一種改性微纖化纖維素產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】發(fā)明的目的在于提供一種適用于改性微纖化纖維素產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)的新型工藝路線，其技術(shù)關(guān)鍵在于將常規(guī)的“改性微纖化纖維素”產(chǎn)品制備中的“化學(xué)改性”步驟前置，與其“纖維解離”生產(chǎn)步驟整合，建立適合于改性微纖化纖維素產(chǎn)品工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的“纖維解離-改性一體化生產(chǎn)技術(shù)”。使目前常規(guī)的微纖化纖維素生產(chǎn)過程中改性反應(yīng)濃度從1％-2％，提升到10％-30％，從而達(dá)到大幅度降低常規(guī)工藝路線中的改性反應(yīng)器容積、顯著提高改性反應(yīng)效率的目的。改進(jìn)后的工藝，與目前的改性微纖化纖維素產(chǎn)品制備工藝相比，改性緩沖塔反應(yīng)物濃度提高約10-30倍，在相同產(chǎn)能條件下，反應(yīng)器容積減小至原有工藝的1/10-1/30；理論改性反應(yīng)速率提高10-30倍，實(shí)際反應(yīng)時間縮短1/2以上。
【專利說明】一種改性微纖化纖維素產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于植物纖維素資源利用領(lǐng)域中，一種新型植物纖維素制品生產(chǎn)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]植物纖維資源作為一種可再生的天然材料，在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域中始終發(fā)揮著重要的作用。
[0003]1983年，佐治亞理工學(xué)院的Albin F.Turbak教授最初完成微纖化纖維素(Microfibrillated cellulose, MFC)的制備工作,是一種利用木材漂白化學(xué)衆(zhòng)或溶解衆(zhòng)為原料，經(jīng)強(qiáng)烈的機(jī)械剪切處理后獲得的納米纖維素產(chǎn)品，其分散液在0.5% -2%濃度范圍呈穩(wěn)定的半透明凝膠狀，具有膠體溶液的外觀特性和明顯的觸變性。其特有的高比表面積和表面活性、高長徑比等表面特性和形態(tài)特征，導(dǎo)致MFC水分散液黏度值隨著濃度的提高急劇增加，通常在濃度5%左右時，即成為類似凝膠態(tài)物質(zhì)，進(jìn)一步脫水干燥和完成改性反應(yīng)都很困難。這種基本特性決定了 MFC的儲存、運(yùn)輸以及不同應(yīng)用領(lǐng)域所需要的MFC后續(xù)加工改性等工作，均須在低濃水相反應(yīng)條件下進(jìn)行，由此引發(fā)的反應(yīng)效率低、產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率低以及儲存、運(yùn)輸困難等諸多問題，限制了改性微纖化纖維素產(chǎn)品廣泛的、規(guī)模化的實(shí)際應(yīng)用，成為制約其工業(yè)化進(jìn)程的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對以上問題，提出一套適合于微纖化纖維素(MFC)產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的“纖維解離-改性一體化生產(chǎn)技術(shù)”，其技術(shù)關(guān)鍵在于將常規(guī)的“改性微纖化纖維素”產(chǎn)品制備中的“化學(xué)改性”步驟前置，與其“纖維解離”生產(chǎn)步驟整合，建立適合于改性微纖化纖維素產(chǎn)品工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的“纖維解離-改性一體化生產(chǎn)技術(shù)”。在高反應(yīng)物濃度、高剪切應(yīng)力條件下同步完成微纖化纖維素(MFC)的纖維解離-改性等制備步驟，能有效提高改性效率和反應(yīng)試劑利用率,并簡化生產(chǎn)過程。
[0005]其生產(chǎn)步驟如下:
[0006](I)生產(chǎn)原料:本發(fā)明適用于利用各種植物纖維原料，如:針葉木、闊葉木，棉、麻、稻麥草秸桿中的一種或多種，使用時，將植物纖維原料預(yù)先切片或切斷，篩分保留其中尺寸介于15 X 15 X 8 (mm)——30 X 30 X 8 (mm)之間的部分，風(fēng)干后測定水分備用；或直接使用植物纖維原料經(jīng)化學(xué)法或機(jī)械法制備的紙漿板，撕碎疏解，平衡水分12小時，測定水分備用；
[0007](2)堿活化:添加絕干原料重量5%?30%的燒堿；固液比(kg/L) I: 2-1: 4 ;在盤磨機(jī)(針對木片)或纖維捏合機(jī)(針對紙漿)，在50°C _80°C溫度范圍內(nèi)磨解或捏合30分鐘，直至木片、莖桿等植物纖維原料初步解離為纖維束，使?jié){料PH值的范圍在9-12時，完成堿活化；
[0008](3)纖維解離與改性同步處理:添加絕干原料重量50% -80%的改性試劑，加入水調(diào)節(jié)堿化后的纖維或紙漿的濃度為10% -30%，在精磨機(jī)中進(jìn)一步磨解、混合，直到漿料打漿度在85° SR以上，則同步完成細(xì)纖維化與陽離子化改性反應(yīng)；選擇纖維或紙漿濃度在10% -30%之間是關(guān)鍵，因?yàn)槔w維或者紙漿濃度低于10%時，不利于有效降低反應(yīng)器體積，高于30%后，導(dǎo)致反應(yīng)物混合效果下降，不利于產(chǎn)品質(zhì)量提高；
[0009](4)改性反應(yīng)緩沖塔:經(jīng)過上述處理后得到的漿料與改性試劑充分混合后，進(jìn)入緩沖塔，保持50°C -80°C溫度，停留1.0-2.5h，進(jìn)一步完成改性反應(yīng)；
[0010](5)均質(zhì)化:經(jīng)過改性和充分細(xì)纖維化的紙漿，加水稀釋至1% -2%質(zhì)量濃度后，進(jìn)入膠體磨或高壓均質(zhì)機(jī)反復(fù)循環(huán)處理，獲得直徑為10-99nm，長度為100_9999nm的改性微纖化纖維素制品，根據(jù)反應(yīng)條件和使用需要不同，所制備的微纖化纖維素陽電荷密度為200-1700 μ eq/g，最后經(jīng)冷凍干燥后得到產(chǎn)品。
[0011]本發(fā)明的效果是:與常規(guī)改性制備工藝相比，緩沖塔反應(yīng)物濃度提高約10-30倍，因此在相同產(chǎn)量條件下，反應(yīng)器容積減小至1/10-1/30 ;而且，理論上改性反應(yīng)速率提高10-30倍，實(shí)際反應(yīng)時間縮短1/2以上。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)改性微纖化纖維素產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝的流程圖。
[0013]圖2是本發(fā)明生產(chǎn)改性微纖化纖維素產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對本發(fā)明的生產(chǎn)工藝做進(jìn)一步詳述:
[0015]以500kg/d闊葉木漂白化學(xué)漿為原料的陽離子化改性微纖化纖維素產(chǎn)品生產(chǎn)過程為例，【具體實(shí)施方式】如下:
[0016]實(shí)施例1:
[0017](I)生產(chǎn)原料準(zhǔn)備:以500kg闊葉木漂白化學(xué)漿為原料，風(fēng)干后測定水分備用；
[0018](2)堿活化:添加25kg的燒堿和適量清水，使纖維原料質(zhì)量和添加水分體積的固液比分別保持在1: 2 ;在纖維捏合機(jī)中捏合30min，保持溫度50°C，直至漿料pH值為9，完成堿性活化；
[0019](3)纖維解離與改性同步處理:活化后的紙漿纖維中添加250kg的改性試劑縮水甘油基三甲基氯化銨，加入水調(diào)節(jié)漿料濃度為10%，在精磨機(jī)中進(jìn)一步磨解、混合，直至漿料打漿度為85° SR，則同步完成細(xì)纖維化與改性反應(yīng)；
[0020](4)緩沖塔:將上述包含漿料和改性劑的混合物送入3m3緩沖塔，分別保持溫度范圍50°C -80°C，停留1.0h，進(jìn)一步完成改性反應(yīng)；
[0021](5)均質(zhì)化:經(jīng)過改性和充分細(xì)纖維化的紙漿，稀釋至I %濃度后，進(jìn)入高壓均質(zhì)機(jī)，分別經(jīng)6次循環(huán)，制備得到直徑數(shù)分別為20-90nm，長度分別為600-9000nm的改性微纖化纖維素制品，陽電荷密度約為200 μ eq/g，經(jīng)冷凍干燥后得到產(chǎn)品。
[0022]實(shí)施例2:
[0023](I)生產(chǎn)原料準(zhǔn)備:以500kg闊葉木漂白化學(xué)漿為原料，風(fēng)干后測定水分備用；
[0024](2)堿活化:添加90kg的燒堿和適量清水，使纖維原料質(zhì)量和添加水分體積的固液比分別保持在1: 3 ;在纖維捏合機(jī)中捏合30min，保持溫度70°C，直至漿料pH值為10，完成喊性活化；
[0025](3)纖維解離與改性同步處理:活化后的紙漿纖維中添加325kg的改性試劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，用水調(diào)節(jié)漿料濃度為20 %，在精磨機(jī)中進(jìn)一步磨解、混合，直至漿料打漿度89° SR，則同步完成細(xì)纖維化與改性反應(yīng)；
[0026](4)緩沖塔:將上述包含漿料和改性劑的混合物送入3m3緩沖塔，分別保持溫度范圍50°C _80°C溫度，停留2h，進(jìn)一步完成改性反應(yīng)；
[0027](5)均質(zhì)化:經(jīng)過改性和充分細(xì)纖維化的紙漿，稀釋至2%濃度后，進(jìn)入高壓均質(zhì)機(jī)，分別經(jīng)7次循環(huán)，制備得到直徑數(shù)分別為30-70nm，長度分別為400_7560nm的改性微纖化纖維素制品，陽電荷密度約1000 μ eq/g,經(jīng)冷凍干燥后得到產(chǎn)品。
[0028]實(shí)施例3:
[0029](I)生產(chǎn)原料準(zhǔn)備:以500kg闊葉木漂白化學(xué)漿為原料，風(fēng)干后測定水分備用；
[0030](2)堿活化:添加150kg的燒堿和適量清水，使纖維原料質(zhì)量和添加水分體積的固液比分別保持在1: 4 ;在纖維捏合機(jī)中捏合30min，保持溫度80°C，直至漿料pH值12，完成堿性活化；
[0031](3)纖維解離與改性同步處理:活化后的紙漿纖維中添加約400kg的改性試劑縮水甘油基三甲基氯化銨，用水調(diào)節(jié)漿料濃度為30 %，在精磨機(jī)中進(jìn)一步磨解、混合，直到漿料打漿度為86° SR，則同步完成細(xì)纖維化與改性反應(yīng)；
[0032](4)緩沖塔:將上述包含漿料和改性劑的混合物送入3m3緩沖塔，分別保持500C -80°C溫度，停留2.5h，進(jìn)一步完成改性反應(yīng)；
[0033](5)均質(zhì)化:經(jīng)過改性和充分細(xì)纖維化的紙漿，稀釋至2%濃度后，進(jìn)入高壓均質(zhì)機(jī)，分別經(jīng)8次循環(huán)，制備得到直徑數(shù)分別為10-60nm，長度分別3000-9000nm的改性微纖化纖維素制品，陽電荷密度約為1700eq/g，經(jīng)冷凍干燥后得到產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種改性微纖化纖維素產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，其特征在于: 包括如下步驟: (1)準(zhǔn)備原料:將植物纖維原料預(yù)先切片或切斷，篩分保留其中尺寸介于15X15X8 (mm)——30X 30X8 (mm)之間的部分，風(fēng)干后測定水分備用，或直接用植物纖維經(jīng)過化學(xué)法或機(jī)械法制備的紙漿板，撕碎疏解，平衡水分備用； (2)堿活化:添加絕干原料重量5%?30%的氫氧化鈉，固液比(kg/L)，l:2-1:4;用盤磨機(jī)或纖維捏合機(jī)，在50°C _80°C范圍內(nèi)磨解或捏合30分鐘，直至植物纖維原料或者紙漿初步解離為纖維束，并使?jié){料PH值在9-12時，完成堿性活化； (3)纖維解離與改性同步處理:在堿活化后并初步解離的漿料中添加絕干原料重量50% -80%的改性試劑，然后加水調(diào)節(jié)漿料濃度為10% -30% ;在精磨機(jī)中進(jìn)一步磨解、混合，磨漿到漿料打漿度在85° SR以上，則同步完成漿料的細(xì)纖維化與改性反應(yīng)； (4)改性反應(yīng)緩沖塔:步驟(3)得到的漿料進(jìn)入緩沖塔，保持50°C-80°C溫度，停留1.5-3.5h，進(jìn)一步完成改性反應(yīng)； (5)均質(zhì)化:經(jīng)過改性和充分細(xì)纖維化的紙漿，稀釋至濃度為1%-2%后，進(jìn)入膠體磨或高壓均質(zhì)機(jī)反復(fù)循環(huán)處理，最后經(jīng)冷凍干燥得到產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性微纖維化纖維素產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述的植物纖維原料選自針葉木、闊葉木、棉、麻、稻麥草秸桿中一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性微纖維化纖維素產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述的改性試劑是具有三甲基氯化銨基團(tuán)的陽離子試劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種改性微纖化纖維素產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，其特征在于:制得的改性微纖化纖維素制品直徑是10-99nm，長度是100_9999nm，陽電荷密度為200-1700 μ eq/g。
【文檔編號】D21H11/16GK103757976SQ201410020024
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】李群, 張 杰, 高艷紅 申請人:天津科技大學(xué)