JP2017523033A - 新規な担持されたアントラキノン系触媒およびクラフト蒸解のためのそれらの使用 - Google Patents
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Abstract
Description
−スチレン、
−遊離基を発生する少なくとも1種の開始剤、
−ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジ(エチレングリコール)ジメタクリレート、アルキル鎖を含む化合物であって、1つもしくは幾つかの基、−((CH2)kO)m(ここで2≦k≦5、1≦m≦3)で中断され、アクリレート、メタクリレート、ビニルもしくはスチレン系官能基でαまたはω位が置換されたアルキル鎖を含む化合物、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される、少なくとも1種の少なくとも2官能性の架橋剤、
−少なくとも1種の細孔形成剤、ならびに、
−少なくとも1種の式(I)のアントラキノン系スチレン系モノマー
−スチレン
−有機基を発生させる少なくとも1種の開始剤、
−上記で規定した、少なくとも2官能性である少なくとも1種の架橋剤、
−少なくとも1種の細孔形成剤、および、
−上記で規定した、式(I)の少なくとも1種のアントラキノン系スチレン系モノマー
本発明によるアントラキノン系触媒は、ラジカル重合として当業者に良く知られ得た方法によって得られる。この方法は、成長およびマクロラジカルの成長によって行われる。非常に短い寿命を与えられたそれらのマクロラジカルは、結合または不均化によって不可逆的に再結合する。
上記のように、重合方法は、重合開始剤を添加することによって開始される。それらの開始剤は、「遊離基を発生する開始剤」と称される。
上記のように、反応媒体はまた、少なくとも1種の架橋剤を含んでいる。
また、反応混合物は、少なくとも1種の細孔形成剤、そして好ましくは少なくとも2種の細孔形成剤を含んでいる。
また、本発明による反応混合物は、上記で規定された式(I)の少なくとも1種のモノマーを含んでいる。
−反応混合物の総質量を基準として10質量%〜30質量%のスチレン、
−反応混合物の総質量を基準として0.1質量%〜5質量%の開始剤、特にはAIBN、
−反応混合物の総質量を基準として10質量%〜30質量%の架橋剤、特にはジ(エチレングリコール)ジメタクリレート、
−反応混合物の総質量を基準として10質量%〜60質量%の細孔形成剤、好ましくはドデカノールおよびトルエンの混合物、ならびに、
−少なくとも10質量%の式(I)の、特には式中でn=2の、アントラキノン系スチレン系モノマー
本発明による触媒は、表面に少なくとも1つのアントラキノン単位を有するポリマー担体を含む、担持された触媒である。このアントラキノン単位は、前述の式(I)のモノマーに由来している。
− 2nm未満の細孔直径(dpores)を有するマイクロ細孔、
− 2nm〜50nmの範囲のdporesを有するメソ細孔、
− 50nm超のdporesを有するマクロ細孔。
1)窒素吸着および脱着測定法(BET)、これは比表面積の測定を可能にする。
2)水銀侵入でのポロシメトリー測定(PIM)、これは細孔のサイズ分布の測定を可能にする。
3)走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)および原子間力顕微鏡(AFM)、これはモノリスのモルフォロジーを評価する可能性を与える。
4)固定相と考えられるモノリスカラムを通した、一連の既知のモル質量標準の溶出時間からの数学的な計算による多孔質構造の測定に用いられる逆立体排除クロマトグラフィー(ISEC)。ISEC測定は、湿潤状態でのモノリスの多孔性を示しており、一方で他の全ての方法は、乾燥材料の多孔性を特徴付け、そしてそれらの多孔性は、それらが液相の存在の下にあっても変わらないと想定されている。更に、窒素吸着および脱着測定法の場合には、吸着等温線の状態が、その材料の多孔性の種類、マクロ−、メソ−、またはマイクロ−多孔性の指標を与える。
また、本発明は、木材の、あるいはリグノセルロース系バイオマスのクラフトまたはアルカリ蒸解を触媒するための、上記の担持されたアントラキノン系触媒の使用に関する。
この例は、以下の式のモノマーの調製に関する。
本発明によるアントラキノン系触媒(モノリス)の合成の重合反応の全体的な体系が、以下に示されている。モノリスの担体が、種々の寸法(直径×高さ=6×40mmまたは10×50mm)のガラス管中に調整される。
例2に示したように、抽出溶媒は、モノリスのアントラキノン官能性(AQ)を定めるために、UV分光測定法によって、その中の未反応のAQwittigモノマーを分析するために、濃縮される。
UV−可視光分析が、Perkin Elmer Lambda 18装置で行われる。
1.触媒の熱安定性
触媒の熱安定性が、熱重量分析(TGA)によって試験された。
本発明による触媒の機械的安定性が以下に記載した試験に従って試験された。
モノリス触媒のモルフォロジーは、以下に記載された異なる技術に従って分析することができる。
モノリスの内部構造が、2〜5kVの範囲の電界放出型のJOEL JMS-6700走査型電子顕微鏡で観察された。乾燥モノリスは、表面での電子の放出を促進するように、JOEL-JFC-1200 Fine Coaterで20秒間堆積された金の層で先ず金属化された。
透過型電子顕微鏡での観察が、モノリスの内部構造を観察するために、80kVでMET CM 10 (FEI)型の装置で行われた。
これらの2つのパラメータを測定するために用いられる方法が、以下に記載される。
モノリスの比表面積が、77Kで、Micrometrics ASAP2100装置での窒素吸着によって、単一の窒素分子のサイズが16.2オングストロームであると仮定して、測定された。これらの試料は、それぞれの測定の前に、脱気され、そして真空下で120℃で24時間乾燥された。
− タイプIの等温線は、マイクロ細孔を専ら有する材料で得られ、マイクロ細孔は、それらの直径はより小さいので、より低い圧力で充填される。
− タイプIIの等温線は、多分子吸着の特徴であり、そしてそれは非多孔性吸着体あるいは、その表面で、吸着された層が徐々に厚くなるマクロ多孔性吸着体で得られる。
− タイプIVの等温吸着は、メソ多孔性吸着体で得られ、そこでは毛管凝縮が起こる。メソ細孔中で毛管現象によって凝縮された窒素の脱着は、可逆性ではない:吸着に比して、脱着のヒステリシスが通常観察される。
− タイプIIIおよびVの等温吸着は、疎水性表面による水蒸気の吸着の場合に観察される。それらは、低い吸着体/被吸着体相互作用を有する材料では非常にまれである。
− タイプVIの等温吸着は、エネルギー的に均質な表面による吸着の場合により最近観察され、その表面では、吸着層が次々に形成される。
水銀の侵入によるポロシメトリーが、細孔のサイズの分布およびマクロ多孔性材料の多孔性の特性を決定するために用いられる。それらの測定が、Micrometrics AutoPore IV 9500装置で、0.4〜1gの範囲の質量の試料について行われる。非湿潤水銀(水銀の接触角、θHgは、関連する表面に応じて、通常110〜160°の範囲に入る)の体積が、水銀に付加される圧力に応じて試料の細孔中に(真空下で)侵入する。
異なる架橋剤でのAQの存在の、多孔性への影響
蒸解は、スマーフィットカッパセルロースドゥピンの回転式蒸解器によって行われる。カイガンショウ(pin maritime)のロータリーカット木材を木屑として、7mmの直径および4mmの厚さを備えた画分を用いるために、異なる寸法の篩によって区分けした。蒸解器は、6つのシェルからなるオートクレーブであり、それらはオイルバス中に浸漬されている。必要とされる湿潤木材の量を決めるために、200gの湿潤木材について、105℃のオーブンに24時間で乾燥度が測定される。それぞれのシェルの中に、4mmの厚さを180g(40%)そして7mmの直径を270g(60%)を含む、450gの木屑(乾燥状態で表して)が導入される。それぞれの蒸解について、我々は、いずれの触媒も含まない3つの対照シェルおよび、触媒の存在する3つのシェルを用意した。
カッパ価=(V−Vwhite)×6×{1+[(25−C)×0.013]}
式中、Vwhiteは、水のみを用いて(いずれのパルプなしに)消費されたNa2S2O3の体積に相当する。
例7.1.
モノリスは、第1の蒸解の間にいずれの損失もなしに、完全に回収され、そして第2の蒸解の間に再度試験される。2回の蒸解の間に、モノリスは、黒液中に保持され、そしていずれかの精製工程なしに用いられる。黒液は、蒸解の最後に、モノリスが同じ膨潤条件および水和条件に保持されることを可能にする。
繊維上の残留リグニン量を考慮するカッパ価(小さければ小さいほどより多く脱リグニンが成し遂げられている)が、分類されたパルプで測定された。この分類は、蒸解されてない繊維から繊維を分離することからなっている。
Claims (11)
- 少なくとも1つのアントラキノン単位を表面に有するポリマー担体を含む、モノリスとしての担持されたアントラキノン系触媒、該担持されたアントラキノン系触媒は、
−スチレン、
−遊離基を発生する少なくとも1種の開始剤、
−ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジ(エチレングリコール)ジメタクリレート、アルキル鎖を含む化合物であって、1つもしくは幾つかの基、−((CH2)kO)m(ここで2≦k≦5、1≦m≦3)で中断され、少なくとも1つのアクリレート、メタクリレート、ビニルもしくはスチレン系官能基でαまたはω位が置換されたアルキル鎖を含む化合物、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される、少なくとも1種の、少なくとも2官能性の架橋剤、
−少なくとも1種の細孔形成剤、ならびに、
−少なくとも1種の式(I)のアントラキノン系スチレン系モノマー
を含む反応混合物のラジカル重合によって得ることができる。 - 前記細孔形成剤が、トルエン、少なくとも10個の炭素原子を含む長鎖アルコール、少なくとも10個の炭素原子を含む長鎖アルカン、エチレングリコールオリゴマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1記載の担持されたアントラキノン系触媒。
- 前記細孔形成剤が、トルエン、少なくとも10個の炭素原子を含む長鎖アルコールおよび少なくとも10個の炭素原子を含む長鎖アルカンからなる群から選択された少なくとも2種の化合物の混合物である、請求項1または2記載の担持されたアントラキノン系触媒。
- 前記細孔形成剤が、ドデカノールおよびトルエンの混合物である、請求項1〜3のいずれか1項記載の担持されたアントラキノン系触媒。
- 前記担持されたアントラキノン系触媒の全質量を基準として、5質量%〜20質量%、好ましくは8質量%〜11質量%のアントラキノンを含む、請求項1〜4のいずれか1項記載の担持されたアントラキノン系触媒。
- 前記反応混合物が、
− 前記反応混合物の全質量を基準として、10質量%〜30質量%のスチレン;
− 前記反応混合物の全質量を基準として、0.1質量%〜5質量%の開始剤;
− 前記反応混合物の全質量を基準として、10質量%〜30質量%の架橋剤;
− 前記反応混合物の全質量を基準として、10質量%〜60質量%の細孔形成剤;および、
− 10質量%未満の、式(I)のアントラキノン系スチレン系モノマー、
を含む、請求項1〜5のいずれか1項記載の担持されたアントラキノン系触媒。 - BET法によって測定された比表面積が20m2/g以上、そして好ましくは20〜200m2/gの範囲である、請求項1〜6のいずれか1項記載の担持されたアントラキノン系触媒。
- ヤング率が100MPa〜400MPaの範囲である、請求項1〜7のいずれか1項記載の担持されたアントラキノン系触媒。
- 請求項1〜8のいずれか1項記載の担持されたアントラキノン系触媒の、木材のクラフト蒸解またはアルカリ蒸解を触媒するための使用。
- 請求項1〜8のいずれか1項記載の担持されたアントラキノン系触媒のモノリスとしての調製方法であって、
−スチレン、
−遊離基を発生する少なくとも1種の開始剤、
−ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジ(エチレングリコール)ジメタクリレート、アルキル鎖を含む化合物であって、1つもしくは幾つかの基、−((CH2)kO)m(ここで2≦k≦5、1≦m≦3)で中断され、少なくとも1つのアクリレート、メタクリレート、ビニルもしくはスチレン系官能基でαまたはω位が置換されたアルキル鎖を含む化合物、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される、少なくとも1種の、少なくとも2官能性の架橋剤、
−少なくとも1種の細孔形成剤、ならびに、
−少なくとも1種の式(I)のアントラキノン系スチレン系モノマー
を含む反応混合物のラジカル重合による、調製方法。 - セルロース系パルプの調製方法であって、木屑の、またはリグノセルロース系バイオマスの、130℃〜180℃の範囲の温度での、30分間〜120分間の、水、請求項1〜8のいずれか1項記載の担持されたアントラキノン系触媒、ならびにソーダおよび/または硫化ナトリウム水溶液の存在下でのクラフト蒸解もしくはアルカリ蒸解工程を含む、調製方法。
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