрофібрильованої целюлози шляхом пропускання рідкої попередньо стоншеної пульпи через апарат розмелювання, що має два або більше жорна, які пристосовані так, щоб створювати тертя з метою мікрофібрилювання пульпи для одержання мікрофібрильованої целюлози та надалі надмікрофібрилювання одержаної мікрофібрильованої целюлози гомогенізатором під високим тиском для отримання надмікрофібрильованої целюлози. Проте тут немає жодної згадки щодо нанофібрилярного целюлозного гелю.Patent 05 6,183,596 B1 discloses a method of producing ultra-microfibrillated cellulose by passing a liquid pre-thinned pulp through a grinding apparatus having two or more mills which are adapted to create friction for the purpose of microfibrillating the pulp to obtain microfibrillated cellulose and further ultra-microfibrillating the obtained microfibrillated cellulose with a homogenizer under high pressure to obtain ultra-microfibrillated cellulose. However, there is no mention of nanofibrillar cellulose gel.
Крім того, можуть застосовуватися фрикційні млини надтонкого розмелювання, де млин зменшує волокна на стоншені за допомогою механічного розрізання (пор., наприклад, 05 6,214,163 ВІ), що, проте, не приводить автоматичним чином до нанофібрилярного целюлозного гелю.In addition, ultrafine grinding friction mills can be used, where the mill reduces the fibers to the thinnest by means of mechanical cutting (cf., for example, 05 6,214,163 VI), which, however, does not automatically lead to a nanofibrillar cellulose gel.
Механічне виготовлення нанофібрилярної целюлози не є звичайним. Наприклад, існуєMechanical production of nanofibrillar cellulose is not common. For example, there is
Зо проблема збільшуваної в'язкості під час процесу фібриляції. Це може зупинити процес цілком або збільшити потребу в специфічній енергії.From the problem of increased viscosity during the fibrillation process. This can stop the process entirely or increase the need for specific energy.
Відтак, досі існує необхідність способу одержання нанофібрилярних целюлозних гелів, який не тільки легко здійснювався б, але також був би енергоекономічним.Therefore, there is still a need for a method of obtaining nanofibrillar cellulose gels, which would not only be easily implemented, but would also be energy-efficient.
Однією з цілей даного винаходу є забезпечити такий спосіб одержання нанофібрилярних целюлозних гелів.One of the purposes of this invention is to provide such a method of obtaining nanofibrillar cellulose gels.
Зараз було виявлено, що в машинах, де пропускна здатність являє собою функцію в'язкості, спостерігають вигідне зменшення в'язкості нанофібрилярних целюлозних гелів шляхом додавання та спільної обробки певних наповнювачів та/або пігментів з целюлозним волокном, що містить пульпу, результатом чого є краща продуктивність.It has now been found that in machines where throughput is a function of viscosity, advantageous reductions in the viscosity of nanofibrillar cellulose gels are observed by adding and co-treating certain fillers and/or pigments with the cellulose fiber containing pulp, resulting in better productivity.
Отже, вищезгадану проблему вирішують за допомогою способу одержання нанофібрилярних целюлозних гелів за даним винаходом.Therefore, the above-mentioned problem is solved using the method of obtaining nanofibrillar cellulose gels according to the present invention.
Відтак, спосіб за даним винаходом відрізняється тим, що передбачає наступні стадії: (а) забезпечення целюлозних волокон; (р) забезпечення принаймні одного наповнювача та/або пігменту; (с) поєднання целюлозних волокон та принаймні одного наповнювача та/або пігменту; (4) фібрилювання целюлозних волокон за наявності принаймні одного наповнювача та/або пігменту доти, доки не утворений гель.Therefore, the method according to the present invention differs in that it involves the following stages: (a) provision of cellulose fibers; (p) providing at least one filler and/or pigment; (c) a combination of cellulosic fibers and at least one filler and/or pigment; (4) fibrillation of cellulose fibers in the presence of at least one filler and/or pigment until a gel is formed.
Нанофібрилярна целюлоза в контексті даного винаходу означає волокна, які принаймні частково зруйновані до початкових фібрил. Якщо ці початкові фібрили перебувають у водному середовищі - утворюється гель (метастабільна мережа первинних фібрил, що розглядається в межі тонкості як переважно наноцелюлоза), називаний "нанофібрилярним гелем", причому має місце м'який перехід між нановолокнами та нанофібрилярним гелем, що містить нанофібрилярні гелі, які містять змінний об'єм нанофібрил, всі з яких охоплюються терміном нанофібрилярних целюлозних гелів відповідно до даного винаходу.Nanofibrillar cellulose in the context of the present invention means fibers that are at least partially destroyed to the original fibrils. If these initial fibrils are in an aqueous environment, a gel is formed (a metastable network of primary fibrils considered in the fineness limit as mostly nanocellulose), called a "nanofibrillar gel", and there is a smooth transition between the nanofibers and a nanofibrillar gel containing nanofibrillar gels. , which contain a variable volume of nanofibrils, all of which are covered by the term nanofibrillar cellulose gels according to this invention.
В цьому відношенні, фібрилювання в контексті даного винаходу означає будь-який спосіб, який передусім руйнує волокна та фібрили впродовж їхніх довгих осей, результатом чого є зменшення діаметра волокон та фібрил, відповідно.In this regard, fibrillation in the context of the present invention means any method that primarily disrupts the fibers and fibrils along their long axes, resulting in a reduction in the diameter of the fibers and fibrils, respectively.
Відповідно до способу за даним винаходом, фібриляція целюлозних волокон за наявності принаймні одного наповнювача та/або пігменту забезпечує нанофібрилярний целюлозний гель. бо Фібриляцію здійснюють доти, доки утворюється гель, причому утворення гелю перевіряють шляхом моніторингу в'язкості залежно від швидкості зсуву. Після поступового збільшення швидкості зсуву отримують певну криву, що відображує зменшення в'язкості. Якщо, згодом, швидкість зсуву поступово зменшують - в'язкість підвищується знову, але відповідні значення принаймні частини діапазону швидкості зсуву, коли зсув сягає нуля, нижчі, ніж при збільшуваній швидкості зсуву, що графічно відображено шляхом гістерезису в'язкості порівняно до швидкості зсуву. Як тільки спостерігається таке явище, нанофібрилярний целюлозний гель за даним винаходом утворено.According to the method according to the present invention, the fibrillation of cellulose fibers in the presence of at least one filler and/or pigment provides a nanofibrillar cellulose gel. because Fibrillation is carried out until a gel is formed, and gel formation is checked by monitoring the viscosity depending on the shear rate. After a gradual increase in the shear rate, a certain curve is obtained that reflects the decrease in viscosity. If, subsequently, the shear rate is gradually reduced, the viscosity increases again, but the corresponding values for at least part of the shear rate range when the shear reaches zero are lower than when the shear rate is increased, which is graphically represented by the hysteresis of viscosity versus shear rate. As soon as such a phenomenon is observed, the nanofibrillar cellulose gel according to the present invention is formed.
Крім того, під час фібриляції пульпи в машинах, де пропускна здатність являє собою функцію в'язкості, в'язкість гелю, утвореного відповідно до даного винаходу, є переважно нижчою за в'язкість відповідної суспензії нанофібрилярної целюлози, що фібрилюється за відсутності наповнювачів та/або пігментів.Furthermore, during pulp fibrillation in machines where throughput is a function of viscosity, the viscosity of the gel formed according to the present invention is preferably lower than that of the corresponding suspension of fibrillated nanofibrillar cellulose in the absence of fillers and/ or pigments.
В'язкість за Брукфільдом можуть вимірювати за допомогою будь-якого віскозиметраBrookfield viscosity can be measured using any viscometer
Брукфільда та стандартних операцій, відомих фахівцеві.Brookfield and standard operations known to a person skilled in the art.
Целюлозні волокна, що можуть застосовуватися у способі за даним винаходом, можуть бути такими, що містяться в пульпах, вибраних з групи, що включає евкаліптову пульпу, ялинову пульпу, соснову пульпу, букову пульпу, конопляну пульпу, бавовняну пульпу та їхні суміші. В одному прикладі здійснення все або частину цього целюлозного волокна можуть видаляти зі стадії рециклювання матеріалу, що містить целюлозні волокна. Відтак, пульпа може також являти собою рецикльовану пульпу.Cellulosic fibers that can be used in the method of the present invention can be those contained in pulps selected from the group consisting of eucalyptus pulp, spruce pulp, pine pulp, beech pulp, hemp pulp, cotton pulp and mixtures thereof. In one embodiment, all or part of this cellulosic fiber can be removed from the stage of recycling the material containing cellulosic fibers. Therefore, the pulp can also be recycled pulp.
В принципі, розмір целюлозних волокон не є критично важливим. Придатними відповідно до даного винаходу є переважно будь-які волокна, комерційно доступні та що можуть оброблятися в пристрої, застосованому для їх фібриляції. Залежно від джерела походження, целюлозні волокна можуть мати довжину від 50 мм до 0,1 мкм. Такі волокна, так само, як ті, що мають довжину приблизно від 20 мм до 0,5 мкм, більш переважно від 10 мм до 1 мм, та типово від 2 до 5 мм, переважним чином можуть застосовуватися в даному винаході, тоді як також придатними можуть бути довші та коротші волокна.In principle, the size of cellulose fibers is not critically important. Suitable according to this invention are mainly any fibers that are commercially available and that can be processed in the device used for their fibrillation. Depending on the source of origin, cellulose fibers can have a length of 50 mm to 0.1 μm. Such fibers, as well as those having a length of from about 20 mm to 0.5 µm, more preferably from 10 mm to 1 mm, and typically from 2 to 5 mm, can preferably be used in the present invention, while also longer and shorter fibers may be suitable.
Для застосування за даним винаходом є вигідним, щоб целюлозні волокна подавалися у формі суспензії, особливо водної суспензії. Переважно такі суспензії мають уміст твердої речовини від 0,2 до 35 95 мас, більш переважно 0,25-10 95 мас, навіть більш переважно 0,5-5 95For use according to the present invention, it is advantageous for the cellulose fibers to be supplied in the form of a suspension, especially an aqueous suspension. Preferably, such suspensions have a solids content from 0.2 to 35 95 wt, more preferably 0.25-10 95 wt, even more preferably 0.5-5 95
Ко) мас, особливо 1-4 95 мас, найбільш переважно 1,3-3 95 мас, наприклад 1,5 95 мас.Co) mass, especially 1-4 95 mass, most preferably 1.3-3 95 mass, for example 1.5 95 mass.
Зазначений принаймні один наповнювач та/або пігмент вибирають з групи, що включає осаджений карбонат кальцію (РОСС); природний розмелений карбонат кальцію (СС); доломіт; тальк; бентоніт; глину; магнезит; сатиніт; сепіоліт; гантит; діатоміт; силікати та їх суміші.The specified at least one filler and/or pigment is selected from the group consisting of precipitated calcium carbonate (PCC); natural ground calcium carbonate (SS); dolomite; talc; bentonite; clay; magnesite; satinite; sepiolite; ganthite; diatomite; silicates and their mixtures.
Осаджений карбонат кальцію, який може мати ватеритну, кальцитну або арагонітну кристалічну структуру, та/або природний розмелений карбонат кальцію, що може бути вибраний з мармуру, вапняку та/або крейди, є особливо переважними.Precipitated calcium carbonate, which may have a vaterite, calcite, or aragonite crystal structure, and/or naturally ground calcium carbonate, which may be selected from marble, limestone, and/or chalk, are particularly preferred.
В окремому прикладі здійснення, може бути вигідним застосування надтонкого дискретного призматичного, скаленоедричного або ромбоедричного осадженого карбонату кальцію.In a separate embodiment, it may be beneficial to use ultrafine discrete prismatic, scalenohedral, or rhombohedral precipitated calcium carbonate.
Наповнювачі та/або пігменти можуть забезпечуватися у формі порошку, хоча вони переважно додаються у формі суспензії, як-от водна суспензія. В цьому випадку вміст твердої речовини суспензії не є критично важливим, поки вона являє собою прокачувану рідину.Fillers and/or pigments may be provided in powder form, although they are preferably added in the form of a suspension, such as an aqueous suspension. In this case, the solid content of the suspension is not critically important, as long as it is a pumped liquid.
В переважному прикладі виконання частинки наповнювача та/або пігменту мають медіанний розмір частинки від 0,5 до 15 мкм, переважно 0,7-10 мкм, більш переважно 1-5 мкм та найбільш переважно 1,1-2 мкм, наприклад 1,5-3,2 мкм.In a preferred embodiment, the filler and/or pigment particles have a median particle size of 0.5 to 15 μm, preferably 0.7-10 μm, more preferably 1-5 μm, and most preferably 1.1-2 μm, for example 1.5 -3.2 μm.
Особливо переважно, щоб частинки наповнювача та/або пігменту мали медіанний розмір частинки від 0,01 до 15 мкм, переважно 0,1-10 мкм, більш переважно 0,3-5 мкм та найбільш переважно 0,5-4 мкм.It is particularly preferred that the filler and/or pigment particles have a median particle size of 0.01 to 15 μm, preferably 0.1-10 μm, more preferably 0.3-5 μm, and most preferably 0.5-4 μm.
Для визначення медіанного розміру частинки за масою, д5о, для частинок, що мають до більший за 0,5 мкм, застосовували пристрій Зедідгарпй 5100 від компанії Місготегійс5, США.To determine the median particle size by mass, d5o, for particles larger than 0.5 μm, the Zedidharpy 5100 device from Misgotegis5, USA was used.
Вимірювання здійснювали у водному розчині 0,1 96 мас. Ма«Рг2О;. Зразки диспергували із застосуванням високошвидкісної мішалки та ультразвуку. Для визначення медіанного розміру частинок за об'ємом, для частинок, що мають д5ос500 нм, використовували Маїмегп 2еїавіегMeasurements were carried out in an aqueous solution of 0.1 96 wt. Ma"Rg2O;. The samples were dispersed using a high-speed stirrer and ultrasound. To determine the median size of particles by volume, for particles with a diameter of 500 nm, we used Maimegp 2eiavieg
Мапо 25 від компанії Маїмегп, Британія. Вимірювання здійснювали у водному розчині 0,1 95 мас.Map 25 from the company Maimegp, Britain. Measurements were carried out in an aqueous solution of 0.1 95 wt.
Маг«РгО». Зразки диспергували із застосуванням високошвидкісної мішалки та ультразвуку.Mag. "RgO". The samples were dispersed using a high-speed stirrer and ultrasound.
Наповнювачі та/або пігменти можуть бути об'єднані з диспергуючими агентами, як-от вибрані з групи, що включає гомополімери або співполімери полікарбонових кислот та/або їхні солі або похідні, як-от складні ефіри на основі, наприклад, акрилової кислоти, метакрилової кислоти, малеїнової кислоти, фумарової кислоти, ітаконової кислоти, наприклад акриламідні або акрилові складні ефіри, як-от метилметакрилат, або їх суміші, лужні поліфосфати, бо фосфонові, лимонні та винні кислоти та їхні солі або складні ефіри, або їх суміші.Fillers and/or pigments can be combined with dispersing agents, such as selected from the group consisting of homopolymers or copolymers of polycarboxylic acids and/or their salts or derivatives, such as esters based on, for example, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, for example acrylamide or acrylic esters, such as methyl methacrylate, or mixtures thereof, alkaline polyphosphates, such as phosphonic, citric and tartaric acids and their salts or esters, or mixtures thereof.
Поєднання волокон та принаймні одного наповнювача та/або пігменту може здійснюватися шляхом додавання наповнювача та/або пігменту до волокон за одну або кілька стадій. Також волокна можуть додаватися до наповнювача та/або пігменту за одну або кілька стадій.Combining the fibers and at least one filler and/or pigment can be done by adding the filler and/or pigment to the fibers in one or more steps. Also, fibers can be added to the filler and/or pigment in one or more stages.
Наповнювач та/або пігмент, так само як волокна, може додаватися повністю або частинами перед або під час стадії фібрилювання. Проте додавання перед фібрилюванням є переважним.The filler and/or pigment, as well as the fibers, can be added in whole or in parts before or during the fibrillation step. However, addition before fibrillation is preferred.
Під час процесу фібриляції розмір наповнювачів та/або пігментів, так само як розмір волокон, може змінюватися.During the fibrillation process, the size of the fillers and/or pigments, as well as the size of the fibers, can change.
Переважним чином, вагове співвідношення волокон до наповнювачів та/або пігментів на основі сухої ваги складає від 1:33 до 10:11, більш переважно 1:10-7:1, навіть більш переважно 1:5-5:1, типово 1:3-3:1, особливо 1:2-2:1 та більш переважно 1:1,5-1,5:1, наприклад 1:1.Preferably, the weight ratio of fibers to fillers and/or pigments on a dry weight basis is from 1:33 to 10:11, more preferably 1:10-7:1, even more preferably 1:5-5:1, typically 1: 3-3:1, especially 1:2-2:1 and more preferably 1:1.5-1.5:1, for example 1:1.
Дозування наповнювача та/або пігменту може бути критичним. Якщо є забагато наповнювача та/або пігменту, це може вплинути на утворення гелю. Відтак, якщо не спостерігається утворення гелю в специфічній комбінації, може бути необхідним зменшити кількість наповнювача та/або пігменту.Dosing of filler and/or pigment can be critical. If there is too much filler and/or pigment, gel formation can be affected. Therefore, if gel formation is not observed in a specific combination, it may be necessary to reduce the amount of filler and/or pigment.
Крім того, в одному прикладі здійснення комбінацію спостерігають протягом 2-12 годин, переважно 3-10 годин, більш переважно 4-8 годин, наприклад 6 годин, перед її фібрилюванням, оскільки це ідеальним чином має результатом набухання волокон, що полегшує фібриляцію.Additionally, in one embodiment, the combination is observed for 2-12 hours, preferably 3-10 hours, more preferably 4-8 hours, such as 6 hours, prior to its fibrillation, as this ideally results in swelling of the fibers, which facilitates fibrillation.
Набухання волокон може бути полегшене за допомогою зберігання при підвищеному рн, а також шляхом додавання целюлозних розчинників, як-от, наприклад, мідь(ІШ)етилендіамін, залізо-натрій-тартрат або літій-хлор/диметилацетамін, або іншим відомим у галузі способом.Swelling of the fibers can be alleviated by storage at elevated pH, and by the addition of cellulosic solvents such as, for example, copper(II)ethylenediamine, ferric sodium tartrate, or lithium chloride/dimethylacetamine, or by other means known in the art.
Фібрилювання здійснюють засобами будь-якого придатного пристрою. Переважним чином, пристроєм є гомогенізатор. Це може бути фрикційний млин надтонкого розмелювання, як описано в 5 6,214,163 або 05 6,186,596.Fibrillation is carried out by means of any suitable device. Preferably, the device is a homogenizer. This may be a superfine friction mill as described in 5 6,214,163 or 05 6,186,596.
Придатні для застосування є будь-які комерційно доступні гомогенізатори, особливо гомогенізатори високого тиску, де суспензії протискуються під високим тиском через зменшений отвір, який може включати клапан, та випускаються зі зменшеного отвору під високим тиском проти твердої ударної поверхні безпосередньо перед зменшеним отвором, зменшуючи в такий спосіб розмір частинки. Тиск може генеруватися насосом, як-от поршневий насос, та ударна поверхня може містити ударне кільце, що простягається навколо отвору кільцевого клапана.Suitable for use are any commercially available homogenizers, particularly high-pressure homogenizers, where slurries are forced under high pressure through a reduced orifice, which may include a valve, and ejected from the reduced orifice at high pressure against a hard impact surface immediately in front of the reduced orifice, reducing in this method particle size. The pressure may be generated by a pump, such as a piston pump, and the impact surface may include an impact ring extending around the orifice of the annular valve.
Наприклад, як гомогенізатор, може застосовуватися в даному винаході Агієїе М52006Ї від СЕАFor example, as a homogenizer, Agieye M52006Y from CEA can be used in this invention
Міго Зоамі. Проте, серед інших, можуть застосовуватися також гомогенізатори, як-от: АРМ СаціїпMigo Zoami. However, among others, homogenizers can also be used, such as: АРМ Sacyp
Зегпев, НУТ НІ. 5епгіе5 або АГа І ама! ЗНІ. бепев.Zegpev, NO. 5epgie5 or Aha And ama! ZNI bepev
Крім того, пристрої, як-от млини надтонкого розмелювання, наприклад Зирег Маз5 СопПоїдег, можуть вигідним чином використовуватися в даному винаході.In addition, devices such as ultrafine grinding mills, such as Zyreg Maz5 SopPoideg, can be advantageously used in the present invention.
Даний спосіб виготовлення є особливо вигідним відносно до його ефективності. Як зазначено вище, відомі пульпові суспензії або гелі мають недолік, що полягає у відносно високій в'язкості в процесі фібриляції, що часто призводить до високого споживання енергії, що не є бажаним як з економічного, так і екологічного погляду.This manufacturing method is particularly advantageous in terms of its efficiency. As mentioned above, known pulp suspensions or gels have the disadvantage of relatively high viscosity in the fibrillation process, which often leads to high energy consumption, which is undesirable both from an economic and ecological point of view.
Загальним чином, мінімізація в'язкості в процесі вможливлює дві переваги: () гель може утворюватися більш ефективним чином, але, тим не менш, в'язкість зростатиме (на лінії нижчого рівня), коли поступово утворюватиметься гель, (і) навіть більш вигідним чином, гель може утворюватися під час критичних процесів в'язкості шляхом протікання з винаходом до того, як в'язкість знову зросте ближче до максимуму перебігу, оброблюваного в процесі, що означає, що відбувся прогрес до більш тонкоподрібненого гелю, ніж міг бути досягнутий попередньо.In general, the minimization of viscosity in the process enables two advantages: () the gel can be formed more efficiently, but nevertheless the viscosity will increase (on the lower level line) as the gel is gradually formed, (and) even more advantageous thus, a gel can form during critical viscosity processes by flowing with the invention before the viscosity increases again closer to the maximum flow treated in the process, which means that progress has been made to a finer gel than could be achieved previously .
Відтак, загальна енергія, що має бути застосована для отримання певної в'язкості, значно вища для гелів, що містять той самий тип та кількість пульпи, як нанофібрилярні целюлозні гелі відповідно до даного винаходу, але не містять наповнювача та/або пігменту. Те саме стосується гелів або суспензій того самого різновиду та кількості пульпи, але де після фібриляції додавали наповнювач та/або пігмент.Therefore, the total energy that must be applied to obtain a certain viscosity is significantly higher for gels containing the same type and amount of pulp as the nanofibrillar cellulose gels of the present invention, but without filler and/or pigment. The same applies to gels or suspensions of the same type and amount of pulp, but where a filler and/or pigment has been added after fibrillation.
Відповідно, ефективність нанофібрилярного целюлозного гелю стосовно до загального енергоспоживання для отримання певної в'язкості за Брукфільдом вища за ефективність відповідного нанофібрилярного целюлозного гелю або суспензії при фібриляції за відсутності наповнювачів та/або пігментів або відповідного гелю або суспензії, що не містить наповнювача та/або пігменту.Accordingly, the efficiency of the nanofibrillar cellulose gel in relation to the total energy consumption to obtain a certain Brookfield viscosity is higher than the efficiency of the corresponding nanofibrillar cellulose gel or suspension in fibrillation in the absence of fillers and/or pigments or the corresponding gel or suspension containing no filler and/or pigment .
Відтак, наступний аспект даного винаходу полягає в забезпеченні способу підвищення ефективності виробництва нанофібрилярних целюлозних гелів шляхом приготування нанофібрилярних гелів за допомогою вищеописаного способу.Therefore, the next aspect of this invention is to provide a method of increasing the efficiency of the production of nanofibrillar cellulose gels by preparing nanofibrillar gels using the above-described method.
Іншим об'єктом даного винаходу є нанофібрилярний целюлозний гель, отриманий за 60 допомогою способів відповідно до винаходу, ефективність яких стосовно до загального енергоспоживання для отримання певної в'язкості за Брукфільдом переважно є вищою за ефективність відповідного нанофібрилярного целюлозного гелю при фібриляції за відсутності наповнювачів та/або пігментів або відповідного гелю, що не містить наповнювача та/або пігменту.Another object of this invention is a nanofibrillar cellulose gel obtained by 60 methods according to the invention, the efficiency of which in relation to the total energy consumption to obtain a certain viscosity according to Brookfield is preferably higher than the efficiency of the corresponding nanofibrillar cellulose gel during fibrillation in the absence of fillers and/ or pigments or a suitable gel that does not contain a filler and/or pigment.
Завдяки їхнім властивостям механічної міцності, нанофібрилярні целюлозні гелі можна вигідним чином використовувати з різними цілями, як-от у композиційних матеріалах, пластмасі, фарбах, гумі, бетоні, кераміці, адгезивах, продуктах харчування, або при загоєнні ран.Due to their mechanical strength properties, nanofibrillar cellulose gels can be advantageously used for various purposes, such as in composite materials, plastics, paints, rubber, concrete, ceramics, adhesives, food products, or in wound healing.
Нижче описані фігури та приклади й експерименти, подані для пояснення даного винаходу, але жодним чином не мають його обмежувати.The following figures and examples and experiments are provided to illustrate the present invention, but are not intended to limit it in any way.
Опис фігур:Description of figures:
Фіг. 1 показує прогрес в'язкості за Брукфільдом під час гомогенізації сумішей пульпи з та без карбонату кальцію.Fig. 1 shows the progress of Brookfield viscosity during homogenization of pulp mixtures with and without calcium carbonate.
Фіг. 2 показує в'язкість за Брукфільдом сумішей пульпи з та без карбонату кальцію, доданого перед або після гомогенізації.Fig. 2 shows the Brookfield viscosity of pulp mixtures with and without calcium carbonate added before or after homogenization.
Фіг. З показує залежність в'язкості сумішей пульпи з та без карбонату кальцію, доданого перед та після гомонізації на швидкість зсуву.Fig. C shows the dependence of the viscosity of pulp mixtures with and without calcium carbonate added before and after homogenization on the shear rate.
Фіг. 4а та 6 показують знімки ЗЕМ тільки волокон (Фіг. 4а), волокон та 100 95 мас. карбонату кальцію на основі ваги наявних волокон перед гомогенізацією (Фіг. 40).Fig. 4a and 6 show ZEM images of fibers only (Fig. 4a), fibers and 100 95 wt. of calcium carbonate based on the weight of the fibers present before homogenization (Fig. 40).
Фіг. 5а та 6 показують знімки ЗЕМ тільки волокон (Фіг. 5а), волокон та 100 95 мас. карбонату кальцію на основі ваги волокон, наявних після 2 годин гомогенізації (Фіг. 55).Fig. 5a and 6 show ZEM images of fibers only (Fig. 5a), fibers and 100 95 wt. of calcium carbonate based on the weight of fibers present after 2 hours of homogenization (Fig. 55).
Фіг. ба-с показують знімки ЗЕМ тільки волокон (Фіг. ба), волокон та 100 95 мас. карбонату кальцію на основі ваги волокон, наявних після 10 годин гомогенізації (Фіг. 60).Fig. ba-c show ZEM images of fibers only (Fig. ba), fibers and 100 95 wt. of calcium carbonate based on the weight of fibers present after 10 hours of homogenization (Fig. 60).
Фіг. 7 показує ефективність утворення гелю сумішей з та без наповнювачів карбонату кальцію.Fig. 7 shows the effectiveness of gel formation of mixtures with and without calcium carbonate fillers.
Фіг. 8 показує ефективність утворення гелю сумішей, що містять карбонат кальцію та тальк нанорозмірів як наповнювачі.Fig. 8 shows the gel formation efficiency of mixtures containing calcium carbonate and nanosized talc as fillers.
ПрикладиExamples
А) Реологічна характеристикаA) Rheological characteristics
Для пояснення даного винаходу, високоочищену пульпу (стандартну евкаліптову пульпу з 20To illustrate the present invention, highly purified pulp (standard eucalyptus pulp with 20
Зо "ЗК, очищену до 80-83 "ЗК із застосуванням рафінера пульпи, використовуваного в паперових установках) та суміш цієї пульпи з визначеною кількістю карбонату (100 95 мас. за сухою вагою наявних волокон, сухий/сухий (а/4) фібрилювали гомогенізатором. Пульпу (базову) та суміш гомогенізували протягом 10 годин під тиском близько 1000 бар та здійснювали вимірювання в'язкості та робили знімки ЗЕМ з визначеними інтервалами часу.From "ZK, purified to 80-83 "ZK using a pulp refiner used in paper plants) and a mixture of this pulp with a certain amount of carbonate (100 95 wt. by dry weight of existing fibers, dry/dry (a/4) was fibrillated with a homogenizer The pulp (base) and the mixture were homogenized for 10 hours under a pressure of about 1000 bar and viscosity measurements were made and ZEM images were taken at defined time intervals.
В'язкість (при 50 "С) бази 560 мПа.сек. через 10 годин гомогенізування могла бути зменшена до 435 мПа-сек. співгомогенізуванням з 100 95 мас. карбонату кальцію (Оміакарб 1 АМ) на основі сухої ваги наявних волокон.The viscosity (at 50 "C) of the base of 560 mPa.sec after 10 hours of homogenization could be reduced to 435 mPa-sec by co-homogenization with 100 95 wt. calcium carbonate (Omiakarb 1 AM) based on the dry weight of the fibers present.
Для того, щоб перевірити, чи саме тільки додавання карбонату кальцію призводить до зменшення в'язкості гомогенізованої пульпи, чи ж потрібне співгомогенізування, зразок уже гомогенізованої пульпи змішували з карбонатом кальцію (100 95 мас. карбонату кальцію на основі сухої ваги наявних волокон, 4/4), називану "шихта".In order to check whether only the addition of calcium carbonate leads to a decrease in the viscosity of the homogenized pulp, or whether co-homogenization is required, a sample of already homogenized pulp was mixed with calcium carbonate (100 95 wt. calcium carbonate based on the dry weight of the available fibers, 4/ 4), called "charge".
В'язкість "шихти" (865 мПа.-сек.) була вищою за в'язкість співгомогенізованої суміші (435 мПа-сек.) та навіть вищою за в'язкість гомогенізованого контролю (560 мПа-сек.) без наявного карбонату кальцію.The viscosity of the "charge" (865 mPa-sec) was higher than the viscosity of the co-homogenized mixture (435 mPa-sec) and even higher than the viscosity of the homogenized control (560 mPa-sec) without the presence of calcium carbonate.
Карбонатні суспензії з тим самим умістом твердої речовини, але без гомогенізованої пульпи, з другого боку, не показують значно вищої в'язкості, ніж зразки, що містять волокно. 2. МатеріалCarbonate slurries with the same solids content, but without homogenized pulp, on the other hand, do not show significantly higher viscosities than fiber-containing samples. 2. Material
Карбонат: Отуасагь 1-АМ (ССС, вміст твердої речовини 100 95 мас. на основі ваги наявних волокон, медіанний розмір частинок за вагою дзо-1,7 мкм, виміряний за допомогою Зедідгарп 5100), поданий компанією Отуа А.Carbonate: Otouasag 1-AM (CCC, solids content 100 95 wt based on the weight of fibers present, weight median particle size 20-1.7 µm, measured with Zedidgarp 5100), submitted by Otoua A.
Пульпа: Стандартна евкаліптова пульпа (20 5), фібрильована до 80-83 "5К із застосуванням рафінера, використовуваного в паперових установках. Ступінь 5споррег-НіедієгPulp: Standard Eucalyptus pulp (20 5), fibrillated to 80-83 "5K using a paper mill refiner. Grade 5sporreg-Niedieg
СЕ) вимірювали відповідно до 7ейЙспетіпод Мегкріай М/7/61 та стандартизували в ІЗО 5267/1. 3. Експериментальна установкаCE) was measured in accordance with the 7eiYspetipod Megkriai M/7/61 and standardized in IZO 5267/1. 3. Experimental setup
Для одного довготермінового дослідження для гомогенізатора 1000 г (вміст твердої речовини близько З 95 мас.) одержаної пульпи змішували з 1250 г водопровідної води, застосовуючи мішалку (розчинювальний диск, що має швидкість обертання 4000 обертів на хвилину), отримуючи вміст твердої речовини близько 1,3 95 мас. Якщо необхідно, додавали відповідну кількість карбонату кальцію (Оміокарб 1 АМ) при подальшому перемішуванні (пор. бо Таблицю 1). Відповідні кількості цієї суспензії використовували для здійснення експериментів із в'язкості та мікрознімків ЗЕМ, як описано нижче. Залишок суспензії переміщували до резервуара гомогенізатора. Зразки, використані для вимірювань в'язкості, рециклювали у способі після здійснення вимірювань.For one long-term homogenizer study, 1,000 g (solids content of about C 95 wt.) of the resulting pulp was mixed with 1,250 g of tap water using a stirrer (dissolving disc having a rotation speed of 4,000 revolutions per minute), obtaining a solids content of about 1, 3 95 wt. If necessary, the appropriate amount of calcium carbonate (Omiokarb 1 AM) was added with further mixing (cf. Table 1). Appropriate amounts of this suspension were used for viscosity experiments and ZEM micrographs as described below. The rest of the suspension was moved to the tank of the homogenizer. The samples used for viscosity measurements were recycled in the method after the measurements.
Таблиця 1 . 0. Остаточний 2, Вихідний уміст - . - кальцію Імас. Фо, а/4| о речовини гомогенізаторі Ггод. мас. Ос) о мас. Фо 1 Омакарб!АМ! 0 Її 7713 17111711 3.2 ГомогенізаторTable 1 . 0. Final 2, Source content - . - calcium Imas. Fo, a/4| about substances homogenizer Ghod. mass Os) about mass. Fo 1 Omakarb!AM! 0 Her 7713 17111711 3.2 Homogenizer
Гомогенізатор (ЗЕА Міо Боамі; тип М5 2006 І) застосовували для експериментів з фібриляції. Резервуар перемішували зовнішньою подвійно-гвинтовою мішалкою для попередження осадження суспензії та підтримування гарного перетворення.A homogenizer (ZEA Mio Boami; type M5 2006 I) was used for fibrillation experiments. The tank was stirred with an external twin-screw stirrer to prevent slurry settling and maintain good conversion.
Машина починала працювати без жодного застосованого тиску (поршні на обох стадіях гомогенізації були повністю відігнуті) та з найнижчою швидкістю подання. Для пристосування тиску до близько 1000 бар залучали тільки поршень першої стадії. Час реакції починався, коли досягали тиску 1000 бар, де спостерігалися коливання тиску на 5200 бар. Постійний знижений або надлишковий тиск компенсували завдяки зміні положення поршня.The machine was started without any applied pressure (pistons were fully bent at both stages of homogenization) and at the lowest feed rate. To adjust the pressure to about 1000 bar, only the piston of the first stage was involved. The reaction time started when a pressure of 1000 bar was reached, where a pressure fluctuation of 5200 bar was observed. Permanent reduced or excess pressure was compensated by changing the position of the piston.
Суспензію утримували в стані обертання. Зразки відбирали після гомогенізаційної камери (перед входженням знову до резервуара) для забезпечення принаймні одного проходження волокон через гомогенізаційну камеру. 4. Способи 4.1 Вимірювання в'язкості 4.1.1 В'язкість за БрукфільдомThe suspension was kept in a state of rotation. Samples were taken after the homogenization chamber (before re-entering the tank) to ensure at least one pass of the fibers through the homogenization chamber. 4. Methods 4.1 Viscosity measurement 4.1.1 Brookfield viscosity
Вимірювання в'язкості здійснювали на віскозиметрі ВгоокПей ОМ-ІП-. Частоту обертання двигуна встановлювали на значенні 100 обертань на хвилину та в'язкість зчитували після 10, 60 та 600 секунд. Зразки вимірювали або за температури навколишнього середовища, або при 50 "С. Зразки підігрівали в термально-контрольованій ультразвуковій ванні. 4.1.2 Вимірювання реологіїViscosity was measured on a VgookPey OM-IP viscometer. The engine speed was set at 100 rpm and the viscosity was read after 10, 60 and 600 seconds. The samples were measured either at ambient temperature or at 50 °C. The samples were heated in a thermally controlled ultrasonic bath. 4.1.2 Measurement of rheology
Реологічні вимірювання здійснювали, застосовуючи Рааг-Рпузіка МСК 300 з вимірювальною системою СС28.7. Зразки вимірювали при 20 "С. 4.2 ЗЕМRheological measurements were carried out using a Raag-Rpuzik MSC 300 with a measuring system SS28.7. The samples were measured at 20 "C. 4.2 ZEM
Скануючі електронні мікрознімки (ЗЕМ) одержували шляхом додавання 0,5 г зразків до 200Scanning electron micrographs (SEMs) were obtained by adding 0.5 g of samples to 200
Зо см3 дистильованої води, яку згодом фільтрували через 0,8 мкм пористий нітроцелюлозний фільтр. Фільтр із вище розташованим зразком висушували у вакуумній сушарці. Речовини, отримані на мембранному фільтрі в такий спосіб, напилювали 50 нм золота та оцінювали в ЗЕМ при різних збільшеннях. 5. Результати 5.1 Вимірювання в'язкостіFrom cm3 of distilled water, which was subsequently filtered through a 0.8 micron porous nitrocellulose filter. The filter with the sample located above was dried in a vacuum dryer. The substances obtained on the membrane filter in this way were sputtered with 50 nm of gold and evaluated in ZEM at different magnifications. 5. Results 5.1 Measurement of viscosity
На Фіг. 1 можна побачити розвиток значення в'язкості (за Брукфільдом) протягом гомогенізації. В'язкість зчитували після 600 секунд. Зразки вимірювали при близько 35 "С (що було температурою зразків, відібраних безпосередньо після гомогенізаційної камери). Зразок 1 становить лише пульпу та, отже, застосовується як контрольний матеріал для Зразка 2, що містить карбонат кальцію. Як уже згадано, в'язкість зростає під час фібриляції. Як можна побачити, Зразок 2, що містить 100 95 мас. карбонату кальцію (на основі сухої ваги наявних волокон; алі), завжди мав нижчу в'язкість, ніж контрольний, але також збільшувалася, зі збільшенням часу гомогенізації.In Fig. 1 you can see the development of the viscosity value (according to Brookfield) during homogenization. The viscosity was read after 600 seconds. The samples were measured at about 35 "C (which was the temperature of the samples taken immediately after the homogenization chamber). Sample 1 is pulp only and is therefore used as a control material for Sample 2, which contains calcium carbonate. As already mentioned, the viscosity increases during fibrillation As can be seen, Sample 2 containing 100 95 wt% calcium carbonate (based on dry weight of fibers present; ali) always had a lower viscosity than the control, but also increased with increasing homogenization time.
Для пересвідчення, чи необхідна наявність карбонату кальцію під час гомогенізації для зниження в'язкості, також одержували й досліджували шихту гомогенізованого (10 год.) Зразка 1 та 100 95 мас. карбонату кальцію (на основі сухої ваги наявних волокон; 4/4), додану після гомогенізації. В'язкість зчитували після 10, 60 та 600 секунд. Зразки підігрівали в термально контрольованій ультразвуковій ванні та вимірювали при 50 "С.To verify whether the presence of calcium carbonate during homogenization is necessary to reduce viscosity, a batch of homogenized (10 h.) Sample 1 and 100 95 wt. of calcium carbonate (based on dry weight of available fibers; 4/4) added after homogenization. The viscosity was read after 10, 60 and 600 seconds. The samples were heated in a thermally controlled ultrasonic bath and measured at 50 °C.
На Фіг. 2 показано в'язкості чистої гомогенізованої пульпи (Зразок 1) та пульпи, співгомогенізованої з 100 95 мас. карбонату кальцію (на основі сухої ваги наявних волокон; алі) (Зразок 2), та сумішей гомогенізованої пульпи та 100 95 мас. карбонату кальцію (на основі сухої ваги наявних волокон; а/4), доданих після гомогенізації (шихта). В цьому відношенні, "10", "60"In Fig. 2 shows the viscosity of pure homogenized pulp (Sample 1) and pulp co-homogenized with 100 95 wt. of calcium carbonate (based on the dry weight of the fibers present; ali) (Sample 2), and mixtures of homogenized pulp and 100 95 wt. of calcium carbonate (based on the dry weight of the available fibers; a/4), added after homogenization (charge). In this respect, "10", "60"
та "600" стосуються значень в'язкості за Брукфільдом, взятій після 10, 60 та 600 секунд після увімкнення двигуна.and "600" refer to Brookfield viscosity values taken at 10, 60 and 600 seconds after engine start.
Як можна побачити, співгомогенізована суміш має меншу в'язкість, ніж контрольна, тоді як шихта має вищу в'язкість, ніж відповідна співгомогенізована суміш (Зразок 2) та контрольна (Зразок 1).As can be seen, the co-homogenized mixture has a lower viscosity than the control, while the charge has a higher viscosity than the corresponding co-homogenized mixture (Sample 2) and the control (Sample 1).
При порівнянні остаточних значень в'язкості (за час гомогенізації 10 годин) на Фіг. 1 та Фіг. 2, можна побачити злегка різні значення. Ця різниця пояснюється залежністю температури від в'язкості сумішей пульпи. 5.2 Вимірювання реологіїWhen comparing the final viscosity values (for a homogenization time of 10 hours) in Fig. 1 and Fig. 2, you can see slightly different values. This difference is explained by the dependence of temperature on the viscosity of pulp mixtures. 5.2 Measurement of rheology
Як можна побачити на Фіг. 3, всі зразки показують поведінку розріджування при зсуві. ВAs can be seen in Fig. 3, all samples show shear thinning behavior. IN
Таблиці 2 показано в'язкості контролю, співгомогенізованої суміші 100 95 мас. карбонату кальцію та 100 95 мас. шихти при 18000 сек.7. Подібно до даних вимірювань за Брукфільдом (Фіг. 2), співгомогенізований 100 95 мас. карбонат має найнижчу в'язкість (8 мПа.сек.) та 100 95 мас. карбонатна шихта - найвищу в'язкість (17 мПа-сек).Table 2 shows the viscosity of the control, co-homogenized mixture of 100 95 wt. calcium carbonate and 100 95 wt. charges at 18000 sec.7. Similar to the Brookfield measurement data (Fig. 2), co-homogenized 100 95 wt. carbonate has the lowest viscosity (8 mPa.sec.) and 100 95 wt. carbonate charge - the highest viscosity (17 mPa-sec).
Таблиця 2Table 2
Зразок2 (співгомогенізований з 100 96 мас. карбонатом) | 8Sample 2 (co-homogenized with 100 96 wt. carbonate) | 8
Крім того, на Фіг. З можна чітко побачити, що має місце гістерезис у випадку Зразка 2, що представляє випадок волокон, співгомогенізованих з 100 95 мас. карбонатом кальцію.In addition, in Fig. It can be clearly seen that there is hysteresis in the case of Sample 2, which represents the case of fibers co-homogenized with 100 95 wt. calcium carbonate.
При низьких швидкостях зсуву, в'язкість поступово зменшується, коли зсув збільшується, до швидкості зсуву близько 18000 сек." Після поступового повільного зменшення швидкостей зсуву, можна спостерігати нижчі в'язкості, ніж при відповідних швидкостях зсуву на попередній стадії підвищення, тоді як у даному випадку в'язкість завжди залишається нижчою за такі на попередній стадії, та нижчою за в'язкість шихти та тільки пульпа Зразка 1 за подібних умов зсуву.At low shear rates, the viscosity gradually decreases as the shear increases, up to a shear rate of about 18,000 s." After a gradual slow decrease in shear rates, lower viscosities can be observed than at the corresponding shear rates in the previous ramp-up stage, while in in this case, the viscosity always remains lower than those at the previous stage, and lower than the viscosity of the charge and only pulp Sample 1 under similar shear conditions.
Ця поведінка не тільки показує низькі в'язкості, які можна досягти відповідно до винаходу, але також це є чітким знаком утворення гелю. 5.3 ЗЕМThis behavior not only shows the low viscosities that can be achieved according to the invention, but it is also a clear sign of gel formation. 5.3 LAND
Порівнюючи Фіг. 4а (щодо Зразка 1) та Фіг. 45 (щодо Зразка 2) перед гомогенізацією, відповідно з Фіг. 5а та 50 після 2 годин гомогенізування, відповідно, та Фіг. ба та 660 після 10Comparing Fig. 4a (for Sample 1) and Fig. 45 (for Sample 2) before homogenization, according to Fig. 5a and 50 after 2 hours of homogenization, respectively, and Fig. ba and 660 after 10
Зо годин гомогенізування, відповідно, можна побачити, що волокна пульпи стали тоншими при збільшенні часу гомогенізації, та, без бажання бути зв'язаними цією теорією, виявляється, що після досягнення певної тонкості фібрил вони огортаються навколо карбонатних часток та утворюють різновид шару на верхній частині карбонатних часток.From the hours of homogenization, accordingly, it can be seen that the fibers of the pulp became thinner as the time of homogenization increased, and, without wishing to be bound by this theory, it appears that after reaching a certain thinness of the fibrils, they wrap around the carbonate particles and form a kind of layer on top carbonate particles.
В) Ефективність утворення гелю "Ефективність" у контексті даного винаходу визначають як в'язкість за Брукфільдом (вища в'язкість за Брукфільдом означає стабільніший гель, що означає вищий ступінь фібриляції), досягнуту на питоме енергоспоживання: 1. ОбробкаC) Gel formation efficiency "Efficiency" in the context of this invention is defined as the Brookfield viscosity (higher Brookfield viscosity means a more stable gel, which means a higher degree of fibrillation) achieved per specific energy consumption: 1. Processing
Всі Приклади (Зразки 4-93 обробляли у фрикційному млині надтонкого розмелювання (ЗуирегтаззсоїІоїдег від Мазико Запдуо Со. Ца, Японія (Модель МКСА 6-2)) зі встановленими шліфувальними каменями з карбіду кремнію з піском класу 46 (розмір піску 297-420 мкм).All Examples (Samples 4-93 were processed in an ultrafine friction mill (ZuiregtazzsoiIoideg from Maziko Zapduo So. Tsa, Japan (Model MKSA 6-2)) with installed silicon carbide grinding stones with grade 46 sand (grit size 297-420 µm) .
Проміжок між шліфувальними каменями встановлювали на "-50" мкм (динамічний О-пункт, як описано в керівництві, доданому постачальником). Швидкість обертового жорна коригували до 2500 обертань на хвилину для проходжень 1-5, 2000 обертань на хвилину для проходжень 6 та 7, до 1500 обертань на хвилину для проходжень 8 та 9, до 1000 обертань на хвилину для проходжень 10 та 11, до 750 обертань на хвилину для проходжень 12 та 13, та до 500 обертань на хвилину для проходжень 14 та 15. 2. Вимірювання енергіїThe gap between the grinding stones was set to "-50" µm (dynamic O-point as described in the manual supplied by the supplier). The speed of the rotary mill was adjusted to 2500 revolutions per minute for passages 1-5, 2000 revolutions per minute for passages 6 and 7, to 1500 revolutions per minute for passages 8 and 9, to 1000 revolutions per minute for passages 10 and 11, to 750 revolutions per minute for passes 12 and 13, and up to 500 revolutions per minute for passes 14 and 15. 2. Energy measurement
Вимірювання енергії здійснювали шляхом встановлення електричного лічильника (ЕКОEnergy measurements were carried out by installing an electric meter (ECO
Зуете АС, 0І2 06650) між основним джерелом електроживлення та трансформатором для вимірювання енергії, застосованої всією системою Зирегптазз5соїІоЇїдег (наданою подавальним пристроєм). Електричний лічильник надсилає один сигнал через М/п до цифрового лічильника (Непозіег, їїсо 731) для вможливлення зчитування енергоспоживання на проходження наприкінці проходження з точністю одного Мп.Zuete AC, 0I2 06650) between the main power supply and the transformer to measure the energy applied by the entire Ziregptazz5soiIoJideg system (provided by the feeder). The electric meter sends one signal through the M/n to the digital meter (Nepozieg, иссо 731) to enable the reading of energy consumption per pass at the end of the pass with an accuracy of one Mp.
3. Вимірювання ваги3. Weight measurement
Уміст твердої речовини вимірювали, застосовуючи Мейшег Тоїедо НВ 43-5 Наїодеп взоїїав5 раіапсе. Кінцеву загальну масу вимірювали із застосуванням Мейіег РК 36 Оейпа Капде Браїапсе.The content of solid matter was measured using Meisheg Toyedo HB 43-5 Naiodep vzoiiav5 raiapse. The final total mass was measured using Meijeg RK 36 Oeip Kapde Briapse.
Вихідна суха маса становить суму всіх сухих навантажень на початку експерименту (детальні склади можна знайти в описах одиночних експериментів). 4. Визначення в'язкості за БрукфільдомThe initial dry mass is the sum of all dry loads at the beginning of the experiment (detailed compositions can be found in the descriptions of individual experiments). 4. Determination of viscosity according to Brookfield
В'язкість за Брукфільдом вимірювали віскозиметром Вгоокеїй Моаеї! ОМ-1І-к.Brookfield viscosity was measured with a Vgookeii Moaei viscometer! OM-1I-k.
Для кращого порівняння даних вимірювання за Брукфільдом, в'язкість за Брукфільдом вимірювали при послідовному розріджуванні для обчислення в'язкості за Брукфільдом при фіксованому вмісті твердих речовин. Додатково було визначено, що тільки співвідношення сухого целюлозного вмісту (що походить із сухої пульпи) до води береться як контрольний параметр для в'язкості за Брукфільдом. Для обчислення целюлозного сухого вмісту твердих речодин (5.6.с) ВИКОристовують таку формулу: кон 5.6. мов ве ре тр, 5.6.5. ві с; вміст целюлозних твердих речовин, 5.6. виміряний уміст твердих речовин зразка,For a better comparison of the Brookfield measurement data, the Brookfield viscosity was measured at successive dilutions to calculate the Brookfield viscosity at a fixed solids content. Additionally, it was determined that only the ratio of dry cellulose content (derived from dry pulp) to water is taken as a control parameter for Brookfield viscosity. The following formula is used to calculate the cellulose dry solids content (5.6.c): con 5.6. mov ve re tr, 5.6.5. in s; the content of cellulosic solids, 5.6. measured solids content of the sample,
Ре: частковий целюлозний уміст, на визначення - 1,Re: partial cellulose content, by definition - 1,
Рг; наповнювач частин, вагове співвідношення до часткового целюлозного вмістуRg; filler parts, weight ratio to partial cellulose content
Стандартизовану в'язкість за Брукфільдом ВУ»», визначали згідно з наступним способом: 1. Вимірюють уміст твердої речовини та в'язкість та Брукфільдом (100 обертань на хвилину, вимірювання після 30 секунд) оригінального продукту. 2. Три розрідження оригінальних продуктів здійснювали шляхом додавання відповідних кількостей водопровідної води, вміст твердих речовин якої (вага принаймні 10 г) та в'язкості заStandardized viscosity according to Brookfield VU"" was determined according to the following method: 1. Measure the solid content and viscosity and Brookfield (100 revolutions per minute, measurement after 30 seconds) of the original product. 2. Three dilutions of the original products were carried out by adding appropriate amounts of tap water, the solids content of which (weight at least 10 g) and the viscosity of
Брукфільдом (100 обертань на хвилину, вимірювання після 30 секунд) вимірюють. 3. Виконують ху-точкову діаграму (х: уміст твердої речовини, у: в'язкість за Брукфільдом) та точки узгоджують з кривою потужності (у-захе). 4. Застосовують параметри а і Б для обчислення в'язкості за Брукфільдом за стандартизованим умістом целюлозної твердої речовини хз 2 95 мас.Brookfield (100 revolutions per minute, measurement after 30 seconds) is measured. 3. Draw a hu-dot diagram (x: solids content, y: Brookfield viscosity) and align the points with the power curve (y-zahe). 4. Parameters a and b are used to calculate Brookfield viscosity based on the standardized content of cellulose solids хз 2 95 wt.
Для виправлення властивого впливу Оміокарбу 1 АМ (Зразки 5-7) на в'язкість заTo correct the inherent effect of Omiocarb 1 AM (Samples 5-7) on the viscosity of
Зо Брукфільдом гелів, порівняльний гель, що не містить наповнювача (Зразок 4) змішували з відповідними кількостями Оміокарбу 1 АМ (для отримання подібних співвідношень, як у Зразках 5-7). ВМ2 цих сумішей визначали відповідно до вищеописаної процедури та було обчислено виправлення відсотків щодо гелю, який не містить наповнювачів. Коригування відсотків складають: для 0,1 р (частина за вагою; а/а; пор. Зразок 5) наповнювач «0,1 95 (ігноровано), Зр (частини за вагою; алі; пор. Зразок 6) наповнювач: - 14,5 95, 10р (частина за вагою; алі; пор.With Brookfield Gels, a comparative gel containing no filler (Sample 4) was mixed with appropriate amounts of Omiocarb 1 AM (to obtain similar ratios as in Samples 5-7). The BM2 of these mixtures was determined according to the procedure described above and the percentage correction for the gel containing no fillers was calculated. Percentage adjustments are: for 0.1 r (part by weight; a/a; cf. Sample 5) filler "0.1 95 (ignored), Zr (parts by weight; ali; cf. Sample 6) filler: - 14 ,5 95, 10r (part by weight; ali; cf.
Зразок 7) наповнювач: - 37,5 905.Sample 7) filler: - 37.5 905.
Відповідні коригування для Зразків 8 та 9 не виконувалися, отже, подані значення "ефективності", описані нижче, будуть переоцінені в діапазоні від близько 15 95 до 20 б). 5. Обчислення питомого енергоспоживання питоме, енергоспоживання на проходження Ей обчислюють згідно з наступною формулою: п ту т, - т, - 55 (т, - те) 14 тів - 0: МAppropriate adjustments were not made for Samples 8 and 9, so the reported "efficiency" values described below will be overestimated in the range of about 15 95 to 20 b). 5. Calculation of the specific energy consumption specific energy consumption for passing Ei is calculated according to the following formula: p tu t, - t, - 55 (t, - te) 14 tiv - 0: M
Е, : питома енергія проходження п |(ММН/а ті)E, : specific energy of passing n |(MMN/a ti)
Е, : виміряна енергія проходження п (М/П) ть; суха вага проходження п |Ггі т"; вихідна суха вага |гі тв, кінцева суха вага |гіE, : measured energy of passing n (M/P) t; dry weight of passage p |Гги t"; initial dry weight |ги тв, final dry weight |ги
Пп: кількість проходжень 5; вміст твердих речовин кінцевої ваги Імас. 9оPP: number of passes 5; solids content of final weight Imas. 9 o'clock
М: кінцева загальна вага |г 6. Обчислення "Ефективності"M: final total weight |g 6. Calculation of "Efficiency"
Ефективність (є) у контексті даного винаходу визначають як в'язкість за Брукфільдом (вища в'язкість за Брукфільдом означає більш стабільний гель, який означає вищий ступінь фібриляЦК», отриманий на питоме енергоспоживання:Efficiency (is) in the context of this invention is defined as Brookfield viscosity (higher Brookfield viscosity means a more stable gel, which means a higher degree of fibrillation) obtained per specific energy consumption:
Е в тРав 5 "Ефективність" МУп/аті ;E in section 5 "Efficiency" of the Ministry of Education;
ВУ. В'язкість за Брукфільдом при 2 95 мас. твердої речовини |тРазві,VU Brookfield viscosity at 2 95 wt. of solid matter
Елв : Загальна питома енергія одного прикладу |ІМУУпП/аті 7. МатеріалElv: Total specific energy of one example |IMUUpP/ati 7. Material
Оміакарб 1 АМ: постачений від Отуа АС; Подрібнений порошок карбонату кальцію, вироблений з високоякісного білого мармуру; Медіанний розмір частинок за вагою дзо-17 мкм, виміряний за допомогою Зедідгарі 5100.Omiakarb 1 AM: supplied by Otua AS; Crushed calcium carbonate powder made from high-quality white marble; Median particle size by weight is zo-17 µm, measured with a Zedidgari 5100.
Нано ССС: Природний розмелений карбонат кальцію (мармур від МеппопО); Диспергована суспензія (вміст твердих речовин 50 95 мас); Медіанний розмір частинок за об'ємом до становить 246 нм, як виміряно за допомогою Маїмегп 2еїавзігег Мапо 25.Nano SSS: Natural ground calcium carbonate (marble from MeppopO); Dispersed suspension (solids content 50-95 wt); The median particle size by volume is 246 nm, as measured using a Mimegp 2eiavzigeg Mapo 25.
Фінтальк Е40: РіппіаІс Е40, постачуваний Мопао Міпега!І5; Тальковий наповнювач для паперу та картону.Fintalc E40: Rippiace E40 supplied by Mopao Mipega!I5; Talc filler for paper and cardboard.
Евкаліптова пульпа: Сухі пластини, яскравість 88,77 95, 17 "5.Eucalyptus pulp: Dry plates, brightness 88.77 95.17 "5.
Соснова пульпа: Сухі пластини, яскравість 88,19 95, 20 "5. 8. Приготування зразківPine pulp: Dry plates, brightness 88,19 95, 20 "5. 8. Preparation of samples
Зразок 4 (порівняльний): 180 г Евкаліптової пульпи та 5820 г водопровідної води змішували за допомогою мішалкиSample 4 (comparative): 180 g of Eucalyptus pulp and 5820 g of tap water were mixed using a stirrer
РепагаціїкК при 2000 обертаннях на хвилину зі встановленим розчинювальним диском (9-70 мм) принаймні протягом 10 хвилин. Суміш обробляли ЗирептавззсоПоідег, як описано вище у відповідному абзаці. Приклад здійснювали тричі для того, щоб показати його відтворюваність.Repagation at 2000 rpm with a dissolving disk (9-70 mm) installed for at least 10 minutes. The mixture was treated with ZyreptavzzsoPoideg as described above in the appropriate paragraph. The example was run three times to show its reproducibility.
Зразок 5: 180 г Евкаліптової пульпи, 5820 г водопровідної води та 18 г Оміакарбу 1 АМ (10:11 пульпи до наповнювача, сухий/сухий) змішували за допомогою мішалки Репагаціїк при 2000 обертаннях наSample 5: 180 g of Eucalyptus pulp, 5820 g of tap water and 18 g of Omiacarb 1 AM (10:11 pulp to filler, dry/dry) were mixed using a Repagazik mixer at 2000 revolutions per
Зо хвилину зі встановленим розчинювальним диском (0-70 мм) принаймні протягом 10 хвилин.For a minute with the dissolving disk (0-70 mm) installed for at least 10 minutes.
Суміш обробляли БЗирегтабв5соПоідегр як описано вище у відповідному абзаці. Приклад здійснювали тричі для того, щоб показати його відтворюваність.The mixture was treated with BZyregtabv5soPoidegr as described above in the corresponding paragraph. The example was run three times to show its reproducibility.
Зразок 6: 180 г ЕЄЕвкаліптової пульпи, 5820 г водопровідної води та 540 г Оміакарбу 1 АМ (1:3 пульпи до наповнювача, сухий/сухий) змішували за допомогою мішалки Репагаціїк при 2000 обертаннях на хвилину зі встановленим розчинювальним диском (4-70 мм) принаймні протягом 10 хвилин. Цю суміш обробляли ЗирептаззсоїІоїЇдег, як описано вище у відповідному абзаці. Цей експеримент здійснювали двічі для того, щоб показати його відтворюваність.Sample 6: 180 g of Eucalyptus EEE pulp, 5820 g of tap water and 540 g of Omiacarb 1 AM (1:3 pulp to filler, dry/dry) were mixed using a Repagazik mixer at 2000 rpm with a dissolution disk (4-70 mm) installed. for at least 10 minutes. This mixture was treated with ZyreptazzsolIolIideg as described above in the appropriate paragraph. This experiment was performed twice to show its reproducibility.
Зразок 7: 180 г Евкаліптової пульпи, 5820 г водопровідної води та 1800 г Оміакарбу 1 АМ (1:10 пульпи до наповнювача, сухий/сухий) змішували за допомогою мішалки РепагаціїкК при 2000 обертаннях на хвилину зі встановленим розчинювальним диском (9-70 мм) принаймні протягом 10 хвилин.Sample 7: 180 g of Eucalyptus pulp, 5820 g of tap water, and 1800 g of Omiacarb 1 AM (1:10 pulp to filler, dry/dry) were mixed using a Repagation K mixer at 2000 rpm with a dissolution disk (9-70 mm) installed. for at least 10 minutes.
Суміш обробляли ЗирептаззсоїІоідег, як описано вище у відповідному абзаці.The mixture was treated with ZyreptazsoIioideg as described above in the corresponding paragraph.
Зразок 8: 180 г Соснової пульпи, 5820 г водопровідної води та 180 г РіппіаІіс 40 (1:11 пульпи до наповнювача, сухий/сухий) змішували за допомогою мішалки Репагаціїк при 2000 обертаннях на хвилину зі встановленим розчинювальним диском (4-70 мм) принаймні протягом 10 хвилин. Цю суміш обробляли ЗирегптаззсоїІоідег, як описано вище у відповідному абзаці.Sample 8: 180 g of Pine Pulp, 5820 g of tap water and 180 g of Rippialis 40 (1:11 pulp to filler, dry/dry) were mixed using a Repagazik mixer at 2000 rpm with a dissolution disk (4-70 mm) installed for at least within 10 minutes. This mixture was treated with ZyregptazzsoIoideg as described above in the appropriate paragraph.
Зразок 9: 180 г сухої евкаліптової пульпи, 5820 г водопровідної води та 360 г Нано ССС (1:1 пульпи до наповнювача, сухий/сухий) змішували за допомогою мішалки РепагаціїкК при 2000 обертаннях на хвилину зі встановленим розчинювальним диском (4-70 мм) принаймні протягом 10 хвилин. Цю суміш обробляли ЗирегптаззсоїІоідег, як описано вище у відповідному абзаці. 9. РезультатиSample 9: 180 g of dry eucalyptus pulp, 5820 g of tap water and 360 g of Nano SSS (1:1 pulp to filler, dry/dry) were mixed using a Repagation K mixer at 2000 rpm with a dissolution disc (4-70 mm) installed. for at least 10 minutes. This mixture was treated with ZyregptazzsoIoideg as described above in the appropriate paragraph. 9. Results
Зразки 4-7:Samples 4-7:
При порівнянні зразків 4-7, очевидним є те, що ефективність збільшується для гелів, що були одержані за наявності більшої кількості наповнювача, тобто до 250 95. Досягнення ефективності має бути більшим за 15 95, порівняно до гелю, що утворювався за відсутності наповнювача.When comparing samples 4-7, it is obvious that the efficiency increases for gels that were obtained in the presence of a larger amount of filler, ie up to 250 95. The achievement of efficiency should be greater than 15 95, compared to the gel formed in the absence of filler.
Зразки 8 і 9:Samples 8 and 9:
Зразки 8 і 9 не піддавалися коригуванню щодо в'язкості за Брукфільдом через природне збільшення в'язкості за Брукфільдом через додавання наповнювача (див. розділ "Визначення в'язкості за Брукфільдом".Samples 8 and 9 were not corrected for Brookfield viscosity due to the natural increase in Brookfield viscosity due to filler addition (see Brookfield Viscosity Determination).
Проте, як можна побачити на Фіг. 8, ефективність вища на близько 75 95, ніж один з порівняльних прикладів 4, та все ще вища на 4095, якщо було враховане коригування виміряного значення ефективності на мінус 20 95.However, as can be seen in Fig. 8, the efficiency is about 75 95 higher than that of one of the comparative examples 4, and still higher by 4095 when the minus 20 95 correction of the measured efficiency value was taken into account.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP09156703.2A EP2236545B1 (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Process for the production of nano-fibrillar cellulose gels |
| US21207309P | 2009-04-06 | 2009-04-06 | |
| UA201112682 | 2010-03-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA119133C2 true UA119133C2 (en) | 2019-05-10 |
Family
ID=66390658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201500645A UA119133C2 (en) | 2009-03-30 | 2010-03-30 | METHOD OF PREPARATION OF NANOFIBILLARY CELLULOSE GELS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA119133C2 (en) |
-
2010
- 2010-03-30 UA UAA201500645A patent/UA119133C2/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7187601B2 (en) | Method for producing nanofibril cellulose gel | |
| JP6810109B2 (en) | How to make a nanofibril cellulose suspension | |
| UA119133C2 (en) | METHOD OF PREPARATION OF NANOFIBILLARY CELLULOSE GELS |