СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЕЗВОЖЕННОЙ МИКРОФИБРИЛЛИРОВАННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2018 года по МПК C08B15/02 C08J9/28 C08L1/02 

Настоящее изобретение относится к способу получения обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы. Полученная микрофибриллированная целлюлоза может быть повторно диспергирована в воде без ухудшения свойств материала микрофибриллированной целлюлозы.

Предшествующий уровень техники

Микрофибриллированная целлюлоза, далее обозначаемая МФЦ, также называется наноцеллюлозой. МФЦ получают из исходного целлюлозного материала, обычно из древесной массы. Фибриллы МФЦ отделяют от древесных волокон с использованием гомогенизаторов высокого давления. Гомогенизаторы используются для расслаивания клеточных стенок волокон и высвобождения микрофибрилл и/или нанофибрилл. Для снижения высокого потребления энергии иногда используют предварительные обработки. Примерами таких предварительных обработок являются ферментативная/механическая предварительная обработка и введение заряженных групп, например, посредством карбоксиметилирования или ТЕМРО-опосредованного окисления.

Свойства МФЦ, такие как механические свойства, пленкообразующие свойства и вязкость, делают ее интересным материалом для многих приложений, таких как производство бумаги и картона, нефтяная и горнодобывающая промышленность, технология композиционных материалов, пищевая промышленность, фармацевтическая промышленность, применение в косметике и т.д.

Следующие документы предшествующего уровня техники относится к производству МФЦ:

В US 4483743 описан способ получения микрофибриллированной целлюлозы (МФЦ) путем пропускания жидкой суспензии целлюлозы через гомогенизатор высокого давления, имеющий выпускное отверстие малого диаметра, в котором суспензию подвергают перепаду давления по меньшей мере 3000 фунтов на квадратный дюйм (20670 кПа) и высокой скорости сдвига с последующим замедляющим воздействием высокой скорости, и повторения пропускания указанной суспензии через отверстие, пока суспензия целлюлозы не станет по существу стабильной. Полученная МФЦ имеет значение влагозадержания свыше 280%. Такую МФЦ можно использовать с бумажными продуктами и неткаными листами для улучшения их прочности. МФЦ, полученная способом такого типа, как правило, имеет ширину волокон около 25-100 нм, а длину значительно больше.

В WO 2007/091942 А1 раскрыт усовершенствованный способ производства микрофибриллированной целлюлозы. Указано, что раскрытый способ решает проблемы, связанные с засорением гомогенизаторов высокого давления и высоким потреблением энергии. Согласно этому документу микрофибриллированную целлюлозу получают путем очистки волокнистой массы, содержащей гемицеллюлозу, предпочтительно сульфитную целлюлозную массу, и обработки целлюлозной массы ферментом, разрушающим древесину, с последующей гомогенизацией волокнистой массы. Фермент является целлюлазой, предпочтительно целлюлазой эндоглюканазного типа, которая наиболее предпочтительно представляет собой однокомпонентную эндоглюканазу. Волокнистую массу можно очищать до или после ферментной обработки, или и до и после ферментной обработки. Полученную микрофибриллированную целлюлозу можно использовать в пищевых продуктах, косметических продуктах, фармацевтических продуктах, бумажных продуктах, композиционных материалах, покрытиях или в модификаторах реологии (например, в буровых растворах).

Еще один тип микрофибриллированной целлюлозы описан в работе Wågberg Lars et al., Langmuir 2008, Vol.24, 2008, pages 784-795. Эту микрофибриллированную целлюлозу получают с использованием гомогенизации высокого давления карбоксиметилированных целлюлозных волокон. Волокнами являлись волокна сульфитной волокнистой массы хвойных пород древесины. Полученная МФЦ обычно имеет ширину волокон около 5-15 нм и длину, которая может быть больше 1 мкм.

Также известны другие способы предварительной химической обработки, такие как предварительная окислительная обработка целлюлозных волокон, описанная в работе Saito et al. в Biomacromolecules, Vol.8, No. 8, 2007, pp.2485-2491. Целлюлозные волокна окисляют с использованием ТЕМРО-опосредованной (TEMPO - 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксильный радикал) обработки с последующей механической обработкой. Эта окислительная предварительная обработка преобразует первичные гидроксильные группы целлюлозы в карбоксилатные группы. Полученные нановолокна, как правило, имеют ширину приблизительно 3-4 нм и длину от нескольких микрометров.

Следующие документы предшествующего уровня техники относятся к сушке/обезвоживанию МФЦ или других целлюлозных материалов.

Были отмечены явления необратимой агрегации при увеличении содержания сухого вещества суспензий МФЦ. Основной стратегией для предотвращения агломерации или ороговения МФЦ было введение стерического барьера или электростатических групп для блокирования образования водородных связей между цепями целлюлозы. Среди наиболее полезных добавок используют полигидрокси-функционализированные смеси, в частности, углеводы или углевод-содержащие соединения, такие как гликозиды, углеводные смолы, производные целлюлозы, например КМЦ, крахмалы и олигосахариды. К сожалению оказалось, что требуется большое количество таких веществ, чтобы предотвратить ороговение. Это может серьезно ограничить конечное применение МФЦ, например, в пищевой промышленности, в композитных материалах и т.д.

В WO 2012/107642 описан способ обезвоживания водного геля нанофибриллярной целлюлозы с помощью органического растворителя, смешивающегося с водой. Предпочтительным растворителем является этанол. Заявлено, что может быть достигнуто содержание сухого вещества в нанофибриллярной целлюлозе до 95%.

В WO 2005/028752 описан способ изготовления формованного, высушенного волокнистого материала. Исходный материал представляет собой водную лигноцеллюлозную волокнистую массу, которая обезвожена под действием эффективного направления сжатия и давления, а затем высушена в сушильном шкафу при температуре 60-120°С. В предпочтительном варианте водный материал лигноцеллюлозных волокон закачивают в формующий желоб, имеющий зафиксированные неперфорированные верхние пластины, съемное перфорированное днище, перфорированную или цельную плунжерную головку с механическим приводом и цельные нижние боковые пластины с механическим приводом, и оставляют обезвоживаться.

В WO 2011/095335 раскрыт способ получения сухой микрофибриллированной целлюлозы, в котором смесь целлюлозной массы в жидкости, такой как этанол, подвергают воздействию высоких сдвиговых усилий с получением суспензии МФЦ, затем этанол в жидкости с МФЦ замещают жидким диоксидом углерода под давлением, и жидкий диоксид углерода удаляют выпариванием с получением сухой МФЦ.

В JP 60186548 описан способ дегидратации и сушки микрофибриллированной целлюлозы путем добавления к водной суспензии МФЦ водорастворимого вещества, такого как глюкоза или сахароза, в количестве по меньшей мере 10 масс. % от сухого вещества МФЦ. Указано, что полученная композиция МФЦ имеет превосходные свойства повторного диспергирования и суспендирования.

В US 4481076 описан способ сушки водной суспензии микрофибриллированной целлюлозы путем ее суспендирования в веществе, способном ингибировать образование водородных связей между волокнами в целлюлозе, и высушивания суспензии, предпочтительно при температуре 50-70°С. Предпочтительными веществами являются полигидрокси-соединения, такие как сахара.

Настоящее изобретение сосредоточено на решении следующих задач.

МФЦ обычно получают с очень малым содержанием сухого вещества, обычно с концентрацией от 1% до 6% по массе. Требуется более высокое содержание сухого вещества для более эффективной транспортировки и последующей обработки.

При увеличении содержания сухого вещества происходит необратимая агломерация и ороговение, что делает трудным повторное диспергирование после сушки.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка выполнимого способа, который предотвращает агломерацию в процессе сушки и позволяет получить продукт МФЦ, который имеет высокое содержание сухого вещества и является повторно диспергируемым.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению было обнаружено, что вышеуказанные задачи могут быть решены путем осуществления одной или более операций сушки водной суспензии МФЦ с помощью одного или более абсорбирующих материалов с получением обезвоженной МФЦ. Полученная обезвоженная МФЦ может быть легко повторно диспергирована в воде. Использованный абсорбирующий материал может быть регенерирован и использован повторно в качестве абсорбирующего материала.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 представлены кривые светопроницаемости, полученные для контрольных образцов и образцов, иллюстрирующих настоящее изобретение, и

На фиг. 2 представлен схематический чертеж устройства для осуществления способа согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

При рассмотрении фазовой диаграммы трехфазной системы воды представляется, что единственным способом снижения содержания жидкой воды в суспензиях МФЦ является лиофилизация, выпаривание и сверхкритическая сушка. Поскольку испарение приводит к необратимой агломерации фибрилл МФЦ, лиофилизация требует существенных затрат энергии и времени, а сверхкритическая сушка придает воде нежелательные свойства, т.е. сильные коррозионные свойства, варианты удаления воды эффективно и удовлетворительно без химических реагентов кажутся ограниченными. Тем не менее, в соответствии с настоящим изобретением было неожиданно обнаружено, что удаление воды не требует обязательно ни пересечения, ни обхода границы фаз жидкость-газ для того, чтобы удалить воду из суспензии МФЦ, и в то же время сохраняет свойства фибрилл МФЦ. Было установлено, что переход воды из фибрилл МФЦ может происходить в жидкой фазе, т.е. при обычной температуре и давлении окружающей среды при использовании абсорбирующих материалов. При нахождении в жидкой фазе может быть значительно уменьшено необратимое образование водородных связей, в результате чего материал МФЦ с низким содержанием воды остается неизмененным.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает способ получения обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы (МФЦ), в котором

i) получают водную суспензию МФЦ,

ii) при необходимости, обезвоживают указанную суспензию МФЦ с помощью механических средств с получением частично обезвоженной суспензии МФЦ, и

iii) подвергают суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ одной или более операций сушки с использованием одного или более абсорбирующих материалов с получением обезвоженной МФЦ.

Термин "микрофибриллированная целлюлоза", также называемая МФЦ, используемый в данном описании, включает микрофибриллированную/микрофибриллярную целлюлозу и нанофибриллированную/нанофибриллярную целлюлозу (НФЦ), которые также называются наноцеллюлозой, которые относятся к типам, описанным, например, в документах, обсуждаемых выше.

Как описано выше, МФЦ получают из исходного целлюлозного материала, обычно из древесной массы. Подходящие древесные массы, которые могут быть использованы для получения МФЦ, включают все типы химической массы (целлюлозы) на древесной основе, такие как беленая, полубеленая и небеленая сульфитная, сульфатная и натронная целлюлоза. Также можно использовать растворяющиеся целлюлозные массы, имеющие низкое содержание гемицеллюлозы, обычно ниже 5%.

Фибриллы МФЦ отделяют от волокон древесных масс с использованием гомогенизаторов высокого давления. Гомогенизаторы используются для расслаивания клеточных стенок волокон и высвобождения микрофибрилл и/или нанофибрилл. Для снижения высокого потребления энергии иногда используют предварительные обработки. Примерами таких предварительных обработок являются ферментативная/механическая предварительная обработка и введение заряженных групп, например, посредством карбоксиметилирования или ТЕМРО-опосредованного окисления.

Ширина и длина волокон МФЦ варьирует в зависимости от конкретного способа получения. Типичная ширина волокон МФЦ составляет от приблизительно 3 до приблизительно 100 нм, предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 30 нм, и типичная длина составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно 2 мкм, предпочтительно от приблизительно 100 до приблизительно 1000 нм.

"Абсорбирующий материал", используемый в способе согласно настоящему изобретению, включает твердые, нерастворимые в воде материалы, которые могут быть в виде волокон, нетканого материала, ткани, гранул и т.д. Предпочтительными материалами являются целлюлозные материалы, хлопок, водоабсорбирующие полимеры и особенно сверхабсорбирующие полимеры, и другие материалы, имеющие способность поглощать большое количество воды.

Сверхабсорбирующие полимеры (SAP) или гидрогели являются нерастворимыми в воде гидрофильными полимерами, которые способны набухать и поглощать воду, солевые растворы или физиологические жидкости в количестве, превышающем их собственную массу в 10-1000 раз. Они включают полиэлектролиты или другие высоко гидрофильные полимерные матрицы, как правило, имеющие точки поперечного связывания вдоль макромолекулярных цепей, для предотвращения растворения. Эти полимеры обычно содержат карбоксильные группы, которые находятся в равновесии с их диссоциированными формами в присутствии воды, или карбоксилатные группы. Полимерные спирали удлиняются и расширяются в результате электростатического отталкивания отрицательных зарядов. Карбоксилатные группы также могут взаимодействовать посредством образования водородных связей с дополнительным количеством воды. Присутствие сшивок обеспечивает набухание трехмерной сети и образование геля без растворения полимера.

Предпочтительным SAP является сеть сополимера на основе частично нейтрализованной акриловой кислоты (АА) или акриламида (АМ). Также могут быть использованы другие мономеры, такие как метакриловая кислота, метакриламид, акрилонитрил, 2-гидроксиэтилметакрилат, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота, N-винилпирролидон, винилсульфоновая кислота и винилацетат.

Обычно SAP получают из акриловых мономеров, предпочтительно из акриловой кислоты, ее натриевой или калиевой солей, и акриламида. Получение может включать одновременную полимеризацию и сшивание, или сшивание растворимого форполимера в отсутствие воды. Предпочтительным двойным сшивающим агентом является N,N'-метилен-бис-акриламид (МВА).

Преимущество способа согласно настоящему изобретению заключается в том, что кроме абсорбирующего материала(материалов) не используют химические вещества для операций сушки и регенерации, которые могли бы отрицательно повлиять на МФЦ. Еще одно преимущество заключается в том, что операция сушки может быть проведена при температуре и давлении окружающей среды.

Содержание сухого вещества в суспензии МФЦ составляет, как правило, не более 6 масс. %, предпочтительно от 1 до 6 масс. %, более предпочтительно от 1 до 5 масс. %, и наиболее предпочтительно от 1,5 до 4 масс. %.

Возможное обезвоживание указанной суспензии МФЦ с помощью механических средств для получения частично обезвоженной суспензии МФЦ может быть осуществлено с помощью прессования, центрифугирования или фильтрации, такой как вакуумная фильтрация.

Содержание сухого вещества в частично обезвоженной суспензии МФЦ обычно не превышает 20 масс. %, предпочтительно не более 18 масс. %, более предпочтительно не более 15 масс. %, и наиболее предпочтительно от 5 до 15 масс. %.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ приводят в контакт с абсорбирующим материалом, таким как сверхабсорбирующий полимер, для получения обезвоженной МФЦ. Эту операцию сушки можно повторять один или несколько раз для получения желаемого содержания сухого вещества. Предпочтительно абсорбирующий материал, такой как сверхабсорбирующий материал, наносят на поверхность суспензии МФЦ или частично обезвоженной суспензии МФЦ.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ приводят в контакт с первым абсорбирующим материалом, а затем со вторым абсорбирующим материалом для получения обезвоженной МФЦ.

Первый абсорбирующий материал может содержать целлюлозный материал, такой как фильтровальная бумага. Операцию сушки можно осуществлять в различных режимах, например, помещая суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ между двумя листами целлюлозного материала, такого как фильтровальная бумага. Эту операцию сушки можно повторять один или несколько раз, чтобы получить желаемое промежуточное содержание сухого вещества. Указанные два листа целлюлозного материала, такого как фильтровальная бумага, могут быть подвергнуты давлению механическим путем, чтобы усилить удаление воды.

Второй абсорбирующий материал может содержать абсорбирующий материал, такой как сверхабсорбирующий полимер, как определено выше. Эту операцию сушки можно повторять один или несколько раз, чтобы получить желаемое содержание сухого вещества. Предпочтительно абсорбирующий материал, такой как сверхабсорбирующий полимер, наносят на поверхность суспензии МФЦ или частично обезвоженной суспензии МФЦ.

Содержание сухого вещества в обезвоженной МФЦ, как правило, составляет по меньшей мере 20 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 25 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 40 масс. %, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 60 масс. %. Такое содержание сухого вещества будет резко сокращать транспортные расходы по сравнению с необезвоженной, т.е. невысушенной МФЦ. В одном варианте осуществления изобретения способ обезвоживания осуществляют на движущейся подложке таким образом, что суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ помещают на подложку и перемещают вместе с подложкой в сушильную секцию, где абсорбирующий материал приводят в контакт с МФЦ в течение определенного периода времени, затем абсорбирующий материал удаляют, и, при необходимости, эту операцию повторяют один или несколько раз для получения обезвоженной МФЦ, имеющей желаемое содержание сухого вещества.

В другом варианте осуществления изобретения способ обезвоживания осуществляют на движущейся подложке таким образом, что суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ помещают на подложку и перемещают вместе с подложкой в первую сушильную секцию, где первый абсорбирующий материал приводят в контакт с МФЦ в течение определенного периода времени, затем первый абсорбирующий материал удаляют, а подложку вместе с полученной суспензией МФЦ перемещают во вторую сушильную секцию, где второй абсорбирующий материал приводят в контакт с МФЦ в течение определенного периода времени, затем второй абсорбирующий материал удаляют с получением обезвоженной МФЦ. Описанные операции сушки в первой сушильной секции и/или во второй сушильной секции можно повторять один или несколько раз для получения обезвоженной МФЦ, имеющей желаемое содержание сухого вещества.

В соответствии с изобретением удаленный абсорбирующий материал (материалы) может быть регенерирован и повторно использован в качестве абсорбирующего материала в этом способе. Эта регенерация может быть легко осуществлена с помощью сушки материала, например, в печи при повышенной температуре в течение определенного периода времени. Температура должна быть выбрана таким образом, чтобы свойства абсорбирующего материала не ухудшались. Также можно использовать другие сушильные системы, такие как инфракрасные системы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения обезвоженную МФЦ, полученную способом согласно изобретению, можно повторно диспергировать в воде без существенного ухудшения свойств материала МФЦ.

Способность к повторному диспергированию обезвоженной МФЦ можно оценить посредством измерения вязкости и светопроницаемости. При сравнении полученных результатов для необезвоженной МФЦ и обезвоженной и повторно диспергированной МФЦ различие в вязкости или светопроницаемости не должно быть более 30%, предпочтительно не более 20%,

i) когда вязкость измеряют для образца, обработанного ультразвуком в течение 2 минут, с помощью вискозиметра Брукфильда RVDV-II+P со шпинделями V-72 при скорости сдвига 5 оборотов в минуту в течение 300 секунд, или

ii) когда светопроницаемость измеряют для образца, имеющего содержание сухого вещества 0,1% и обработанного ультразвуком в течение 2 минут, с помощью спектрофотометра для УФ- и видимой области UV-1800 от Shimadzu Corp., между 300 и 1100 нм.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления На фиг. 2 показано устройство 1 для осуществления способа получения обезвоженной МФЦ в соответствии с настоящим изобретением. Движущаяся лента обозначена позицией 2. Суспензия МФЦ перемещается вместе с лентой 2. Первой секцией устройства является секция 3 фильтрации, где из суспензии удаляют свободную воду. После этого частично обезвоженную суспензию МФЦ помещают между двумя первыми гидрофильными мембранами 4 и 4', а затем помещают между двумя промежуточными гидрофильными мембранами 5 и 5'. Мембраны регенерируют в сушильных установках 6, 6' и 7, 7', соответственно. Затем суспензию МФЦ с пониженным содержанием воды перемещают в секцию, где осуществляют окончательную абсорбцию с помощью гидрофильной мембраны 8 в форме сверхадсорбентов. Позиции 9 и 10 показывают входящие регенерированные сверхабсорбенты, а позиции 11 и 12 показывают выходящие сверхабсорбенты, подлежащие регенерации в сушильной установке 13. Обезвоженную МФЦ складируют виде листов 14.

Методы

Вязкость

Образцы МФЦ диспергировали в деионизованной воде до целевого содержания сухого вещества 1,5% и объема 80 мл. Перед измерением вязкости образцы обрабатывали ультразвуком с помощью ультразвукового процессора Sonics® модели VCX 750 (Sonics & Materials Inc., Newtown, Коннектикут, США) в течение 1+1 мин с промежуточным перемешиванием с помощью металлического шпателя. После этого суспензию охлаждали на водяной бане до 22±1°С, периодически перемешивая шпателем, с получением однородной суспензии, имеющей стабильную температуру. Для измерения вязкости использовали вискозиметр RVDV-II+P (Brookfield Engineering Laboratories Inc., Мидлборо, Массачусетс, США) с лопастными шпинделями V-72 (Brookfield Engineering Laboratories Inc., Мидлборо, Массачусетс, США). Этот тип шпинделей показал необходимый крутящий момент 10-100% в измеряемом диапазоне скоростей сдвига. Из-за ограниченного количества образцов шпиндель погружали наполовину. Истинное значение вязкости, таким образом, составляет удвоенное измеренное значение (Инструкции по эксплуатации Brookfield Engineering Laboratories Inc.). Диаметр стакана Шотт Дюрана на 100 мл (47,8 мм) более, чем вдвое превышал ширину большего шпинделя V-72 (21 0,6 мм), который требуется для надежного измерения. Кроме того, зазор между днищем стакана и шпинделем V-72 был больше, чем ширина шпинделя. После погружения шпинделя система находилась в покое в течение 1 мин. После этого применяли скорости сдвига 0,5, 5, 10, 50 и 100 Скорость сдвига 199 об/мин была самой высокой измеримой скоростью сдвига на вискозиметре, и самой низкой скоростью сдвига была выбрана скорость сдвига 0,5 об/мин. Для скоростей сдвига 0,5, 5 и 10 об/мин было выбрано время измерения 300 сек, поскольку они казались более склонными к нестабильности. Более высокие скорости сдвига показали довольно стабильные значения вязкости уже после 100 сек. После измерения суспензий их снова перемешивали металлическим шпателем и оставляли стоять в течение 40 мин до второго измерения. Наконец, проверяли содержание сухого вещества суспензий МФЦ после сушки в сушильном шкафу с принудительной подачей воздуха при температуре 105°С до постоянного веса.

Светопроницаемость

Из образцов суспензии МФЦ, использованных для измерения вязкости, с известным содержанием сухого вещества, готовили 40 г суспензии с содержанием 0,1% сухого вещества МФЦ путем добавления воды высокой степени чистоты (удельное сопротивление при 21°C≥16,5 МОм⋅см). Использовали воду высокой чистоты для сведения к минимуму количества примесей и получения концентрации 0,1%, поскольку она подходит для диапазона светопроницаемости для всех образцов. Суспензии перемешивали магнитной мешалкой в течение 10 мин при 300 об/мин. Затем их обрабатывали ультразвуком с помощью ультразвукового процессора Sanies® модели VCX 750 (Sanies & Materials Inc., Ньютаун, Коннектикут, США) в течение 1+1 мин с промежуточным и конечным перемешиванием магнитной мешалкой в течение 0,5 мин при 300 об/мин. Светопроницаемость измеряли в диапазоне между 300 и 1100 нм с использованием спектрофотометра в УФ- и видимой области UV-1800 (Shimadzu Corp., Kyoto, Japan). Был выбран расширенный диапазон длин волн по сравнению с Johnson et al. (2009 Ce//w/ose, 16, pp.227-238), поскольку было получено больше данных с таким же количеством приготовленных образцов. Кювету для анализа промывали и измеряли в качестве контроля с водой высокой степени чистоты. Длина пути кюветы составляла 1 см. Затем кювету промывали и заполняли образцом МФЦ, подлежащим измерению. Для каждого образца проводили три измерения. Второе и третье измерения проводили через 5 и 10 мин от начала первого измерения соответственно.

Пример 1

В качестве исходного материала использовали смесь микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) с водой, полученную, как описано в WO 2011/154601. Исходную суспензию МФЦ готовили из этой смеси МФЦ-вода путем трех проходов через микрофлюидизатор М-110Р (Microfluidics Corporation) при рабочем давлении 2000 бар. В качестве контроля использовали исходную суспензию МФЦ как таковую (без удаления воды).

Сверхабсорбирующий полимер (SAP) получали путем свободно-радикальной полимеризации из акриловой кислоты (20%) с использованием 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2-ил)пропан]дигидрохлорида (VA-044) в качестве инициатора свободно-радикальной полимеризации и N,N' метиленбисакриламида (МВА) в качестве сшивающего агента. Полученный полимер кислоты нейтрализовали гидроксидом натрия с образованием полиакрилата натрия таким образом, что около 72% кислотных групп было преобразовано в группы карбоксилата натрия.

Воду удаляли из суспензии МФЦ абсорбирующими материалами с использованием фильтровальной бумаги (фильтровальной бумаги Whatman) и вышеописанного сверхабсорбирующего полимера (SAP) с высоким содержанием N,N'-метиленбисакриламида (МВА). Исходную суспензию МФЦ фильтровали для удаления свободной воды, после чего влажный ретентат МФЦ-вода помещали между двумя листами фильтровальной бумаги на 10-15 мин. После того, как фильтровальная бумага впитала воду из ретентата, ее помещали в сушильный шкаф для испарения воды. Частично высушенный ретентат МФЦ помещали между новыми листами фильтровальной бумаги. После трехкратного повторения этой процедуры с использованием высушенной в сушильном шкафу фильтровальной бумаги и увеличении давления на абсорбирующую систему с использованием груза было получено окончательное содержание сухого вещества 24,20%. Это содержание сухого вещества обеспечивает гладкую и жесткую поверхность, подходящую для поглощения сверхабсорбирующим полимером (SAP). Гранулы полимера наносили непосредственно на поверхность МФЦ. Поглощение SAP полимером проводили в течение получаса, затем SAP полимер удаляли путем соскабливания и сушили в сушильном шкафу. Эту процедуру выполняли два раза с использованием регенерированного SAP полимера для второго поглощения до достижения конечного содержания сухого вещества 61,23%.

Способность к повторному диспергированию оценивали путем измерений вязкости и светопроницаемости, которые проводили, как описано выше.

Результаты вязкости приведены в следующей таблице.

Поскольку вязкость хорошо коррелирует со степенью агломерации частиц, полученные результаты показывают хорошую способность к повторному диспергированию.

Различия в максимальной светопроницаемости между первым, вторым и третьим измерениями приведены в следующей таблице.

Результаты измерений светопроницаемости показаны на фиг. 1. Кривые светопроницаемости, полученные для контрольных образцов (не подвергнутых обезвоживанию) и для образцов согласно настоящему изобретению (подвергнуты обезвоживанию и повторному диспергированию) очень похожи.

Поскольку светопроницаемость хорошо коррелирует со степенью агломерации частиц, результаты показывают хорошую способность к повторному диспергированию.

Изобретение относится к способу получения обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы (МФЦ), в котором i) получают водную суспензию МФЦ, ii) при необходимости, обезвоживают указанную суспензию МФЦ с помощью механических средств с получением частично обезвоженной суспензии МФЦ, и iii) подвергают суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ одной или более операций сушки путем приведения суспензии МФЦ или частично обезвоженной суспензии МФЦ в контакт с одним или более абсорбирующих материалов, содержащих сверхабсорбирующий полимер, с получением обезвоженной МФЦ. Способ по изобретению позволяет предотвратить агломерацию в процессе сушки и получить продукт МФЦ, который имеет высокое содержание сухого вещества и является повторно диспергируемым. 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ получения обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы (МФЦ), в котором

i) получают водную суспензию МФЦ,

ii) при необходимости, обезвоживают указанную суспензию МФЦ с помощью механических средств с получением частично обезвоженной суспензии МФЦ, и

iii) подвергают суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ одной или более операций сушки путем приведения суспензии МФЦ или частично обезвоженной суспензии МФЦ в контакт с одним или более абсорбирующих материалов, содержащих сверхабсорбирующий полимер, с получением обезвоженной МФЦ.

2. Способ по п. 1, в котором суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ приводят в контакт с первым абсорбирующим материалом, содержащим целлюлозный материал, а затем со вторым абсорбирующим материалом, содержащим сверхабсорбирующий полимер, с получением обезвоженной МФЦ.

3. Способ по п. 2, в котором первый абсорбирующий материал включает фильтровальную бумагу.

4. Способ по п. 1, в котором операцию сушки повторяют по меньшей мере один раз.

5. Способ по п. 1, в котором получают содержание сухого вещества в суспензии МФЦ не более 6 мас.%, предпочтительно 1-5 мас.%, более предпочтительно 1,5-4 мас.%.

6. Способ по п. 1, в котором получают содержание сухого вещества в частично обезвоженной суспензии МФЦ не более 20 мас.%, предпочтительно не более 15 мас.%, более предпочтительно 5-15 мас.%.

7. Способ по п. 1, в котором получают содержание сухого вещества в обезвоженной МФЦ по меньшей мере 20 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 25 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 40 мас.%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 60 мас.%.

8. Способ по п. 1, в котором обезвоженную МФЦ можно повторно диспергировать в воде без существенного ухудшения свойств материала МФЦ.

9. Способ по п. 1, который осуществляют на движущейся подложке таким образом, что суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ помещают на подложку и перемещают вместе с подложкой в сушильную секцию, где абсорбирующий материал приводят в контакт с МФЦ в течение определенного периода времени, затем абсорбирующий материал удаляют, и, при необходимости, эту операцию повторяют для получения обезвоженной МФЦ.

10. Способ по п. 1, который осуществляют на движущейся подложке таким образом, что суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ помещают на подложку и перемещают вместе с подложкой в первую сушильную секцию, где первый абсорбирующий материал приводят в контакт с МФЦ в течение определенного периода времени, затем первый абсорбирующий материал удаляют, а подложку вместе с полученной суспензией МФЦ перемещают во вторую сушильную секцию, где второй абсорбирующий материал приводят в контакт с МФЦ в течение определенного периода времени, затем второй абсорбирующий материал удаляют с получением обезвоженной МФЦ.

11. Способ по п. 9 или 10, в котором удаленный абсорбирующий материал (материалы) регенерируют и повторно используют в качестве абсорбирующего материала.