复合体及其制造方法
[0036]通常由植物来源的纤维素原材料制备纳米原纤化纤维素。原材料可以基于含纤维素的任意植物材料。原材料也可以源自某些细菌发酵过程。植物材料可以是木材。木材可以来自软木树如云杉、松树、冷杉、落叶松、花旗松或铁杉，或来自硬木树如桦树、白杨、杨树、桤木、桉树或刺槐，或者来自软木和硬木的混合物。非木材材料可以来自农业残留物、草或其他植物物质，例如从棉花、玉米、小麦、燕麦、黑麦、大麦、稻、亚麻、大麻、马尼拉麻、剑麻、黄麻、苎麻、洋麻、西沙尔麻落麻(bagasse)、竹或芦苇得到的草、树叶、树皮、种子、壳、花、蔬菜或果实。
[0037]纤维素原材料还可以源自产生纤维素的微生物。微生物可以是醋酸杆菌属(Acetobacter)，农杆菌属(Agrobacterium)，根瘤菌属(Rhizobium)，假单胞菌属(Pseudomonas)或产碱杆菌属(AlcaIigenes)，优选是醋酸杆菌属，更优选是胶醋杆菌(Acetobacter xylinum)或巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)。可以从这些微生物的某些发酵过程直接分离NFC。
[0038]—种优选的替代方式是由非薄壁(non-parenchymal)植物材料获得微原纤维，其中，由次细胞壁得到原纤维。来源可以是木材植物材料或者非木材植物材料。因此，木材纤维是NFC的一种丰富来源。可以通过将源自木材或者源自非木材的纤维原材料崩解至微原纤维或微原纤维束的水平，来制造纳米原纤化纤维素。原材料可以是例如化学浆料。浆料可以是例如软木浆料或者硬木浆料，或其混合物。来源于次细胞壁的原纤维基本为晶体，结晶度至少为55%。
[0039]不考虑纤维素来源，纳米原纤化纤维素还可以是纤维素微原纤维或者微原纤维束的化学或物理改性的任意衍生物(“衍生”NFC)。例如，化学改性可以是基于纤维素分子的羧甲基化、氧化、酯化或醚化反应。也可以通过在纤维素表面上进行阴离子、阳离子或非离子型物质的物理吸附或它们的任意组合来实现改性。所述改性可以在生产微纤维纤维素之前、之后或过程中进行。在衍生NFC中，存在的任意半纤维素也可以是同样源自纤维素结构域(domain)的。
[0040]特别地，NFC可以是离子带电的，因为纤维素的离子电荷弱化了纤维原材料的内部键合并有助于NFC的崩解。可以通过纤维素的化学改性或物理改性实现离子带电。NFC可以是阴离子带电或者阳离子带电的。用于制造阴离子电荷的最常用的化学改性方法是氧化和羧甲基化。进而，可以通过使得阳离子基团与纤维素附着(例如季铵基团)，进行阳离子化，来产生阳离子电荷。因此，优选从纤维素被改性成离子带电纤维素的纤维原材料制造纳米原纤化纤维素。
[0041 ]在纤维素的氧化中，纤维素的伯羟基基团通过杂环硝酰基化合物(例如2,2,6,6-四甲基哌啶基-1-氧基自由基，“TEMPO”)进行催化氧化。这些羟基基团被氧化成醛和羧基基团。因此，部分经过氧化的羟基基团会在经氧化的纤维素中作为醛基团存在，或者可以完成氧化成羧基基团。
[0042]NFC中存在醛基团是有利的，因为它们具有反应性并且可用于共价键合。含醛基团的NFC的原纤维可以内部共价键合至NFC、磨料颗粒或者可能的基材。优选地，通过形成缩醛或半缩醛的反应发生键合。
[0043]取决于改性类型，例如离子电荷种类(阴离子/阳离子)和/或用于改性的化学过程中的化学试剂的种类，可以制作各种等级的NFC。还可通过改变改性程度来制造各种等级。在氧化的纤维素的情况下，这些等级可以表述为羧酸盐/酯含量，即毫摩尔C00H/g NFC(基于干NFC)，而在羧甲基化NFC或阳离子化NFC的情况下，则是取代度。对于阴离子等级，在氧化的纤维素中，羧酸盐/酯含量优选为0.3-1.5毫摩尔/g NFC，而在羧甲基化NFC情况下，取代度优选为0.05-0.3。对于阳离子等级，在阳离子化NFC中，取代度优选为0.05-0.8。
[0044]在氧化的纤维素的情况下，NFC还可含有醛基团作为氧化的结果，这些基团可用于共价键合，它们形成半缩醛和缩醛。氧化的纤维素中的醛基团可以是0.08-0.25毫摩尔/gNFC0
[0045]所使用的NFC也可以是未改性的。未改性的NFC可以是天然未处理的或者天然经处理的，其中带正电的平衡离子变成钠。优选在纤维原材料崩解成NFC之前对其进行该预处理。
[0046]NFC具有流变行为特性。NFC(包括所有衍生等级)不溶于水，但是当分散在水性介质中的时候，在较低稠度(1-2%)时就已经形成凝胶(水凝胶)。获得的水性纳米原纤化纤维素分散体还可通过典型剪切稀化行为进行表征，即，当在旋转流变仪中测量粘度时，发现随着剪切速率的增加，粘度下降，将其视作剪切稀化行为。NFC的水凝胶还具有塑料性，S卩，在材料开始容易流动之前，需要一定的剪切应力。该临界剪切应力通常称作屈服应力。NFC的粘度可最佳地用零剪切粘度进行表征，其对应于小的剪切应力时，接近零的恒定粘度的“平台”。在0.5%的浓度(水性介质)下，用应力受控的旋转流变仪测得的NFC的零剪切粘度通常为1000-100000Pa.s，优选为5000-50000Pa.s。对于非衍生的NFC，该值通常为1000-l0000Pa.s。通过相同方法确定的NFC的屈服应力为l-50Pa，优选为3-15Pa。
[0047]流变特性使得凝胶状NFC分散体对于对较重(高密度)磨料颗粒的介质进行运载和分散是理想的，因为在静态条件下，其保持颗粒良好地分散在介质中，但是另一方面，通过对其施加剪切，混合物可以容易地变得是可流动的，例如当通过喷涂或其他方式将混合物铺展到基材上的时候。一旦停止剪切力，混合物再次是稳定的。
[0048]任选的粘合剂是有机粘合剂，特别是可固化有机树脂。优选使用酚醛树脂，例如酚甲醛树脂或者脲醛树脂树脂。其他合适的粘合剂包括丙烯酸树脂、胶乳、环氧化物、聚酰亚胺(P ο I y im i d )、PEEK、氰基丙稀酸酯、聚氨酯和溶胶凝胶粘合剂。
[0049]复合体的表面可以通过所谓的超级分级剂(supersizer)的方式进行精整。超级分级剂是功能性添加剂，其提升了表面硬度、防水性和/或抗静电质量，并且它们可以是两种或更多种功能试剂的混合物。通常来说，超级分级剂含有粘合剂。超级分级剂可以含有硬脂酸钙、硬脂酸锌、含氟添加剂、硅烷和切割流体冷却剂。
[0050]复合体的制造原理和一般结构
[0051 ]图1显示复合体的基本制造原理。制造方法包括:在混合步骤I中，将磨料颗粒AP与纳米原纤化纤维素NFC混合成液体悬浮体，优选为水性悬浮体。还显示添加可能的粘合剂B。所得到的混合物包括预定比例的NFC和磨料颗粒。磨料颗粒量高于NFC量，以干物质计算。较低稠度的纳米原纤化纤维素凝胶使得磨料颗粒均匀分散，并且由于NFC的流变性质，特别是甚至在相当稀的分散体中，高的零剪切粘度和高屈服应力，使得NFC水凝胶中的磨料颗粒分散体是稳定的。与磨料颗粒混合的NFC的稠度为1-30%，优选为1-4重量％。
[0052]接着，在预备成形步骤2中，开始从上述混合物对复合体进行成形。预备成形步骤可以包括:使得混合物与可以是刚性或者挠性的基材S结合。可以通过合适的涂覆方法进行结合。还可将混合物放入模具或者压制机中。在预备成形步骤中，使得NFC和磨料颗粒的液体分散体与至少部分确定其最终形状的结构接触。
[0053]预备成形步骤2还可迫使混合物通过孔或喷嘴，或者将其挤出通过模头以制造拉伸结构。
[0054]在预备成形步骤之后，在液体去除步骤3中，从混合物去除液体。如果磨料颗粒和NFC的分散体是水性分散体，则液体去除步骤是对混合物进行脱水。当混合物在基材S上或者在模具或压制机中的时候，去除液体。液体去除可以包括首先通过机械方式去除液体，以及通过蒸发最终去除液体。在液体去除步骤中，就NFC和磨料颗粒的相互布置以及它们之间的键合而言，复合体会获得其最终形状。
[0055]在液体去除步骤之后，可以使复合体经受精整步骤。如果复合体存在于基材S上的话，该步骤可以包括将该层状结构切割成较小面积的片材，来制造最终研磨产品。此外，精整步骤可以包括将数个复合体组装成最终结构，特别是在可以形成为二维或三维结构的拉伸体的情况下。
[0056]基材S可以是实心表面(solid-faced)基材，或者是具有孔隙度的基材，例如非织造或者织造结构。刚性基材也可具有孔隙度。在多孔基材的情况下，NFC粘合剂没有被孔吸收，这是因为施涂到基材上的粘性混合物的稳定性，并且其能够使得在其初始浓度的情况下，将磨料颗粒粘结在一起，以及将磨料颗粒与基材粘结起来。
[0057]图2显示以近似恒定厚度z的连续层4位于基材上的复合体。该图是示意性的，显示磨料颗粒AP和纳米原纤化纤维素NFC的原纤维均匀分布在整个层厚度上的最终结构。层的表面5可以覆盖有原纤维，但是当研磨产品用于加工材料时，当表面与工件接触时，快速去除了所述原纤维。
[0058]图3更详细地显示复合体内部的结构。磨料颗粒AP被纳米原纤化纤维素NFC的原纤维围绕，其缠绕并围绕了颗粒，并将它们以永久结构的形式结合在一起。结构在颗粒AP和原纤维之间还含有空的空间即空穴V。复合体的体积中
文档序号 :
【 9768867 】
技术研发人员：H·赫德,C·卡凡德,M·桑德尔,A·劳坎恩
技术所有人：芬欧汇川集团,KWH米尔卡有限公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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