微晶纖維素的制造技術

專利名稱：微晶纖維素的制造技術
技術領域：
本發明涉及制造微晶纖維素的方法，具體是使用常規的化學加工設備以簡化的、連續的方式制造微晶纖維素的方法。
背景技術：
微晶纖維素，也稱為MCC或纖維素凝膠，普遍地用作藥物片劑中的粘合劑和崩解劑，液體藥物制劑中的懸浮劑，食品用途(包括飲料)中的粘合劑和穩定劑，以及工業用途、家用產品如洗滌劑和/或漂白片、農業制劑和個人護理產品如潔齒劑和化妝品中的穩定劑、粘合劑、崩解劑和加工助劑。在食品中，MCC單獨使用或者在協同加工改性中用作脂肪替換物。制造MCC的經典方法是對純化的纖維素進行酸解，由O.A.Battista(美國專利2,978,446、3,023,104、3,146,168)首先采用。為了降低成本，同時又能保持或改善MCC的質量，已經提出了各種其它的方法。它們是蒸汽噴發(explosion)(美國專利5,769,934-Ha等人)、反應擠出(美國專利6,228,213-Hanna等人)、一步水解及漂白(世界專利公報WO 01/02441-Schaible等人)、以及用氧氣和/或二氧化碳氣體加壓的并在100-200℃操作的反應器中的半微晶纖維素和水反應液的部分水解(美國專利5,543,511-Bergfeld等人)。
在Ha等人的蒸汽噴發方法中，纖維素原料如木屑在至少約170℃的溫度下于壓力反應容器中與加壓的蒸汽接觸短暫的時間，以蒸汽壓力快速釋放而結束(“蒸汽噴發”效應)。在這些條件下，纖維素聚合物鏈的含有纖維的、非晶的部分水解，留下稱為MCC的產品的所述鏈結晶鏈段。水解可通過測定所述纖維素的解聚程度，繼續到稱為“穩定程度的聚合(LODP)”的穩態。通常，根據Ha等人所述，起始纖維素的聚合度(“DP”)超過1000，并且蒸汽噴發的MCC產品的平均DP特征較好是約為100-400。在蒸汽噴發過程中快速減壓，特別是當通過小的開口或模頭進行時，促進了纖維素原料中纖維素、半纖維素和木質素的物理分離。該分離能使以后的半纖維素和木質素的萃取更有效。所述蒸汽噴發方法的另一個優點是無需進行酸解來完成必需的解聚。它的缺點在于難以控制優化MCC產率和質量的工藝條件。Ha等人公開了，可隨后用過氧化氫或其它試劑對MCC產品漂白。
在Hanna等人的反應擠出方法中，纖維素的酸解在擠出機機筒溫度約80-200℃下在擠出機中進行。擠出機螺桿對纖維素的作用(可能與高溫結合)產生了壓力，使纖維素和酸更緊密接觸。該方法的優點包括反應時間較短，并且水解反應所需的酸溶液的量減少(酸與纖維素之比由約5∶1和8∶1減少為約1∶1)，所以較少產生廢物處理和影響環境的問題。但是，殘留的酸必須中和并從產品中洗滌除去。在中和和洗滌后，可用次氯酸鈉或過氧化氫漂白產品。
在Schaible等人的一步法中，通過使纖維素漿和活性氧化合物與在酸性環境中反應，將纖維素漿的水解為MCC和漂白結合。通過同樣呈酸性的活性氧化合物，如過一硫酸或過乙酸，或者通過在具有活性氧化合物的反應混合物中存在無機酸或有機酸來提供所述酸性環境。任選地，反應可在高溫和/或高壓下進行。除了將漂白和水解結合起來以外，該方法的一個優點是可在具有各種色值的纖維素材料上操作。還描述了該方法無需反應設備，包括壓力反應器或擠出機。
Bergfeld等人的水解法雖然具有減少廢水量的優點，但是限于純化的纖維素水解。
因此，已知的制造MCC的方法都具有下述缺陷中一種或多種需要純化或處理纖維素進料；間歇反應及間歇反應的時間較長；多個步驟，在水解之后要對產品進行漂白及純化；低固體的反應混合物，特別是如果使用壓力反應器，會導致反應時間延長和/或產率較低；酸與纖維素進料的比例高，需要中和和清除酸以避免對環境的傷害。這些缺陷，單獨地或者組合地降低了加工效率，并增加了產品成本。

發明內容
根據本發明的一個方面，通過在高溫下使包含纖維素材料、活性氧化合物和水的反應混合物進行高剪切處理一段能有效地使所述纖維素材料解聚的時間，更有效而簡便地，因此也是以更低的成本制造MCC。較佳地，解聚到平均DP為400或400以下，更好是350或350以下。
在本發明的優選的實施方式中，所述活性氧化合物是過氧化氫，并且所述反應混合物在包含機筒(具有一個或多個機筒段)和產品出口的擠出機系統中進行高剪切處理。所述出口通常裝有模頭，并且MCC較佳地是以細顆粒的形式制得。
在本發明的其它方面，根據纖維素進料的特性，可將各種類型的功能試劑加入反應混合物中，或者可存在于進料纖維素材料中，和/或可對產品MCC進行一步或多步改性或精加工步驟，如洗滌、萃取、pH調節、研磨成膠體粒度、過濾、篩分、以及干燥成粉末狀。
具體實施例方式
各種纖維素材料可用作本發明的原料。所述纖維素材料可以是粗的、天然的纖維素材料，如木屑或各種原料(如闊葉樹和針葉樹)的碎片，或者一年生植物材料，如玉米、大豆殼和燕麥殼、玉米桿、玉米芯、甘蔗渣、以及小麥、燕麥、稻米和大麥稈。較佳地，所述纖維素呈分裂狀，如小片、碎片等。所述纖維素材料還可以是加工的材料，如化學(亞硫酸鹽)或機械漿研磨產品-片、卷、小片、粉末等-無論干或濕、漂白或未漂白，或者可以是純化的纖維素，如膠粘纖維絲或棉絨。通常，所述纖維素可以是溶解級纖維素，如木質纖維素、含α纖維素、木質素和半纖維素。根據MCC產品的用途，木質素和半纖維素可以在纖維素進料進行本發明的高剪切處理之前從纖維素進料中萃取出來，或者在MCC形成之后從高剪切反應產物中萃取出來。已知的萃取工藝可用在所述加工過程中任何地方。所述半纖維素常規用可以是堿性的熱的水溶液(約50-100℃)來萃取。所述木質素按常規用溶解木質素的溶劑，較好是堿性溶液或有機醇水溶液如乙醇水乳液來萃取。優選的纖維素進料是加工的研磨漿，呈干的片狀或卷狀，或者濕的溶解級纖維素，純化的纖維素，以及粒狀或碎片纖維素或者棉絨。
用在本發明的高剪切方法中的活性氧化合物是在標準溫度和壓力下非氣態的化合物，包括過氧化氫、過氧酸、過氧酯和氫過氧化物中的一種或多種；無機過氧化物，如過一硫酸和過二硫酸的堿金屬鹽，以及相應的銨和鉀過酸鹽，過二磷酸鉀；過一磷酸、過二磷酸、過鈦酸、過二錫酸、過二鍺酸和過鉻酸的鹽；有機過氧化物，如過一碳酸鈉、過二碳酸鉀、過草酸、過蟻酸、過苯甲酸、過乙酸、過氧化苯甲酰、過氧化草酰、過氧化月桂酰、過氧化乙酰、過氧化叔丁基、過乙酸叔丁酯、過新戊酸叔丁酯、氫過氧化枯烯、過氧化二枯基、過氧化2-甲基戊酰等，包括它們中的兩種或多種的混合物及其鹽(如果有的話)。
優選的氧化合物是過氧化氫，以水溶液提供。可以使用任意濃度的，如約為30-70重量％的工業級。這些溶液可從許多來源購得，包括美國費城的FMC公司。FMC公司的過氧化氫溶液以Standard、Technical、Super D、Food(“Durox”TM)、半導體及其它級別出售，處于純度、酸度和穩定性不同的各種濃度范圍。用于半導體、電子(蝕刻)、藥物、工藝(研究)、NSF和食品用途的級別與其它級別相比酸性更高，pH約為1.0-3.0。用于化妝品和冶金用途的級別具有最高的pH，為4-5這一數量級，并且對任一級別產品進行稀釋都會使pH升高。除了Technical級以外，所述溶液通常含有無機錫穩定劑體系。Standard級在用于氧化漂白和其它氧化的工業用途(如漿、紡織品和環境處理)中使用得最普遍。較低的pH還有助于穩定；也可以使用穩定劑來降低pH，一些穩定劑是酸性的或者可以緩沖以保持酸性。Technical級設計為用于要求基本上不存在無機金屬離子的用途，以避免這些離子殘留或沉淀。Super D級符合美國藥典規定的體表應用的要求，可用添加劑來穩定以使使用者能存儲稀釋溶液較長的時間。這些溶液用于家用洗滌漂白，并用于藥物和化妝品用途。
顯然，對于本發明，應該選擇與用氧化合物制備的MCC的用途相適應的氧化合物，如過氧化氫溶液。例如，如果存在于過氧化氫溶液中的穩定劑殘留物對將使用MCC的產品是不利的，應該使用不含穩定劑的過氧化氫級產品。同樣，根據本發明的高剪切方法中氧化合物的反應性，與其它氧化合物相比優選特定的氧化合物以避免MCC中發生不利的產品降解。這些選擇對MCC制造領域的技術人員而言是很容易做出的。
用來提供本發明的高剪切應力和解聚的適宜的設備包括設計為高溫和高壓操作的介質研磨機和擠出機。介質研磨機包括球磨機、棒磨機、砂磨機和震動磨。
擠出是優選的本發明的高剪切應力處理的方法，因為擠出機在單機中提供高剪切和材料傳輸。可以使用各種類型的擠出機，根據所需的擠出量和其它條件來進行選擇，這在本領域技術人員參照了本文中(包括實施例)描述的參數后是顯而易見的。適宜的擠出機包括，但是不限于，由Florida州Tampa的Clextral公司、NewJersey州的Ramsey的Werner-Pfliederer公司、以及Kansas州Sabetha的WengerManufacturing公司制造的雙螺桿擠出機。Huber等人的美國專利4,632,795和4,963,033(Wenger Manufacturing公司)描述了一般的單螺桿擠出機。雖然這些擠出機也可用在本發明中，但是優選雙螺桿擠出機。
雙螺桿擠出機的構形對提供一定水平的剪切(它能有效地暴露出纖維素聚合物鏈的非晶纖維部分)特別有效，由此促進了纖維素解聚為MCC的形式。為此，所述螺桿通常安裝在機筒中，它包含許多高剪切段，例如5個這樣的段，所述高剪切段由傳送元件、混合區、以及用于若干(例如3個)高剪切段的反(reverse)元件組成。所述傳送元件沿擠出機傳送反應混合物和MCC產品。所述反元件增加了反應混合物在混合區(在混合區中發生剪切)中的停留時間。通常，將模板裝在擠出機的出口上。
通過分開或同時注入，所述纖維素材料、活性氧化合物和水的反應混合物可在高剪切裝置中形成，但是較佳的是在混合容器(預混合器)如螺帶式摻混機或進料擠出機中預形成，從而得到纖維素材料和活性氧化合物之間的良好接觸，然后將所述反應混合物傳送到高剪切裝置中。如果不以水溶液供給，通常將所述活性氧化合物分散或溶解在水中，并在預混合器中將其加入到纖維素材料中，或者在預混合器中將纖維素材料加入到活性氧化合物溶液中。通常，所述活性氧化合物是過氧化氫，以35-70重量％的溶液供給，然后根據需要，在與纖維素材料混合之前或者通過將水加入過氧化氫溶液和纖維素材料的混合物中來稀釋。當高剪切裝置是擠出機時，所述過氧化氫溶液將在預混合步驟中稀釋，通常提供約0.1-10重量％，較好是約0.5-5重量％的過氧化氫(100％活性)，以纖維素材料、過氧化氫和水的總反應混合物計。對所得的反應混合物中的固體進行調節，以適應所述高剪切裝置的結構、速度和所需的擠出量。例如，在以約200-600rpm操作的雙螺桿擠出機中，固體可以是約為25-60％，較好是約為30-50％。當然，為了使反應效率更高、停留時間更短、MCC的產率更高，優選更高的固體含量。
通常，在高剪切處理過程中，反應混合物將內部加熱至至少約為40℃數量級的高溫，但是加熱也可以在外部進行，或者溫度可按常規通過高剪切裝置(例如，擠出機機筒)的各段的熱交換夾套來控制。壓力將隨溫度和螺桿形狀而變化，并且由螺桿速度、擠出量和出口結構(包括模頭結構)以已知的方式控制。擠出機的適宜的溫度和壓力范圍分別為約40-160℃(在機筒上測量)，至少約20磅/平方英寸(psi)，例如約為40-1500psi(在出口處測定)。優選的溫度范圍約為50-110℃，更好是約90-105℃。適宜的擠出機螺桿速度約為300-500rpm，但可根據需要來調節。擠出機中反應混合物的停留時間根據上述工藝參數來確定，通常較短，為約15分鐘或15分鐘以下的數量級，較好是5分鐘或5分鐘以下。
如果需要，可安裝高剪切裝置用于蒸汽或水的注入，用于反應混合物固體含量以及其它反應參數，如溫度和反應速率的控制。蒸汽注入和加壓，如美國專利5,769,934中所述，可任選地與本發明方法一起使用。也可通過添加酸性物質來加強本發明的高剪切解聚方法，如美國專利6,228,213中所述。
可通過以已知的方式對產品的聚合度(DP)和粘度進行分析，與用作本發明方法的進料的纖維素材料的DP和粘度作比較來進行解聚反應。通常，與起始DP為1000或1000以上相比，約為400或400以下的平均DP表示大量的MCC產生；較佳地，該過程要持續到DP為350或更小，更好是250或更小，或者滿足常規的要求，例如滿足國家藥品集(NF)的要求(如果產品MCC要用于藥物片劑)，或者滿足食用化學品集對于食品、口腔護理產品、化妝品或其它用途的要求。解聚反應還可通過pH測定來觀察。通常，隨著反應繼續，pH減小，例如從約8減小至約2。通常，PH小于2表明反應過度，其特征是MCC明顯地分解為葡萄糖或其它副產物。
在所述高剪切裝置中的停留時間可足以解聚至所需的水平。在本發明的另一方面，纖維素材料的解聚在高剪切裝置中開始，并且在纖維素材料離開所述裝置一段足夠長的時間后解聚反應繼續，直至達到所需的最終聚合程度。
雖然并不完全理解，但是可以認為由本發明的高剪切處理進行的解聚反應是氧化反應而不是酸解反應，因為雖然某些活性氧化合物本身是酸性的或者含有來自制造過程的酸性殘留物，但是可認為所述處理起作用與酸化無關。使用某些纖維素材料達到的聚合度小于現有技術的酸解方法可能達到的聚合度。
產品MCC可用于一些用途，特別是如果使用產生粒狀材料的出口模頭的話。但是，通常，所述解聚的產品將呈濕顆粒或濕濾餅的形式，可通過一個或多個步驟，包括洗滌、萃取(在某些情況下是半纖維素和/或木質素，通過已知的方法)、pH調節、減小粒度(包括研磨至膠體粒度)、過濾、篩分、干燥至粉末狀(通過噴霧干燥、閃蒸干燥或盤式干燥)、以及其它用于純化或改性的操作來進一步精制或精加工。
可將各種添加劑加入反應混合物中(在反應之前、期間或之后)，或者作為進一步加工或精加工的一部分，用于加強反應。將特定的添加劑引入該方法過程中的適宜的時間根據添加劑的化學特性(包括其與活性氧化合物的反應性，如果存在活性氧化合物的話)、以及所需的加強程度來確定。可以將無機顆粒如二氧化硅或二氧化鈦加入以促進研磨或改變回收的MCC產品的功能或加工性能。可加入防滲透材料如天然樹膠或合成水膠體(例如，羧甲基纖維素鈉)以促進膠體MCC顆粒形成，或者制造用于食品(包括飲料)的改性的MCC。其它添加劑包括化學改性的纖維素、海藻提取物(如角叉菜聚糖)、蛋白質、淀粉、改性的淀粉、糊精、糖、表面活性劑、乳化劑、鹽、以及它們中的任意兩種或多種的混合物。
將在以下非限制性的實施例中對本發明作進一步的描述。在說明書的實施例和其它部分，以及權利要求書中，除非另有說明，所有的份和百分比都是重量份和重量百分比，所有的溫度都是攝氏度，所有的壓力都是psi或巴(1巴＝14.504psi)。
實施例測試方法通過使用留在具有下述篩目的篩網上的粉末的重量來篩分確定粉末尺寸，再在該篩分粉末累積重量的對數正態圖的50％處內插來確定平均粒度500目(28微米)、400目(37微米)、325目(44微米)、200目(75微米)、100目(150微米)、70目(200微米)。
使用Carver壓片機和11.1mm標準凹面工具(具有水平粉末填板和提供壓力的恒定豎直位移)來制備片劑。片劑性能(包括重量、厚度和硬度)是10個片劑的平均值。使用用計算機處理的Tablet Tester 6D(Dr Schleuniger Pharmatron公司，Manchester，NH)測定片劑的硬度。以置于金屬絲網籃中并浸泡在37℃的去離子水浴中(如2001年第25版“美國藥典”(美國藥典條約公司)的“物理測試和測定中的崩解”段(701)所述)的6個片劑完全崩解所需的時間來測定崩解時間。
根據2001年第20版“國家藥品集”(美國藥典條約公司)中有關微晶纖維素的官方專題中所述的標準測試方法來確定聚合度(DP)、堆積密度、電導率(IC)、pH、水溶性物質、以及灼燒殘渣。
實施例1
將市售的DP約為1250的高α溶解級針葉樹漿切成小方塊以便于處置材料。通過混合35.83kg小片和含有3.4kg技術級過氧化氫(35％活性)和35.83kg水的過氧化氫水溶液，然后在螺帶式摻混機中混合15分鐘，來制備含有46.4％樹漿小片(尺寸約為10mm×5mm×1mm)、1.62％過氧化氫(100％活性)和余量水(補足100重量％)的擠出機進料混合物。將該混合物以45kg/小時的速度送入具有4個帶夾套的機筒段(每段長12英寸)的Wenger TX-57同向旋轉雙螺桿擠出機中，所述擠出機以400rpm的軸速運行，沿上述各段的機筒夾套溫度分布為18℃/33℃/90℃/70℃(不添加蒸汽)，并且在出料頭的溫度為45℃。停留時間約為2分鐘。所述單元裝有兩孔模頭，每個孔為2mm。在壓力下排出的白色粉末平穩地從模中吹出，并且干燥后的DP為168。
從擠出機中回收的解聚的纖維素產品是基本上非纖維的，當在偏振光下用顯微鏡觀察固體含量為1-2％的水分散體時，所述產品的外觀與由傳統酸解法制得的解聚的纖維素類似。通過噴霧干燥或盤式干燥，然后研磨，將所述解聚的纖維素材料試樣轉化為粉末。使用用工業酸解來制備的解聚的纖維素作為對照。在進口溫度為160℃，出口溫度為102℃的3英尺Bowen噴霧干燥器中干燥所述噴霧干燥的試樣。在50℃的常壓爐中干燥所述盤式干燥的試樣24小時，然后研磨以通過60目篩。
評價干燥的解聚纖維素材料的壓片性能，如片劑硬度和崩解性，與工業級的微晶纖維素和粉末狀的纖維素作比較。結果示于下表1中。
表1片劑性能

由此可見，實施例1的產品的片劑性能與工業MCC的性能大致相近。
實施例2在使用實施例1的擠出機系統，以及通過混合24.95kg小片和含有1.18kg技術級過氧化氫(35％活性)和19.23kg水的過氧化氫水溶液，然后在螺帶式摻混機中混合15分鐘制備的55％樹漿小片、0.96％過氧化氫(100％活性)和余量水(補足100重量％)的擠出機進料混合物的兩個分開的實驗中，制造另外的解聚的纖維素產品。將所述擠出機進料混合物以50kg/小時的速度送入Wenger TX-57雙螺桿擠出機中。擠出機中的停留時間約為2分鐘。擠出機以500rpm的軸速運行，機筒夾套溫度分布分別為50℃/80℃/100℃/105℃和60℃/80℃/100℃/105℃，分別以16kg/小時和17kg/小時的速度將蒸汽注入所述機筒的夾套段中，在出料頭的溫度為70℃，在模頭出口的排出壓力為3巴。從所述模頭以氣溶膠排出的白色粉末干燥后的DP小于200。
將得自這兩個擠出機實驗的解聚的纖維素產品試樣混合，并進一步加工以評價其它干燥條件的影響。使用下述方法干燥得自過氧化氫解聚的纖維素漿的微晶纖維素以及得自酸解的纖維素漿(“對照實驗”)的微晶纖維素(1)在進口空氣溫度為160℃和出口溫度為102℃的條件下以漿液的形式噴霧干燥；(2)在50℃盤式干燥24小時，然后研磨及篩分以制造粒度小于60目的試樣；(3)閃蒸干燥并研磨以制造粒度小于60目的試樣。
由過氧化氫解聚制得的微晶纖維素試樣(實施例1-2)的物理性能數據概括在表2中，并與通過傳統酸解法制得的微晶纖維素“對照”試樣作比較。
表2物理性能一覽表

“NT”-未測試的從表2中可以明顯地看出，通過本發明的使用過氧化氫進行纖維素解聚這一對環境更友好的方法制得的MCC的DP與通過傳統的酸解法制得的MCC的DP相當。可以本領域技術人員熟知的方式，使用傳統的精加工步驟，如萃取、洗滌、pH調節等，來調節所述微晶纖維素的物理性能，如純度、pH等。
實施例3將市售的高α溶解級針葉樹漿切成小方塊以便于處置材料。通過混合50kg小片和含有21.8kg技術級過氧化氫(35％活性)和28.2kg水的過氧化氫水溶液，然后在螺帶式摻混機中混合15分鐘，來制備含有50％樹漿小片(尺寸約為10mm×5mm×1mm)、7％過氧化氫(100％活性)和余量水(補足100重量％)的擠出機進料混合物。將該混合物以62kg/小時的速度送入具有4個帶夾套的機筒段(每段長12英寸)的Wenger TX-57同向旋轉雙螺桿擠出機中，所述擠出機以450rpm的軸速運行，沿上述各段的機筒夾套溫度分布為80℃/98℃/144℃/137℃(不添加蒸汽)，并且在出料頭的溫度為82-92℃。停留時間約為2分鐘。所述單元在沒有排料出口模頭的條件下運行。
將從擠出機排出的濕漿塊收集入容器中并使之繼續反應。所述漿液的溫度持續上升至約109℃的最終溫度。離開擠出機后的總的反應時間約為15分鐘。
經擠出機加工的解聚的纖維素產品是基本上非纖維的，當在偏振光下用顯微鏡觀察固體含量為1-2％的水分散體時，所述產品的外觀與由傳統酸解法制得的解聚的纖維素類似。最終解聚的纖維素產品的DP為116，而原料樹漿的DP約為1250。
實施例4將得自實施例3的反應的濕樹漿產品送入配備有5個機筒段并注入了蒸汽和水的Wenger X85單螺桿擠出機中。軸速為500rpm，通過單孔節流模頭的擠出機的排料速度為210kg/小時。在所述模頭上的壓力為1379kPa(200psi)。所述進料的水含量為25.5重量％。在出口處產品的水含量為45.1重量％。
將在所述單螺桿擠出機的排料口的材料用空氣傳送到機筒中。回收的解聚的纖維素產品的DP為113。
實施例5在以1160rpm旋轉的直徑為18英寸的籃式離心分離機中用去離子水洗滌由實施例3-4回收的材料。洗滌過程的細節示于下表表5A

將所述洗滌的材料在Hobart混合器中與15重量％的7MF級羧甲基纖維素鈉(以干基計)(得自Hercules公司，Wilmington，DE)混合。然后，將所述纖維素/CMC混合物在高剪切擠出機中機械研磨以制造尺寸小于0.2微米的膠體纖維素顆粒。然后，對研磨的試樣噴霧干燥或盤式干燥，并研磨用于測試。表5B示出了干燥的研磨材料的性能，與由通過酸解解聚的高α溶解級針葉樹漿制得的一般的工業產品以及由通過酸解解聚的高α溶解級闊葉樹漿制得的對照試樣相當。由此可見，得自本發明方法的材料性能與用對照的更高成本、更高級處理的樹漿得到的那些產品性能相近。通過以8250rpm的速度離心分離15分鐘，然后對干燥的上層清液產品進行重量分析，來確定膠體含量(即，小于0.2微米的重量％)。
表5B

權利要求
1.一種制造微晶纖維素的方法，它包括在高溫下，以有效地使纖維素材料解聚的時間，對包含纖維素材料、活性氧化合物和水的反應混合物進行高剪切處理。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述纖維素材料解聚到平均聚合度為400或400以下。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性氧化合物是過氧化氫，所述反應混合物在包括機筒和產品出口的擠出機系統中進行高剪切處理。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在所述機筒上測得的在所述高剪切處理過程中的高溫是至少約40℃。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在所述機筒上測得的在所述高剪切處理過程中的高溫是至少約40-160℃。
6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在所述機筒上測得的在所述高剪切處理過程中的高溫是至少約50-110℃。
7.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在所述機筒上測得的在所述高剪切處理過程中的高溫是至少約90-105℃。
8.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在所述產品出口處的壓力約為20-1500psi。
9.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述過氧化氫包含水溶液，并在將所述纖維素材料加入所述擠出機系統之前與所述纖維素材料混合。
10.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述過氧化氫包含水溶液，并在加入所述纖維素材料之后加入所述擠出機系統中。
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述纖維素材料包含呈片狀或分裂狀的加工的研磨漿、溶解級纖維素、純化的纖維素或干纖維素。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述纖維素材料包含呈片狀或分裂狀的加工的研磨漿、溶解級纖維素、純化的纖維素或干纖維素。
13.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述擠出機系統包含雙螺桿擠出機。
14.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述擠出機系統包含雙螺桿擠出機，所述纖維素材料約占所述反應混合物的30-50重量％，所述過氧化物約占所述反應混合物的0.1-10重量％，以100％活性的過氧化氫計。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，在擠出過程中所述反應混合物的pH約為2-8。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述擠出是連續的，停留時間為15分鐘或15分鐘以下。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述擠出是連續的，停留時間為5分鐘或5分鐘以下。
18.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述反應混合物包括在所述高剪切處理之前、期間或之后添加的添加劑。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述添加劑選自不同于所述纖維素材料的纖維素、化學改性的纖維素、海藻提取物、天然樹膠、蛋白質、合成水膠體、淀粉、改性的淀粉、糊精、糖、表面活性劑、乳化劑、鹽、以及它們中的任意兩種或多種的混合物。
20.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對產品進行一步或多步的精加工步驟，所述精加工步驟選自洗滌、萃取、pH調節、研磨、過濾、篩分、以及干燥成粉末狀。
21.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述精加工步驟包括洗滌、研磨成膠體粒度、以及干燥成粉末狀。
22.一種微晶纖維素，其特征在于，它是由權利要求1所述的方法制得的。
23.一種微晶纖維素，其特征在于，它是由權利要求3所述的方法制得的。
24.一種微晶纖維素，其特征在于，它是由權利要求14所述的方法制得的。
25.一種微晶纖維素，其特征在于，它是由權利要求19所述的方法制得的。
26.一種微晶纖維素，其特征在于，它是由權利要求20所述的方法制得的。
27.一種微晶纖維素，其特征在于，它是由權利要求21所述的方法制得的。
28.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述高剪切處理后，保持所述反應混合物一段有效地使所述纖維素材料進一步解聚的時間。
29.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述精加工步驟是研磨。
30.如權利要求29所述的方法，其特征在于，將所述材料與添加劑混合，并研磨該混合物，所述添加劑選自不同于所述纖維素材料的纖維素、化學改性的纖維素、海藻提取物、天然樹膠、蛋白質、合成水膠體、淀粉、改性的淀粉、糊精、糖、表面活性劑、乳化劑、鹽、以及它們中的任意兩種或多種的混合物。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于，所述添加劑是羧甲基纖維素。
全文摘要
通過在高溫和高壓下，以有效地使纖維素材料解聚的時間，對纖維素材料、活性氧化合物和水的反應混合物進行高剪切處理來制造微晶纖維素。在所述高剪切處理后，可通過保持混合物不冷卻來使所述混合物進一步解聚。適宜的活性氧化合物是過氧化氫。擠出機是一般的高剪切裝置。
文檔編號C08B15/02GK1671743SQ03817557
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月24日 優先權日2002年7月26日
發明者R·科佩斯基, A·G·蔡, T·A·魯斯卡 申請人:Fmc有限公司