IPC分类号：
D21H11/18 | D21C9/18
国民经济行业分类号：
C2689 | C2223 | C2212 | C2222 | C2211 | C2662 | C3541 | C2221 | C2661
当前申请(专利权)人地址：
ノルウェー王国 エヌ-1721 サルプスボルグ ヒャルマル ヴェッセルス ヴィー 6
发明人：
ハンス ヘンリク オェーブレビェー | サイド アリ モーサビ ファー
代理人：
青木 篤 | 三橋 真二 | 渡辺 陽一 | 中島 勝 | 池田 達則
摘要：
本発明は、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)を含む懸濁液から/中の溶媒の少なくとも部分的な除去又は交換に関し、具体的には、比較的に高い溶媒(水)含有量を有するミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から比較的に低い溶媒含有量に少なくとも部分的な溶媒の除去に関する。したがって、ミクロフィブリル化セルロースの固形分は、プロセルを含む懸濁液から溶媒を少なくとも部分的に除去する工程の間に増加し、特に、0.1%重量比(「w/w」)~6%w/w、好ましくは1%w/w~5%w/w、より好ましくは1.5%w/w~3.5%w/wの範囲における第1の固形分から、5%w/w以上の第2の固形分まで、好ましくは5%w/w~50%w/wの固形分まで、より好ましくは5%w/w~25%w/wの固形分まで増加する。別の態様では、第1の溶媒の少なくとも部分的な除去の後の溶媒交換工程はまた、本発明の一部である。
技术问题语段：
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記のように、MFCは、とりわけ、(比較的に)高い溶媒/水の保持容量によって特徴付けられている。しかしながら、一般的に、高い溶媒/水の保持容量を有する製品から、溶媒/水を除去するのは困難である。本発明者らは、従来の濾過方法、特に当技術分野で知られているプレス濾過を使用しても、ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒を除去するのに満足のいく結果が得られないことを見出した。
【0010】
したがって、既知の先行技術に照らして本発明が取り組むべき1つの目的は、上述した問題又は欠点を回避又は軽減するミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒、特に水を少なくとも部分的に除去するための方法を提供することである。
技术功效语段：
【0069】洗浄システムは、開口基材の開口(開口部)内に残りのフィブリルの除去、そしてMFCペーストの排出後にポテンシャルが残りやすくなるという利点に関連する。これは、開口基材にフィブリルが残っていると、効果的な溶媒除去/脱水が妨げられる可能性があるため、有利である。
权利要求：
【請求項1】
ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒を少なくとも部分的に除去する方法であって、前記ミクロフィブリル化セルロースの固形分が、溶媒の前記少なくとも部分的な除去中に、０．１％重量比（「ｗ／ｗ」）～６％ｗ／ｗ、好ましくは１％ｗ／ｗ～５％ｗ／ｗ、より好ましくは１．５％ｗ／ｗ～３．５％ｗ／ｗの範囲におけるミクロフィブリル化セルロースの第１の固形分から、５％ｗ／ｗ以上のミクロフィブリル化セルロースの第２の固形分まで、好ましくは５％ｗ／ｗ～５０％ｗ／ｗのミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、より好ましくは６％ｗ／ｗ～３０％のミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、更に好ましくは７％ｗ／ｗ～２０％ｗ／ｗのミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、増加し、ここで、前記第２の固形分が前記第１の固形分よりも高く、
前記方法が、少なくとも以下の工程を含む、方法：
（ｉ）ミクロフィブリル化セルロースを溶媒、好ましくは水中に提供すること、ここで、ミクロフィブリル化セルロースの前記固形分が、０．１％重量比（「ｗ／ｗ」）～６％ｗ／ｗ、好ましくは１％ｗ／ｗ～５％ｗ／ｗ、より好ましくは１．５％ｗ／ｗ～３．５％ｗ／ｗの範囲であり；
（ｉｉ）工程（ｉ）から前記ミクロフィブリル化セルロースを少なくとも部分的に開口された基材上に適用し、かつ前記ミクロフィブリル化セルロースを、前記開口基材上に適用しながら、真空、すなわち、各自の周囲圧力に対して低下された圧力にさらすこと；
（ｉｉｉ）任意選択で、前記開口基材の少なくとも１つのセグメントを少なくとも１回３６０度回転させること、それによって、増加した固形分のミクロフィブリル化セルロースを前記開口基材から除去すること。
【請求項2】
ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液中で溶媒を少なくとも部分的に交換する方法であって、
前記方法が、少なくとも以下の工程を含む、方法：
（ｉ）ミクロフィブリル化セルロースを第１の溶媒、好ましくは水中に提供すること、ここで、ミクロフィブリル化セルロースの固形分が、０．１％重量比（「ｗ／ｗ」）～６％ｗ／ｗ、好ましくは１％ｗ／ｗ～５％ｗ／ｗ、より好ましくは１．５％ｗ／ｗ～３．５％ｗ／ｗの範囲であり；
（ｉｉ）工程（ｉ）から前記ミクロフィブリル化セルロースを少なくとも部分的に開口された基材上に適用し、かつ前記ミクロフィブリル化セルロースを、前記開口基材上に適用しながら、真空、すなわち、各自の周囲圧力に対して低下された圧力にさらすこと；
（ｉｉｉ）任意選択で、前記開口基材の少なくとも１つのセグメントを少なくとも１回３６０度回転させること、それによって、増加した固形分のミクロフィブリル化セルロースを前記開口基材から除去すること；
（ｉｖ）工程（ｉｉ）中又はその後に、工程（ｉｉ）の混合物に少なくとも１つの第２の溶媒を加えること、ここで、前記第２の溶媒が、工程（ｉ）の前記第１の溶媒と異なる。
【請求項3】
ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒の前記少なくとも部分的な除去又は交換が、ミクロフィブリル化セルロースの脱水、すなわち、水、又は少なくとも９０％の水、好ましくは少なくとも９５％の水を含む溶媒の除去を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
工程（ｉｉ）の後に前記開口基材上に適用／収容されたミクロフィブリル化セルロース層の厚さが、１ｍｍ～２００ｍｍ、好ましくは２ｍｍ～１００ｍｍ、より好ましくは３ｍｍ～５０ｍｍ、更により好ましくは４ｍｍ～２０ｍｍ、更に好ましくは５ｍｍ～１２ｍｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
工程（ｉｉ）で適用される前記真空が、０．１ｍｂａｒ～８００ｍｂａｒ、好ましくは５ｍｂａｒ～７００ｍｂａｒ、より好ましくは２０ｍｂａｒ～７００ｍｂａｒ、より好ましくは１００ｍｂａｒ～６００ｍｂａｒである、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記基材を回転させることが、回転ベルトとして実現される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
工程（ｉｉｉ）において、前記基材が、少なくとも５回、好ましくは少なくとも５０回、より好ましくは少なくとも１００回連続的に回転する、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
工程（ｉｉｉ）後の前記ミクロフィブリル化セルロースの前記溶媒／水の保持容量が、工程（ｉ）で最初に提供された前記ミクロフィブリル化セルロースの前記溶媒／水の保持容量の少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％であり、好ましくは、工程（ｉｉｉ）後、前記ミクロフィブリル化セルロースが、５０超、好ましくは６０超、より好ましくは７０超、好ましくは４０～２５０、より好ましくは５０～１５０、更に好ましくは６０～１００の溶媒／水の保持容量を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記ミクロフィブリル化セルロースが、ナノメートル範囲の直径及びマイクロメートル範囲の長さを有する「フィブリル」を含み、好ましくは、前記ミクロフィブリル化セルロースが、物理的に修飾されていない、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒を少なくとも部分的に除去又は交換するシステムであって、前記システムが、少なくとも以下の構成要素を含む、システム：
・溶媒、好ましくは水中のミクロフィブリル化セルロース、ここで、前記ミクロフィブリル化セルロースの固形分が、０．１％重量比（「ｗ／ｗ」）～６％ｗ／ｗ、好ましくは１％ｗ／ｗ～５％ｗ／ｗ、より好ましくは１．５％ｗ／ｗ～３．５％ｗ／ｗの範囲であり；
・前記ミクロフィブリル化セルロースを収容するための基材、ここで、前記基材が、少なくとも部分的に開口されており；
・前記ミクロフィブリル化セルロースが前記基材に収容されている際に、前記ミクロフィブリル化セルロースを真空、すなわち、周囲圧力に対して低下された圧力にさらすための、少なくとも１つの装置。
【請求項11】
前記開口基材の通気性が、２ｍｂａｒの真空でかつＡＳＴＭ Ｄ７３７－１８に準拠して測定した場合、５～１５００Ｌ／ｍ ２・ｓ、好ましくは５～２５０Ｌ／ｍ ２・ｓ、より好ましくは１０～１００Ｌ／ｍ ２・ｓである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
前記システムが、ミクロフィブリル化セルロースを前記開口基材の少なくとも一部に広げるための少なくとも１つの装置を更に含み、好ましくは、ミクロフィブリル化セルロースを前記開口基材の少なくとも一部に広げるための前記装置が、ブレード、好ましくはゴムブレードとして実現される、請求項１０又は１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記基材に収容された前記ミクロフィブリル化セルロースを真空にさらすため装置が、別々に制御することができる少なくとも２つの別々のゾーンに分割されており、好ましくは、装置が、前記真空が第２のゾーンよりも第１のゾーンで、少なくとも１０％、好ましくは５０％、より好ましくは９０％低くなるように操作できる、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項14】
前記ミクロフィブリル化セルロースが、少なくとも以下の工程を含む方法によって製造される、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法、又は請求項１０～１３のいずれか一項に記載のシステム：
（ａ）セルロースパルプを少なくとも１つの機械的前処理工程に受けさせること；
（ｂ）工程（ａ）の前記機械的に前処理されたセルロースパルプを均質化工程に受けさせること、結果として、工程（ａ）の機械的に前処理されたセルロースパルプに存在するセルロースファイバーと比較して、長さ及び直径が減少されたフィブリル及びフィブリルの束が生じ、前記工程（ｂ）が結果としてミクロフィブリル化セルロースをもたらし、
前記均質化工程（ｂ）が、工程（ａ）からのセルロースパルプを圧縮すること及び前記セルロースパルプを圧力降下にさらすことを含む。
技术领域：
】
【0001】
本発明は、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)を含む懸濁液から溶媒を少なくとも部分的に除去する方法、具体的には、溶媒、特に水の少なくとも部分的な除去のための方法に関し、ここで、懸濁液は、比較的に高い溶媒含有量、特に水含有量から、比較的に低い溶媒含有量に変化する。したがって、ミクロフィブリル化セルロースの固形分は、溶媒の少なくとも部分的な除去中に、0.1%重量比(「w/w」)~6%w/w、好ましくは1%w/w~5%w/w、より好ましくは1.5%w/w~3.5%w/wの範囲におけるミクロフィブリル化セルロースの第1の固形分から、5%w/w以上のミクロフィブリル化セルロースの第2の固形分まで、好ましくは5%w/w~50%w/wのミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、より好ましくは6%w/w~30%のミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、更に好ましくは7%w/w~20%w/wのミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、増加する。
【0002】
本発明はまた、MFCを含む懸濁液から溶媒を少なくとも部分的に除去するシステムに関し、前記システムは、0.1%重量比(「w/w」)~6%w/wの範囲のミクロフィブリル化セルロースの固形分を有するミクロフィブリル化セルロースを含み、前記基材は、少なくとも部分的に開口されており、更に前記システムは、前記基材に収容されている際に、前記ミクロフィブリル化セルロースを真空、すなわち、周囲圧力に対して低下された圧力にさらすための、少なくとも1つの装置を含む。
【
背景技术：
】
【0003】
ミクロフィブリル化セルロース(「網状」セルロース若しくは「超微細」セルロース、又は中でも「セルロースナノフィブリル」としても知られており、以下では「MFC」と呼ばれる)は、セルロース系製品であり、例えば文献US4481077、US4374702及びUS4341807に記載されている。US4374702(「Turbak」)によれば、ミクロフィブリル化セルロースは、セルロースファイバーに対して長さスケール(直径、フィブリル長)減少しており、水の保持及び調整可能な粘弾性特性を改善している。とりわけ、WO2007/091942及びWO2015/180844から、更に改善された特性及び/又は特定の用途に合わせてオーダーメイドされた特性を有するMFCが知られている。
【0004】
ミクロフィブリル化セルロース(MFC)は、セルロース由来の価値のある製品であり、通常、セルロースファイバーを開いて解きほぐし、幾何学的制約を(繰り返し)通過させることでフィブリル及びミクロフィブリル/ナノフィブリルを形成する方法で製造させる。例えば、MFCは、WO2015/180844に開示されているように、セルロースの液体組成物(懸濁液)を小径のオリフィスに通すことによって製造されうる。ここで、このオリフィスにおいて、組成物は、少なくとも1000psigの圧力降下及び高速せん断作用に続いて、高速減速衝撃を受ける。前記組成物が前記オリフィスを通過することは、セルロース組成物が実質的に安定な組成物になるまで繰り返される。この方法は、セルロースをミクロフィブリル化セルロースに変換する。ここで、ミクロフィブリル化セルロースは、セルロース出発物質の実質的な化学変化なしで、価値のある物理的特性(ゲル形成能力、チキソトロピー特性、高い保水性値WRV等)を有する。
【0005】
ミクロフィブリル化セルロースを製造するための他の方法は、US 5 385 640(「Weibel」)に記載されている。Weibelは、繊維状セルロース材料を分散した三次レベルの構造に精製し、それによってそのような構造変化に伴う望ましい特性を達成するための比較的単純で安価な手段を提供する。このようにして製造されたセルロースファイバーは、ミクロフィブリル化セルロースのサブグループである「マイクロデノミネートセルロース(MDC)」と呼ばれる。その中で、ミクロフィブリル化セルロースは、繊維状セルロースの液体組成物を、高せん断ゾーンに繰り返し通過させることによって得ることでき、この高せん断ゾーンは、2つの対向の表面によって定義されており、組成物を実質的に安定にし、組成物に保水性を与える(それは、セルロース組成物が高せん断のゾーンを繰り返し通過することで一貫した増加を示す)のに十分な条件下及び時間で、一方の表面が他方の表面に対して回転する。この方法は、粘度の増加が達成されなくなるまで、粘度を増加させ、ゲル構造をもたらす。このような処理の後、均質なMFCが得られ、セルロースからマイクロセルロースへの変換が完了する。
【0006】
一般に、MFCの輸送、特に大量のMFCの使用場所への輸送の前に、ミクロフィブリル化セルロースから溶媒を除去する必要がある。特に、水が溶媒である場合、ロジスティクスと保管の費用を最小限に抑えるために、ミクロフィブリル化セルロースは、使用場所に輸送される前に少なくとも部分的に脱水する必要がある。しかしながら、食品産業や塗料産業等の顧客にとって価値のあるものにするために、ミクロフィブリル化セルロースは、使用時に最終的な所望の溶媒含有量を調整するときに特性の重大な損失をもたらさない溶媒含有量で提供及び輸送されるべきである。特に、MFCを含む懸濁液からの溶媒の部分的な除去及び/又は交換の工程/方法は、最初に得られた(輸送及び/又は溶媒の除去前)ミクロフィブリル化セルロースに対して、それぞれゲル様構造の粘度の有意な損失をもたらすべきではない。このような溶媒(水)の除去がミクロフィブリル化セルロースの凝集を防ぐ方法で行われない場合では、MFCの性能特性の一部は、使用時に低下又は失われる可能性がある。
【0007】
ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒を除去するために使用される従来の方法は、とりわけ、液体窒素を使用するゲルの凍結乾燥(凍結用)及び昇華による乾燥を含む。これらの方法は実験段階で適切に実施できるが、液体窒素のための高コスト及び昇華のための高真空により、これらの方法は、大量の液体からMFCを効果的に分離するための商業的に実装にはひどく高価になってしまう。また、処理時間が長くなると、運用コストが増加する。MFCから溶媒(水)を除去するための他の方法は、WO2005/028752に記載されている。その中で、MFCの懸濁液は、最初に圧縮手段によって脱水され、次いで、MFCは、60℃から120℃の温度で作動する従来の乾燥オーブン内で乾燥される。
【0008】
当技術分野で知られている溶媒/水の除去は、「濃縮された」懸濁液が、再構成(同じ又は異なる溶媒での希釈)後に、希釈後に特定の特性を有するMFC最終製品に必ずしもつながるとは限らないという意味で、常に再現可能であるとは限らない。場合によっては、溶媒を除去すると、MFCの特性が低下する可能性があり、例えば、MFCの溶媒/水分保持特性が大幅に失われる。
【
发明内容：
】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記のように、MFCは、とりわけ、(比較的に)高い溶媒/水の保持容量によって特徴付けられている。しかしながら、一般的に、高い溶媒/水の保持容量を有する製品から、溶媒/水を除去するのは困難である。本発明者らは、従来の濾過方法、特に当技術分野で知られているプレス濾過を使用しても、ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒を除去するのに満足のいく結果が得られないことを見出した。
【0010】
したがって、既知の先行技術に照らして本発明が取り組むべき1つの目的は、上述した問題又は欠点を回避又は軽減するミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒、特に水を少なくとも部分的に除去するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明によれば、上記の問題の少なくとも一部は、ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液から溶媒を少なくとも部分的に除去するための方法によって解決され、ここで、前記ミクロフィブリル化セルロースの固形分が、溶媒の前記少なくとも部分的な除去中に、0.1%重量比(「w/w」)~6%w/w、好ましくは1%w/w~5%w/w、より好ましくは1.5%w/w~3.5%w/wの範囲におけるミクロフィブリル化セルロースの第1の固形分から、5%w/w以上のミクロフィブリル化セルロースの第2の固形分まで、好ましくは5%w/w~50%w/wのミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、より好ましくは6%w/w~30%のミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、更に好ましくは7%w/w~20%w/wのミクロフィブリル化セルロースの固形分まで、増加し、ここで、前記第2の固形分が前記第1の固形分よりも高く、
前記方法が、少なくとも以下の工程を含む:
(i)ミクロフィブリル化セルロースを溶媒、好ましくは水中に提供すること、ここで、ミクロフィブリル化セルロースの前記固形分が、0.1%重量比(「w/w」)~6%w/w、好ましくは1%w/w~5%w/w、より好ましくは1.5%w/w~3.5%w/wの範囲であり;
(ii)工程(i)から前記ミクロフィブリル化セルロースを少なくとも部分的に開口された基材上に適用し、かつ前記ミクロフィブリル化セルロースを、前記開口基材上に適用しながら、真空、すなわち、各自の周囲圧力に対して低下された圧力にさらすこと;
(iii)任意選択で、前記開口基材の少なくとも1つのセグメントを少なくとも1回360度回転させること、それによって、増加した固形分のミクロフィブリル化セルロースを前記開口基材から除去すること。
【0012】
本発明によれば、MFCの「固形分」は、溶媒(水)を含む組成物の総重量に対する固形分の重量%で与えられる。
【0013】
本発明によれば、工程(ii)後、又は工程(iii)後、溶媒中(好ましくは水中)のMFCの懸濁液中のミクロフィブリル化セルロースの第2の固形分は、5%w/w以上、好ましくは5%w/w~50%w/w、より好ましくは6%w/w~30%w/w、更に好ましくは7%w/w~20%w/wである。
【0014】
本発明の好ましい実施形態において、ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液からの溶媒の少なくとも部分的除去は、ミクロフィブリル化セルロースの「脱水」であり、すなわち、水、又は少なくとも90%の水、好ましくは少なくとも95%の水を含む溶媒の少なくとも部分的な除去である。
【0015】
本発明の実施形態において、工程(ii)中又はその後に、(工程(i)からのミクロフィブリル化セルロースに対して)固形分が増加したミクロフィブリル化セルロースは、工程(ii)の混合物に少なくとも1つの溶媒を加える工程(iv)に供され、ここで、前記溶媒が、工程(i)の溶媒と異なる。
【0016】
したがって、本発明の根底にある目的は、ミクロフィブリル化セルロースを含む懸濁液中の溶媒の少なくとも部分的な交換のための方法によっても解決され、
ここで、前記方法が、少なくとも以下の工程を含む:
(i)ミクロフィブリル化セルロースを第1の溶媒、好ましくは水中に提供すること、ここで、ミクロフィブリル化セルロースの固形分が、0.1%重量比(「w/w」)~6%w/w、好ましくは1%w/w~5%w/w、より好ましくは1.5%w/w~3.5%w/wの範囲であり;
(ii)工程(i)から前記ミクロフィブリル化セルロースを少なくとも部分的に開口された基材上に適用し、かつ前記ミクロフィブリル化セルロースを、前記開口基材上に適用しながら、真空、すなわち、各自の周囲圧力に対して低下された圧力にさらすこと;
(iii)任意選択で、前記開口基材の少なくとも1つのセグメントを少なくとも1回360度回転させること、それによって、増加した固形分のミクロフィブリル化セルロースを前記開口基材から除去すること;
(iv)工程(ii)中又はその後に、工程(ii)の混合物に少なくとも1つの第2の溶媒を加えること、ここで、前記第2の溶媒が、工程(i)の前記第1の溶媒と異なる。
【0017】
実施形態では、溶媒交換工程(iv)の後、MFCの固形分は、工程(i)に提供された懸濁液のMFCの固形分よりも高い。しかしながら、前記工程(iv)の後に達成された固形分が、工程(i)のMFC懸濁液の固形分と同じであるか、又はそれよりも低いことは、完全に本発明の範囲内である。
【0018】
本発明によれば、「開口」は、特に基材の下に真空を適用する手段によって、基材上に存在する(適用された)ミクロフィブリル化セルロースからの水の除去を可能にする基材の開口部である。
【0019】
実施形態では、前記開口(開口部、貫通孔)は、基材の厚さの全体にわたって延在している。
【0020】
本発明の実施形態において、前記開口基材は、単層又は多層のいずれかとして、ポリプロピレン又はポリエチレンフィラメント織りを含みが、基布で針で刺してもよい。
【0021】
本発明の実施形態において、前記開口基材の厚さは、200μm~2000μmの範囲である。
【0022】
本発明の実施形態において、前記開口基材の引張強度は、縦方向に測定された場合、又は横方向に測定された場合のいずれかで、少なくとも80kN/mである。
【0023】
実施形態では、前記開口基材の通気性は、基材の「開放性」の程度の尺度として一般的に使用されているように、ASTM D737-18「繊維布の通気性に関する標準試験方法」に準拠して測定した場合、5~1500L/m2·s、好ましくは5~250L/m2·s、より好ましくは10~100L/m2·sである(2mbarの真空で測定)。
【0024】
基材の開口の密度及びサイズは、溶媒除去能力と開口基材を通るフィブリルの損失とのバランスをとるように選択される(開口が小さすぎるように選択されると、真空が効率的に機能しない可能性があり、開口が大きすぎるように選択されると、フィブリルの損失が多すぎる可能性がある)。
【0025】
本発明の実施形態において、工程(ii)で適用される前記真空は、0.1mbar~800mbar、好ましくは5mbar~700mbar、より好ましくは20mbar~700mbar、より好ましくは100mbar~600mbarである。
【0026】
本発明の実施形態において、前記真空は、1~1000m2又は2~100m2、好ましくは4~80m2をカバーする基材の領域に適用される。
【0027】
開口基材に適した材料の例として、以下が含まれるが、これらに限定されない:Valmet:S4152-L2K2-M2、S1152-L2K2-M7、S5118-L1K3、S5111-L1、S2121-L2K2、Sefar:Tetex DLW 07-8435-SK010、MARO、Outotec:S25、S30、S35、S50、S60。
【0028】
本発明によれば、前記開口基材が少なくとも1回360度「回転」する任意の工程は、基材の所与のセグメントが、空間において360度の角度範囲をカバーする動きを受けることを意味する(ここで、前記角度範囲は、決して円に限定されるものではなく、ベクトルによって記述され得る任意の考えられる空間配置であり得る)。
【0029】
好ましい実施形態では、基材を回転させることは、回転ベルトとして実現される。
【0030】
本発明の実施形態において、工程(iii)において、前記開口基材は、少なくとも5回、好ましくは少なくとも50回、より好ましくは少なくとも100回連続的に回転す
具体实施方式：
】
【0073】
本発明の実施形態では、システムは、MFCを容器に供給するための供給システムを含む。
【0074】
実施形態では、上述の供給システムは、ポンプ、好ましくはホースポンプ、容積式ポンプ又はローブポンプから選択されるポンプを含む。
【0075】
実施形態では、供給システムは脈動ダンパーを含み、その主な機能はポンプからの脈動を回避することである。脈動は、適用及び/又はろ過プロセスを不安定にする可能性がある。
【0076】
実施形態では、供給システム及び/又は容器は、所定の温度を調整及び制御することを可能にする熱交換器を含む。
【0077】
本発明の実施形態では、MFCは、工程(i)から(iii)において、15℃~70℃、好ましくは25℃~60℃の温度範囲に保たれる。
【0078】
これらの範囲は、ミクロフィブリル化セルロースの良好な流れ及び増加したろ過性に関連する。
【0079】
本発明の実施形態では、工程(i)におけるMFCのpH値は、4~7の範囲にある。
【0080】
本発明の実施形態では、システムの容器、特に供給トレイにおけるMFCの充填レベルは、25~35%である。このレベルは、MFCを基材に均一に塗布するのに特に有利であることが分かった。
【0081】
本発明による「ミクロフィブリル化セルロース」(MFC)は、断面(直径)及び/又は長さの面で、比表面積の増加及びセルロースファイバーのサイズの減少をもたらす機械的処理を受けたセルロースファイバーに関するものとして理解されるべきであり、ここで、前記サイズの減少は、好ましくはナノメートル範囲の直径及びマイクロメートル範囲の長さを有する「フィブリル」をもたらす。
【0082】
ミクロフィブリル化セルロース(通常は「セルロースパルプ」として存在する)を製造するための出発物質であるセルロースでは、個別化された及び「分離された」セルロースフィブリル、又はその少なくとも重要な部分若しくは目立つ部分さえも、発見されない。木質ファイバーのセルロースはフィブリルの凝集体である。セルロース(パルプ)では、基本的なフィブリルはミクロフィブリルに凝集し、ミクロフィブリルは更に大きなフィブリル束に凝集し、最終的にセルロースファイバーに凝集する。木質系ファイバーの直径は、通常10~50μmの範囲である(これらのファイバーの長さは更に長くなっている)。セルロースファイバーがミクロフィブリル化される場合、断面の寸法及び長さがnmからμmの「放出された」フィブリルの不均一な混合物が生じうる。フィブリル及びフィブリルの束は、得られるミクロフィブリル化セルロースの中に共存できる。
【0083】
ミクロフィブリル化セルロースは、3次元ネットワーク内で、互いに絶えずに相互作用しているフィブリルから構成される。MFCの最も重要な性能特性(静止時の高粘度、ずり流動化(チキソトロピー)挙動、保水能力)は、この絡み合ったネットワークの存在の結果である。
【0084】
本開示の全体を通して説明されるミクロフィブリル化セルロース(「MFC」)において、個々のフィブリルまたはフィブリル束は、従来の光学顕微鏡、例えば40倍の倍率、または電子顕微鏡の使用によって、識別し、かつ容易に見分けることができる。
【0085】
本発明によれば、「懸濁液」という用語は、当業者によって一般的に理解され、IUPAC「ゴールドブック」[PAC, 1972, 31, 577, (Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units, Appendix II: Definitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry); page 606]で定義されているように、固体粒子(ここでは繊維)が分散している液体を意味すると理解される。
【0086】
固形分は、溶媒と一緒に存在するMFCをオーブン乾燥(105℃、16時間)することによって測定される。少なくとも30gのサンプルが事前に計量されたアルミニウム計量皿に計量される。そして、サンプルを105℃で16時間を乾燥させ、溶媒を除去する。乾燥物を入れたアルミニウム計量皿を計量し、乾燥物が式[重量(皿+乾燥後のサンプル)-重量(皿)]×100%/重量(乾燥前のサンプル)に基づいて計算される。
【0087】
特に明記しない限り、本開示で言及されるパラメータは、標準状態、すなわち、室温(20℃)、周囲圧力(1bar)、及び50%の周囲湿度で測定される。
【0088】
特に明記しない限り、システム全体の構成要素の量に対して与えられる任意の比率は、組成物の成分の全体の重量に対する重量%で与えられることを意味する。
【0089】
すでに上記に示したように、元のセルロースパルプに存在するファイバー束がMFCの製造プロセス中に十分に崩壊し、得られるフィブリルの平均直径がナノメートル範囲になり、したがって、元のセルロース材料で利用可能な表面に対してセルロース系の材料の全体の表面がより多く作られている限り、原則として、本発明によれば、任意のタイプのミクロフィブリル化セルロース(MFC)を使用することができる。MFCは、上述した「背景技術」の項目で具体的に引用された先行技術を含み、当技術分野で説明されている任意の方法にしたがって、製造されうる。
【0090】
〈MFCを製造するために使用されるセルロース源〉
本発明によれば、セルロース源、したがって、ミクロフィブリル化セルロース源に関して、特定の制限はない。原則として、セルロースミクロフィブリルの原料は、任意のセルロース材料、特に木材、一年生植物、綿、亜麻、わら、ラミー、バガス(サトウキビ由来)、適切な藻類、ジュート、テンサイ、柑橘系の果物、食品加工産業又はエネルギー作物からの廃棄物、又はバクテリア由来若しくは動物由来(例えば、尾索類由来)のセルロースであってよい。
【0091】
好ましい実施形態では、木材系の材料、ハードウッド又はソフトウッド、あるいはその両方(混合物で)は、原材料として使用される。更に好ましくは、ソフトウッド、1種類又は異なるソフトウッドタイプの混合物のいずれかは、原料として使用される。バクテリアのミクロフィブリル化セルロースはまた、その比較的に高い純度のために好ましい。
【0092】
〈修飾(誘導体化)及び非修飾(非誘導体化)のセルロース/MFC〉
原則として、本発明によるミクロフィブリル化セルロースは、その官能基に関して非修飾であってよく、あるいは物理的に修飾若しくは化学的に修飾されてもよく、又はその両方であってよい。
【0093】
セルロースミクロフィブリルの表面の化学修飾は、セルロースミクロフィブリルの表面官能基、より具体的にはヒドロキシル官能基が、好ましくは、酸化、シリルか反応、エーテル化反応、イソシアナートとの縮合、アルキレンオキシドとのアルコキシル化反応、又はグリシジル誘導体との縮合若しくは置換反応によって、達成することができる。化学修飾は、脱フィブリル化(defibrillation)工程の前又は後に行ってよい。
【0094】
セルロースミクロフィブリルは、原則として、表面での吸着、噴霧、コーティング、又はミクロフィブリルのカプセル化のいずれかによる、物理的経路によっても修飾されうる。好ましい修飾ミクロフィブリルは、少なくとも1つの化合物の物理吸着によって得ることができる。MFCは、両親媒性化合物(界面活性剤)との会合によって修飾されてもよい。
【0095】
しかしながら、好ましい実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは物理的に修飾されていない。
【0096】
本発明の好ましい実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、少なくとも以下の工程を含む方法によって製造される:
(a)セルロースパルプを少なくとも1つの機械的前処理工程に受けさせること;
(b)工程(a)の前記機械的に前処理されたセルロースパルプを均質化工程に受けさせること、結果として、工程(a)の機械的に前処理されたセルロースパルプに存在するセルロースファイバーと比較して、長さ及び直径が減少されたフィブリル及びフィブリルの束が生じ、前記工程(b)が結果としてミクロフィブリル化セルロースをもたらし;
ここで、均質化工程(b)が、工程(a)からのセルロースパルプを圧縮すること及び前記セルロースパルプを圧力降下にさらすことを含む。
【0097】
機械的前処理工程は、好ましくは、精製工程であるか、又は精製工程を含む。機械的な前処理の目的は、細胞壁へのアクセス性を高めるために、すなわち表面積を増やすために、セルロースパルプを「叩く」ことである。
【0098】
機械的前処理工程の前に、又は機械的前処理工程に加えて、セルロースパルプの酵素的(前)処理は、任意的な追加工程であり、いくつかの用途にとって好ましいでありうる。ミクロフィブリル化セルロースと組み合わせた酵素的前処理に関して、WO2007/091942のそれぞれの内容は参照により本明細書に組み込まれる。化学的前処理を含む他のタイプの前処理もまた、本発明の範囲内である。
【0099】
(機械的)前処理工程の後に実施される均質化工程(b)において、工程(a)からのセルロースパルプスラリーを、ホモジナイザーを少なくとも1回、好ましくは少なくとも2回通過させ、例えば、PCT/EP2015/001103に記載されているように、そのそれぞれの内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0100】
本発明の実施形態において、上記の実施形態のいずれか1つに従って脱水されたミクロフィブリル化セルロースは、以下を含むがそれに限定されない様々な用途で使用される:コーティング、接着剤、(表面)サイズ、塗料、インク、除氷液又は添加剤、チキソトロピー添加剤、乳化剤/エマルジョン助剤;粘度調整、油田用途の添加剤、特に掘削液、ホームケア/パーソナルケア/個人衛生における応用、化粧品及び製薬用途、特に軟膏、乳濁液又は高粘度液体において、医療機器又は医療用途の添加剤又は補助剤として、特に傷跡及び傷のケア、農薬、食品用途、例えば増粘剤、栄養補助食品、ノンカロリー添加剤、乳化剤等として、3D印刷を含む印刷用途において、複合材料において、例えばプラスチック、ゴム又は紙ベースの材料、段ボール等、多孔質材料、フォーム又はエアロゲル/ヒドロゲルにおいて又はとして;フィルターエレメント、メンブレン、セパレーター等を含む分離技術において、フィルム形成用途において、バッテリー技術及び/又はフレキシブルエレクトロニクスにおいて、糸、不織布、メッシュ等を含む、テキスタイル用途及び/又はフィラメントとして、セメント、コンクリート、石膏ボード等を含む、建設商品の添加剤又は補助剤として、の用途。
【実施例】
【0101】
《実施例1》
ミクロフィブリル化セルロースの製造
MFCは、ノルウェートウヒ(ソフトウッド)のセルロースパルプをベースにした、「Exilva」として市販されている。溶媒除去のためのミクロフィブリル化セルロースの出発固形分は、2%であった。
【0102】
MFCは、ミクロフィブリル化セルロースP及びミクロフィブリル化セルロースFと命名された2つの異なる品質で提供された。ミクロフィブリル化セルロースPとミクロフィブリル化セルロースFの違いは、主に、ミクロフィブリルの凝集体のサイズに関連しており、その結果3Dネットワークの特性に関連する。マミクロフィブリル化セルロース「F」は、ミクロフィブリル化セルロース「P」よりもより高いブルックフィールド粘度、表面積(保水性)及び引張強度を有する。これらの違いは、本発明の働きとは無関係であるが、これらの2つの異なるミクロフィブリル化セルロース材料から溶媒を除去することは、本発明による方法がミクロフィブリル化セルロースの異なる「品質」に対して機能することを示す。
【0103】
《実施例2》
〈本発明による実験室スケールのシステムにおける2%MFCの溶媒除去(脱水)〉
2%MFC「F」は、加熱のキャビネット中に一晩強化された(tempered)。
【0104】
図5は、開口基材(ベルト)及び温度の選択がろ過能力にどのように影響するかを示している。
【0105】
特定の例では、以下の開口基材がテストされた:Valmet S5111-L1、Valmet S2121-L2K2、Safar Tetex DLW 07-8435-SK010、Maro S35、Maro S25。
【0106】
真空を450mbarにセット
ろ過時間220秒
フィルターケーキの厚さ:6~7mm(ca 70g)
105℃の加熱キャビネットでケーキを乾燥させた後に測定されたドライ固形分(dry content)
【0107】
ろ液を視覚的に観察し、ドライ固形分の測定値から収率を形成し、基材を介したフィブリルの識別可能な損失はなかったことを示した。
【0108】
《実施例3》
〈ろ過能力におけるpHの影響〉
図6は、pHの選択がろ過能力にどのように影響するかを示している。
【0109】
実験室スケールでセットアップにおける2%MFC「F」の溶媒除去(脱水)。
【0110】
2%MFC「F」は、加熱のキャビネット中に一晩強化された
真空を450mbarにセット
テストされた開口基材:Valmet S4152-l2K2及びValmet S4152-L2K2-M7
ろ過時間180及び220秒
フィルターケーキ6~7mm(ca 70g)
105℃の加熱キャビネットでケーキを乾燥させた後に測定されたドライ固形分
【0111】
ろ液を視覚的に観察し、ドライ固形分の測定値から収率を形成し、基材を介したフィブリルの識別可能な損失はなかったことを示した。