DE10057910C2 - Process for the derivatization of technical lignin, derivatized technical lignin and its use - Google Patents

Process for the derivatization of technical lignin, derivatized technical lignin and its use

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    • C08L97/005Lignin

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Derivatisierung von techni­ schem Lignin, das derivatisierte Lignin und dessen Verwendung.The invention relates to a method for the derivatization of techni Schem lignin, the derivatized lignin and its use.

Unter Lignin wird eine Pflanzenkomponente verstanden, die neben der Cellulose am zweithäufigsten in Pflanzen vorkommt. Der Anteil an Lignin im Holz kann je nach Art 20 bis 40% betragen. In anderen Pflanzen ist ein Teil der Ligninmatrix durch Silikatstrukturen ersetzt (zum Beispiel im Stroh).By lignin is meant a plant component, in addition to the cellulose second most common in plants. The proportion of lignin in the wood can ever amount to 20 to 40%. In other plants is a part of the lignin matrix replaced by silicate structures (for example in straw).

Lignin besteht, chemisch gesehen, aus einem dreidimensionalen Netzwerk von drei verschiedenen Phenylpropaneinheiten: Cumaryl-, Coniferyl- und Sinapinalkohol. Lignin consists, chemically speaking, of a three-dimensional network of three various phenylpropane units: cumaryl, coniferyl and sinapinal alcohol.  

In der Regel fällt Lignin bei der Gewinnung von Zellstoff an, wobei es normalerwei­ se zur Energiegewinnung verbrannt wird. Problematisch ist dies insofern, als bei den konventionellen Zellstoffgewinnungsverfahren Schwefel- und Chlorverbindun­ gen eingesetzt werden, die teilweise anschließend bei der Verbrennung der Ablau­ ge, welche das Lignin enthält, frei werden und die Umwelt belasten. Gängige Ver­ fahren sind hier das Sulfat-, Kraft-, Soda- oder das Sulfit-Verfahren (L. Göttsching und C. Katz, Papier-Lexikon, Deutscher Betriebswirte-Verlag GmbH, 1999).As a rule, lignin accumulates in the production of pulp, whereby it Normalerwei se burned for energy. This is problematic insofar as when The conventional pulp extraction process sulfur and Chlorverbindun be partially used in the combustion of Ablau which contains the lignin, become free and pollute the environment. Common Ver driving here are the sulfate, force, soda or sulfite method (L. Göttsching and C. Katz, Papier-Lexikon, Deutscher Betriebswirte-Verlag GmbH, 1999).

Da natives Lignin aufgrund der Größe des Makromoleküls und seiner vernetzten Struktur in sämtlichen Lösungsmitteln nahezu unlöslich ist, muß es während des Aufschlußprozesses abgebaut werden. Die oben genannten konventionellen Ver­ fahren bedienen sich hierzu eines Aufschlußsystems, das Wasser als Basis auf­ weist. Je nach Art werden für den Aufschluß Schwefelverbindungen oder für den anschließenden Bleichschritt Chlorverbindungen, zum Beispiel Chlordioxid, einge­ setzt.Because native lignin due to the size of the macromolecule and its crosslinked Structure is almost insoluble in all solvents, it must during the Digestion process are dismantled. The above-mentioned conventional Ver drive to use this a digestion system, the water as a basis has. Depending on the type for the digestion sulfur compounds or for the subsequent bleaching step chlorine compounds, for example chlorine dioxide, turned puts.

Neuere Entwicklungen benutzen organische Lösungsmittel zum Aufschluß von Biomasse. So arbeitet bspw. das Organosolv-Verfahren mit einem System aus Al­ kohol und Wasser (Jaakko Pöyry, Umweltverträgliche Holzaufschlußverfahren, Landwirtschaftsverlag 1997). Für das in der WO 96/335013 beschriebene Natural- Pulping-Verfahren wird Ameisensäure unter Zusatz von Wasserstoffperoxid einge­ setzt. Die Natural Pulping AG hat dieses Verfahren zwischenzeitlich weiterentwic­ kelt und schlägt vor, Lösungsmittelgemische, die Carbonsäuren oder Carbonsäure­ derivate und ein weiteres, im wesentlichen aprotisches organisches Lösungsmittel umfassen, einzusetzen. Dieses weiterentwickelte Verfahren ist in einer deutschen Patentanmeldung der Fa. Natural Pulping AG beschrieben, die dieselbe Priorität wie die vorliegende Anmeldung aufweist.Recent developments use organic solvents for the digestion of Biomass. For example, the Organosolv process uses a system of Al water and water (Jaakko Pöyry, Environmentally friendly pulping Agricultural Publishing 1997). For the natural product described in WO 96/335013 Pulping process, formic acid is added with the addition of hydrogen peroxide puts. Natural Pulping AG has further developed this procedure in the meantime cels and suggests solvent mixtures, the carboxylic acids or carboxylic acid derivatives and another, essentially aprotic, organic solvent include use. This advanced process is in a German Patent application of the company Natural Pulping AG described the same priority as the present application has.

Weitere Verfahren, die außer Wasser noch unter Einsatz von organischen Lö­ sungsmitteln arbeiten, sind das Alcell- (Alkohol), Milox- (Ameisensäure, Peroxyd), ASAM- (Alkohol), Acetocell- (Essigsäure) und Formacell-Verfahren (Essigsäure, Ameisensäure). Eine Beschreibung der Aufschlußverfahren, die organische Lö­ sungsmittel einsetzen, enthält "Environmentally friendly technologies for the pulp and paper industry" von A. Young und M. Akhtar, Verlag John Wiley & Sons, 1998. Other methods that except water still using organic Lö are Alcell (alcohol), Milox (formic acid, peroxide), ASAM (alcohol), acetocell (acetic) and formacell (acetic acid, Formic acid). A description of the pulping process, the organic Lö use environmentally friendly technologies for the pulp and paper industry "by A. Young and M. Akhtar, John Wiley & Sons, 1998.  

Im Jahre 1998 fielen nach PPI, International Fact & Price, 2000, weltweit etwa 142 Mio. Tonnen Zellstoff an. Vereinfacht kann angenommen werden, daß pro ge­ wonnener Tonne Zellstoff etwa eine halbe Tonne Lignin erhalten wird. So wurden 1996 in den USA 52.862.000 Tonnen Zellstoff entsprechend ca. 26 Mio. Tonnen Lignin oder in Kanada 13.379.000 Tonnen Zellstoff entsprechend etwa 7 Mio. Ton­ nen Lignin produziert.In 1998, according to PPI, International Fact & Price, 2000, worldwide fell approximately 142 million tons of pulp. Simplified, it can be assumed that per ge a ton of pulp is obtained about half a ton of lignin. So were In 1996 in the USA 52,862,000 tons of pulp corresponding to approx. 26 million tons Lignin or in Canada 13,379,000 tons of pulp corresponding to about 7 million tons lignin is produced.

Neben der hauptsächlich erfolgenden Verbrennung des Lignins wurde vorgeschla­ gen, Lignin als Futtermittel, Düngemittel, Bohrschlamm- und Zementzusatz oder Aromastoff zu verwenden.In addition to the main combustion of lignin was vorla lignin as feed, fertilizer, drilling mud and cement additive or To use flavoring.

In "Lignin Derivates III. Sulfonate Esters" von Kaliprasanna Dhara, Rajesh K. Jain und Wolfgang G. Glasser wurde in Holzforschung 47 (1993) 403-411 darauf hinge­ wiesen, daß Ligninsulfonat auch als anionisches industrielles Tensid eingesetzt werden kann. Auch lehrt dieser Artikel, daß - wenn auch mit begrenztem Erfolg - die Ligninsulfonate in polymeren Materialien, Plastik und Harz verwendet werden können.In "Lignin Derivatives III Sulfonate Esters" by Kaliprasanna Dhara, Rajesh K. Jain and Wolfgang G. Glasser was attached to Holzforschung 47 (1993) 403-411 showed that lignosulfonate also used as an anionic industrial surfactant can be. Also, this article teaches that, albeit with limited success, the lignosulfonates are used in polymeric materials, plastic and resin can.

In Abhängigkeit von dem jeweiligen Aufschlußverfahren fällt Lignin, ggf. auch Ligninderivate, wie beispielsweise Ligninsulfonat, sowie teils relativ leichtflüchtige Abbauprodukte des Lignins, wie z. B. Cumaryl-, Coniferyl- und Sinapinalkohol, deren Derivate wie der Syringa- oder Guajacyl-Aldehyd, Syringol, Guajacol, kurzkettige Kondensationsprodukte wie Ester, Ether oder Halbacetale und Abbauprodukte des lignocellulosehaltigen Materials, wie zum Beispiel Zucker oder deren Abbaupro­ dukte, in unterschiedlichen Anteilen an. Dieses Gemisch von Lignin und Abbaupro­ dukten, das aus der Ablauge des entsprechenden Prozesses gewonnen werden kann, wird nachfolgend als technisches Lignin oder kurz Lignin bezeichnet.Depending on the particular pulping process lignin falls, possibly also Lignin derivatives, such as lignosulfonate, and partly relatively volatile Degradation products of lignin, such as. B. cumaryl, coniferyl and Sinapinalkohol whose Derivatives such as the syringa or guaiacyl aldehyde, syringol, guaiacol, short-chain Condensation products such as esters, ethers or hemiacetals and degradation products of lignocellulosic material, such as sugar or their breakdown products, in different proportions. This mixture of lignin and degradation product which are recovered from the waste liquor of the corresponding process can, hereinafter referred to as technical lignin or lignin for short.

Die Art und die jeweiligen Anteile des Lignins und der Abbauprodukte ist von der Art und der Reaktionsführung bei dem jeweiligen Aufschlußverfahren abhängig. Bedin­ gungen, die die Bildung von Abbauprodukten fördern, sind hohe Temperaturen, ho­ he Acidität, Oxidationsmittel (zum Beispiel H2O2, O2, O3 Persäuren), lange Auf­ schlußzeiten und Chemikalienadditive.The nature and the respective proportions of the lignin and the degradation products is dependent on the type and the reaction in the respective digestion process. Conditions which promote the formation of degradation products are high temperatures, high acidity, oxidizing agents (for example H 2 O 2 , O 2 , O 3 peracids), long digestion times and chemical additives.

Der Abbau des Lignins und auch des gesamten lignocellulosehaltigen Materials während des Aufschlußverfahrens wird durch eine hohe Acidität des Lösungsmittels begünstigt, so daß es insbesondere beim herkömmlichen Natural Pulping- Verfahren, das in Ameisensäure als Lösungsmittel durchgeführt wird, zur Bildung kurzkettiger Ligninabbauprodukte und niedermolekularen Verbindungen kommt. In weniger aciden längerkettigen Carbonsäuren weist das technische Lignin weniger kurzkettige Ligninabbauprodukte und niedermolekulare Verbindungen auf.The degradation of lignin and also of the whole lignocellulosic material during the digestion process is characterized by a high acidity of the solvent  so that, in particular, in the conventional natural pulp Process which is carried out in formic acid as a solvent for the formation short-chain lignin degradation products and low molecular weight compounds comes. In less acidic long-chain carboxylic acids, the technical lignin less short-chain lignin degradation products and low molecular weight compounds.

Allerdings werden auch bei den anderen Aufschlußverfahren, die organische Lö­ sungsmittel einsetzen, neben dem makromolekularen Lignin Ligninabbauprodukte, Cumaryl-, Coniferyl- und Sinapinalkohole, deren Derivate, kurzkettige Kondensati­ onsprodukte und niedermolekulare Verbindungen erhalten.However, in the other digestion processes, the organic Lö in addition to the macromolecular lignin lignin degradation products, Coumaryl, coniferyl and sinapinal alcohols, their derivatives, short chain condensates onsprodukte and low molecular weight compounds.

Zusätzlich wird beim Aufschluß Lignin mit Doppelbindungen, Carbonyl-, Carboxy­ gruppen, Derivate wie Vanillin, Syringaldehyd, Syringol, Vanillinsäure, Syringasäu­ re, 4-Hydroxy-Benzoesäure, Aceto-Vanillin, Acetosyringon und Dihydroconiferylal­ kohol erzeugt.In addition, the lignin with double bonds, carbonyl, carboxy is the digestion groups, derivatives such as vanillin, syringaldehyde, syringol, vanillic acid, syringasäu 4-hydroxybenzoic acid, aceto-vanillin, acetosyringone and dihydroconiferylal produced kohol.

Das beim Sulfit-Verfahren erhaltene "Lignin" ist im wesentlichen Ligninsulfonat.The "lignin" obtained in the sulfite process is essentially lignosulfonate.

Da das bei der Zellstoffherstellung erhaltene technische Lignin auch Abbauprodukte des Lignins und des lignocellulosehaltigen Materials umfaßt, treten Schwierigkeiten bei der Verwendung oder Weiterverarbeitung auf. So wurde festgestellt, daß bei der Weiterverarbeitung des nach dem Natural Pulping-Verfahren erhaltenen techni­ schen Lignins als Polymercompound, z. B. beim Spritzgießen oder Extrudieren und der erforderlichen Erwärmung, die zur Überführung der Mischung in den fließfähi­ gen Zustand erforderlich ist, flüchtige Bestandteile austreten, die zu einer erhebli­ chen Geruchsbelästigung, möglicherweise gar zu einer Gesundheitsbeeinträchti­ gung, führen.Since the technical lignin obtained in pulp production also degradation products of lignin and lignocellulosic material, difficulties arise during use or further processing. Thus it was found that in the Further processing of the technique obtained by the natural pulping method rule lignin as a polymer compound, z. B. in injection molding or extrusion and the necessary heating, which is necessary for the conversion of the mixture into the flowable condition is required, volatiles escape, which can lead to erhebli odor, possibly even a health impairment lead.

Auch führen niedrig siedende Bestandteile des Lignins oder Abbauprodukte des lignocellulosehaltigen Materials beim Extrudieren zu Schwimmhäuten und Graten des späteren Formkörpers, was natürlich unerwünscht ist.Also lead low boiling components of lignin or degradation products of the lignocellulosic material when extruded into webs and ridges the later shaped body, which is of course undesirable.

Der Schmelzbereich des Natural-Pulping-Lignins wurde etwa auf 160 bis 165°C bestimmt, die Glastemperatur liegt bei 60°C. The melting range of natural pulping lignin was about 160 to 165 ° C determined, the glass transition temperature is 60 ° C.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Veredelungsverfahren für techni­ sches Lignin und veredeltes technisches Lignin bereitzustellen und neue hochwerti­ ge Einsatzmöglichkeiten für das veredelte Lignin zu finden.The invention is based on the object, a refining process for techni beautiful lignin and refined technical lignin and new high quality ge applications found for the refined lignin.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 15, 16, 19 und 20 ge­ löst.The object is achieved by the features of claim 1 and 15, 16, 19 and 20 ge solves.

Durch die Umsetzung des technischen Lignins mit dem wenigstens monofunktio­ nellen Spacer gemäß Merkmal a) oder dem wenigstens bifunktionellen Spacer ge­ mäß Merkmal b) wird der Spacer an die Abbauprodukte und flüchtigen Bestandteile des technischen Lignins gebunden und hierdurch eine Siedepunktserhöhung er­ reicht, so daß sowohl die Geruchsbelästigung und Gesundheitsgefährdung als auch die ebenfalls durch niedrig siedende Bestandteile bewirkte Bildung von Schwimm­ häuten und Graten bei der Polymerherstellung vermieden wird.By the implementation of the technical lignin with the at least monofunktio nelle spacer according to feature a) or the at least bifunctional spacer GE According to feature b), the spacer is added to the degradation products and volatiles tied the technical lignin and thereby a boiling point increase he enough, so that both the odor nuisance and health hazards as well the formation of floating, also caused by low-boiling constituents Skinning and burrs in polymer production is avoided.

Durch die Reaktion mit dem wenigstens monofunktionellen Spacer (a) wird der Sie­ depunkt des umgesetzten Abbauproduktes erhöht, so daß bei ausreichender Mol­ masse auch bei der erforderlichen Temperaturerhöhung bei der Polymerherstellung keine flüchtigen Bestandteile mehr austreten.By the reaction with the at least monofunctional spacer (a) becomes the you depunkt of the converted decomposition product increased, so that when sufficient mol mass even at the required temperature increase in polymer production no more volatiles escape.

Das nach dem bekannten und dem neu entwickelten Natural Pulping-Verfahren gewonnene technische Lignin wurde analysiert und - wie in den sich anschließen­ den Versuchsergebnissen dargelegt wird - festgestellt, daß das Natural-Pulping- Lignin vergleichsweise kurzkettig ist. Weiterhin wurde festgestellt, daß es sich bei der geruchsintensiven leichtflüchtigen Verbindung, die für die Geruchsbelästigung beim Erwärmen des Lignins verantwortlich sein dürfte, voraussichtlich um Furfu­ rylaldehyd handelt, der beim sauren Aufschluß von Biomasse entsteht. Es gilt als gesichert, daß der Furfurylaldehyd, der als Abbauprodukt der Cellulose gebildet wird, aufgrund seines Löslichkeitsverhaltens zusammen mit dem Lignin abgetrennt wird und so in die Ligninfraktion gelangt.That according to the known and the newly developed Natural Pulping method won technical lignin was analyzed and - as in the join the results of the experiments - it has been found that natural pulping Lignin is comparatively short-chained. Furthermore, it was found that it the odor-intensive volatile compound responsible for the odor nuisance should be responsible for heating the lignin, probably around Furfu rylaldehyd, which results from the acid digestion of biomass. It is considered assured that the furfurylaldehyde, which formed as a degradation product of cellulose is separated due to its solubility behavior together with the lignin and gets into the lignin fraction.

Der Siedebereich des Coniferylalkohols liegt bei 163 bis 165°C, die Siedepunkte der anderen Ligninfragmente liegen in einem ähnlichen Bereich. Furfurylaldehyd siedet bei 162°C.The boiling range of the coniferyl alcohol is 163 to 165 ° C, the boiling points the other lignin fragments are in a similar range. furfuryl boils at 162 ° C.

Wird Furfurylaldehyd erfindungsgemäß schon mit einem relativ kurzkettigen alipha­ tischen Spacer, beispielsweise n-Butanol, Molmasse 74 g/mol, umgesetzt, erhält man 2-Furfurylaldehyd-di(n-butyl)-acetal, das bereits einen Siedepunkt von 244-­ 245°C aufweist. Es wurde festgestellt, daß die durch Umsetzung mit einem monofunktionellen Spacer erhaltenen Produkte ab einer Molmasse des Spacers von wenigstens 70 g/mol, vorzugsweise wenigstens 90 g/mol, hinreichend hohe Siedepunkte aufweisen, so daß auch bei Temperaturerhöhung auf 190°C bis 200°C nahezu keine flüchtigen Bestandteile mehr austreten.If furfuraldehyde according to the invention already with a relatively short-chain alipha table spacer, for example n-butanol, molecular weight 74 g / mol, reacted  2-furfuryl-aldehyde-di (n-butyl) -acetal, which already has a boiling point of 244- 245 ° C has. It was found that by reacting with a monofunctional spacer obtained products from a molecular weight of the spacer of at least 70 g / mol, preferably at least 90 g / mol, sufficiently high Have boiling points, so that even with temperature increase to 190 ° C to 200 ° C almost no volatile components escape.

Wird der monofunktionelle Spacer unter den aromatischen Verbindungen ausge­ wählt, so ist bereits ein Phenylrest ausreichend, um die gewünschte Erhöhung des Siedepunktes zu erreichen.Is the monofunctional spacer out of the aromatic compounds selects, then a phenyl radical is already sufficient to the desired increase of To reach boiling point.

Bei der Umsetzung mit einem bifunktionellen Spacer erfolgt die Bindung der einen funktionellen Gruppe des Spacers im allgemeinen an ein Abbauprodukt und die zweite funktionelle Gruppe reagiert direkt oder ggf. nach Kettenbildung mit weiteren Spacermolekülen mit einem weiteren Abbauprodukt oder mit makromolekularem Lignin, so daß durch die Erhöhung der Molmasse die Siedepunkte der gebundenen flüchtigen Verbindungen steigen und somit das Austreten der flüchtigen Bestand­ teile bei Erwärmung ebenfalls vermieden wird.In the reaction with a bifunctional spacer, the binding of the one takes place functional group of the spacer in general to a degradation product and the second functional group reacts directly or possibly after chain formation with others Spacer molecules with another degradation product or with macromolecular Lignin, so that by increasing the molecular weight, the boiling points of the bound Volatile compounds increase and thus the leakage of volatile substances parts is also avoided when heated.

Der Spacer weist wenigstens eine bzw. wenigstens zwei nucleophile Gruppen auf. Unter nucleophilen Gruppen werden im folgenden solche Gruppen verstanden, die ein an ein elektropositiveres Zentralatom, meist Kohlenstoff, gebundenes elektro­ negativeres Heteroatom, das Nucleophil, umfassen. Im Falle von metallorganischen Verbindungen wird mit Zentralatom das jeweilige Metall bezeichnet.The spacer has at least one or at least two nucleophilic groups. Nucleophilic groups are understood below to mean those groups which a to an electropositive central atom, usually carbon, bound electro more negative heteroatom, the nucleophile. In the case of organometallic Compounds is referred to by central atom the respective metal.

In vielen Fällen greift das Elektrophil, das heißt das positivierte Zentralatom, das das Nucleophil trägt, beispielsweise an einer aliphatischen oder aromatischen Hy­ droxygruppe eines Bestandteils des technischen Lignins unter Bildung des entspre­ chenden Ethers oder Esters und Abspaltung der nucleophilen Abgangsgruppe an. Es wird angenommen, daß diese Reaktion auf einer nucleophilen Substitution be­ ruht.In many cases, the electrophile, that is, the positive central atom, intervenes the nucleophile bears, for example on an aliphatic or aromatic Hy droxygruppe a component of the technical lignin to form the entspre ether or ester and cleavage of the nucleophilic leaving group. This reaction is believed to be due to nucleophilic substitution rests.

Auch erfolgt die Addition des Spacers an Doppelbindungen, die einzelne Verbin­ dungen des technischen Lignins tragen. Die Addition findet bevorzugt im sauren Medium statt, so daß vermutlich zunächst ein elektrophiler Angriff erfolgt. Also, the addition of the spacer to double bonds, the individual verbin tions of technical lignin. The addition is preferably in the acidic Medium instead, so that probably first an electrophilic attack takes place.  

Da es eine Vielzahl verschiedener Bestandteile des technischen Lignins und eine Vielzahl von verschiedenen Reaktionsmöglichkeiten gibt, treten neben nucleophilen Substitutionsreaktionen und Additionen an Doppelbindungen eine Reihe weiterer Reaktionen und Reaktionsmechnismen auf.As there are a variety of different components of technical lignin and one Variety of different reaction possibilities exist, in addition to nucleophilic ones Substitution reactions and additions to double bonds a number of others Reactions and reaction mechanisms.

Wird ein Spacer mit wenigstens zwei funktionellen Gruppen eingesetzt, so kann die Molmasse des wenigstens bifunktionellen Spacer auch unter 70 g/mol liegen, denn der bifunktionelle Spacer bindet mit der einen funktionellen Gruppe an einen ersten Bestandteil des technischen Lignins, insbesondere ein Fragment oder -abbauprodukt und mit der zweiten funktionellen Gruppe an ein weiteres Fragment oder Abbauprodukt oder an ein weiteres Spacermolekül oder ein Ligninmakromole­ kül, so daß der Siedepunkt durch die Erhöhung der Masse des gebundenen Ab­ bauproduktes steigt.If a spacer with at least two functional groups is used, then the Molar mass of at least bifunctional spacer also below 70 g / mol, because the bifunctional spacer binds with the one functional group to a first Component of the technical lignin, in particular a fragment or degradation product and with the second functional group to another fragment or degradation product or to another spacer molecule or a Ligninmakromole kül, so that the boiling point by increasing the mass of bound Ab building product rises.

Die Kettenbildung der wenigstens bifunktionellen Spacermoleküle untereinander ist durchaus erwünscht, da mit einer flexiblen längeren Kette die Wahrscheinlichkeit der Bindung an andere Fragmente oder Abbauprodukte oder gar an makromoleku­ lares Lignin erhöht wird. Die Kettenbildung der Spacermoleküle untereinander kann durch Zugabe der Spacermoleküle im Überschuß, d. h. wenigstens 1 zu 100, sowie durch geeignete Reaktionsbedingungen, insbesondere Temperaturerhöhung, er­ höht werden.The chain formation of the at least bifunctional spacer molecules with each other is quite desirable because with a flexible longer chain the probability binding to other fragments or degradation products or even to macromolecules lares lignin is increased. The chain formation of the spacer molecules with each other can by addition of the spacer molecules in excess, d. H. at least 1 to 100, as well by suitable reaction conditions, in particular temperature increase, he be raised.

Nachfolgend sind einige der Reaktionen aufgeführt, die bei der Umsetzung des die Abbauprodukte enthaltenden technischen Lignins mit einem monofunktionellen, einem bifunktionellen und einem trifunktionellen Spacer ablaufen. Die Reaktionen sind an Cumarylalkohol, Sinapinalkohol bzw. ihren Derivaten und Furfurylaldehyd dargestellt. Die Reaktion erfolgt jedoch - wenn auch in weitaus geringerem Maße - ebenfalls zwischen zwei oder mehr Ligninmakromolekülen oder auch zwischen ei­ nem Abbauprodukt des Lignins oder des lignocellulosehaltigem Materials und ma­ kromolekularem Lignin.Below are some of the reactions that are involved in the implementation of the Degradation products containing technical lignin with a monofunctional, a bifunctional and a trifunctional spacer expire. The reactions are cumene alcohol, sinapine alcohol or its derivatives and furfuraldehyde shown. However, the reaction is - albeit to a much lesser extent - also between two or more lignin macromolecules or between ei a degradation product of lignin or lignocellulosic material and ma cromolecular lignin.

In Abhängigkeit davon, ob der mono- oder bifunktionelle Spacer eine (Di)hydroxygruppe oder deren Abkömmlinge oder eine (Di)carboxygruppe oder de­ ren Abkömmlinge umfaßt, werden als Produkte im allgemeinen die entsprechenden (Di)ester oder (Di)ether erhalten. Bei Addition des nucleophilen Spacers an eine Doppelbindung können je nach Art des eingesetzten Spacers auch andere Verbin­ dungen erhalten werden.Depending on whether the mono- or bifunctional spacer a (Di) hydroxy group or its derivatives or a (di) carboxy group or de In general, as a product, the corresponding products (Di) ester or (di) ether. Upon addition of the nucleophilic spacer to a  Double bond can, depending on the type of spacer used also other Verbin be obtained.

Die Darstellung der Reaktionsmöglichkeiten, die sicherlich nicht vollständig ist, soll dem besseren Verständnis der Erfindung dienen, die Erfindung jedoch nicht be­ schränken. Wesentlich ist bei der vorliegenden Erfindung, daß das erfindungsge­ mäß derivatisierte technische Lignin gute Eigenschaften aufweist und keine flüchtigen Bestandteile mehr enthält, so daß es für die Polymerverarbeitung eingesetzt wer­ den kann. Auf welchen Reaktionsmechanismen, welchen Reaktionsfolgen etc. die Umsetzung beruht, ist für die Ausführung der Erfindung unerheblich.The representation of the reaction possibilities, which is certainly not complete, should serve the better understanding of the invention, but the invention is not be limit. It is essential in the present invention that the erfindungsge according to derivatized technical lignin has good properties and no volatile Contains more ingredients so that it used for polymer processing who that can. On which reaction mechanisms, which reaction sequences etc. the Implementation is irrelevant to the execution of the invention.

Bei der Umsetzung von Carbonsäuren und deren Derivaten mit Furfurylaldehyd er­ folgt Knoevenagel-Reaktion unter Bildung der α-, β-ungesättigten Carbonsäurederi­ vaten. Bei der Umsetzung von Furfurylaldehyden mit Alkoholen, Alkylhalogeniden und reaktiven cyclischen Ethern, wie beispielsweise Oxiranderivaten, erfolgt die Bildung von Halb- und Vollacetalen und gegebenenfalls von Polyethern.In the implementation of carboxylic acids and their derivatives with furfuraldehyde he follows Knoevenagel reaction to form the α-, β-unsaturated carboxylic acid derivatives derivatives. In the implementation of Furfurylaldehyden with alcohols, alkyl halides and reactive cyclic ethers, such as oxirane derivatives, the Formation of semiacetals and acetals and, where appropriate, of polyethers.

Unter anderem treten auch - insbesondere im sauren Medium - die nachfolgend ebenfalls aufgeführten Nebenreaktionen auf. Among others also occur - especially in acidic medium - the following also listed side reactions.  

A) Reaktionen bei Umsetzung der Ligninabbauprodukte am Beispiel des Coniferylalkohols mit einem monofunktionellen Spacer X-R2 A) Reactions on conversion of the lignin degradation products using the example of the coniferyl alcohol with a monofunctional spacer XR 2

1. Veresterung bzw. Veretherung an der monofunktionellen Hydroxygruppe 1. esterification or etherification on the monofunctional hydroxy group

R1 = beliebig
Veretherung mit R2 = Alkyl- oder Arylrest
Veresterung mit
R 1 = arbitrary
Etherification with R 2 = alkyl or aryl radical
Esterification with

mit R* = Alkyl- oder Arylrest with R * = alkyl or aryl radical

2. Veretherung durch Addition an eine Doppelbindung 2. Etherification by addition to a double bond

R1 = beliebig
Veretherung mit R2 = Alkyl- oder Arylrest
R 1 = arbitrary
Etherification with R 2 = alkyl or aryl radical

B) Reaktionen bei Umsetzung der Ligninabbauprodukte am Beispiel des Coniferylalkohols mit einem bifunktionellen Spacer B) Reactions on conversion of the lignin degradation products using the example of the coniferyl alcohol with a bifunctional spacer

1. Addition des bifunktionellen Spacers an zwei Doppelbindungen 1. Addition of the bifunctional spacer to two double bonds

R1 = beliebig 2
Bildung des Diethers mit R2 = Alkyl- oder Arylrest
R 1 = any 2
Formation of the diether with R 2 = alkyl or aryl radical

2. Addition des bifunktionellen Spacers an eine Doppelbindung, Kondensation weiterer bifunktionellen Spacer, Addition an eine zweite Doppelbindung eines Ligninabbauproduktes 2. Addition of the bifunctional spacer to a double bond, condensation of further bifunctional spacer, addition to a second double bond of a Ligninabbauproduktes

R1 = beliebig 2
Bildung des Diethers mit R2 = Alkyl- oder Arylrest
R 1 = any 2
Formation of the diether with R 2 = alkyl or aryl radical

3. Veresterung bzw. Veretherung an den phenolischen Hydroxygruppen 3. esterification or etherification of the phenolic hydroxyl groups

R1 = beliebig
Dietherbildung mit R2 = Alkyl- oder Arylrest
Diesterbildung mit
R 1 = arbitrary
Diether formation with R 2 = alkyl or aryl radical
Diester formation with

mit R* = Alkyl- oder Arylrest with R * = alkyl or aryl radical

4. Veresterung bzw. Veretherung an den phenolischen Hydroxygruppen mit Kondensation der Spacer 4. esterification or etherification of the phenolic hydroxyl groups with condensation of the spacer

R1 = beliebig
Dietherbildung mit R2 = Alkyl- oder Arylrest
Diesterbildung mit
R 1 = arbitrary
Diether formation with R 2 = alkyl or aryl radical
Diester formation with

mit R* = Alkyl- oder Arylrest with R * = alkyl or aryl radical

C) Reaktion bei Umsetzung der Ligninabbauprodukte mit ei­ nem trifunktionellen Spacer am Beispiel der Maleinsäure C) Reaction upon reaction of the lignin degradation products with a trifunctional spacer on the example of maleic acid

oder
or

D) Reaktion des Spacers mit Furfurylaldehyd (bifunktionell) D) Reaction of the spacer with furfuraldehyde (bifunctional)

Mögliche Reaktionen von Propylenoxid mit Furfurylaldehyd Possible reactions of propylene oxide with furfuraldehyde

E) Nebenreaktionen im Sauren E) side reactions in the acid

1. Umetherung 1. Umetherung

2. Addition zweier Coniferylalkohole 2. Addition of two coniferyl alcohols

F) Mögliche FolgereaktionenF) Possible follow-up reactions

(Herstellung von Chemiezellstoff aus Buchenholz nach dem Formacell-Verfahren. Dissertation. Hamburg 1998)(Production of wood pulp from beech wood according to the Formacell method. Dissertation. Hamburg 1998)

1. Polare Reaktion 1. Polar reaction

a) α-Aryletherspaltung a) α-aryl ether cleavage

b) β-Aryletherspaltung b) β-aryl ether cleavage

2. Homöopolare β-Aryletherspaltung 2. Homopolar β-aryl ether cleavage

3. Solvolytische β-Aryletherspaltung 3. Solvolytic β-aryl ether cleavage

4. Allgemeine Fragmentierungsreaktion 4. General fragmentation reaction

5. Inhibierung durch Formylierung 5. Inhibition by formylation

Eine Reaktion des Spacers kann prinzipiell mit allen in dem technischen Lignin ent­ haltenen Einzelverbindungen, beispielsweise Cumarylalkohol, Coniferylalkohol, Si­ napinalkohol, deren Derivaten, Furfurylaldehyd, aber auch an dem makromolekula­ ren Lignin selbst erfolgen. Aufgrund der Anzahl der vorhandenen Reaktionszentren, d. h. im allgemeinen Hydroxygruppen, Doppelbindungen und der Aldehydfunktion, der Anzahl der vorhandenen Abbauprodukte und deren Reaktionszentren im Ver­ gleich zu dem makromolekularen Lignin und den sterischen Gegebenheiten ist je­ doch die Wahrscheinlichkeit des Angriffs des Spacers an einem Abbauprodukt ge­ genüber dem Angriff an dem makromolekularen Lignin erhöht.A reaction of the spacer can in principle ent with all in the technical lignin individual compounds, for example coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, Si napin alcohol, derivatives thereof, furfuraldehyde, but also on the macromolecule lignin itself. Due to the number of available reaction centers, d. H. in general, hydroxy groups, double bonds and the aldehyde function, the number of degradation products present and their reaction centers in the Ver equal to the macromolecular lignin and steric conditions is ever but the probability of the attack of the spacer ge a degradation product increased over the attack on the macromolecular lignin.

Bei geeigneter Wahl der Reaktionsbedingungen und Auswahl der Spacer kann je­ doch auch das makromolekulare Lignin durch Umsetzung mit dem Spacer modifi­ ziert und somit makromolekulares Lignin mit geänderten Eigenschaften erhalten werden.With a suitable choice of the reaction conditions and selection of the spacer can ever but also the macromolecular lignin by reaction with the spacer modifi and thus obtained macromolecular lignin with altered properties become.

Die nucleophile Gruppe des Spacers umfaßt vorzugsweise ein oder mehrere Ele­ mente aus der Gruppe der Halogene, Chalkogene wie Sauerstoff oder Schwefel oder Pnikogene wie Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Antimon.The nucleophilic group of the spacer preferably comprises one or more Ele from the group of halogens, chalcogens such as oxygen or sulfur or pnicogens such as nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony.

Prinzipiell sind als nucleophile Gruppen alle bekannten nucleophilen Gruppen ge­ eignet, beispielsweise Hydroxy-, Halogenid, insbesondere Chlorid, Bromid, Jodid, Pseudohalogenidgruppen wie Cyano-, Isocyanato-, Isothio- und Thiocyanato, Cya­ nato-, Amino-, Alkoxy-, Aryloxy- und Mercaptogruppen, Formyl-, Oxogruppen und analoge Verbindungen wie Iminogruppen und deren Derivate wie Acetale, Car­ boxygruppen oder deren Derivate wie Halogencarbonyl-, Pseudohalogencarbonyl, Carbonyloxycarbonyl-, Aminocarbonyl-, Alkoxy- und Aryloxycarbonyl-, Ketene, Stickstoffabkömmlinge der Carbonsäuren wie Amidocarbonyl- und Hydrazinocar­ bonylgruppen.In principle, nucleophilic groups are all known nucleophilic groups For example, hydroxy, halide, in particular chloride, bromide, iodide, Pseudohalide groups such as cyano, isocyanato, isothio and thiocyanato, cya nato, amino, alkoxy, aryloxy and mercapto groups, formyl, oxo groups and analogous compounds such as imino groups and their derivatives such as acetals, car boxygruppen or their derivatives such as halocarbonyl, pseudohalogencarbonyl, Carbonyloxycarbonyl, aminocarbonyl, alkoxy and aryloxycarbonyl, ketenes, Nitrogen derivatives of carboxylic acids such as amidocarbonyl and hydrazinocar bonylgruppen.

Als organische Spacer mit einer funktionellen Gruppe sind beispielsweise folgende Verbindungen mit einer Molmasse von wenigsten 70 g/mol, vorzugsweise von we­ nigstens 90 g/mol, geeignet:
Alkyl- oder Arylalkohole wie bspw. Dekanol, Phenol, Benzylalkohol, Polyole, Polye­ thylenglycol, Poly-/Tri-/Tetra-/Pentamethylalkohol sowie die entsprechenden Halo­ genide und Pseudohalogenide dieser Verbindungen, die Carbonsäuren wie Essig­ säure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Laurinsäure, Ben­ zoesäure, Stearinsäure, Fettsäuren im allgemeinen, Laurinsäurechlorid, Capron­ säurechlorid, und deren Derivate wie Säurehalogenide, Amide, Ester, Anhydride und Ketene.
Suitable organic spacers with a functional group are, for example, the following compounds having a molecular weight of at least 70 g / mol, preferably of at least 90 g / mol:
Alkyl or aryl alcohols such as, for example, decanol, phenol, benzyl alcohol, polyols, polyethylene glycol, poly- / tri- / tetra- / pentamethyl alcohol and the corresponding halo genides and pseudohalides of these compounds, the carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, Caproic acid, lauric acid, Ben zoesäure, stearic acid, fatty acids in general, lauric acid, caproic acid chloride, and their derivatives such as acid halides, amides, esters, anhydrides and ketenes.

Auch ungesättigte Verbindungen, die zusätzlich eine nucleophile Gruppe umfassen, können eingesetzt werden. Beispiele sind Vinylessigsäure, Vinylchlorid, Allylalkohol, Methacrylsäure, Ölsäure, Zimtsäure, Allozimtsäure, Styrolsulfonsäure, Isocroton­ säure, Linolsäure, Linolensäure, Acrylsäure, Crotonsäure und Sorbinsäure.Also unsaturated compounds which additionally comprise a nucleophilic group, can be used. Examples are vinylacetic acid, vinyl chloride, allyl alcohol, Methacrylic acid, oleic acid, cinnamic acid, alloximic acid, styrenesulfonic acid, isocroton acid, linoleic acid, linolenic acid, acrylic acid, crotonic acid and sorbic acid.

Nach erfolgter Addition oder Substitution des Spacers an einen Bestandteil des technischen Lignins kann die Doppelbindung(en) ggf. anschließend z. B. radikalisch vernetzt werden. Ebenfalls ist nucleophile Polymerisation möglich.After addition or substitution of the spacer to a component of the technical lignin, the double bond (s) may then z. B. radically be networked. Likewise, nucleophilic polymerization is possible.

Die Spacer mit zwei funktionellen Gruppen können sowohl zwei identische als auch zwei verschiedene funktionelle Gruppen umfassen. Beispiele für bifunktionelle Spacer sind:
Dihydroxyverbindungen und deren Derivate wie Glycol, Polyethylenglycol, Propy­ lenoxid, Ethylenoxid, Butylenoxid, Epichlorhydrin, Dihalogenverbindungen, Alkylhy­ droxyhalogenide, Halogencarbonsäuren und deren Derivate, Dicarbonsäuren und deren Derivate wie Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipin­ säure, Phthalsäuren einschließlich der Iso- und der Terephthalsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sabacinsäure und deren (Di)Säurehalogenide, (Di)ester, (Di)amide, (Di)carboxylate, (Di)ketene, (Di)hydrazide, einschließlich gemischter Carbonsäureabkömmlinge, und Anhydride.
The spacer having two functional groups may comprise both two identical and two different functional groups. Examples of bifunctional spacers are:
Dihydroxy compounds and their derivatives such as glycol, polyethylene glycol, propylene oxide, ethylene oxide, butylene oxide, epichlorohydrin, dihalogen compounds, alkylhydroxyhalides, halocarboxylic acids and their derivatives, dicarboxylic acids and their derivatives such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, phthalic acids including the iso- and of terephthalic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sabacic acid and their (di) acid halides, (di) esters, (di) amides, (di) carboxylates, (di) ketenes, (di) hydrazides, including mixed carboxylic acid derivatives, and anhydrides.

Als wenigstens bifunktionelle Spacer können auch ungesättigte Verbindungen wie ungesättigte Dicarbonsäuren und deren Derivate verwendet werden, beispielsweise Maleinsäure, Fumarsäure. Die Doppelbindungen können in einem weiteren Schritt beispielsweise radikalisch oder nucleophil vernetzt werden. At least bifunctional spacers may also be unsaturated compounds, such as unsaturated dicarboxylic acids and their derivatives are used, for example Maleic acid, fumaric acid. The double bonds can in a further step For example, be crosslinked radically or nucleophilic.  

Die Spacer mit zwei nucleophilen Gruppen und einer Doppelbindung weisen bereits drei Reaktionszentren auf. Die beiden nucleophilen Gruppen ermöglichen die linea­ re Vernetzung, die Doppelbindung ermöglicht eine spätere radikalische oder nucleophile räumliche Vernetzung.The spacers with two nucleophilic groups and one double bond already show three reaction centers. The two nucleophilic groups allow the linea re networking, the double bond allows for a later radical or nucleophilic spatial networking.

Es ist ebenfalls möglich, Spacer mit drei funktionellen nucleophilen Gruppen einzu­ setzen. Beispiele sind Trihydroxyverbindungen, Trihalogenverbindungen oder auch gemischte Hydroxycarboxylverbindungen wie Weinsäure, Zitronensäure, Halogen­ dicarbonsäuren. Ebenso können Kohlensäurederivate wie Phosgen oder Harnstoff eingesetzt werden. Unter Berücksichtigung der sterischen Gegebenheiten kann mit diesen trifunktionellen Spacern eine räumliche Vernetzung der Ligninfragmente untereinander stattfinden, d. h. veredeltes Lignin mit im wesentlichen duroplasti­ schen Eigenschaften erhalten werden.It is also possible to include spacers with three functional nucleophilic groups put. Examples are trihydroxy compounds, trihalogen compounds or also mixed hydroxycarboxyl compounds such as tartaric acid, citric acid, halogen dicarboxylic acids. Similarly, carbonic acid derivatives such as phosgene or urea be used. Taking into account the steric conditions can with These trifunctional spacers a spatial crosslinking of the lignin fragments take place among each other, d. H. refined lignin with essentially duroplasti properties are obtained.

Um die Abbauprodukte, das Lignin und die an diese gebundenen Spacer anschlie­ ßend dreidimensional zu vernetzen, bspw. radikalisch, kann der Spacer auch we­ nigstens eine Doppel- oder Dreifachbindung aufweisen.To connect the degradation products, the lignin and the attached to these spacers ßend three-dimensional network, for example, radically, the spacer can also we have at least one double or triple bond.

Es ist ebenfalls möglich, als Spacer eine metallorganische Verbindung wie eine Grignard-Verbindung z. B. Alkylmagnesiumhalogenid, eine Alkylzinkverbindung oder eine aromatische metallorganische Verbindung wie Phenyl- oder Benzylmagnesi­ umhalogenide, einzusetzen, die beispielsweise an Aldehyd- und Ketofunktionen addieren können.It is also possible, as a spacer an organometallic compound such as a Grignard connection z. B. Alkylmagnesiumhalogenid, an alkylzinc compound or an aromatic organometallic compound such as phenyl or benzylmagnesi umhalogenide, for example, the aldehyde and keto functions can add up.

Auch anorganische Verbindungen können als Spacer eingesetzt werden. Beispiele sind Siliziumverbindungen wie Siloxane, Silicone, Alkyl- oder Aryltrihalogensilane oder deren Gemisch, Dialkylhalogensilane, aber auch Phosphorsäurederivate, Stickoxide, Halogen-Schwefel-, Halogen-Selen- und Borverbindungen.Also inorganic compounds can be used as spacers. Examples are silicon compounds such as siloxanes, silicones, alkyl or aryltrihalosilanes or mixtures thereof, dialkylhalosilanes, but also phosphoric acid derivatives, Nitrogen oxides, halogen-sulfur, halogen-selenium and boron compounds.

Die Wahl des Lösungsmittels für die Umsetzung des Spacers mit dem technischen Lignin hängt u. a. von dem eingesetzten Spacer ab. The choice of the solvent for the implementation of the spacer with the technical Lignin hangs u. a. from the spacer used.  

Die Veretherung des technischen Lignins kann sowohl in alkalischer wäßriger Lö­ sung, als auch in anderen basischen Lösungsmedien, wie zum Beispiel bei der Wil­ liamson'schen Ethersynthese, erfolgen. Auch die Veresterung ist im wäßrigen Me­ dium sowohl sauer katalysiert (vorzugsweise mit H2SO4 oder H3PO4), als auch ba­ sisch katalysiert mit wäßriger Na2CO3- oder NaHCO3-Lösung oder verdünnter Alka­ lilösung möglich. Auch kann die Veresterung in organischen Lösungsmitteln wie Pyridin oder einem indifferenten Lösungsmittel wie Toluol, gegebenenfalls unter Einsatz von Zusätzen wie Dimethylaminopyridin, erfolgen.The etherification of the technical lignin can be carried out both in alkaline aqueous solu tion, as well as in other basic solution media, such as in Wil liamson's ether synthesis. The esterification is both acid catalyzed in the aqueous Me medium (preferably with H 2 SO 4 or H 3 PO 4 ), as well as ba cally catalyzed with aqueous Na 2 CO 3 - or NaHCO 3 or dilute Alka lilösung possible. Also, the esterification in organic solvents such as pyridine or an inert solvent such as toluene, optionally with the use of additives such as dimethylaminopyridine, take place.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, die Vernet­ zung des technischen Lignins durch Veretherung mit Dihydroxyverbindungen oder Epoxiden zu erzielen.A preferred embodiment of the present invention provides the Vernet tion of technical lignin by etherification with dihydroxy compounds or To achieve epoxides.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht die Vernetzung des technischen Lignins durch Veresterung vor.Another preferred embodiment provides the networking of the technical Lignins by esterification before.

Das im wesentlichen durch Veretherung oder Veresterung erhaltene veredelte technische Lignin zeichnet sich im allgemeinen durch Wasserunlöslichkeit, UV- Beständigkeit, höheren Glasumwandlungspunkt und duroplastischer Eigenschaft aus.The refined obtained essentially by etherification or esterification technical lignin is generally characterized by water insolubility, UV Resistance, higher glass transition point and thermoset property out.

Im speziellen Fall des mit Polyethylenglycol veretherten technischen Lignins wird ein modifiziertes Lignin mit niederer Glastemperatur und thermoplastischen Eigen­ schaften erhalten, was auf die Flexibilität der Polyetherkette zurückzuführen ist (Weichmacherfunktion).In the specific case of polyethylene glycol etherified technical lignin a modified lignin with low glass transition temperature and thermoplastic properties which is due to the flexibility of the polyether chain (Plasticizer function).

Über die Auswahl des Spacers im Rahmen des Verfahrens zur Derivatisierung des technischen Lignins können die Eigenschaften des derivatisierten Lignins beispielswei­ se an die für die Verwendung des derivatisierten Lignins in Polymeren gewünschten Eigenschaften angepaßt werden. So läßt sich die biologische Abbaubarkeit des derivatisierten Lignins durch die Einführung von Stickstoff enthaltenden Spacern ver­ bessern. Auch lassen sich die rheologischen Eigenschaften des späteren Polymers sowie Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul verändern. Kurzkettenligninester bewirken eine Erniedrigung der Viskosität der Schmelze von CAB (Cellulose-Acetat/Butyrat). Ligninbutylester können zur Erhöhung der Vernetzung in Polyurethanen eingesetzt werden. On the choice of the spacer in the process for the derivatization of technical lignin, the properties of the derivatized lignin beispielswei to those desired for the use of the derivatized lignin in polymers Properties are adapted. Thus, the biodegradability of the derivatized lignin by the introduction of nitrogen-containing spacers ver improve. Also, the rheological properties of the later polymer can be and change tensile strength and elastic modulus. Short-chain lignin ester cause a decrease in the viscosity of the melt of CAB (cellulose acetate / butyrate). Lignin butyl esters can be used to increase crosslinking in polyurethanes become.  

Das durch die Umsetzung mit dem Spacer derivatisierte technische Lignin kann als Polymercompound bei der Herstellung von Polymeren eingesetzt und auf Tempe­ raturen über den Erweichungspunkt, beispielsweise für das Spritzgießen oder Ex­ trudieren, erwärmt werden, ohne daß es zu der unerwünschten Freisetzung übelrie­ chender und gesundheitsschädlicher flüchtiger Bestandteile wie beispielsweise von Furfurylaldehyd kommt. Dies wird durch die bei den Versuchen diskutierten Meßer­ gebnisse belegt.The technical lignin derivatized by the reaction with the spacer can be described as Polymer compound used in the production of polymers and on Tempe temperatures above the softening point, for example for injection molding or Ex trudieren, warmed, without it to the unwanted release übelrie harmful and harmful components such as Furfurylaldehyde comes. This is explained by the Meßer discussed in the experiments proven results.

Die Weiterverarbeitung des derivatisierten technischen Lignins kann beispielsweise zusammen mit einem weiteren Polymer in an sich bekannten Vorrichtungen für Spritzguß oder Extrusion, die für die Herstellung von Formteilen vorgesehen sind, erfolgen.The further processing of the derivatized technical lignin can, for example together with another polymer in known devices for Injection molding or extrusion, which are intended for the production of moldings, respectively.

Dabei werden das derivatisierte Lignin und ein zweites Polymer (vor der Formgebung in der Verarbeitungsmaschine) durch Mischen aufbereitet. Der Verarbeiter hat so die Möglichkeit, sich eine Rezeptur zu erstellen, die genau auf das Anforderungs­ profil seines Produktes abgestimmt ist.The derivatized lignin and a second polymer (before molding in the processing machine) by mixing. The processor has so the ability to create a recipe that suits the exact requirements profile of his product.

Sofern das derivatisierte technische Lignin durch den Einsatz von Spacern mit Doppel- oder Dreifachbindungen noch ungesättigte Funktionen aufweist, kann nach Zugabe eines thermisch instabilen Radikalstarters zu dem veredelten Lignin die Vernet­ zungsreaktion in dem Extruder initiiert werden. Im Falle des Spritzgusses wird das Werkzeug beheizt und somit der Vernetzungsvorgang initiiert.If the derivatized technical lignin is replaced by the use of spacers with double or triple bonds still having unsaturated functions, may after addition a thermally unstable radical starter to the refined lignin the Vernet tion reaction can be initiated in the extruder. In the case of injection molding is the Heated tool and thus initiated the networking process.

Das erfindungsgemäß derivatisierte Lignin, insbesondere das erfindungsgemäß derivatisierte Lignin, das nach dem bekannten oder weiterentwickelten Natural-Pulping- Verfahren oder nach einem Verfahren unter Einsatz von wenigstens einer organi­ schen Carbonsäure in dem Lösungsmittel hergestellt wird, kann in der Polymerver­ arbeitung als Zusatz zu herkömmlichen Polymeren eingesetzt werden, um deren Eigenschaften zu verbessern, z. B. die Elastizität des Polymers, Zugfestigkeit, Ela­ stizitätsmodul etc. zu erhöhen. Auch kann das derivatisierte Lignin selbst als ein billiger duroplastischer Kunststoff eingesetzt werden. Das nach dem Natural-Pulping- Verfahren oder nach einem Verfahren unter Einsatz von wenigstens einer organi­ schen Carbonsäure in dem Lösungsmittel erhaltene technische Lignin ist im Ge­ gensatz zu vielen herkömmlichen Ligninen frei von Schwefel- und Chlorverbindun­ gen.The inventively derivatized lignin, in particular derivatized according to the invention Lignin, which is based on the well-known or further developed Natural Pulping Method or a method using at least one organi is prepared in the solvent, can be used in the Polymerver be used as an addition to conventional polymers to their  Improve properties, e.g. B. the elasticity of the polymer, tensile strength, Ela Stizitätsmodul etc. increase. Also, the derivatized lignin itself can be cheaper thermosetting plastic can be used. After natural pulping Method or a method using at least one organi technical carboxylic acid obtained in the solvent technical lignin is in Ge Substitute to many conventional lignins free of sulfur and chlorine compounds gene.

Mit dem erfindungsgemäß derivatisierten Lignin steht zudem ein kostengünstiger und umweltfreundlicher Polymerzusatz zur Verfügung, denn als "Abfallprodukt" fallen jährlich weltweit wenigstens 60 Millionen Tonnen (!) technisches Lignin an, die mit dem erfindungsgemäßen Derivatisierungsverfahren beispielsweise für die Herstellung von Kunststoffen eingesetzt werden können, was eine kostengünstige, umwelt­ freundliche und rohstoffsparende Herstellung von Polymeren ermöglicht.With the inventively derivatized lignin is also a cost-effective and environmentally friendly polymer additive available because fall as a "waste product" annually at least 60 million tons (!) of technical lignin worldwide the derivatization process according to the invention, for example for the production of plastics can be used, resulting in a cost-effective, environmental friendly and resource-saving production of polymers possible.

Das erfindungsgemäß derivatisierte Lignin, insbesondere das Natural Pulping-Lignin oder das Lignin, das durch Aufschluß in einem Carbonsäuren umfassenden Lö­ sungsmittel erhalten wird, kann beispielsweise zusammen mit Polyhydroxybutter­ säure eingesetzt werden. Die erhaltenen Lignin/Polyhydroxybuttersäure-Blends zeichnen sich durch biologische Abbaubarkeit und verbesserte rheologische und Festigkeitseigenschaften aus. Je nach gewünschtem Einsatzzweck kann derivati­ siertes Lignin als Compound die Brüchigkeit von PHB verstärken, um somit ein Produkt mit völlig neuen Eigenschaften zu generieren oder es kann eine Formulie­ rung bereitgestellt werden, die steif und zäh wie Polypropylen oder weich oder flexi­ bel wie Polyethylen ist.The inventively derivatized lignin, in particular the natural pulping lignin or the lignin obtained by digestion in a carboxylic acid containing Lö can be obtained, for example, together with polyhydroxy butter acid are used. The resulting lignin / polyhydroxybutyric acid blends characterized by biodegradability and improved rheological and Strength properties. Depending on the desired application derivati lignin as a compound to enhance the brittleness of PHB, thus a Generate product with completely new properties or it can be a formula provided that are stiff and tough as polypropylene or soft or flexi bel is like polyethylene.

Auch eignet sich das erfindungsgemäß derivatisierte Lignin als Füllstoff. Diese gewin­ nen neben ihrer volumenerhöhenden, kostengünstigen Wirkung auch für die Verar­ beitbarkeit und die Eigenschaften des Werkstoffes (zum Beispiel biologische Ab­ baubarkeit) zunehmend an Bedeutung.Also, the inventively derivatized lignin is suitable as a filler. This gewin In addition to their volume-increasing, cost-effective effect also for the Verar fertility and the properties of the material (for example, biological Ab Buildability) increasingly important.

Das derivatisierte Lignin kann auch als Zusatz zu anderen Polymeren eingesetzt wer­ den, zum Beispiel Cellulose-Acetat/Butyrat CAB, Polyurethan, Poly- Ethylenvinylacetat und Polystyrol. The derivatized lignin can also be used as an additive to other polymers cellulose acetate / butyrate CAB, polyurethane, poly- Ethylene vinyl acetate and polystyrene.  

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Meßergeb­ nissen näher beschrieben.The invention will be described below with reference to embodiments and Meßergeb described in more detail.

Experimenteller TeilExperimental part A. Herstellung des LigninsA. Preparation of lignin

In den durchgeführten Versuchen wurde als Lignin das nach dem bekannten und dem weiterentwickelten Natural-Pulping-Verfahren erhaltene Lignin eingesetzt. Die Aufschlußbedingungen für das herkömmliche Natural-Pulping-Verfahren, das in der WO 96/335013 beschrieben ist, waren wie folgt: 90 Gew.-% Ameisensäure, 10 Gew.-% Wasser, Rohstoff: Weizenstroh (Trockengehalt = 96%), Kochzeit zwei Stunden, Rückflußkochung (105°C); Peroxidgehalt 1% bezogen auf die Trocken­ substanz; Flottenverhältnis: 1 : 4.In the experiments carried out as lignin according to the known and lignin obtained from the further developed natural pulping process. The Digestion conditions for the conventional natural pulping method, which in the WO 96/335013 was as follows: 90% by weight of formic acid, 10% by weight Water, raw material: wheat straw (dry content = 96%), cooking time two Hours, refluxing (105 ° C); Peroxide content 1% based on the dry substance; Fleet ratio: 1: 4.

Die Aufschlußbedingungen für das nach dem weiterentwickelten Natural-Pulping- Verfahren hergestellte Lignin, das in einer deutschen Patentanmeldung der Firma Natural Pulping AG mit gleichem Prioritätstag wie die vorliegende Anmeldung be­ schrieben ist, waren wie folgt: 13% Ameisensäure, 75% Essigsäure, 2% Cyclo­ hexanon, Temperatur T = 170°C, Kochzeit zwei Stunden, Rohstoff: Fichtenhack­ schnitzel, Flottenverhältnis 1 : 4.The digestion conditions for the advanced natural pulp Lignin produced in a German patent application of the company Natural Pulping AG with the same priority date as the present application be were as follows: 13% formic acid, 75% acetic acid, 2% cyclo hexanone, temperature T = 170 ° C, cooking time two hours, raw material: spruce schnitzel, liquor ratio 1: 4.

B. Ausführungsbeispiele der Umsetzung des technischen Lignins mit verschiedenen SpacernB. embodiments of the implementation of the technical lignin with different spacers 1. Veretherung des technischen Lignins1. Etherification of technical lignin 1.1 Versuchsdurchführung1.1 Experimental procedure

In einem Dreihalsrundkolben mit Rührfisch und Thermometer, Öffnungsvorrichtung zur Entnahme einer pH-Meterprobe im Wasserbad, werden 10,0 g Natural Pulping- Lignin vorgelegt und mit 30,0 ml Natriumhydroxidlösung als Lösungsmittel versetzt. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches sollte zu diesem Zeitpunkt bei 11-12 liegen. In a three-neck round bottom flask with stirrer and thermometer, opening device for taking a pH meter sample in a water bath, 10.0 g of natural pulp Lignin presented and mixed with 30.0 ml of sodium hydroxide solution as a solvent. The pH of the reaction mixture should be 11-12 at this time.  

Propylenoxid wird mit einem Tropftrichter über eine Zeit von ½ Stunde zugegeben. Die zweite Charge Propylenoxid wird nach vier Stunden zugegeben und die dritte Charge nach weiteren acht bis zwölf Stunden. Dabei wird der pH-Wert zwischen 10,5 und 12,5 und die Temperatur bei 30°C gehalten, wobei der pH-Wert und die Temperatur ständig kontrolliert werden. Das Reaktionsgemisch wird noch acht Stunden bei 30°C gerührt.Propylene oxide is added with a dropping funnel over a half hour period. The second batch of propylene oxide is added after four hours and the third Charge after another eight to twelve hours. The pH is between 10.5 and 12.5 and the temperature kept at 30 ° C, the pH and the Temperature constantly controlled. The reaction mixture is still eight Stirred at 30 ° C for hours.

Um das restliche Propylenoxid zur Reaktion zu bringen, erwärmt man das Reakti­ onsgemisch abschließend für eine halbe Stunde auf 45°C. Das Reaktionsgemisch wird mit 60,0 ml Salzsäure gefällt, der pH-Wert sollte nach der Fällung bei 2 liegen. Die Flüssigkeit wird dekantiert, der Rückstand dreimal mit Wasser neutral gewa­ schen und anschließend über Phosphorpentoxid im Vakuum getrocknet.To react the remaining propylene oxide, the reaction is heated final mixture for half an hour at 45 ° C. The reaction mixture is precipitated with 60.0 ml of hydrochloric acid, the pH should be 2 after precipitation. The liquid is decanted, the residue gewwe three times with water until neutral and then dried over phosphorus pentoxide in vacuo.

1.2 Anwendungsbereich1.2 Scope

Verethertes Lignin kann in der Polymerverarbeitung beim Spritzguss eingesetzt werden. Durch die Bindung der niedermolekularen Substanzen sind leichtflüchtige Geruchsstoffe, die bei der Erwärmung des Lignins und seiner Derivate auf die er­ forderliche Spritzgusstemperatur von ca. 200°C austreten können, nicht mehr vor­ handen.Etherified lignin can be used in polymer processing during injection molding become. By the binding of the low-molecular substances are volatile Odorants, which in the warming of the lignin and its derivatives on it required injection molding temperature of about 200 ° C can escape, no longer before handen.

2. Veresterung des technischen Lignins2. Esterification of the technical lignin 2.1 Versuchsdurchführung2.1 Experimental procedure

10,0 g Lignin werden in 200 ml Lösungsmittel, das in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt ist, im Dreihalskolben (mit Rührfisch, Thermometer, Rückflußkühler) vor­ gelegt. Über einen Tropftrichter werden 50,0 g des betreffenden Spacers binnen einer Stunde unter Rühren bei Raumtemperatur zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wird zwei Stunden lang auf Raumtemperatur gehalten und gerührt. Anschließend wird es noch eine Stunde auf 50°C erwärmt. Die Temperatur wird dabei ständig kontrolliert. Bei Reaktionsende gießt man das Gemisch in ein Becherglas mit 500 ml Eiswasser, welches mit 50,0 ml konzentrierter Salzsäure angesäuert wurde. Das umgesetzte Lignin wird über eine Fritte abgesaugt, mit Wasser neutral gewaschen und über Phosphorpentoxid im Vakuum getrocknet.
10.0 g of lignin are in 200 ml of solvent, which is listed in the table below, in a three-necked flask (with stirrer, thermometer, reflux condenser) before. Via a dropping funnel, 50.0 g of the relevant spacer are added within one hour with stirring at room temperature. The reaction mixture is kept at room temperature for two hours and stirred. It is then heated to 50 ° C for one hour. The temperature is constantly monitored. At the end of the reaction, the mixture is poured into a beaker with 500 ml of ice-water, which was acidified with 50.0 ml of concentrated hydrochloric acid. The reacted lignin is filtered off with suction through a frit, washed neutral with water and dried over phosphorus pentoxide in vacuo.

2.2 Anwendungsbereich2.2 Scope

Der Anwendungsbereich ist entsprechend 1.2.The scope is 1.2.

3. Umsetzung mit Dichlordimethylsilan3. Reaction with dichlorodimethylsilane 3.1 Versuchsdurchführung3.1 Experimental procedure

10,0 g Lignin werden in 200 ml Dichlormethan und 30,0 g Pyridin im Dreihalskolben (mit KPG-Rüher, Tropfrichter, Rückflußkühler) vorgelegt. 44,0 g Dichlordimethylsi­ lan werden mit 100 ml Dichlormethan vermischt und über einen Tropfrichter binnen 0,5 h unter Rühren bei Raumtemperatur zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wird 3 h lang auf Raumtemperatur gehalten und gerührt. Anschließend wird es noch 1 h auf 50°C erwärmt. Das Produkt wird am Vakuumverdampfer bei 40°C einrotiert. An­ schließend wird mit 200 ml 1%iger Salzsäure gewaschen und schließlich mit Was­ ser neutral gewaschen. Das Produkt wird im Exsikkator getrocknet.10.0 g of lignin are dissolved in 200 ml of dichloromethane and 30.0 g of pyridine in a three-necked flask (with KPG-Rüher, dropping funnel, reflux condenser) submitted. 44.0 g of dichlorodimethylsi lan are mixed with 100 ml of dichloromethane and a drip funnel inside 0.5 h with stirring at room temperature. The reaction mixture is 3 h kept at room temperature and stirred. Then it will be on for 1 h  Heated to 50 ° C. The product is evaporated on a vacuum evaporator at 40 ° C. to Finally, it is washed with 200 ml of 1% hydrochloric acid and finally with water washed neutral. The product is dried in a desiccator.

3.2 Anwendungsbereich3.2 Scope

Der Anwendungsbereich der Produkte ist entsprechend 1.2.The scope of application of the products is 1.2.

4. Umsetzung mit Phosgen4. Implementation with phosgene 4.1 Versuchsdurchführung4.1 Experimental procedure

5,0 g Lignin werden in 200 ml Toluol und 30,3 g Triethylamin im 1 l-Dreihalskolben (mit Magnetrührer, gekühltem Feindosiertropftrichter, Rückflußkühler mit Phosphor­ pentoxid-Trockenröhrchen und Thermometer) vorgelegt. Dann werden 42,0 g 20­ %ige Phosgenlösung (in Toluol) in den Tropftrichter gegeben und binnen 0,5 Stun­ den unter Rühren bei Raumtemperatur zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wird sechs Stunden lang auf Raumtemperatur gehalten und gerührt. Anschließend wer­ den 100 ml 10%ige NaOH langsam unter Eiskühlung zugetropft. Das Produkt wird aufgearbeitet und über Phosphorpentoxid getrocknet.5.0 g of lignin are dissolved in 200 ml of toluene and 30.3 g of triethylamine in a 1 liter three-necked flask (with magnetic stirrer, cooled fine dosing funnel, reflux condenser with phosphorus pentoxide drying tube and thermometer) submitted. Then 42.0 g will be 20 % phosgene solution (in toluene) in the dropping funnel and within 0.5 hours added with stirring at room temperature. The reaction mixture is kept at room temperature for six hours and stirred. Then who The 100 ml of 10% NaOH slowly added dropwise with ice cooling. The product will worked up and dried over phosphorus pentoxide.

4.2 Anwendungsbereich4.2 Scope

Der Anwendungsbereich des Produktes ist entsprechend 1.2.The scope of application of the product is 1.2.

C. AnalytikC. Analytics

Soweit in der nachfolgenden Untersuchung von Natural Pulping-Lignin die Rede ist, handelt es sich um das nach dem herkömmlichen Verfahren (WO 96/335013) her­ gestellte Lignin (vgl. A). As far as in the following investigation of Natural pulping lignin is mentioned, it is that by the conventional method (WO 96/335013) ago Asked lignin (see A).  

1. IR-Spektroskopie1. IR spectroscopy 1.1 Vergleich der Spektren1.1 Comparison of the spectra

Um die Abhängigkeit des erhaltenen technischen Lignins von der Art des einge­ setzten Rohstoffs zu überprüfen, wurden zunächst Stroh- und Fichtenholz als lignocellulosehaltige Materialien nach dem bekannten und nach dem weiterentwic­ kelten Natural-Pulping-Verfahren aufgeschlossen und die erhaltenen technischen Lignine aus Stroh- und Fichtenholz mittels IR-Spektroskopie untersucht.To the dependence of the obtained technical lignin of the kind of inserted Raw material to check, were first straw and spruce wood as lignocellulosic materials according to the known and weiterentwic celt natural-pulping process open-minded and the obtained technical Lignins from straw and spruce wood analyzed by IR spectroscopy.

Alle erhaltenen IR-Spektren der Natural-Pulping Lignine aus Stroh- und Fichtenholz zeigen gute Übereinstimmungen mit den Björkmann-Lignin-Spektren des Spektren- Katalogs Hummel; Scholl, Carl Hanser Verlag. Dieses Literatur-Spektrum wurde an nativem Lignin aus extrahiertem Fichtenholzmehl, das heißt ohne chemische Be­ handlung, vermessen.All obtained IR spectra of natural pulping lignins from straw and spruce wood show good agreement with the Björkmann lignin spectra of the spectra Catalog Hummel; Scholl, Carl Hanser Verlag. This literature spectrum was on native lignin extracted from spruce wood meal, ie without chemical loading action, measured.

Von den vorliegenden Vergleichspektren ist das des Björkmann-Lignin-Spektrums (unbehandeltes Lignin aus Fichtenholz) dem aufgenommenen Spektrum am ähn­ lichsten (Literatur: K. V. Sarkanen, C. H. Ludwig: Lignins: Occurence, Formation, Structure and Reactions, Wiley-Intersience New York 1971, Seiten 166 ff.).Of the available comparison spectra, that of the Björkmann lignin spectrum (untreated spruce lignin) similar to the recorded spectrum (Literature: K. V. Sarkanen, C. H. Ludwig: Lignins: Occurence, Formation, Structure and Reactions, Wiley-Intersience New York 1971, pages 166 ff.).

Die IR-Spektren aus dem Natural-Pulping-Fichtenlignin und Natural-Pulping- Strohlignin sind nachfolgend als Fig. 1 dargestellt.The IR spectra from Natural Pulping Spruce Lignin and Natural Pulping Strohlignin are shown below as FIG .

Die Spektren weisen die typischen Lignin-Banden bei 1463 cm-1 für die asymetri­ sche C-H Deformation, 1511 cm-1 bzw. 1513 cm-1 und 1602 cm-1 für die aromati­ sche Ring Schwingung mit großer Intensität und Breite auf, sowie 1718 cm-1 bzw. 1719 cm-1 für Carbonylgruppen unkonjugiert zum aromatischen Ring und 3410 cm-1 bzw. 3421 cm-1 für die Hydroxygruppen auf.The spectra have the typical lignin bands at 1463 cm -1 for the asymmetric CH deformation, 1511 cm -1 and 1513 cm -1 and 1602 cm -1 for the aromati cal ring vibration with high intensity and width, and 1718th cm -1 and 1719 cm -1 for carbonyl groups unconjugated to the aromatic ring and 3410 cm -1 and 3421 cm -1 for the hydroxy groups.

Ferner treten beim Fichtenlignin nur die Guajacyl-Bande bei 1270 (typisch für Soft­ wood-Lignin) und beim Stroh-Lignin zusätzlich mit geringer Intensität die Syringa- Bande 1325 auf.Furthermore, in spruce lignin, only the guaiacyl band occurs at 1270 (typical of Soft wood lignin) and, in the case of straw lignin, with low intensity, the syringa Band 1325 on.

Beim Fichtenlignin ist ebenfalls eine breite und intensive Bande zwischen 1000 und 1100 zu erkennen, welche Hinweise auf Anwesenheit von Zucker und Polysaccha­ rid-Anteilen gibt. Dies bestätigt auch die nachfolgend unter 4. beschriebene Zuc­ keranalyse. The spruce lignin is also a broad and intense band between 1000 and 1100 to recognize what evidence of the presence of sugar and Polysaccha rid shares. This also confirms the Zuc keranalyse.  

1.2 Ergebnis1.2 result

Die IR-Spektren des Fichtenholz- und des Strohlignins zeigen nur geringe Abwei­ chungen voneinander, das heißt, daß sich die Art des eingesetzten Rohstoffs nur geringfügig auf die Art und Zusammensetzung des erhaltenen technischen Lignins auswirkt.The IR spectra of the spruce wood and the straw birch show little deviation tions, that is, the nature of the raw material used is slightly on the nature and composition of the technical lignin obtained effect.

Die Übereinstimmung mit dem Literaturspektrum des Lignins belegt weiterhin, daß die Abbauprodukte, die in dem technischen Natural-Pulping-Lignin enthalten sind, weitgehend dieselben funktionellen Gruppen wie das native Lignin aufweisen und es durch das Natural-Pulping-Verfahren nicht zu einer wesentlichen chemischen Veränderung der Lignine, wie es beispielsweise bei der Durchführung des Sulfit- Verfahrens, bei dem Ligninsulfonat gebildet wird, kommt.The agreement with the literary spectrum of lignin further proves that the degradation products contained in the Natural-Pulping Technical Lignin have largely the same functional groups as the native lignin, and it does not become a major chemical by the natural pulping process Change in the lignins, as it is the case, for example, when carrying out the sulfite Process in which lignosulfonate is formed comes.

2. Elementaranalyse von nach verschiedenen Verfahren hergestellten Ligninen2. Elemental analysis of prepared by various methods lignins

Die Elementaranalyse ergab
The elemental analysis revealed

Beim Natural Pulping Verfahren wird aufgrund des Lösungsmittels Sauerstoff in das Molekül eingefügt (Aromatenhydroxilierung durch O2 beziehungsweise H2O2). Der Sauerstoffgehalt steigt an, der Kohlenstoffgehalt nimmt ab. Ether wird in saurem Milieu in zwei Hydroxylgruppen gespalten. Hierauf sind teilweise die kürzeren Ket­ ten im Natural-Pulping-Lignin zurückzuführen.In the natural pulping method, oxygen is introduced into the molecule due to the solvent (aromatic hydroxilation by O 2 or H 2 O 2 ). The oxygen content increases, the carbon content decreases. Ether is cleaved in acidic medium into two hydroxyl groups. This is partly due to the shorter Ket th in natural pulping lignin.

Der analysierte Stickstoffgehalt des Natural Pulping Lignins wird Proteinen (von Stroh) zugeordnet. Entsprechend Lindner, "Systematische Charakterisierung von Ligninen aus Aufschlüssen nach dem Organocell-Verfahren", Dissertation TU Mün­ chen (1989), ergibt sich mit % Protein = 6,25 × % Stickstoff, daß man von einem Anteil von 12,5% an Proteinen ausgehen kann.The analyzed nitrogen content of Natural Pulping Lignin will be Proteins (from Straw). According to Lindner, "Systematic characterization of Lignins from digestions according to the Organocell method ", Dissertation TU Mün Chen (1989), results with% protein = 6.25 ×% nitrogen, that one of a Share of 12.5% of proteins can go out.

Die Stickstoffgehalte der anderen Lignine sind vernachlässigbar klein.The nitrogen contents of the other lignins are negligibly small.

3. Analyseergebnisse der Headspace GC/MS-Untersuchungen3. Analysis results of headspace GC / MS examinations

  • a) Zur Analyse der leichtflüchtigen geruchsintensiven und gesundheitsschädlichen Stoffe des technischen Lignins wurden Headspace GC/MS-Untersuchungen durchgeführt. Das technische Lignin, das nach dem Natural Pulping Verfahren erhalten wurde, ist in Fig. 2a dargestellt. Die Auswertung des Chromato­ gramms und der Massenspektren des technischen Natural-Pulping-Lignins er­ gab einen Peak bei circa 650, der auf das Vorliegen von Furfurylaldehyd hin­ weist.
    Der Furfurylaldehyd entsteht voraussichtlich beim Aufschluß von Cellulose durch Abbau der Zucker, vor allem Xylose, ist nicht wasserlöslich und fällt zusammen mit dem Lignin als Niederschlag an. Diese Substanz ist sehr geruchsintensiv und für die Geruchsbelästigung bei der Erwärmung von Lignin verantwortlich.
    a) Headspace GC / MS studies were performed to analyze the volatile odor-intensive and harmful substances of technical lignin. The technical lignin obtained by the natural pulping method is shown in Fig. 2a. The evaluation of the chromatogram and the mass spectra of the natural natural pulping lignin gave a peak at around 650, indicating the presence of furfuraldehyde.
    The furfuraldehyde is expected to be formed in the digestion of cellulose by degradation of sugars, especially xylose, is not soluble in water and is precipitated together with the lignin. This substance is very odor-intensive and responsible for the odor nuisance in the warming of lignin.
  • b) Nach Vernetzung der niedermolekularen Anteile im Lignin mit Adipinsäuredichlo­ rid (vgl. B 2.1.6) wurden ebenfalls Headspace GC/MS-Untersuchungen durch­ geführt, das Gas-Chromotogramm der Lignin-Adipinsäureesters ist in Fig. 2b dargestellt. Das Chromatogramm weist auf die Umsetzung des Spacers hin, da der Peak des Furfurylaldehyds bei circa 650 fehlt.
    Die aufgenommenen Spektren zeigen weiterhin Lösungsmittelbanden, was auf unzureichende Trocknung schließen läßt. Die Untersuchungen zeigen, daß die vollständige Umsetzung/Vernetzung des niedermolekularen, vom Abbau der Cellulose herrührenden Furfurylaldehyds sowie auch der anderen Abbaupro­ dukte stattgefunden hat.
    b) After crosslinking of the low molecular weight fractions in the lignin with adipic acid dichloride (compare B 2.1.6), headspace GC / MS analyzes were also carried out, the gas chromatogram of the lignin adipic acid ester is shown in FIG . The chromatogram indicates the implementation of the spacer, since the peak of furfuraldehyde is missing at about 650.
    The recorded spectra still show solvent bands, which suggests inadequate drying. The investigations show that the complete conversion / crosslinking of the low-molecular-weight furfuraldehyde originating from the degradation of the cellulose as well as the other degradation products has taken place.
4. Zuckeranalyse4. Sugar analysis

Die Art der in dem Natural-Pulping Fichten-Lignin enthaltenen Zucker wurde be­ stimmt und es wurde festgestellt, daß es sich bei diesem Zucker zu etwa 20% um Gluco­ se, zu etwa 72% um Xylose und etwa 8% Galactose handelt. Die gleiche Zucker­ verteilung weist auch das aus Stroh hergestellte Natural-Pulping-Lignin auf. Der Anteil der in dem jeweiligen Lignin enthaltenen Zucker insgesamt ist stark von der Art und der Wiederholung des Waschvorgangs abhängig.The type of sugar contained in the Natural-Pulping spruce lignin was be and it was found that about 20% of this sugar is gluco about 72% are xylose and about 8% galactose. The same sugar Distribution also includes straw-made natural pulping lignin. The Proportion of total sugars in the respective lignin is strongly affected by the Type and repetition of the washing process dependent.

Das Organocell-Lignin enthält nach Lindner et al., "Systematische Charakterisie­ rung von Ligninen aus Aufschlüssen nach dem Organocell-Verfahren", Dissertation TU München (1989), zusätzlich Mannose.Organocell lignin contains, according to Lindner et al., "Systematic Characteristics tion of lignins from digestions using the Organocell method ", dissertation TU Munich (1989), additionally mannose.

5. Molmassenverteilung5. Molar mass distribution

Die beim Natural-Pulping-Lignin ermittelte Molmassenverteilung ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Die Messung erfolgte an sulfoniertem Polystyrol mit THF mittels Gelper­ meationschromatographie (GPC). Die Molmassenverteilung des Natural Pulping Lignins, aufgenommen mittels GPC und geeicht mit sulfonierten Polystyrolen der Größen 1100, 4480, 6200, 15200 und 29500 sowie Vanillin (Mm = 152), zeigt eine sehr breite Verteilungskurve. Sie beginnt mit kleinen Anteilen im hochmolekularen Bereich bei ca. 10000 g/mol. Peakmaxima waren bei Molmassen von 4000 g/mol und 1200 g/mol zu finden, die mittlere Verteilung liegt bei 3500 g/mol. Aus dem Kurvenverlauf ist ersichtlich, daß auch niedermolekulare Anteile vorliegen. The molecular weight distribution determined for natural-pulping lignin is shown in FIG. 3. The measurement was carried out on sulfonated polystyrene with THF by gel permeation chromatography (GPC). The molecular weight distribution of Natural Pulping Lignin, recorded by GPC and calibrated with sulfonated polystyrenes of sizes 1100, 4480, 6200, 15200 and 29500 and vanillin (M m = 152), shows a very broad distribution curve. It starts with small proportions in the high molecular weight range at about 10,000 g / mol. Peak maxima were found at molecular weights of 4000 g / mol and 1200 g / mol, the average distribution is 3500 g / mol. It can be seen from the curve that low molecular weight fractions are also present.

6. 13C, 1H-NMR 6. 13 C, 1 H NMR

1H-NMR 1 H-NMR

13C-NMR 13 C-NMR

Frequenz (ppm)Frequency (ppm) Zuordnungassignment 170170 COOH-GruppenCOOH groups 129/135129/135 Aromatische CAromatic C 7777 CDCL3 (Lösungsmittel)CDCL 3 (solvent) 5656 OMe-GruppenOMe groups 2929 CH2-Gruppen (acetyliert)CH 2 groups (acetylated) 2121 CH2-GruppenCH 2 groups 30/22/1430/22/14 Methylgruppenmethyl groups 00 TMSTMS

Claims (6)

1. Verfahren zur Derivatisierung von technischem Lignin, gekennzeichnet durch Umsetzung von technischem Lignin mit einem Spacer, der entweder
  • a) wenigstens eine funktionelle nucleophile Gruppe und eine Molmasse von wenigstens 70 g/mol, vorzugsweise wenigstens 90 g/mol, aufweist
oder
  • a) wenigstens zwei funktionelle nucleophile Gruppen umfaßt.
1. A process for the derivatization of technical lignin, characterized by reacting technical lignin with a spacer, either
  • a) at least one functional nucleophilic group and a molecular weight of at least 70 g / mol, preferably at least 90 g / mol
or
  • a) at least two functional nucleophilic groups.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nucleophile Gruppe des Spacers Epoxide, Carbonsäurechloride, Dichloralkylsilane und Phosgen umfaßt.2. The method according to claim 1, characterized in that the nucleophilic Group of Spacer Epoxides, carboxylic acid chlorides, dichloroalkylsilanes and Phosgene. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das technische Lignin mit dem Spacer in alkalischer Lösung umgesetzt wird.3. The method according to claim 1 to 2, characterized in that the technical lignin is reacted with the spacer in alkaline solution. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das technische Lignin mit dem Spacer in saurer Lösung umgesetzt wird. 4. The method according to claim 1 to 2, characterized in that the technical lignin is reacted with the spacer in acidic solution.   5. Derivatisiertes technisches Lignin, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einer der Ansprüche 1 bis 4.5. Derivatized technical lignin obtainable by the process according to one of claims 1 to 4. 6. Verwendung des derivatisierten technischen Lignins nach Anspruch 5 als Polymer, als Füllstoff oder Zusatz bei der Polymerherstellung.6. Use of the derivatized technical lignin according to claim 5 as Polymer, as a filler or additive in polymer production.
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