JP2008504035A - バイオマスからポリヒドロキシアルカノエート類を溶媒系抽出するための改良されたプロセス - Google Patents
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Abstract
ポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出するための改良されたプロセスであって、前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを、低級鎖のケトン類およびこれらの混合物から選択される溶媒と組み合わせてバイオマス液を形成する工程であって、ここで前記バイオマス液が約25%未満の水を含むもの;前記バイオマス液を約70℃〜約120℃の範囲の温度で約10〜約300分間混合する工程;前記バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離して、PHAが豊富な液を形成する工程であって、ここで前記分離が低くても約40℃の温度で行われること;前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液とを形成する工程であって、ここで前記水は、前記のPHAが豊富な液と、少なくとも3部の水対1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合されること;並びに前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを前記の不純な溶媒液から回収する工程を含むプロセス。酸化剤類または穏やかな界面活性剤または穏やかな漂白剤での任意の処理を使用して、色および臭気を向上させる。
Description
本発明は、特定の構成成分を他のバイオマス構成成分から抽出するための改良されたプロセスに関する。より具体的には、本発明は、溶媒を用いて抽出を行うことによって、植物または細菌のような生物系からポリヒドロキシアルカノエート類を抽出するための改良されたプロセスに関する。
ポリエステル類のようなプラスチック類は、典型的には、周知の合成手段によって石油化学源から製造される。これら石油化学系ポリマー類は、廃棄後、分解するのに何百年もかかる。埋立地でのプラスチック廃棄物の蓄積に対する懸念が、代わりに生分解性ポリマー類を使用することへの最近の動きをもたらしてきた。
合成の生分解性ポリマー類は、通常「バイオプラスチック類」とも呼ばれるが、それらの高い生産コストのために市場では大きな成功を享受してはいなかった。しかしながら、バイオ技術における進歩が、より安価な生産手段を導き出した。具体的には、生分解性脂肪族コポリエステル類が、いまや多くの場合、大規模な細菌発酵により製造されている。ポリヒドロキシアルカノエート類または「PHA類」とまとめて呼ばれるこれらポリマー類は、発酵植物中でグルコースを与えられた天然または組み換え型の細菌の体内で合成される場合がある。それらの石油化学前駆体と同様に、PHA類の構造上の特性、そして機械的特性もやはり、所望の最終製品の仕様に合うようにカスタマイズされることがある。しかしながら、それらの石油化学前駆体とは異なり、PHA類は、好気的にも嫌気的にも分解する。
PHA類は、非常に変異しやすく、100個ほどの異なるPHA構造体が確認されている。PHA構造体は、二様に変異し得る。第一に、PHA類は、PHA炭素主鎖をもたらさないヒドロキシアルカン酸の前記側鎖を形成する、R−ペンダント基の構造に応じて変異し得る。第二に、PHA類は、それらが由来するユニットの数および種類に応じて変異し得る。例えば、PHA類は、ホモポリマー類、コポリマー類およびターポリマー類であってよい。PHA構造体のこれらの変種は、それらの物理的特性の変化に関与する。これら物理的特性によって、PHA類を、商業的に価値があり得る多数の製品に使用することが可能になる。
しかしながら、商業的に市場性のあるPHAバイオプラスチック製品のいずれかの種類を有するためには、かなりの量の所望のPHAを生成できる微生物有機体を確認する必要があり、そして残留バイオマスからこのようなPHA類を分離するための有効なプロセスを確認する必要がある。PHA生合成経路の生態学をより一層学習することで、微生物有機体を使用してかなりの量のPHAを生成することが可能になった。
細菌および植物(バイオマス)からPHA類を抽出するための多数の溶媒系抽出技術および他の種類の抽出技術が、当該分野では既知である。溶媒系システム(アセトン、ケトン類を単独でおよびその他の溶媒と組み合わせて利用するものを含む)、機械システム、およびこれらの組み合わせをPHAの抽出のために使用してよい。しかしながら、既知の溶媒系システムは、しばしば非効率であり、特定のPHA類の物理特性(ゲル化、分解、などに関する問題)のせいで実施するのが困難である場合がある。より一般的なのは、2溶媒システムであるが、これらの2溶媒システムは、多くの場合、溶媒の二重のコストのために高価であり、また両方の溶媒を回収/再使用しようとすると、付加的な回収工程を作り出す場合もある。
従って、バイオマスからPHA材料を抽出するための、より高効率で経費節約のプロセスが必要である。このようなプロセスは、好ましくは環境に優しいリサイクル可能な溶媒を好ましくは必要とする。更に、このようなプロセスは、好ましくは、PHA材料の大規模な連続生産に好適である。
本発明者らは、PHAポリマーを含有するバイオマスからPHAポリマー類を、改善された効率性と削減されたコストで抽出するためのプロセスを、意外にも発見した。
従って、本発明は、ポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出するための改良されたプロセスであって、
a)前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを、低級鎖のケトン類およびこれらの混合物から選択される溶媒と組み合わせてバイオマス液を形成する工程であって、ここで前記バイオマス液が約25%未満の水を含むもの;
b)前記バイオマス液を約70℃〜約120℃の範囲の温度で約10〜約300分間、あるいは約10〜約240分間混合する工程;
c)前記バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離して、PHAが豊富な液を形成する工程であって、ここで前記分離が低くても40℃の温度で行われること;
d)前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液とを形成する工程であって、ここで前記水は、前記のPHAが豊富な液と、少なくとも約3部の水対1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合されること;並びに
e)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを前記の不純な溶媒液から回収する工程
を含むプロセスに関する。
a)前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを、低級鎖のケトン類およびこれらの混合物から選択される溶媒と組み合わせてバイオマス液を形成する工程であって、ここで前記バイオマス液が約25%未満の水を含むもの;
b)前記バイオマス液を約70℃〜約120℃の範囲の温度で約10〜約300分間、あるいは約10〜約240分間混合する工程;
c)前記バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離して、PHAが豊富な液を形成する工程であって、ここで前記分離が低くても40℃の温度で行われること;
d)前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液とを形成する工程であって、ここで前記水は、前記のPHAが豊富な液と、少なくとも約3部の水対1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合されること;並びに
e)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを前記の不純な溶媒液から回収する工程
を含むプロセスに関する。
本発明は、更に、前記溶媒がアセトン、メチルエチルケトンおよびこれらの混合物から選択される、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記バイオマス液が、溶媒とポリヒドロキシアルカノエートを、少なくとも約5〜約30部の溶媒対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で含む、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記バイオマス液が、溶媒とポリヒドロキシアルカノエートを、約15部の溶媒対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で含む、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記バイオマス液の混合工程中、温度が約70℃〜約100℃である、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記バイオマス液の混合工程中、前記混合が、プロペラ、タービン、スクリューコンベヤーおよびこれらの組み合わせから選択される混合手段を用いて行われる、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記混合手段が、約0.001KW/m3〜約100KW/m3の出力/体積比を有する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記プロセスが連続プロセスであって、前記バイオマス液の混合工程中に、前記混合がスクリューコンベヤーを用いたプラグ流れ概念を用いて行われるものである、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記のバイオマス液の混合が約30〜約300分から選択される時間行われる、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記バイオマス液が15%未満の水を含む、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記バイオマス液が、測定可能な量の水を含まない、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記のバイオマス液からの前記ポリヒドロキシアルカノエートの分離が、濾過および/または遠心分離によるものである、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記のバイオマス液からの前記ポリヒドロキシアルカノエートの分離が、熱濾過および/または熱遠心分離によるものである、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記のバイオマス液からの前記ポリヒドロキシアルカノエートの分離が、低くとも約70℃の温度で行われる、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記水を前記のPHAが豊富な液と、約6〜約8部の水対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、工程(d)において、前記水を前記のPHAが豊富な液に添加する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、工程(d)において、前記のPHAが豊富な液を前記水に添加する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、工程(d)において、前記のPHAが豊富な液と水とを合わせて、プロペラ、タービン、高剪断力およびこれらの組み合わせから選択される手段によって混合する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、工程(d)において、前記のPHAが豊富な液と水とを合わせて、高剪断力、水コーティングされたシートの層、またはムービングベルト、およびこれらの組み合わせから選択される手段によって混合する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと、不純な溶媒液を形成する工程において、前記のPHAが豊富な液を約20℃〜約45℃の温度まで冷却する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、工程(e)において、前記の不純な溶媒液からの前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートの回収が、濾過および/または遠心分離によるものであって、回収された沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと残りの不純な溶媒液とを生成する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、濾過による回収後に、前記の回収された沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを圧搾および/または加圧して、残りの不純な溶媒液水(impure solvent liquor water)を除去する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、工程(e)において、前記の回収された沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを、その後、アセトン、メチルエチルケトンおよびこれらの混合物から選択される溶媒で洗浄する、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記プロセスが前記の回収された沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを乾燥させることを更に含む、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記プロセスが、リサイクル洗浄溶媒中の水分含有量が15%未満である場合に前記洗浄溶媒を直接抽出へリサイクルすること、並びに前記の残りの不純な溶媒液を回収およびリサイクルすることを更に含む、上記プロセスにも関する。
本発明は、更に、前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出するための改良プロセスであって、
a)前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを、アセトン、メチルエチルケトンおよびこれらの混合物から選択される溶媒と組み合わせてバイオマス液を形成する工程であって、ここで前記バイオマス液が約5%未満の水を含むもの;
b)前記バイオマス液を約70℃〜約120℃の範囲の温度で約30〜約240分間混合する工程;
c)前記バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離して、PHAが豊富な液を形成する工程であって、ここで前記分離が低くても約50℃の温度で行われること;
d)前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液とを形成する工程であって、ここで前記水は、前記のPHAが豊富な液と、約5〜約30部の水対1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合されること;並びに
e)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを前記の不純な溶媒液から回収する工程を含むプロセスに関し、ここで前記ポリヒドロキシアルカノエートが、少なくとも2つのランダムに繰り返すモノマー単位を含み、前記の第1のランダムに繰り返すモノマー単位が以下の構造を有し:
a)前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを、アセトン、メチルエチルケトンおよびこれらの混合物から選択される溶媒と組み合わせてバイオマス液を形成する工程であって、ここで前記バイオマス液が約5%未満の水を含むもの;
b)前記バイオマス液を約70℃〜約120℃の範囲の温度で約30〜約240分間混合する工程;
c)前記バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離して、PHAが豊富な液を形成する工程であって、ここで前記分離が低くても約50℃の温度で行われること;
d)前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液とを形成する工程であって、ここで前記水は、前記のPHAが豊富な液と、約5〜約30部の水対1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合されること;並びに
e)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを前記の不純な溶媒液から回収する工程を含むプロセスに関し、ここで前記ポリヒドロキシアルカノエートが、少なくとも2つのランダムに繰り返すモノマー単位を含み、前記の第1のランダムに繰り返すモノマー単位が以下の構造を有し:
本発明は、更に、ポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出するための改良されたプロセスであって、
a)前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスをアセトンと組み合わせてバイオマス液を形成する工程であって、ここで前記バイオマス液が水を実質的に含まないもの;
b)前記バイオマス液を約70℃〜約100℃の範囲の温度で約30〜約120分間混合する工程;
c)前記バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離して、PHAが豊富な液を形成する工程であって、ここで前記分離が低くても約70℃の温度で濾過によって行われること;
d)前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液とを形成する工程であって、ここで前記水は、前記のPHAが豊富な液と、約5部〜約30部の水対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合されること;並びに
e)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを前記の不純な溶媒液から回収する工程;
f)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを酸化剤類、穏やかな界面活性剤類または穏やかな漂白剤類で処理して色および臭気を向上させる工程
を含むプロセスにも関する。
a)前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスをアセトンと組み合わせてバイオマス液を形成する工程であって、ここで前記バイオマス液が水を実質的に含まないもの;
b)前記バイオマス液を約70℃〜約100℃の範囲の温度で約30〜約120分間混合する工程;
c)前記バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離して、PHAが豊富な液を形成する工程であって、ここで前記分離が低くても約70℃の温度で濾過によって行われること;
d)前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液とを形成する工程であって、ここで前記水は、前記のPHAが豊富な液と、約5部〜約30部の水対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合されること;並びに
e)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを前記の不純な溶媒液から回収する工程;
f)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを酸化剤類、穏やかな界面活性剤類または穏やかな漂白剤類で処理して色および臭気を向上させる工程
を含むプロセスにも関する。
本明細書は、本発明を特に指摘し、明確に請求する特許請求の範囲をもって結論づけられるが、本発明は以下の説明からよりよく理解されると考えられる。
「発明を実施するための最良の形態」で引用されるすべての文献は、関連部分において本明細書に参考として組み込まれるが、どの文献の引用も、それが本発明に関する先行技術であるとの容認と解釈されるべきではない。
本明細書で使用する百分率および割合は全て、組成物全体の重量を基準とし、全ての測定は、他に指定されない限り、25℃で行われる。
「含む」とは、最終結果に影響を及ぼさない他の工程および他の成分を加えることができることを意味する。この用語は、「から成る」および「から本質的に成る」という用語を包含する。
PHA類をバイオマスから抽出することができる幾つかのプロセスは、当該技術分野において説明されている。これらのプロセスには、酵素、化学物質、機械的手段を用いることによるPHA抽出、並びにアセトンおよびケトン類を用いることによる抽出を含む溶媒抽出が含まれる。理論によって制限されないが、特定の条件下でのアセトンの使用は、(a)抽出されるPHA類の収率および純度の両方を最大にし、(b)抽出プロセス全体における工程数を最小限に抑えることから、PHA類の経済的な商業規模の抽出の目的を少なくとも部分的に達成する、と考えられる。
本発明の前述の実施形態は、現行の方式に比べて、たくさんの驚くべき利点を有することができる。例えば、本発明で開示される抽出プロセスは、改善された収率および/もしくは純度並びに/またはコストの削減を可能にすることができる。理論によって制限されないが、本発明は、本明細書のプロセスによる大規模な生産に関するプロセスの信頼性および堅牢性が高くなるため、連続プロセスをより効率良く使用できるようにする場合もあると考えられる。
本発明のもう一つの驚くべき利点は、より低温(150℃未満)でPHA類を抽出するように付与する能力である。理論によって制限されないが、温度条件は、ポリマーが少なくとも部分的に可溶化する温度と十分な可溶化に要する時間とが資本コストおよび製品品質に影響を及ぼし得るため、商業的な見地から重要である。例えば、より低い温度により短い時間付されたPHA類は、典型的に、より高品質で後続の製造プロセスにおいてより高い実用性のものである。
本明細書中のプロセスおよび方法は、多様な他の変形を含んでもよい。本発明のプロセスおよび方法を、以下で詳細に説明する。
本発明は、アセトン、メチルエチルケトン、低級鎖のケトン類およびこれらの混合物から選択される溶媒を用いて、選択されたプロセス条件下でバイオマスからPHA類を抽出するための改良されたプロセスに関する。本明細書で使用するとき、フレーズ「バイオマスからPHA類を抽出すること」は、単一種のPHAのみを生成するバイオマスによって生成されるPHA類の抽出への言及に加えて、前記バイオマスが1種以上のPHAを生成する場合に1種以上のPHAを抽出することにも本明細書では言及する。
このプロセスの工程は以下の通りである:
I.ポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを溶媒と組み合わせてバイオマス液を形成する工程
a)PHAを含有するバイオマス
ポリヒドロキシアルカノエート類(「PHA類」)は、本発明のプロセスによって、単細胞生物類(例えば、細菌または真菌類)および高級生物類(例えば、植物類)を含むが、これらに限定されない、供給源から抽出される。これら供給源を、本明細書ではまとめて「バイオマス」と呼ぶ。バイオマスは、野生型生物類から構成されてよいが、好ましくは、栽培者にとって興味深い特定のPHA類を生成するように特別に設計された、遺伝子操作された種である。このような遺伝子操作された生物類は、PHA類を別の生物類へ自然に生成する細菌に由来する外来性DNAを挿入する既知のプロセスによって作られる。
a)PHAを含有するバイオマス
ポリヒドロキシアルカノエート類(「PHA類」)は、本発明のプロセスによって、単細胞生物類(例えば、細菌または真菌類)および高級生物類(例えば、植物類)を含むが、これらに限定されない、供給源から抽出される。これら供給源を、本明細書ではまとめて「バイオマス」と呼ぶ。バイオマスは、野生型生物類から構成されてよいが、好ましくは、栽培者にとって興味深い特定のPHA類を生成するように特別に設計された、遺伝子操作された種である。このような遺伝子操作された生物類は、PHA類を別の生物類へ自然に生成する細菌に由来する外来性DNAを挿入する既知のプロセスによって作られる。
本明細書で有用な、PHA類を含有するバイオマスは、好ましくは実質的に乾燥している。本明細書で使用するとき、「実質的に乾燥したバイオマス」は、5%未満の水を含有するバイオマスに言及する。乾燥バイオマスは、抽出プロセスが開始される前に、スプレー乾燥または凍結乾燥を含むが、これらに限定されないプロセスを用いて、液体が取り除かれたバイオマスから構成される。一実施形態では、前記バイオマスは2%未満の水を含有し、あるいは前記バイオマスは0.1%未満の水を含有し、あるいは前記バイオマスは検出可能な量の水を含有しない。
本発明においてバイオマスとして有用な植物類は、PHA類を生成するように設計された、いかなる遺伝子手術された植物をも含む。好ましい植物類としては、農作物、例えば、穀物グレイン類、脂肪種子および塊茎植物類;より好ましくは、アボカド、大麦、ビート、ソラマメ、そば粉、ニンジン、ココヤシの実、コプラ、トウモロコシ(トウモロコシの実)、綿実、ウリ、ヒラマメ、ライマメ、アワ、緑豆、オート麦、アブラヤシ、エンドウ、落花生、ジャガイモ、かぼちゃ、菜種(例えば、キャノーラ)、米、サトウモロコシ、大豆、テンサイ、サトウキビ、ヒマワリ、サツマイモ、タバコ、小麦および山芋が挙げられる。本発明のプロセスで有用な、このような遺伝子変調された実の成る植物類としては、リンゴ、アンズ、バナナ、カンタロープ、サクランボ、ブドウ、キンカン、タンジェリン、トマト、およびスイカが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、前記植物類は、Y.ポワリエ(Poirier, Y.)、D.E.デニス(D. E. Dennis)、K.クロンパレンズ(K. Klomparens)およびC.サマービル(C. Somerville)、「トランスジェニック植物中で生成される、生分解性の熱可塑性プラスチックである、ポリヒドロキシブチレート(Polyhydroxybutyrate, a biodegradable thermoplastic, produced in transgenic plants)」サイエンス(SCIENCE)、第256巻、520〜523頁(1992年);および/または米国特許第5,650,555号(ミシガン州立大学、1997年7月22日発行)に開示されている方法に従って、PHA類を生成するように遺伝子手術されている。特に好ましい植物類は、PHA類を生成するように遺伝手術された、大豆、ジャガイモ、トウモロコシ、およびココヤシ植物類であり、より好ましくは大豆である。
本発明に有用な細菌には、PHA類を生成するように設計された、遺伝子手術された細菌、並びにPHA類を自然に生成する細菌が含まれる。このような細菌の例としては、新規な生分解性微生物ポリマー類(NOVEL BIODEGRADABLE MICROBIAL POLYMERS)、E.A.ドーズ(E.A. Dawes)編、NATO ASIシリーズ、シリーズE:応用科学(Applied Sciences)−第186巻、クラウワー・アカデミック・パブリッシャーズ(Kluwer Academic Publishers)(1990年);米国特許第5,292,860号(鐘淵化学工業株式会社(Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha)、1994年3月8日発行);米国特許第5,250,430号(マサチューセッツ工科大学(Massachusetts Institute of Technology)、1993年10月5日発行);米国特許第5,245,023号(マサチューセッツ工科大学、1993年9月14日発行);および/または米国特許第5,229,279号(マサチューセッツ工科大学、1993年7月20日発行)に開示されているものが挙げられる。
前記バイオマスは、本発明に記載の抽出プロセスを経済的に望ましくするのに十分な量のポリヒドロキシアルカノエート(「PHA」)を含有することが好ましい。好ましくは、バイオマス供給源材料中のPHA類の初期含量は前記バイオマスの総乾燥重量の少なくとも約20%、あるいは少なくとも50%、あるいは少なくとも約60%であるべきである。
b)構造的に可撓性のPHA類:
一実施形態において、本発明のPHA類は、本明細書では「構造的に可撓性の」PHA類と呼ぶものから選択されて、比較的高いコモノマー含量と比較的長いR−基鎖長によって引き起こされる物理的崩壊がそれらを、より低いコモノマー含量とより短いR−ペンダント基を特徴とするPHA類よりも一般には可塑性にし、そしてより結晶化し難くすることを明確に示す(米国特許第6,043,063号(モンサント(Monsanto)、2000年3月28日発行)および/または米国特許第6,087,471号(モンサント、2000年7月11日発行)を参照のこと)。
一実施形態において、本発明のPHA類は、本明細書では「構造的に可撓性の」PHA類と呼ぶものから選択されて、比較的高いコモノマー含量と比較的長いR−基鎖長によって引き起こされる物理的崩壊がそれらを、より低いコモノマー含量とより短いR−ペンダント基を特徴とするPHA類よりも一般には可塑性にし、そしてより結晶化し難くすることを明確に示す(米国特許第6,043,063号(モンサント(Monsanto)、2000年3月28日発行)および/または米国特許第6,087,471号(モンサント、2000年7月11日発行)を参照のこと)。
本発明において有用な構造的に可撓性のPHA類は、一実施形態では、少なくとも2つのランダムに繰り返すモノマー単位から構成され、ここで、第1のランダムに繰り返すモノマー単位は以下の構造を有し:
c)溶媒:
前記のPHAを含有するバイオマスを溶媒と組み合わせて、バイオマス液が形成される。特定の応用では水を溶媒として使用してよいが、本明細書で使用するとき、用語「溶媒」には水は含まれない。本明細書で有用な溶媒は、低級鎖のケトン類から選択される。低級鎖のケトン類には、C3以下の炭素鎖長を有するケトン類が挙げられる。本明細書で有用な低級鎖のケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、およびこれらの混合物が挙げられる。一実施形態では、溶媒はアセトンである。
前記のPHAを含有するバイオマスを溶媒と組み合わせて、バイオマス液が形成される。特定の応用では水を溶媒として使用してよいが、本明細書で使用するとき、用語「溶媒」には水は含まれない。本明細書で有用な溶媒は、低級鎖のケトン類から選択される。低級鎖のケトン類には、C3以下の炭素鎖長を有するケトン類が挙げられる。本明細書で有用な低級鎖のケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、およびこれらの混合物が挙げられる。一実施形態では、溶媒はアセトンである。
一実施形態では、バイオマス液は、溶媒とポリヒドロキシアルカノエートを、少なくとも約5部の溶媒対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で含有する。別の実施形態では、バイオマス液は、溶媒とポリヒドロキシアルカノエートを、約5〜約30部の溶媒対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で含有する。その他の実施形態では、バイオマス液は、溶媒とポリヒドロキシアルカノエートを、約10部の溶媒対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で、あるいは、約20部の溶媒対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で、あるいは約15部の溶媒対約1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で含有する。一実施形態では、前記バイオマスは、溶液中にPHAを約3.2%〜約9%含有し、あるいは前記バイオマスは、溶液中に約6.25%含有する。
バイオマス液は、約25%未満の水、あるいは約15%未満、あるいは8%未満、あるいは約5%未満の水、あるいは約2%未満の水を含有し、あるいは、バイオマス液は測定可能な量の水を含有しない。
II.混合工程
バイオマス液は、その後、約70℃〜約120℃の範囲の温度において約10〜約300分間、あるいは約10〜約240分間混合される。一実施形態では、バイオマス液は、約70℃〜約100℃の範囲の温度において、あるいは約85℃〜約95℃の範囲の温度において混合される。一実施形態では、バイオマス液は、約30〜約300分間、あるいは約30〜約120分間、あるいは約30〜約60分間混合される。混合は、連続的または散発的であり得る。
バイオマス液は、その後、約70℃〜約120℃の範囲の温度において約10〜約300分間、あるいは約10〜約240分間混合される。一実施形態では、バイオマス液は、約70℃〜約100℃の範囲の温度において、あるいは約85℃〜約95℃の範囲の温度において混合される。一実施形態では、バイオマス液は、約30〜約300分間、あるいは約30〜約120分間、あるいは約30〜約60分間混合される。混合は、連続的または散発的であり得る。
一実施形態では、乾燥バイオマスは、アセトンと、約75℃〜約85℃の範囲、好ましくは約80℃の温度において、約55〜約65分間、好ましくは約60分間混合される。
混合は、組成物を混合する、従来型のいかなる手段で行われてもよい。例えば、混合は、プロペラ、タービン、スクリューコンベヤーまたはこれらの組み合わせから選択される混合手段を用いて行われてよい。一実施形態では、混合は、スクリューコンベヤーを用いたプラグ流れ概念を用いて行われる。
一実施形態では、混合は、約0.001KW/m3〜約100KW/m3の出力/体積比を有する混合手段を用いて行われる。
連続的なプロセスの実施形態では、スクリューコンベヤーのような機械的搬送システムを含むプラグ流れ概念を混合手段として用いる。
III.分離工程
ポリヒドロキシアルカノエートは、その後、バイオマス液から分離されて、PHAが豊富な液を形成する。前記分離は、低くても約50℃、好ましくは低くても70℃の温度で起こる。理論によって制限されないが、ゲル化は、約50℃未満の温度で起こり、低い信頼性/収率をもたらすと考えられる。
ポリヒドロキシアルカノエートは、その後、バイオマス液から分離されて、PHAが豊富な液を形成する。前記分離は、低くても約50℃、好ましくは低くても70℃の温度で起こる。理論によって制限されないが、ゲル化は、約50℃未満の温度で起こり、低い信頼性/収率をもたらすと考えられる。
バイオマス液からバイオマスを分離する手段としては、濾過および/または遠心分離が挙げられる。一実施形態では、熱濾過を用いて、バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離する。本明細書で使用するとき、用語「熱濾過」は、低くても約40℃、好ましくは低くても約50℃の温度での濾過に言及する。一実施形態では、熱遠心分離を用いてバイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離する。本明細書で使用するとき、用語「熱遠心分離」は、低くても約40℃、好ましくは低くても約50℃の温度で起こる遠心分離に言及する。一実施形態では、濾過または遠心分離は、低くても約70℃、あるいは約80℃、あるいは約90℃の温度で起こる。
一実施形態では、より高温に適応させるためおよび分離信頼性を向上させるために、高圧遠心分離器類が用いられる。
IV.沈殿工程
前記のPHAが豊富な液は、その後、水と混合されて、沈殿したPHAと不純な溶媒液とを形成する。水は、PHAが豊富な液と、少なくとも0.35部の水対約1部の溶媒、あるいは約0.35〜約3部の水対約1部の溶媒、あるいは約1部の水対約1部の溶媒の比率で組み合わされる。
前記のPHAが豊富な液は、その後、水と混合されて、沈殿したPHAと不純な溶媒液とを形成する。水は、PHAが豊富な液と、少なくとも0.35部の水対約1部の溶媒、あるいは約0.35〜約3部の水対約1部の溶媒、あるいは約1部の水対約1部の溶媒の比率で組み合わされる。
一実施形態では、水は、PHAが豊富な液と、約0.75〜約1.5部の水対約1部の溶媒の比率で組み合わされる。
一実施形態では、PHAが豊富な液を水と混合するとき、PHAが豊富な液は約20℃〜約45℃の温度まで冷却される。
理論によって制限されないが、水が少なすぎると、膨潤/ゲル化、並びにゲル内の溶媒および/またはその他の不純物の取り込みをもたらすと考えられる。更に、理論によって制限されないが、水が多すぎると、より高い溶媒の回収/リサイクル費用およびより高い処理費用をもたらすと考えられる。
PHAが豊富な液と水は合わせて、プロペラ、タービン、ホモジナイザー、水でコーティングされたシートの層、ムービングベルト、高剪断力ミキサーおよびこれらの組み合わせから選択される混合手段によって混合されてよい。いかなる先端速度およびP/V(出力対体積)比も、所望の製品形態を得るように選択される。プロペラを用いることで、半径方向の混合と垂直方向の混合の両方を有する混合手段は、粒子の形成を可能にする。タービン混合手段を用いることで、繊維または繊維状のPHA製品が形成され得る。ホモジナイザー混合手段を用いることで、後に凝集し得る微粒子が形成され得る。
P/V比が約0.0005〜約1のプロペラ混合手段の使用は、約10ミクロン〜約2mmの大きさを有する粒子をもたらす。P/V比が約0.005〜約10のタービン種の使用は、約5mm未満の大きさを有する繊維をもたらす。
水をPHAが豊富な液に添加してもよく、またはPHAが豊富な液を水に添加してもよい。理論によって制限されないが、この選択は、結果として得られるPHA材料の形態に影響を及ぼすことがあると考えられる。
PHAが豊富な液を水に添加する場合、混合せずに、または穏やかな混合で、厚くて大きな粒塊または繊維性スピンドルを得ることができる。タービン混合手段の使用は、繊維または繊維性スピンドルをもたらすことができる。水の添加速度と先端速度を変更して、小さなまたは大きな繊維性スピンドルを得ることができる。高剪断力ホモジナイザーの使用は、繊維または粒塊をより小さな粒子に粉砕するのに役立つことがある。別の選択は、PHAが豊富な液を水でコーティングされた表面またはフィルターに添加して、PHAをフィルム、シート、パルプなどへ沈殿できるようにすることである。
水をPHAが豊富な液に添加する場合、PHAが豊富な液と水は合わせて、プロペラ、タービン、高剪断力およびこれらの組み合わせから選択される手段によって混合されることができる。プロペラを使用する場合、P/V比は、約0.0001〜約100であってよく、その結果得られるPHAの形態は通常、粒子である。タービンを使用する場合、P/V比は、約0.001〜約1000であってよく、その結果得られるPHAの形態は通常、繊維状である。高剪断力を使用する場合、P/V比は、少なくとも約100であってよく、そしてホモジナイザーであってもよい。高剪断力を使用する場合、その結果得られるPHAの形態は通常、粉末である。理論によって制限されないが、半径方向の流れと垂直方向の流れの両方を有する穏やかな混合は、ゲル化の問題をほとんど有さずに良好な沈殿を可能にするはずであると考えられる。
バッチプロセス中の水の添加速度は、約10分を超える水の添加であってよい。連続プロセス中では、水とPHAが豊富な液との混合は、水対豊富な液が、同様の比率であるようにすべきである。連続プロセス中、水は、入口ポートでいかなる微粒子をも取り除くのに十分な速度を発生させることができるポンプを通じて添加されてよい。好ましくは、液に浸漬された微細なノズルからの水噴射は避ける。
V.回収工程
沈殿したPHAは、その後、不純な溶媒液から回収される。濾過を使用して、沈殿したPHAを不純な溶媒液から回収して、回収された沈殿したPHAと残りの不純な溶媒液とを生成してよい。
沈殿したPHAは、その後、不純な溶媒液から回収される。濾過を使用して、沈殿したPHAを不純な溶媒液から回収して、回収された沈殿したPHAと残りの不純な溶媒液とを生成してよい。
濾過に加えて、回収された沈殿したPHAは、いかなる残りの不純な溶媒液をも除去するために、圧搾されてもよく、および/または加圧下に配置されてもよい。
濾過および/または他の回収手段に加えて、回収された沈殿したPHAは、その後、アセトン、メチルエチルケトン、低級鎖のケトン類およびこれらの混合物から選択される溶媒で洗浄されてよい。
VI.乾燥工程
回収された沈殿したPHAの回収後、一実施形態では、回収された沈殿したPHAを従来型の手段で乾燥して、いかなる残りの不純な溶媒液をも除去する。
回収された沈殿したPHAの回収後、一実施形態では、回収された沈殿したPHAを従来型の手段で乾燥して、いかなる残りの不純な溶媒液をも除去する。
VI.溶媒のリサイクル工程
沈殿したPHAを不純な溶媒液から回収する工程の後、本明細書のプロセスおよび方法では、従来型の手段によって前記溶媒液を回収してリサイクルおよび/または再使用してよい。10%未満の水を含む洗浄溶媒濾液は、直接抽出にリサイクルすることができ、10%より多く(好ましくは5%より多くの水)を含む濾液は、蒸留して、リサイクル用のアセトンを回収することができる。
沈殿したPHAを不純な溶媒液から回収する工程の後、本明細書のプロセスおよび方法では、従来型の手段によって前記溶媒液を回収してリサイクルおよび/または再使用してよい。10%未満の水を含む洗浄溶媒濾液は、直接抽出にリサイクルすることができ、10%より多く(好ましくは5%より多くの水)を含む濾液は、蒸留して、リサイクル用のアセトンを回収することができる。
VII.任意の、酸化剤類または界面活性剤類による後処理工程
沈殿したPHAを回収後、望ましくない色物質および/または臭気を取り除くために、PHAを酸化/漂白剤または界面活性剤のいずれかで更に後処理することが望ましい場合がある。本明細書で使用するとき、酸化剤類は、PHA約1部に対して酸化剤約0.0001〜約0.5部、あるいは、PHA約1部に対して酸化剤約0.01部の量で使用してよい。過酸化物を使用する場合、典型的には、PHA1部に対して活性な過酸化物0.01部が希釈形として(すなわち、水に分散して)使用される。本明細書で使用するとき、界面活性剤類は、PHA約1部に対して界面活性剤約0.005部の範囲で使用してよい。
沈殿したPHAを回収後、望ましくない色物質および/または臭気を取り除くために、PHAを酸化/漂白剤または界面活性剤のいずれかで更に後処理することが望ましい場合がある。本明細書で使用するとき、酸化剤類は、PHA約1部に対して酸化剤約0.0001〜約0.5部、あるいは、PHA約1部に対して酸化剤約0.01部の量で使用してよい。過酸化物を使用する場合、典型的には、PHA1部に対して活性な過酸化物0.01部が希釈形として(すなわち、水に分散して)使用される。本明細書で使用するとき、界面活性剤類は、PHA約1部に対して界面活性剤約0.005部の範囲で使用してよい。
本明細書で有用な酸化/漂白剤類としては、空気、過酸化水素(H2O2)、次亜塩素酸塩類、塩素、臭素および/またはヨウ素酸化化合物を含む漂白化合物、過酸化ベンゾイル、C9OBS、過ホウ酸塩類、並びにこれらの混合物が挙げられる。
本明細書で有用な界面活性剤類としては、アミンオキシド、AES、およびその他の汎用の界面活性剤類、並びにこれらの混合物が挙げられる。
界面活性剤類を用いた洗浄および/もしくは酸化剤類での処理は、結果として、軽度の乃至重大な色の改善をもたらす色物質を除去する(処理後、より白い試料)、生物臭を除去する、並びに/または不純物を減少させる場合がある。
酸化剤類および/もしくは界面活性剤類は、湿潤ポリマーを酸化剤および/もしくは界面活性剤e酸化剤(surfactant e oxidizing agent)(例えば、H2O2)で洗浄することにより、並びに/または前記ポリマーの乾燥中に希釈液を利用することにより、ポリヒドロキシアルカノエートを処理するのに用いることができる。
ポリヒドロキシアルカノエートの乾燥中の酸化剤類の使用は、(アセトン−水抽出/沈殿プロセスからのトリアセトンアミン不純物類のように)取り除くのが望ましい不純物を酸化できることが分かっている場合、特に有用である。
VIII.任意のプロセスパラメーター類
上述のように、沈殿したPHAで望ましい形態の種類(フレーク、繊維、粉末、フィルム)に応じて、プロセスパラメーター類は、かかる形態を得るように修正されてよい。例えば、(a)水の添加順序、速度、温度および比率に加えて、(b)軽度(プロペラ)、中程度(タービン)および高度の剪断力ホモジナイザーのような混合の種類が、沈殿したポリマーの形態を画定する。
上述のように、沈殿したPHAで望ましい形態の種類(フレーク、繊維、粉末、フィルム)に応じて、プロセスパラメーター類は、かかる形態を得るように修正されてよい。例えば、(a)水の添加順序、速度、温度および比率に加えて、(b)軽度(プロペラ)、中程度(タービン)および高度の剪断力ホモジナイザーのような混合の種類が、沈殿したポリマーの形態を画定する。
それとは別に、沈殿(混合および水添加)方法は、ツールとして用いてニートポリマー類の形態(フレーク、繊維、粉末、フィルム)を可能にして、製品の純度を高めることができる。
本明細書では、細心の注意を払ってかかるパラメーター類の選択に関する指針を提供してきたが、当業者は、ユニット操作条件または個々の装置の最適な範囲が原料バイオマスの種類に応じて変更できることに気付くであろう。
従って、以下の実施例は、本発明の範囲内の好ましい実施形態について更に説明し、実証する。これらの実施例は単に説明の目的で示されるもので、本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明の多くの変形形態が実施可能であるので、本発明を制限するものとして解釈されるべきではない。
実施例1:アセトン−水プロセス
PHAを約60%含有する乾燥バイオマス(約9モル%のヘキサノエートを含むポリヒドロキシブチレートおよびヘキサノエートコポリマー)100Kgに、アセトン(水分含有量3%のリサイクル、洗浄または新たなアセトン)約900kgを中程度に混合しながら添加して、スラリーを形成する。バイオマスとアセトンとの混合物スラリーを、その後、約90℃まで加熱して約1時間保持し、バイオマスからのPHAの分離を起こす。この溶液を、約90℃の温度および約300kPa(3Bar)の圧力で保持し、その後、加圧下でフィルター(ヌッチェ(Nutsche)フィルター)または遠心分離器へ移動させる。使用済みのバイオマス(固体)はPHAおよびアセトンを含有する前記溶液から分離される。PHAおよびアセトンを含有する前記溶液を、その後、沈殿タンクへ移動させると同時に、水をPHA−アセトン溶液の半分の率で添加する。水約450kgを沈殿溶媒として使用する。沈殿中、P/Vが2KW/m3の中程度の混合を適用する。溶媒を含む沈殿したPHAを別のヌッチェ(Nutsche)フィルターまたは遠心分離器に移動させた後、溶媒はPHAから分離されて、PHAケーキと使用済み溶媒/濾液を形成する。PHAのケーキを加圧して、PHA内部に取り込まれた溶媒を最小限にする。アセトンと水とを含む濾液(およそアセトン66%および水33%)をその後蒸留して、リサイクル用途のためのアセトンを回収してよい。新たなまたは回収されたアセトン約360kgを湿潤PHAケーキに加えて、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。濾液はその後、湿潤PHAケーキから分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くのアセトンと水とを除去する。アセトンで洗浄した後の、水を約10%未満含有する濾液は、PHAの抽出に使用することができる。洗浄工程中に、任意に、約0.01部の活性H2O2(水で希釈したもの):PHA1部を使用して、色および臭気の改善を強化する。湿潤PHAケーキを回転式乾燥機によって真空下および60℃で乾燥させる。乾燥PHA約55kgが生成される。
PHAを約60%含有する乾燥バイオマス(約9モル%のヘキサノエートを含むポリヒドロキシブチレートおよびヘキサノエートコポリマー)100Kgに、アセトン(水分含有量3%のリサイクル、洗浄または新たなアセトン)約900kgを中程度に混合しながら添加して、スラリーを形成する。バイオマスとアセトンとの混合物スラリーを、その後、約90℃まで加熱して約1時間保持し、バイオマスからのPHAの分離を起こす。この溶液を、約90℃の温度および約300kPa(3Bar)の圧力で保持し、その後、加圧下でフィルター(ヌッチェ(Nutsche)フィルター)または遠心分離器へ移動させる。使用済みのバイオマス(固体)はPHAおよびアセトンを含有する前記溶液から分離される。PHAおよびアセトンを含有する前記溶液を、その後、沈殿タンクへ移動させると同時に、水をPHA−アセトン溶液の半分の率で添加する。水約450kgを沈殿溶媒として使用する。沈殿中、P/Vが2KW/m3の中程度の混合を適用する。溶媒を含む沈殿したPHAを別のヌッチェ(Nutsche)フィルターまたは遠心分離器に移動させた後、溶媒はPHAから分離されて、PHAケーキと使用済み溶媒/濾液を形成する。PHAのケーキを加圧して、PHA内部に取り込まれた溶媒を最小限にする。アセトンと水とを含む濾液(およそアセトン66%および水33%)をその後蒸留して、リサイクル用途のためのアセトンを回収してよい。新たなまたは回収されたアセトン約360kgを湿潤PHAケーキに加えて、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。濾液はその後、湿潤PHAケーキから分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くのアセトンと水とを除去する。アセトンで洗浄した後の、水を約10%未満含有する濾液は、PHAの抽出に使用することができる。洗浄工程中に、任意に、約0.01部の活性H2O2(水で希釈したもの):PHA1部を使用して、色および臭気の改善を強化する。湿潤PHAケーキを回転式乾燥機によって真空下および60℃で乾燥させる。乾燥PHA約55kgが生成される。
実施例2:アセトン−水プロセス
PHAを約60%含有するバイオマス(ポリヒドロキシブチレートおよびヘキサノエートコポリマー ヘキサノエート6.5モル%)約13.05グラムをアセトン100グラムと混合する。混合物を、中程度の温度および圧力に対応可能な焼結金属フィルターを有する反応室を含む実験用セットに添加する。反応器をその後、90℃まで1時間加熱する。反応器を約60℃まで冷却して、反応器底部の10ミクロンフィルターによってPHAをフィルター抽出する。PHAを、既存のアセトン−水混合物(a heel of acetone-water mixture)に添加して濾液から沈殿させる。更なる水を、その後、濾液1.0部毎に水0.5部の比率で添加する。水とアセトンを、#40ワットマン濾紙を取付けたブフナー漏斗を用いて沈殿したPHAから濾過する。濾過したPHAをアセトンで洗い流す。濾過したPHAを時計皿の中に広げて、一晩風乾させる。約80〜85%のPHA収率が認められる。
PHAを約60%含有するバイオマス(ポリヒドロキシブチレートおよびヘキサノエートコポリマー ヘキサノエート6.5モル%)約13.05グラムをアセトン100グラムと混合する。混合物を、中程度の温度および圧力に対応可能な焼結金属フィルターを有する反応室を含む実験用セットに添加する。反応器をその後、90℃まで1時間加熱する。反応器を約60℃まで冷却して、反応器底部の10ミクロンフィルターによってPHAをフィルター抽出する。PHAを、既存のアセトン−水混合物(a heel of acetone-water mixture)に添加して濾液から沈殿させる。更なる水を、その後、濾液1.0部毎に水0.5部の比率で添加する。水とアセトンを、#40ワットマン濾紙を取付けたブフナー漏斗を用いて沈殿したPHAから濾過する。濾過したPHAをアセトンで洗い流す。濾過したPHAを時計皿の中に広げて、一晩風乾させる。約80〜85%のPHA収率が認められる。
実施例3:乾燥プロセス中にH2O2処理を含む、アセトン−水プロセス
PHAを約60%含有するバイオマス(ポリヒドロキシブチレートおよびヘキサノエートコポリマー ヘキサノエート6.5モル%)約13.05グラムをアセトン100グラムと混合する。混合物を、中程度の温度および圧力に対応可能な焼結金属フィルターを有する反応室を含む実験用セットに添加する。反応器をその後、90℃まで1時間加熱する。反応器を約60℃まで冷却して、反応器底部の10ミクロンフィルターによってPHAをフィルター抽出する。PHAを、既存のアセトン−水混合物(a heel of acetone-water mixture)に添加して濾液から沈殿させる。更なる水を、その後、濾液1.0部毎に水0.5部の比率で添加する。水とアセトンを、#40ワットマン濾紙を取付けたブフナー漏斗を用いて沈殿したPHAから濾過する。濾過したPHAを、アセトンで、およびその後水で洗い流す。湿潤ケーキを、乾燥プロセスの終点で加えた幾らかのH2O2溶液(水に希釈したH2O2 およそ0.01部:PHA 1)と共に、密閉容器内で乾燥させる。約80〜85%のPHA収率が認められる。
PHAを約60%含有するバイオマス(ポリヒドロキシブチレートおよびヘキサノエートコポリマー ヘキサノエート6.5モル%)約13.05グラムをアセトン100グラムと混合する。混合物を、中程度の温度および圧力に対応可能な焼結金属フィルターを有する反応室を含む実験用セットに添加する。反応器をその後、90℃まで1時間加熱する。反応器を約60℃まで冷却して、反応器底部の10ミクロンフィルターによってPHAをフィルター抽出する。PHAを、既存のアセトン−水混合物(a heel of acetone-water mixture)に添加して濾液から沈殿させる。更なる水を、その後、濾液1.0部毎に水0.5部の比率で添加する。水とアセトンを、#40ワットマン濾紙を取付けたブフナー漏斗を用いて沈殿したPHAから濾過する。濾過したPHAを、アセトンで、およびその後水で洗い流す。湿潤ケーキを、乾燥プロセスの終点で加えた幾らかのH2O2溶液(水に希釈したH2O2 およそ0.01部:PHA 1)と共に、密閉容器内で乾燥させる。約80〜85%のPHA収率が認められる。
実施例4:洗浄工程中にアミンオキシド洗浄を含む、アセトン−水プロセス
PHAを約60%含有する乾燥バイオマス(ヘキサノエートを約6.7モル%含む、ポリヒドロキシブチレートおよびヘキサノエートコポリマー)222Kgに、アセトン約1800kgを混合しながら添加して、スラリーを形成する。バイオマスとアセトンとの混合物スラリーを、その後、約90℃まで加熱して約1時間保持し、バイオマスからのPHAの分離を起こす。この溶液を、約90℃の温度および約300kPa(3Bar)の圧力で保持し、その後、加圧下でフィルター(ヌッチェ(Nutsche)フィルター)へ移動させる。使用済みのバイオマス(固体)はPHAおよびアセトンを含有する前記溶液から分離される。PHAおよびアセトンを含有する前記溶液をその後、既存のアセトンと水(a seat of acetone and water)とを含有する沈殿タンクへ移動させると同時に、水をPHA−アセトン溶液の半分の率で添加する。水約900kgを沈殿溶媒として使用する。溶媒を含む沈殿したPHAを別のヌッチェ(Nutsche)フィルターに移動させた後、溶媒は前記PHAから分離されて、PHAケーキと使用済み溶媒/濾液を形成する。PHAのケーキを加圧して、PHA内部に取り込まれた溶媒を最小限にする。PHAケーキ上で4回洗浄を行う。1)アセトン約600kgを湿潤PHAケーキに添加して、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。アセトンはその後、湿潤PHAケーキから濾過によって分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くのアセトンを除去する。2)水約600kgを湿潤PHAケーキに添加して、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。水はその後、湿潤PHAケーキから濾過によって分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くの水を除去する。3)アルキルジメチルアミンオキシドの0.32%溶液約600kgを湿潤PHAケーキに添加して、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。アルキルジメチルアミンオキシドはその後、湿潤PHAケーキから濾過によって分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くのアルキルジメチルアミンオキシドを除去する。4)水約600kgを湿潤PHAケーキに添加して、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。水はその後、湿潤PHAケーキから濾過によって分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くの水を除去する。湿潤PHAケーキを真空下および60℃で乾燥させる。乾燥PHA約122kgが生成される。
PHAを約60%含有する乾燥バイオマス(ヘキサノエートを約6.7モル%含む、ポリヒドロキシブチレートおよびヘキサノエートコポリマー)222Kgに、アセトン約1800kgを混合しながら添加して、スラリーを形成する。バイオマスとアセトンとの混合物スラリーを、その後、約90℃まで加熱して約1時間保持し、バイオマスからのPHAの分離を起こす。この溶液を、約90℃の温度および約300kPa(3Bar)の圧力で保持し、その後、加圧下でフィルター(ヌッチェ(Nutsche)フィルター)へ移動させる。使用済みのバイオマス(固体)はPHAおよびアセトンを含有する前記溶液から分離される。PHAおよびアセトンを含有する前記溶液をその後、既存のアセトンと水(a seat of acetone and water)とを含有する沈殿タンクへ移動させると同時に、水をPHA−アセトン溶液の半分の率で添加する。水約900kgを沈殿溶媒として使用する。溶媒を含む沈殿したPHAを別のヌッチェ(Nutsche)フィルターに移動させた後、溶媒は前記PHAから分離されて、PHAケーキと使用済み溶媒/濾液を形成する。PHAのケーキを加圧して、PHA内部に取り込まれた溶媒を最小限にする。PHAケーキ上で4回洗浄を行う。1)アセトン約600kgを湿潤PHAケーキに添加して、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。アセトンはその後、湿潤PHAケーキから濾過によって分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くのアセトンを除去する。2)水約600kgを湿潤PHAケーキに添加して、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。水はその後、湿潤PHAケーキから濾過によって分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くの水を除去する。3)アルキルジメチルアミンオキシドの0.32%溶液約600kgを湿潤PHAケーキに添加して、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。アルキルジメチルアミンオキシドはその後、湿潤PHAケーキから濾過によって分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くのアルキルジメチルアミンオキシドを除去する。4)水約600kgを湿潤PHAケーキに添加して、フィルター内で穏やかに混合しながらPHAケーキを洗浄するのに使用する。水はその後、湿潤PHAケーキから濾過によって分離される。湿潤ケーキをその後加圧して、できるだけ多くの水を除去する。湿潤PHAケーキを真空下および60℃で乾燥させる。乾燥PHA約122kgが生成される。
本発明の特定の実施形態が例示および説明されてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく他の様々な変更および修正を行えることが当業者には明白であろう。従って、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更および修正を、添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
Claims (10)
- ポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスからポリヒドロキシアルカノエートを抽出するための改良されたプロセスであって、
a)前記のポリヒドロキシアルカノエートを含有するバイオマスを、低級鎖のケトン類およびこれらの混合物から選択され、好ましくはアセトン、メチルエチルケトンおよびこれらの混合物から選択される溶媒と組み合わせてバイオマス液を形成する工程であって、ここで前記バイオマス液が25%未満の水を含むもの;
b)前記バイオマス液を70℃〜120℃の範囲の温度で10〜300分間混合する工程;
c)前記バイオマス液からポリヒドロキシアルカノエートを分離して、PHAが豊富な液を形成する工程であって、ここで前記分離が低くても40℃の温度で行われること;
d)前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと不純な溶媒液とを形成する工程であって、ここで前記水は、前記のPHAが豊富な液と、少なくとも3部の水対1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で混合されること;並びに
e)前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートを前記の不純な溶媒液から回収する工程
を含むプロセス。 - 前記バイオマス液が、前記溶媒と前記ポリヒドロキシアルカノエートを、少なくとも5〜30部の溶媒対1部のポリヒドロキシアルカノエートの比率で含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記バイオマス液の混合工程中、前記混合が、プロペラ、タービン、スクリューコンベヤーおよびこれらの組み合わせから選択される混合手段を用いて行われ、好ましくは前記混合手段が0.001KW/m3〜100KW/m3の出力/体積比を有する、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記プロセスが連続プロセスであって、前記バイオマス液の混合工程中に、前記混合がスクリューコンベヤーを用いたプラグ流れ概念を用いて行われるものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記バイオマス液が、8%未満の水を含み、好ましくは測定可能な量の水を含まない、請求項1に記載のプロセス。
- 前記のバイオマス液からのポリヒドロキシアルカノエートの分離が、濾過および/または遠心分離によるものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記のバイオマス液からのポリヒドロキシアルカノエートの分離が、低くとも70℃、好ましくは85℃の温度で行われる、請求項1〜6のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記工程(d)において、水を前記のPHAが豊富な液に添加し、好ましくは前記のPHAが豊富な液と水とを合わせて、プロペラ、タービン、高剪断力およびこれらの組み合わせから選択される手段によって混合する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記工程(d)において、前記のPHAが豊富な液を水に添加し、好ましくは前記のPHAが豊富な液と水とを合わせて、高剪断力、水コーティングされたシートの層、またはムービングベルト、およびこれらの組み合わせから選択される手段によって混合する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記のPHAが豊富な液を水と混合して、沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと、不純な溶媒液とを形成する工程において、前記のPHAが豊富な液を20℃〜45℃の温度まで冷却し、工程(e)において、不純な溶媒液からの前記の沈殿したポリヒドロキシアルカノエートの回収が、濾過および/または遠心分離によるものであって、回収された沈殿したポリヒドロキシアルカノエートと残りの不純な溶媒液とを生成する、請求項1に記載のプロセス。
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