CN108026227A - 精制木质素的制造方法、精制木质素、树脂组合物和成型体 - Google Patents
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Abstract
精制木质素的制造方法,在包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂中,在特定条件下对植物系生物质进行处理,在该处理后,将该第一混合溶液与不溶于该第一混合溶液的固体成分进行固液分离,将分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与不同于该第一有机溶剂且偶极矩为0.25d以下的第二有机溶剂混合,从而制成第二混合溶液,将不溶于该第二混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至第二混合溶液的液相中。
Description
技术领域
本发明涉及由植物系生物质制造精制木质素的制造方法、通过该制造方法得到的精制木质素、含有该精制木质素的树脂组合物、以及使用该树脂组合物得到的成型体。
背景技术
由于近年来环境意识的提高,在制造业领域也逐渐期望代替矿物燃料来源的原料的生物质来源的原料。但是,生物质来源的原料如在例如生物乙醇的制造中变得特别显著得那样,大多使用淀粉、糖等与食物竞争的原料,由此被指出导致食物价格上升、粮食生产的减少等问题。
因此,当今备受关注的是由不与食物竞争的纤维素系生物质制造生物燃料、生物化学品等的技术。作为不与食物竞争的纤维素系生物质,可以举出例如油椰的树干和空果串、油椰果实的纤维和种子、蔗渣(甘蔗(包含高生物质量甘蔗))的榨渣)、稻秸、麦秸、玉米的穗轴・叶茎・玉米残渣(玉米秸、玉米芯、玉米渣皮)、高粱(包含甜高粱)残渣、麻疯树种皮和壳、腰果壳、木材碎片、柳枝稷、蔗茅、能源作物等。
这些纤维素系生物质除了含有纤维素、半纤维素之外,还含有20~30质量%的木质素。例如,在造纸步骤中,木质素与纤维素、半纤维素分离,并以黑液的形式被回收,主要被用作燃料。但是,木质素通过分解而能够制造苯酚衍生物,进一步可期待其转化成化学品、生物塑料,因此期望提取木质素。
因此,作为提取木质素的方法,提出了通过高温高压处理将生物质进行分解的方法(参照专利文献1)。
具体而言,将生物质调整至规定大小,接着将其与溶剂一同投入至附带搅拌机和加热装置的耐压容器中,在进行加热和加压的同时搅拌而进行分解处理,对耐压容器的内容物进行过滤并去除滤液,将不溶于水的成分用水清洗。接着,将不溶于水的成分浸渍在可溶解木质素的溶剂、例如丙酮等中,将木质素萃取至丙酮内,并蒸馏去除丙酮,从而得到木质素及其衍生物。
此外提出了下述方法:在水与特定脂肪族醇的混合溶剂中,在特定条件下使原料生物质分解后,从混合溶剂中分液出包含木质素及其分解物的醇相,浓缩醇相而得到固体成分,从所得固体成分中,进一步使用不同于该脂肪族醇的乙酸乙酯等有机溶剂,提取木质素及其分解物(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5256813号公报
专利文献2:国际公开第2014/142289号。
发明内容
发明要解决的问题
为了将通过专利文献1的方法提取的木质素用作树脂,需要另行通过反应釜进行二次衍生化等追加处理,从能量收支的观点出发尚有改善的余地。此外,从应用的观点出发,问题在于通过专利文献1的方法提取的木质素的分子量变得过小。
此外,专利文献2的方法中记载了:使用乙酸乙酯等有机溶剂,从浓缩醇相而得到的固体成分中提取木质素。但是,反复进行溶剂的浓缩和干燥的方法中,热能的消耗量变多,因此,从能量收支的观点出发尚有改善的余地。此外,还担心木质素因提取步骤中的热履历而变性。
因此,本发明的目的在于,提供节能且效率良好的精制木质素的制造方法。此外,目的还在于,提供通过该制造方法得到的精制木质素、含有该精制木质素的树脂组合物、使用该树脂组合物得到的成型体。
用于解决问题的方法
本发明人等发现:通过在特定的条件下对植物系生物质进行处理,能够节能且效率良好地制造精制木质素。
即,本发明的主旨如下所述。
[1] 精制木质素的制造方法,在包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂中,在下述条件下对植物系生物质进行处理,
条件A:该植物系生物质相对于该第一混合溶剂的投料浓度为1质量%以上且50质量%以下
条件B:该处理中的温度为100℃以上且350℃以下
条件C:该处理的时间为0.1小时以上且10小时以下
将该处理之后得到的第一混合溶液与不溶于该第一混合溶液的固体成分进行固液分离,
将分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与不同于前述第一有机溶剂且偶极矩为0.25d以下的第二有机溶剂混合,从而制成第二混合溶液,
将不溶于该第二混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至该第二混合溶液的液相中。
[2] 精制木质素的制造方法,在包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂中,在下述条件下对植物系生物质进行处理,
条件A:该植物系生物质相对于该第一混合溶剂的投料浓度为1质量%以上且50质量%以下
条件B:该处理中的温度为100℃以上且350℃以下
条件C:该处理的时间为0.1小时以上且10小时以下
将该处理之后得到的第一混合溶液与不溶于该第一混合溶液的固体成分进行固液分离,
将分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与作为第二溶剂的水混合,从而制成第二混合溶液,
将不溶于该第二混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至该第二混合溶液的液相中。
[3] 根据上述[1]或[2]所述的精制木质素的制造方法,其中,前述第一有机溶剂为选自丁醇、戊醇、己醇、乙醇和丙酮中的至少1种。
[4] 精制木质素的制造方法,将原料木质素溶液、与向原料木质素溶液中混合的选自水和偶极矩为0.25d以下的烃中的至少1种溶剂(a)混合,从而制成混合溶液,将不溶于该混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至混合溶液的液相中。
[5] 根据上述[4]所述的精制木质素的制造方法,其中,前述原料木质素溶液是使来自植物系生物质的木质素在包含除了前述偶极矩为0.25d以下的烃之外的第一有机溶剂的溶剂中可溶化而得到的木质素溶液、或者使固体木质素溶解于包含上述第一有机溶剂的溶剂中而得到的溶液。
[6] 根据上述[5]所述的精制木质素的制造方法,其中,前述第一有机溶剂为选自醇、醚和酮中的至少1种。
[7] 精制木质素,其中,酚性羟基之中,2,6-二甲氧基苯酚部位的酚性羟基和邻甲氧基苯酚部位的酚性羟基为90%以上,重均分子量/数均分子量为2.3以下,聚苯乙烯换算分子量为3000以上的重质成分的比例低于13%,前述第一有机溶剂和第二有机溶剂的总计残留量以质量比计为1质量%以下。
[8] 树脂组合物,其含有[7]所述的精制木质素。
[9] 成型体,其使用[8]所述的树脂组合物而得到。
发明的效果
根据本发明,可提供能够节能且效率良好地提取精制木质素的精制木质素制造方法。此外,可提供通过该制造方法得到的精制木质素、含有该精制木质素的树脂组合物、使用该树脂组合物得到的成型体。
附图说明
图1是示出实施例和比较例中使用的分批式反应装置的图。
具体实施方式
以下,针对本发明的实施方式所述的精制木质素的制造方法进行说明。
[精制木质素的制造方法]
第一实施方式所述的精制木质素的制造方法中,在包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂中,在下述条件下对植物系生物质进行处理,将该处理之后得到的第一混合溶液与不溶于该第一混合溶液的固体成分进行固液分离,将分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与不同于前述第一有机溶剂且偶极矩为0.25d以下的第二有机溶剂混合,从而制成第二混合溶液,将不溶于该第二混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至该第二混合溶液的液相中。
或者,第二实施方式中,在包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂中,在下述条件下对植物系生物质进行处理,将该处理之后得到的第一混合溶液与不溶于该第一混合溶液的固体成分进行固液分离,将分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与作为第二溶剂的水混合,从而制成第二混合溶液,将不溶于该第二混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至该第二混合溶液的液相中。
条件如下所述。
条件A:该植物系生物质相对于该第一混合溶剂的投料浓度为1质量%以上且50质量%以下
条件B:该处理中的温度为100℃以上且350℃以下
条件C:该处理的时间为0.1小时以上且10小时以下。
在此,投料浓度是指:第一混合溶剂与对该第一混合溶剂投入的原料植物系生物质的质量比,包括不溶于该第一混合溶剂的原料成分。此外,本实施方式中,使用上述第一混合溶剂在上述条件A~C下进行处理后的第一混合溶液中,也可以包含植物系生物质所含的可溶于该第一混合溶剂的成分。
第一实施方式中,第二混合溶液是指:包含水、第一有机溶剂、第二有机溶剂、以及溶解在这些混合溶剂中的溶质(精制木质素)的混合溶液。第二实施方式中,第二混合溶液是指:包含水、第一有机溶剂、以及溶解在这些混合溶剂中的溶质(精制木质素)的混合溶液。
本实施方式中,使用上述包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂,在上述条件A~C下进行处理后,萃取至该第一混合溶剂中的物质被称为粗木质素。此外,向包含粗木质素的第一混合溶液中添加第二有机溶剂或水并精制成期望馏分而得到的物质被称为精制木质素。精制木质素的详情如后所述。
以下,针对精制木质素的制造方法进行详细说明。
首先,针对本发明的第一实施方式和第二实施方式进行详述。
<通过第一混合溶剂对植物系生物质进行处理的步骤>
通过第一混合溶剂对植物系生物质进行处理的步骤包括:在包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂中,在上述条件A~C下对植物系生物质进行处理。
通过使用第一混合溶剂,粗木质素被萃取至第一混合溶剂中的第一有机溶剂中,植物系生物质所含的部分纤维素分解物、部分半纤维素分解物、以及植物系生物质所含的金属类被萃取至水相中。由此能够对粗木质素进行液/液分离。
像这样,根据通过第一混合溶剂对植物系生物质进行处理的步骤,能够减少粗木质素中的杂质。
(植物系生物质)
作为植物系生物质,可以举出木本系生物质、草本系生物质。作为木本系生物质,可以举出杉树、扁柏、丝柏、樱树、桉树、山毛榉、竹子等针叶木、阔叶木。
作为草本系生物质,可以举出油椰的树干・空果串、油椰果实的纤维和种子、蔗渣(甘蔗和高生物质量甘蔗的榨渣)、蔗梢(甘蔗的顶部和叶子)、能源甘蔗(energy cane)、稻秸、麦秸、玉米的穗轴・叶茎・残渣(玉米秸、玉米芯、玉米渣皮)、高粱(包含甜高粱)残渣、麻疯树种的皮和壳、腰果壳、柳枝稷、蔗茅、高生物质产量作物、能源作物等。
这些之中,从获取容易性、与本发明中应用的制造方法的适应性的观点出发,优选为草本系生物质,更优选为油椰的空果串、麦秸、玉米的叶茎、蔗渣、蔗梢、能量甘蔗、提取它们的有用成分后的残渣,进一步优选为蔗渣、蔗梢、能量甘蔗。有用成分包括例如半纤维素、糖质、矿物质、水分等。
蔗渣中包含5~30质量%左右的木质素。此外,蔗渣中的木质素包含H核、G核和S核中的全部作为基本骨架。G核是指在苯酚骨架部分的邻位具有1个甲氧基(-OCH3)的核,S核是指在邻位具有2个甲氧基的核,H核是指在邻位不具有甲氧基的核。应予说明,木本系生物质来源的木质素不包含H核。
植物系生物质也可以使用粉碎物。此外,还可以是块、碎片、粉末或者包含水的含水物中的任意形态。
(第一混合溶剂)
第一混合溶剂包含水和第一有机溶剂。第一有机溶剂可以为饱和直链醇、不饱和直链醇、饱和支链醇以及不饱和支链醇中的任一者。此外,可以为丙酮、甲乙酮等酮类、四氢呋喃等醚类所例示的极性溶剂。此外,可以为乙二醇、聚乙二醇,进一步,有机溶剂可以为单独种类,也可以混合多种。
这些之中,优选为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、丙酮、四氢呋喃,更优选为选自乙醇、丁醇、戊醇、己醇和丙酮中的1种以上,进一步优选为选自丁醇、乙醇、戊醇、己醇和丙酮中的至少1种。作为丁醇,可以使用1-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇中的任一者,其中,优选使用1-丁醇或2-甲基-1-丙醇、2-丁醇,特别优选使用1-丁醇。
第一有机溶剂为醇时,水与醇的摩尔比(水/醇)优选为1/1~40/1、更优选为1.5/1~30/1、进一步优选为2/1~24/1。水与醇之比大于上述范围时,水与醇在100℃以下有时不会发生二相分离。此外,在除了上述范围之外的混合比的情况下,粗木质素的分离・去除有时不充分。从溶剂分离时的能量损失的观点出发,在100℃以下不发生二相分离且与沸点低于水的醇混合的混合溶剂不适合作为溶剂。
本实施方式中,作为溶剂中使用的水,可以举出例如自来水、工业用水、离子交换水、蒸馏水等。
(关于条件A)
条件A中,植物系生物质相对于第一混合溶剂的投料浓度为1质量%以上且50质量%以下、优选为3质量%以上且20质量%以下、更优选为5质量%以上且18质量%以下。如果原料浓度低于1质量%,则加热混合溶剂、去除混合溶剂所需的能量占优,精制木质素的生成工艺的能量效率变差。如果材料大于50质量%,则混合溶剂量不充分、分离效率降低。
(关于条件B)
条件B中的反应温度为100℃以上且350℃以下、优选为150℃以上且300℃以下、更优选为170℃以上且270℃以下。如果低于100℃,则木质素难以进行分离,如果大于350℃,则在纤维素分解的同时,因木质素再次聚合而生成焦炭,故不优选。
(关于条件C)
条件C中的反应时间为0.1小时以上且10小时以下、优选为0.2小时以上且8小时以下、更优选为1小时以上且6小时以下、进一步优选为1小时以上且3小时以下。如果低于0.1小时,则分离不会充分进行,如果大于10小时,则在纤维素分解的同时,无法抑制因木质素再次聚合而生成的焦炭的生成量。
(其它条件)
除了上述条件A~C之外,期望将分离步骤中的反应体系的压力设定为0.5MPa以上且30MPa以下。更优选的条件可以根据水、醇量和温度来适当设定。此外,分离步骤可以在空气下进行。为了抑制由氧化反应导致的聚合,分离步骤优选在进行氮气吹扫而减少了氧气的氛围下进行。
<将精制木质素萃取至第二混合溶液的液相中的步骤>
根据本发明的第一实施方式,将精制木质素萃取至第二混合溶液的液相中的步骤包括:将通过第一混合溶剂对植物系生物质进行处理的步骤后得到的第一混合溶液与不溶于该第一混合溶液的固体成分进行固液分离,将分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与不同于第一有机溶剂的第二有机溶剂混合,从而制成第二混合溶液,将不溶于该第二混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至液相中。根据第二实施方式,将上述分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与水混合,从而制成第二混合溶液。
(第二混合溶液)
根据第一实施方式,第二混合溶液是指:包含水、第一有机溶剂、第二有机溶剂和溶质(精制木质素)的混合溶液。第二有机溶剂优选为偶极矩为0.25d以下的烃、更优选为0.23d以下、进一步优选为0.20d以下。
如果第二有机溶剂的偶极矩为0.25d以下,则能够将不溶于第二混合溶液的固体成分良好地进行固液分离,能够提高精制木质素的收率。如果第二有机溶剂的偶极矩大于0.25d,则将不溶于第二混合溶液的固体成分进行固液分离时的效率变差,精制木质素的收率降低。
将可用作第二有机溶剂的化合物的一个例子示于下述表1。在此,偶极矩是指通过Winmostar MOPAC AMI (MOP6W70)算出的值。
[表1]
。
可用作第二有机溶剂的溶剂不同于第一有机溶剂,优选为碳原子数5~8的饱和链状烃或不饱和链状烃、饱和环式烃或不饱和环式烃。可用作第二有机溶剂的上述有机溶剂之中,更优选为己烷、庚烷、甲基环己烷、2,2,4-三甲基戊烷。
第二实施方式中,向第一混合溶液中添加作为第二溶剂的水。作为水,可以举出例如自来水、工业用水、离子交换水、蒸馏水等。
应予说明,作为其它实施方式,也可以将第一混合溶液与选自不同于第一有机溶剂且偶极矩为0.25d以下的第二有机溶剂和水中的至少1种混合,并将粗木质素进行精制。
根据第一实施方式所述的精制木质素的制造方法,在不溶于第二混合溶液的固体成分的固液分离后,从第二混合溶液的液相中去除第一有机溶剂和第二有机溶剂,由此能够得到精制木质素。第二实施方式中,通过去除第一有机溶剂,能够得到精制木质素。液相的第一有机溶剂和第二有机溶剂可通过挥发、减压干燥、送风干燥、加热干燥等来去除。此外,可以举出下述方法:将第二混合溶液的液相与水混合,共沸去除第一有机溶剂和第二有机溶剂,将在混合溶液中沉淀出的固体成分(精制木质素)进行固液分离的方法;追加并混合第二混合溶液的液相与选自第二有机溶剂和水中的至少1种溶剂,将在混合溶液中沉淀出的固体成分(精制木质素)进行固液分离的方法等。
第一实施方式所述的精制木质素的制造方法中,将不溶于混合第一混合溶液与第二有机溶剂而得到的第二混合溶液的固体成分进行固液分离后,通过挥发和减压干燥来去除第一有机溶剂和第二有机溶剂,而不是将第一混合溶液浓缩而使粗木质素析出。
应予说明,第一实施方式中,必须从包含水、第一有机溶剂和第二有机溶剂的第二混合溶液中去除水(即水溶性级分),但去除水的步骤可以在将不溶于该第一混合溶液的固体成分与该第一混合溶液进行固液分离之后且与第二有机溶剂混合之前,也可以在将不溶于与第二有机溶剂混合后的第二混合溶液的固体成分进行固液分离之后。
此外,第二实施方式中,必须从第二混合溶液中去除水(即水溶性级分),但去除水的步骤可以在将不溶于该第一混合溶液的固体成分与该第一混合溶液进行固液分离之后且接着与水混合之前,也可以在将不溶于向第一混合溶液中混合水后的第二混合溶液的固体成分进行固液分离之后。
<使用原料木质素溶液的制造方法>
第三实施方式所述的精制木质素的制造方法中,将原料木质素溶液、与向原料木质素溶液中混合的选自水和偶极矩为0.25d以下的烃(以下为第二有机溶剂)中的至少1种溶剂(a)混合,从而制成混合溶液,将不溶于该混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至混合溶液的液相中。
原料木质素溶液可以举出例如使植物系生物质来源的木质素在包含第一有机溶剂的溶剂中可溶化而得到的木质素溶液(i)、或者使固体木质素溶解于包含第一有机溶剂的溶剂中而得到的溶液(ii)。
作为(i),可以举出例如通过利用现有方法对植物系生物质进行分离、从而使该生物质所含的木质素在包含第一有机溶剂的溶剂中可溶化而得到的木质素溶液。
在(ii)的情况下,作为固体木质素,可以使用任意的固体木质素,没有特别限定。可以使用例如:将来自上述植物系生物质的木质素可溶化后、通过浓缩而得到的固体木质素;由纸浆制造过程中生成的黑液得到的固体木质素;在将植物系生物质进行糖化的过程中、将纤维素和半纤维素水解并获取糖后残留的残渣等。应予说明,木质素的来源没有特别限定。
第一有机溶剂没有特别限定,可以为饱和直链醇、不饱和直链醇、饱和支链醇以及不饱和支链醇中的任一者。此外,可以为丙酮、甲乙酮等酮类、四氢呋喃等醚类所例示的极性溶剂。此外,也可以是乙二醇、聚乙二醇,进一步,有机溶剂可以单独存在,也可以混合多种。
这些之中,优选为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、丙酮、四氢呋喃,更优选为选自乙醇、丁醇、戊醇、己醇和丙酮中的1种以上,进一步优选为选自丁醇、乙醇、戊醇、己醇和丙酮中的至少1种。作为丁醇,可以使用1-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇中的任一者,其中,优选使用1-丁醇或2-甲基-1-丙醇、2-丁醇,特别优选使用1-丁醇。
原料木质素溶液优选在有机溶剂中且25℃下的木质素浓度达到1质量%以上且90质量%以下。
如果25℃下的木质素浓度低于1质量%,则耐热性木质素的生成工艺的能量效率恶化,故不优选。如果25℃下的木质素浓度大于90质量%,则精制程度差,故不优选。
25℃下的木质素浓度优选为1质量%以上且70质量%以下、更优选为1质量%以上且50质量%以下、进一步优选为2质量%以上且40质量%以下、特别优选为4质量%以上且30质量%以下。应予说明,使用多种有机溶剂时,上述木质素的浓度是指有机溶剂的总计量中的浓度。
根据第三实施方式,向上述原料木质素溶液中混合选自水和第二有机溶剂中的至少1种溶剂。作为第二有机溶剂和水,可以使用上述的有机溶剂和水,优选的物质也相同。混合选自水和第二有机溶剂中的至少1种而得到的混合溶液接着通过将不溶的固体成分进行固液分离,能够将精制木质素萃取至液相侧。
本实施方式中,通过从混合溶液的液相中去除有机溶剂(原料木质素溶液和之后添加的第二有机溶剂),能够得到精制木质素。液相的有机溶剂的去除方法如上所示。
应予说明,向原料木质素溶液中添加水时,必须去除水(即水溶性级分)。去除水的步骤可以在例如将不溶于混合溶液的固体成分进行固液分离后再进行。
<其它步骤>
第一实施方式和第二实施方式所述的精制木质素的制造方法中,可以以不使能量收支的平衡恶化的程度包括下述步骤:通过上述第一混合溶剂对植物系生物质进行处理的步骤;在通过第二混合溶液提取精制木质素的步骤中、在各个步骤的过程中或步骤之间去除杂质等其它步骤。在第三实施方式的情况下,在向原料木质素溶液中添加水和第二有机溶剂的步骤的前后,也可以包括其它步骤。
此外,本发明的实施方式所述的制造方法中,作为利用第一混合溶剂和第二混合溶液的分离方式,可以进行静置分离。此外,也可以通过例如常规的分批式反应器、半分批式反应器等。进一步,也可以应用通过螺杆或泵等将包含第一混合溶剂和原料植物系生物质的浆料挤出、同时使其分离的方式,所述第一混合溶剂包含水和第一有机溶剂。
此外,可以对以往的木质素提取方法、即现有的牛皮纸浆制法、Soda-AQ或有机溶剂(organosolv)法应用本实施方式所述的精制木质素的制造方法。
[精制木质素]
本发明的实施方式所述的精制木质素通过上述制造方法而得到,其具有下述性状。
即,精制木质素所含的酚性羟基之中,2,6-二甲氧基苯酚部位和邻甲氧基苯酚部位的酚性羟基为90%以上。此外,重均分子量/数均分子量为2.3以下,聚苯乙烯换算分子量为3000以上的重质成分的比例低于13%,第一有机溶剂和第二有机溶剂的总计残留量以质量比计为1质量%以下。
酚性羟基之中的2,6-二甲氧基苯酚部位与邻甲氧基苯酚部位的酚性羟基的比率是根据现有报告(Energy Fuel 2010,24,2723)对木质素进行磷酸衍生化后,通过31PNMR算出的值。
此外,重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)是通过使用了四氢呋喃溶剂的凝胶渗透色谱(GPC)(测定温度为40℃,检测器为RI)测定的聚苯乙烯换算分子量(以下,分子量为聚苯乙烯换算分子量)。
精制木质素的Mw优选为800以上且低于4000、更优选为900以上且低于3000、进一步优选为1000以上且低于2000。
此外,精制木质素中的第一有机溶剂和第二有机溶剂的残留量没有特别限定,是通过气相色谱法(GC)算出的值。
精制木质素从通用性的观点出发必须可溶于有机溶剂、或者为了在成型步骤中提高作业性而必须进行热熔融。此外,期望玻璃化转变温度、软化点低。
一般而言,将木质素分解而得到的粗木质素如果分子量小,则软化点变低,如果轻质成分(低分子量成分)多,则玻璃化转变温度变低。
因此,将精制粗木质素而得到的精制木质素应用于用于形成制品(成型体)的树脂组合物等时,精制木质素的分子量过低时,所得成型体的强度和耐热性难以改善,轻质成分过多时,容易发生成型不良等。
因此,精制木质素的数均分子量(Mn)优选为500以上且低于2000、更优选为600以上且低于1800、进一步优选为700以上且低于1500。
如果精制木质素的数均分子量(Mn)低于500,则精制木质素的软化点达到70℃以下,因此耐热性降低。此外,如果数均分子量达到2000以上,则软化点达到150℃以上,因此,作业性显著降低。
此外,精制木质素中包含的分子量为3000以上的重质成分(高分子量成分)的比例优选低于13%、更优选低于12%、进一步优选低于10%。如果精制木质素中包含的重质成分为13%以上,则为了制作树脂组合物而进行加热熔融时,产生过度的粘度上升、未溶解成分,例如发生与填充材料等其它成分的混炼不良,从而导致成型不良。
[精制木质素的用途]
通过本实施方式所述的制造方法得到的精制木质素可单独用于至今为止使用酚醛树脂的用途领域。此外,也可以将本实施方式所述的精制木质素与其它酚醛树脂配合来制造树脂组合物。
也可以通过向本实施方式所述的精制木质素中导入环氧基的反应来制造环氧改性体。像这样,本实施方式所述的精制木质素可应用于至今为止使用环氧树脂的用途领域。
进一步,通过本实施方式所述的制造方法得到的耐热性木质素可用作热塑性树脂的添加剂。
本实施方式所述的精制木质素可用作酚醛树脂、环氧树脂的基础树脂原料、环氧树脂的添加剂(固化剂)、热塑性树脂的添加剂等。其理由在于精制木质素具有酚性的结构单元的特征。本实施方式所述的精制木质素也可以组合使用本领域技术人员公知的酸酐等固化剂。
本实施方式所述的精制木质素中的轻质成分(低分子量成分)和重质成分(高分子量成分)少,分子量分布狭窄。因此,在构成树脂组合物的方面,可用作基础树脂的原料。
针对作为基础树脂原料使用,可以使用现有公知的方法。作为一个例子,可以举出配合木质素和以六亚甲基四胺为代表的公知交联剂而成的树脂组合物。
在配合木质素和交联剂而成的树脂组合物中,也可以根据需要来配合各种填充材料、工业上获得的一般酚醛树脂。
针对作为添加剂使用,可以使用例如日本特开2014-15579号公报等中列举出的现有公知的方法。配合木质素和热塑性树脂而成的树脂组合物中,也可以根据需要来配合各种添加剂、填充材料。
[树脂组合物]
本发明的实施方式所述的树脂组合物包含上述精制木质素。此外,除了上述精制木质素之外,也可以包含热塑性树脂、热固性树脂等树脂成分。以下,针对除了精制木质素之外的成分进行说明。
<热塑性树脂>
作为可配合至本实施方式所述的树脂组合物中的热塑性树脂,优选为具有200℃以下的玻璃化转变温度的非晶性热塑性树脂或者熔点为200℃以下的结晶性热塑性树脂。作为热塑性树脂,可以举出例如聚碳酸酯系树脂、苯乙烯系树脂、聚苯乙烯系弹性体、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丙烯酸系树脂(聚甲基丙烯酸甲酯树脂等)、聚氯乙烯树脂、乙酸纤维素树脂、聚酰胺树脂;对苯二甲酸与乙二醇、对苯二甲酸与1,4-丁二醇的组合的聚酯所代表的低熔点聚酯树脂(PET、PBT等)、聚乳酸和/或包含聚乳酸的共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)、聚苯醚树脂(PPO)、聚酮树脂、聚砜树脂、聚苯硫醚树脂(PPS)、氟树脂、硅树脂、聚苯并咪唑树脂、聚酰胺弹性体等、以及它们与其它单体的共聚物。
从得到显著的流动性和强度的观点出发,本发明所述的树脂组合物中的热塑性树脂的含量相对于该树脂组合物的总体量优选为30质量%以上且99.9质量%以下、更优选为40质量%以上且99.9质量%以下、进一步优选为45质量%以上且99.9质量%以下、特别优选为50质量%以上且99.9质量%以下。
本实施方式所述的树脂组合物中,除了上述含纤维素的固体物、热塑性树脂之外,还可以包含能够与热塑性树脂组合物相容的树脂、添加剂、填充材料。
<热固性树脂>
作为可配合至本实施方式所述的树脂组合物中的热固性树脂,可以配合具有可与精制木质素反应的官能团的木质素反应性化合物。作为具有可与精制木质素反应的官能团的化合物,可以举出与酚化合物发生亲电子取代反应的化合物、具有环氧基的化合物、具有异氰酸酯基的化合物等。
精制木质素具有酚性的结构单元,因此可用作酚醛树脂和环氧树脂等的基础树脂原料、环氧树脂的添加剂(固化剂)等。
(与酚化合物发生亲电子取代反应的化合物)
作为与酚化合物发生亲电子取代反应的化合物,可以举出甲醛、供甲醛(formaldehyde-donating)固化剂化合物或甲醛等价化合物等。商业上可以使用六亚甲基四胺、六甲醛和多聚甲醛(paraformaldehyde)。作为一个例子,在六亚甲基四胺的情况下,精制木质素和六亚甲基四胺优选为下述的配合量。
即,精制木质素以树脂组合物总质量基准计优选包含50质量%以上且98质量%以下,六亚甲基四胺以树脂组合物总质量基准计优选包含2质量%以上且50质量%以下。如果六亚甲基四胺为上述范围,则能够得到外观和物性良好的固化物。从该观点出发,六亚甲基四胺以树脂组合物总质量基准计更优选包含5质量%以上且30质量%以下、进一步优选包含10质量%以上且20质量%以下。
此外,本实施方式所述的树脂组合物除了包含精制木质素和六亚甲基四胺之外,也可以进一步包含酚醛树脂。如上所述,精制木质素具有酚性的结构单元,因此,酚醛树脂在不使树脂组合物的加工性、强度和耐热性等物性降低的范围内可用作精制木质素的稀释剂、增量剂等。
在包含酚醛树脂的情况下,包含10质量%以上且90质量%以下的精制木质素、10质量%以上且90质量%以下的酚醛树脂的树脂混合物以树脂组合物总质量基准计优选包含50质量%以上且98质量%以下,六亚甲基四胺以热固性树脂组合物总质量基准计优选包含2质量%以上且50质量%以下。
(具有环氧基的化合物)
具有环氧基的化合物属于被称为所谓的环氧树脂的范畴内。作为一个例子,可以举出由2,2-双(4'-羟基苯基)丙烷(称为双酚A)、双(2-羟基苯基)甲烷(称为双酚F)、4,4'-二羟基二苯基砜(称为双酚S)、4,4'-二羟基联苯、间苯二酚、水杨醇(saligenin)、三羟基二苯基二甲基甲烷、四酚基乙烷(tetraphenylolethane)、它们的卤素取代物和烷基取代物、丁二醇、乙二醇、赤藓醇、酚醛清漆、甘油、聚氧亚烷基等分子内含有2个以上羟基的化合物与环氧氯丙烷等合成的缩水甘油醚系环氧树脂;由该分子内含有2个以上羟基的化合物与邻苯二甲酸缩水甘油酯等合成的缩水甘油酯系环氧树脂;由苯胺、二氨基二苯基甲烷、间苯二甲胺(m-xylenediamine)、1,3-双氨基甲基环己烷等伯胺或仲胺与环氧氯丙烷等合成的缩水甘油胺系环氧树脂等包含缩水甘油基的环氧树脂;环氧化大豆油、环氧化聚烯烃、乙烯基环己烯二氧化物、二环戊二烯二氧化物等不含缩水甘油基的环氧树脂。这些之中,优选为化学结构与木质素类似而相容性良好的甲酚酚醛清漆型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂。
本实施方式所述的热固性树脂组合物中含有的精制木质素为包含环氧基的化合物时,精制木质素中的酚性羟基与该包含环氧基的化合物中的环氧基的当量比(酚性羟基/环氧基)优选为0.7以上且1.3以下。
如果酚性羟基/环氧基接近1,则任意官能团的未反应量减少,外观良好,也容易维持强度。从该观点出发,精制木质素中的酚性羟基/环氧基更优选为0.8以上且1.2以下、进一步优选为0.9以上且1.1以下。
此外,本实施方式所述的热固性树脂组合物除了包含精制木质素和包含环氧基的化合物之外,也可以进一步包含酚醛树脂。包含酚醛树脂时,包含10质量%以上且90质量%以下的精制木质素、且包含10质量%以上且90质量%以下的酚醛树脂的树脂混合物中的酚性羟基的总计与该环氧树脂中的环氧基的当量比(酚性羟基的总计/环氧基)优选为0.7以上且1.3以下。
本实施方式所述的热固性树脂组合物中包含的精制木质素为包含环氧基的化合物时,可根据促进固化反应的目的来适当添加固化促进剂。作为具体例,可以举出2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等咪唑类;2-(二甲基氨基甲基)苯酚、1,8-二氮杂-双环(5,4,0)十一碳烯-7等叔胺类、三苯基膦等膦类、四丁基铵盐、三异丙基甲基铵盐、三甲基癸基铵盐、鲸蜡基三甲基铵盐等季铵盐、三苯基苄基磷鎓盐、三苯基乙基磷鎓盐、四丁基磷鎓盐等季磷鎓盐、辛酸锡等金属化合物等。作为季磷鎓盐的反荷离子,可以举出卤素、有机酸根离子、氢氧化物离子等,特别优选为有机酸根离子、氢氧化物离子。
固化促进剂相对于热固性树脂组合物100质量份优选包含0.1质量份以上且10质量份以下。如果固化促进剂的含量为上述范围,则反应性优异,耐热性和强度也优异。从该观点出发,更优选为0.3质量份以上且5质量份以下,进一步优选为0.5质量份以上且3质量份以下。
(具有异氰酸酯基的化合物)
具有异氰酸酯基的化合物是多异氰酸酯或者使多异氰酸酯与多元醇反应而得到的。作为多异氰酸酯,可以举出甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚合MDI(MDI-CR)、碳二亚胺改性MDI(液状MDI)等芳族多异氰酸酯、和降冰片烷二异氰酸酯(NBDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)(氢化MDI)、亚苯二甲基二异氰酸酯(XDI)等脂肪族多异氰酸酯;封端异氰酸酯。这些之中,优选使用甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。
本实施方式所述的树脂组合物中含有的精制木质素为异氰酸酯化合物时,精制木质素中的酚性羟基和醇性羟基的总计与异氰酸酯化合物中的异氰酸酯基的当量比(酚性羟基和醇性羟基的总计/异氰酸酯基)优选为0.8以上且1.2以下。如果酚性羟基和醇性羟基的总计/异氰酸酯基在上述范围内,则任意官能团的未反应量变少,与固化速度、外观、物性有关的不良现象变少。
从该观点出发,精制木质素中的酚性羟基和醇性羟基的总计与异氰酸酯化合物中的异氰酸酯基的当量比(酚性羟基和醇性羟基的总计/异氰酸酯基)更优选为0.85以上且1.15以下、进一步优选为0.9以上且1.1以下。
此外,本实施方式所述的热固性树脂组合物除了包含精制木质素和异氰酸酯化合物之外,也可以进一步包含酚醛树脂。包含酚醛树脂时,包含10质量%以上且90质量%以下的精制木质素、且包含10质量%以上且90质量%以下的酚醛树脂的树脂混合物中的酚性羟基和醇性羟基的总计与该异氰酸酯化合物中的异氰酸酯基的当量比(酚性羟基和醇性羟基的总计/异氰酸酯基)优选为0.8以上且1.2以下。
本实施方式所述的树脂组合物中,可以根据促进固化反应的目的来适当添加固化促进剂。作为固化促进剂,可以举出例如锆、铝的有机金属系催化剂、月桂酸二丁基锡、DBU的酚盐、辛酸盐、胺、咪唑等,从着色性的观点出发,特别优选为有机金属系催化剂、例如仲丁酸铝、乙酰乙酸乙酯二异丙醇合铝、三丁氧基乙酰丙酮合锆、四乙酰丙酮合锆等。固化促进剂的量相对于热固性树脂组合物100重量份优选为0.001质量份以上且1.0质量份以下、进一步优选为0.05质量份以上且0.5质量份以下。
(其它的树脂成分)
本实施方式所述的树脂组合物中,除了精制木质素之外,也可以包含酚醛树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、硅酮树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂等树脂。
由于与精制木质素同样地具有酚性羟基,能够与精制木质素发生反应,也可用作精制木质素的稀释剂,因此在上述树脂之中,优选为酚醛树脂。
<无机填充材料、有机填充材料>
本实施方式所述的树脂组合物中可以含有填充材料。填充材料可以为无机填充材料,也可以为有机填充材料。
作为无机填充材料,可以举出例如球状或破碎状的熔融二氧化硅、晶体二氧化硅等二氧化硅粉末、氧化铝粉末、玻璃粉末、玻璃纤维、玻璃片、云母、滑石、碳酸钙、氧化铝、水合氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氮化钛、氧化锌、碳化钨、氧化镁等。
此外,作为有机填充材料,可以举出碳纤维、芳纶纤维、纸粉、纤维素纤维、纤维素粉、稻壳粉、果实壳・坚果粉末、几丁质粉末、淀粉等。
无机填充材料、有机填充材料可以单独含有或者组合多种而含有,其含量可根据目的来决定。含有无机填充材料和/或有机填充材料时,为了获得良好的物性、成型性,期望无机填充材料和/或有机填充剂的含量为适量。从该观点出发,无机填充材料和/或有机填充剂的含量相对于热塑性树脂组合物中的树脂成分的总计100质量份,其含量的上限值优选大于0质量份且为400质量份、更优选为0质量份以上且300质量份以下、进一步优选为0质量份以上且250质量份以下。
<其它的添加剂>
本实施方式所述的树脂组合物中,在不损害由该树脂组合物得到的成型体的特性的范围内,可以添加各种添加剂。此外,根据目的可以进一步添加相容剂、表面活性剂等。
作为与热塑性树脂一同使用的相容剂,也可以组合使用向热塑性树脂加成马来酸酐、环氧基等而导入了极性基团的树脂、例如马来酸酐改性聚乙烯树脂、马来酸酐改性聚丙烯树脂、市售的各种相容剂。
此外,作为表面活性剂,可以举出硬脂酸、棕榈酸、油酸等直链脂肪酸;或者与松香类的支链・环状脂肪酸等,但不特别限定于此。
进一步,作为除了上述之外可配合的添加剂,可以举出可挠化剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、抗静电剂、消泡剂、触变性赋予剂、脱模剂、抗氧化剂、增塑剂、低应力化剂、偶联剂、染料、光散射剂、少量的热塑性树脂等。
[成型体]
本发明的实施方式所述的成型体由含有通过上述制造方法得到的精制木质素的树脂组合物而获得。作为成型体的一个例子,可以举出:使配合精制木质素和交联剂而成的树脂组合物固化而得到的成型体;此外,根据需要而配合各种填充材料、工业上获得的常规酚醛树脂,并在成型为规定形状后使其固化而得到的成型体;或者使其固化后进行成型加工而得到的成型体;将精制木质素与热塑性树脂混合而成的树脂组合物进行成型加工而得到的成型体等。
具体而言,是住宅用的隔热材料、电子部件、压裂砂用树脂、涂覆砂用树脂、浸渗用树脂、层叠用树脂、FRP成型用树脂、汽车部件、汽车轮胎的增强材料、OA设备、机械、信息通信设备、产业资材等。
实施例
以下,通过实施例更详细地说明本发明。本发明不限定于以下的实施例。
[精制木质素的制造]
<实施例1>
将作为原料的蔗渣(试样尺寸为3mm见方以下)与第一混合溶剂投入至内容积为0.92L的SUS制分批式装置(参照图1)中,所述第一混合溶剂是使用丁醇作为第一有机溶剂且以摩尔比计达到水/丁醇=8/1的方式制备得到。作为第一混合溶剂的水与丁醇的总计量为315g。
作为原料的蔗渣的投料浓度以相对于第一混合溶剂的总质量比计设为10质量%。将SUS制分批式装置的装置内用氮气吹扫后,升温至200℃为止,在200℃的反应温度下进行2小时的处理。处理时间为从达到200℃起算的经过时间。此外,通过热电偶来测定温度。
处理结束后,将SUS制分批式装置冷却,在温度降低至100℃以下并进一步达到室温附近后,将内容物全部取出。处理后,将生物质的残渣与液相进行过滤分离。进一步,通过分液漏斗对滤液的水相和丁醇相(相当于分离了水相的溶剂)进行液/液分离。将分离得到的丁醇相与作为第二有机溶剂的庚烷(偶极矩为0.01)混合以使丁醇相(分离了水相的溶剂)/庚烷(第二有机溶剂)以容积比计达到4.4,从而制成第二混合溶液。此外,将其在25℃下进行搅拌。
将搅拌后生成的沉淀物去除,通过旋转蒸发仪(60℃,水浴)从去除沉淀物后的第二混合溶液中蒸馏去除溶剂后,在125℃、1小时的条件下进行真空干燥,从而得到精制木质素。将所得精制木质素的物性示于表2-1。
<实施例2~9>
如表2-1所示那样地,变更第二有机溶剂和第二混合溶液的搅拌温度(25℃、50℃),除此之外,通过与实施例1相同的方法来得到精制木质素。
<实施例10>
至通过分液漏斗对滤液的水相与丁醇相(相当于分离了水相的溶剂)进行液/液分离为止,进行与实施例1相同的方法。通过旋转蒸发仪(60℃、水浴)对进行液/液分离而得到的丁醇相进行蒸馏去除,以丁醇相中的木质素浓度达到12.5wt%的方式进行调整后,以上述丁醇相/水(第二溶剂)的容积比达到0.17的方式混合作为第二溶剂的水,从而制成第二混合溶液。此外,将其在25℃下进行搅拌。
将搅拌后生成的沉淀物去除,通过旋转蒸发仪(60℃、水浴)从去除沉淀物后的第二混合溶液中蒸馏去除溶剂后,在125℃、1小时的条件下进行真空干燥,从而得到精制木质素。将所得精制木质素的物性示于表2-1。
<实施例11>
将作为原料的蔗渣(试样尺寸为3mm见方以下)、以及水与作为有机溶剂的1-丁醇的混合溶剂(以摩尔比计水/1-丁醇=8/1的方式进行制备)投入至内容积为0.92L的SUS制分批式装置中。包含水和丁醇的混合溶剂的质量为300g。蔗渣的投料浓度相对于上述混合溶剂以质量比计设为10质量%。
将SUS制分批式装置的装置内用氮气吹扫后,升温至200℃为止,在200℃下进行2小时的分解反应。反应时间为从达到200℃起算的经过时间。此外,通过热电偶来测定温度。反应时的内部压力为1.9MPa。
处理结束后,将SUS制分批式装置冷却至室温附近后,将内容物全部取出并过滤,从而分离成生物质残渣和液相。进一步,通过分液漏斗对滤液的水相和1-丁醇相进行液/液分离。将分离得到的丁醇相浓缩,在125℃下进行真空干燥,从而得到固体(木质素)6.5g。
使所得固体1g溶解于丙酮5mL。溶液中的木质素浓度为25质量%。向该丙酮溶液中添加己烷0.5mL(相对于有机溶剂为0.1倍)。去除将混合溶液在25℃下搅拌15分钟后生成的沉淀物,通过旋转蒸发仪(60℃、水浴)从去除沉淀物后的混合溶液中蒸馏去除溶剂后,在125℃、1小时的条件下进行真空干燥,从而得到精制木质素。将所得精制木质素的物性示于表2-3。
<实施例12>
使用庚烷作为第二有机溶剂,除此之外,进行与实施例11相同的操作。
<实施例13>
至使固体(木质素)溶解于丙酮的步骤为止,与实施例11同样地进行。向该丙酮溶液中添加水5mL(相对于有机溶剂为1倍)。去除将混合溶液在25℃下搅拌15分钟后生成的沉淀物,通过旋转蒸发仪(60℃、水浴)从去除沉淀物后的第二混合溶液中蒸馏去除溶剂后,在125℃、1小时的条件下进行真空干燥,从而得到精制木质素。将所得精制木质素的物性示于表2-3。
<实施例14>
除了第一有机溶剂中使用乙醇之外,进行与实施例11相同的操作。
<比较例1-5>
如表2-2所示那样地变更第二有机溶剂,除此之外,通过与实施例1相同的方法来得到精制木质素。
<参考例1>
在实施例1的处理中,将第一混合溶液中的生物质残渣与液相进行过滤分离,进一步,通过分液漏斗对滤液的水相和丁醇相(相当于分离了水相的溶剂)进行液/液分离后,通过旋转蒸发仪(70℃、水浴)将丁醇相蒸馏去除后,在125℃、1小时的条件下进行真空干燥,从而得到粗木质素。其后,将所得粗木质素投入至装有乙酸乙酯(67mL/g-浓缩物)的烧杯中,搅拌20分钟。搅拌后静置10分钟,然后通过倾析来去除上清液。对上清液进行抽滤,去除微量的固体成分。
向残留在烧杯内的固体成分中投入乙酸乙酯(33mL/g-浓缩物),并搅拌20分钟。搅拌后静置10分钟,然后通过倾析来去除上清液。对上清液进行抽滤,去除微量的固体成分。
向残留在烧杯内的固体成分中投入乙酸乙酯(13mL/g-浓缩物),并搅拌10分钟。搅拌后静置10分钟,然后通过倾析再次去除上清液。对上清液进行抽滤,去除微量的固体成分。
通过旋转蒸发仪(60℃、水浴)将所得上清液(乙酸乙酯可溶成分)蒸馏去除后,在150℃、30分钟的条件下进行真空干燥,从而得到精制木质素。
<比较例6>
实施例11中得到的固体(木质素)。
[精制木质素的物性评价]
将实施例1中得到的精制木质素的物性与参考例1中得到的精制木质素的物性进行对比。
[评价方法]
<酚性羟基的比例>
关于酚性羟基的比率,按照现有报告(Energy Fuel 2010,24,2723),测定精制木质素的酚性羟基的比例。
<重均分子量、数均分子量>
通过使用四氢呋喃溶剂的凝胶渗透色谱(GPC),测定上述精制木质素的重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn) (测定温度为40℃,检测器为RI)。重均分子量、数均分子量是聚苯乙烯换算分子量。
<第二混合溶液的搅拌温度>
将第一混合溶液与第二有机溶剂混合而制成第二混合溶液后的搅拌时的温度。
[精制木质素的物性评价]
<玻璃化转变温度>
精制木质素的玻璃化转变温度的测定通过固体粘弹性法进行测定。使用加压机来制作精制木质素的成型板,从成型板中切出5mm×30mm×1mm的试样,使用DMA8000(パーキンエルマージャパン公司制),在0℃~300℃、或者达到极限最低弹性模量为止,以2℃/分钟的升温温度在1Hz下进行测定。将所得tanδ的峰值温度作为玻璃化转变温度(Tg)。
[热固性树脂组合物的评价]
<反应固化时间>
使用实施例1的精制木质素和参考例1的精制木质素,制作热固性树脂组合物。此外,制作其固化物,并评价物性。
以固化剂相对于精制木质素100份为15份的配合比将各成分投入至乳钵中,在室温下粉碎并混合后,使用开放式辊混炼机(open roll kneader)在100℃下混合5分钟后,冷却至室温为止。
将混合物用乳钵粉碎,并夹在涂布有脱模剂的铝板之间,使用真空加压机,在减压下、150℃下成型60分钟。成型后,在200℃下固化120分钟,从而得到成型品。
所得成型品的玻璃化转变温度的测定通过固体粘弹性法进行测定。由所得成型品中切出5mm×30mm×1mm的试样,使用DMA8000(パーキンエルマージャパン公司制),在150℃下进行测定。将所得tanδ的峰值时间作为反应固化时间。
[表2]
。
[表3]
*1:通过Winmostar MOPAC AMI (MOP6W70)算出的值
*2:酚性羟基的比例=[{(2,6-二甲氧基苯酚部位的酚性羟基)+(邻甲氧基苯酚部位的酚性羟基)}/{(2,6-二甲氧基苯酚部位的酚性羟基)+(邻甲氧基苯酚部位的酚性羟基)+(未取代酚性羟基)}]×100。
[表4]
。
[表5]
。
[结果]
可知:通过实施例1的制造方法得到的精制木质素与通过参考例1的方法得到的精制木质素相比能够缩短反应效果时间。可推测其理由在于,通过本发明所述的制造方法得到的精制木质素不发生热变性或者热变性的程度低,因此,与通过参考例1的方法得到的精制木质素相比存在更多的反应位点。
Claims (9)
1.精制木质素的制造方法,在包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂中,在下述条件下对植物系生物质进行处理,
条件A:该植物系生物质相对于该第一混合溶剂的投料浓度为1质量%以上且50质量%以下
条件B:该处理中的温度为100℃以上且350℃以下
条件C:该处理的时间为0.1小时以上且10小时以下
将该处理之后得到的第一混合溶液与不溶于该第一混合溶液的固体成分进行固液分离,
将分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与不同于所述第一有机溶剂且偶极矩为0.25d以下的第二有机溶剂混合,从而制成第二混合溶液,
将不溶于该第二混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至该第二混合溶液的液相中。
2.精制木质素的制造方法,在包含水和第一有机溶剂的第一混合溶剂中,在下述条件下对植物系生物质进行处理,
条件A:该植物系生物质相对于该第一混合溶剂的投料浓度为1质量%以上且50质量%以下
条件B:该处理中的温度为100℃以上且350℃以下
条件C:该处理的时间为0.1小时以上且10小时以下
将该处理之后得到的第一混合溶液与不溶于该第一混合溶液的固体成分进行固液分离,
将分离了不溶的固体成分的第一混合溶液与作为第二溶剂的水混合,从而制成第二混合溶液,
将不溶于该第二混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至该第二混合溶液的液相中。
3.根据权利要求1或2所述的精制木质素的制造方法,其中,所述第一有机溶剂为选自丁醇、戊醇、己醇、乙醇和丙酮中的至少1种。
4.精制木质素的制造方法,将原料木质素溶液、与向原料木质素溶液中混合的选自水和偶极矩为0.25d以下的烃中的至少1种溶剂(a)混合,从而制成混合溶液,将不溶于该混合溶液的固体成分进行固液分离,将精制木质素萃取至混合溶液的液相中。
5.根据权利要求4所述的精制木质素的制造方法,其中,所述原料木质素溶液是使来自植物系生物质的木质素在包含除了所述偶极矩为0.25d以下的烃之外的第一有机溶剂的溶剂中可溶化而得到的木质素溶液、或者使固体木质素溶解于包含所述第一有机溶剂的溶剂中而得到的溶液。
6.根据权利要求5所述的精制木质素的制造方法,其中,所述第一有机溶剂为选自醇、醚和酮中的至少1种。
7.精制木质素,其中,
酚性羟基之中,2,6-二甲氧基苯酚部位的酚性羟基和邻甲氧基苯酚部位的酚性羟基为90%以上,
重均分子量/数均分子量为2.3以下,
聚苯乙烯换算分子量为3000以上的重质成分的比例低于13%,
所述第一有机溶剂和第二有机溶剂的总计残留量以质量比计为1质量%以下。
8.树脂组合物,其含有权利要求7所述的精制木质素。
9.成型体,其使用权利要求8所述的树脂组合物而得到。
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