JP2022103080A - Method for decolorizing lignin, and method for preparing decolorized lignin - Google Patents

Method for decolorizing lignin, and method for preparing decolorized lignin Download PDF

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一洋 敷中
Kazuhiro Shikinaka
敏彰 平
Toshiaki Taira
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Abstract

To provide a method for decolorizing lignin that decolorizes lignin to the extent that it can be applied to various uses.SOLUTION: A method for decolorizing lignin includes reacting a plant or a processed plant containing lignin of 10-50 mass% with a compound represented by one of the general formulae (11)-(13). General formula (11) R-N=C=O, general formula (12) R-COOH, and general formula (13) R-OH (where, R is an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, a halogenated alkyl group, a halogenated aryl group, a sulfonyl group, or a silyl group).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リグニンの脱色方法、及び脱色リグニンの調製方法に関する。 The present invention relates to a method for bleaching lignin and a method for preparing bleached lignin.

木材の90%以上は細胞壁成分で構成され、細胞壁は主成分として、セルロース、ヘミセルロース、リグニンから構成されている。前記主成分のうちリグニンは、木材中に通常20~30%程度存在し、細胞膜同士を接着して中間層を構成する。また木材中のリグニンの一部は、細胞膜にも存在する。
リグニンは、ヒドロキシフェニルプロパンを基本単位とし、縮合して生成した高分子化合物である。リグニンはπ共役が連なっており、芳香族の主鎖構造と有機ラジカルとなり得るフェノール性水酸基を有する。このような構造を有するリグニンは、耐熱フィラー、紫外線吸収剤、抗酸化剤としての機能を有し、エンジニアリングプラスチックなど高機能樹脂素材としての利用が期待される。また、リグニンなどの植物由来の高分子化合物は、環境循環型素材としての機能も期待される。
More than 90% of wood is composed of cell wall components, and the cell walls are mainly composed of cellulose, hemicellulose, and lignin. Of the main components, lignin is usually present in wood in an amount of about 20 to 30%, and the cell membranes are adhered to each other to form an intermediate layer. Some of the lignin in wood is also present in the cell membrane.
Lignin is a polymer compound produced by condensation with hydroxyphenylpropane as a basic unit. Lignin is π-conjugated and has an aromatic backbone structure and a phenolic hydroxyl group that can be an organic radical. Lignin having such a structure has functions as a heat-resistant filler, an ultraviolet absorber, and an antioxidant, and is expected to be used as a high-performance resin material such as engineering plastics. In addition, plant-derived polymer compounds such as lignin are also expected to function as environmentally-circulating materials.

しかし、一般的なリグニンは、茶色ないし黒色に着色している。そのため、リグニンが添加される媒体の色変化を引き起こしたり、リグニンが添加された媒体の光透過性が低いなどの理由から、リグニンの用途は限定されている。
そのため、リグニンを材料用途への展開を拡大させる観点から、リグニンの脱色方法は非常に重要な技術である。
However, common lignin is colored brown or black. Therefore, the use of lignin is limited because it causes a color change of the medium to which lignin is added and the light transmittance of the medium to which lignin is added is low.
Therefore, the lignin decolorization method is a very important technique from the viewpoint of expanding the application of lignin to material applications.

リグニンの脱色方法としては、アゾトバクター(Azotobacter)属に属する微生物や酵素を用いて、生物学的に脱色する方法が特許文献1で提案されている。
しかし、特許文献1に記載の方法で用いる微生物は、植物中のリグニンの分解に寄与する微生物である。そのため、特許文献1に記載の方法で実際に起こっていることは、リグニンの分解による植物の脱色である。そのため、特許文献1に記載の方法では、リグニンの有用性を生かし、各種材料用途への展開を拡大させることは困難である。
As a method for decolorizing lignin, a method for biologically decolorizing using a microorganism or an enzyme belonging to the genus Azotobacter has been proposed in Patent Document 1.
However, the microorganism used in the method described in Patent Document 1 is a microorganism that contributes to the decomposition of lignin in plants. Therefore, what is actually happening by the method described in Patent Document 1 is the decolorization of plants due to the decomposition of lignin. Therefore, it is difficult for the method described in Patent Document 1 to utilize the usefulness of lignin and expand its application to various material applications.

さらに、パルプ廃液などから得られるリグニンが有する水酸基(グアイアコール構造の水酸基やアルコール性水酸基)を化学的手法により修飾することにより、樹脂の耐熱性や硬度、他成分に対する相溶性等を向上させる技術が報告されている(非特許文献1参照)。
しかし、パルプ廃液から得られるリグニンは、抽出時における変性のため性状が安定せず材料としての利用が困難であった。また、抽出時に強酸や強アルカリなどの有害薬品の使用や、加熱を行うため、環境負荷が大きく産業展開が難しい。さらに、リグニンが有する水酸基を修飾処理することによりリグニンを脱色・白色化する技術について報告はされていない。
Furthermore, there is a technology to improve the heat resistance and hardness of the resin, compatibility with other components, etc. by modifying the hydroxyl groups (hydroxyl groups of guaiacol structure and alcoholic hydroxyl groups) of lignin obtained from pulp waste liquid by a chemical method. It has been reported (see Non-Patent Document 1).
However, lignin obtained from pulp waste liquid has unstable properties due to denaturation at the time of extraction, and it is difficult to use it as a material. In addition, since harmful chemicals such as strong acids and strong alkalis are used and heating is performed during extraction, the environmental load is large and industrial development is difficult. Furthermore, there is no report on a technique for decolorizing and whitening lignin by modifying the hydroxyl group of lignin.

特開平9-67785号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-67785

Green Chem., 2016, vol. 18, p. 1175-1200Green Chem., 2016, vol. 18, p. 1175-1200

前述のように、リグニンは機能性物質として期待されている、しかし、リグニン自体が着色しているため、リグニンを適用できる用途が限定されている。
そこで本発明は、各種用途に適用できる程度までリグニンを脱色する、リグニンの脱色方法の提供を課題とする。
また本発明は、各種用途に適用できる脱色リグニンを調製できる、脱色リグニンの調製方法の提供を課題とする。
As mentioned above, lignin is expected as a functional substance, but the coloring of lignin itself limits the applications to which lignin can be applied.
Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for decolorizing lignin, which decolorizes lignin to the extent that it can be applied to various uses.
Another object of the present invention is to provide a method for preparing a decolorized lignin, which can prepare a decolorized lignin applicable to various uses.

本発明者らは上記課題に鑑み、着色したリグニンの脱色方法について検討を重ねた。これまでに、フェノール性水酸基のパラ位のビニル基が電子共役を失っており、紫外線発色団が存在するため、リグニンが着色していると推察されていた。
そして、本発明者らが検討を重ねた結果、リグニンを所定量含有する植物若しくは植物処理物とイソシアネート化合物などの反応性化合物とを反応させ、リグニンの水酸基を修飾することでリグニンの着色度が低下し、脱色したリグニンを調製(抽出)できることを見出した。
本発明はこれらの知見に基づき完成されるに至ったものである。
In view of the above problems, the present inventors have repeatedly studied a method for decolorizing colored lignin. So far, it has been speculated that lignin is colored because the vinyl group at the para-position of the phenolic hydroxyl group has lost its electron conjugation and the presence of an ultraviolet chromophore.
As a result of repeated studies by the present inventors, the degree of coloration of lignin is increased by reacting a plant or a processed plant product containing a predetermined amount of lignin with a reactive compound such as an isocyanate compound and modifying the hydroxyl group of lignin. We have found that reduced and bleached lignin can be prepared (extracted).
The present invention has been completed based on these findings.

本発明の上記課題は、下記の手段により解決された。
(1)リグニンを10~50質量%含有する植物若しくは植物処理物と、下記一般式(11)~(13)のいずれか1つで表される化合物とを反応させる、リグニンを脱色する方法。
R-N=C=O 一般式(11)
R-COOH 一般式(12)
R-OH 一般式(13)
(一般式(11)~(13)において、Rは、アルキル基、アラルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、スルホニル基、又はシリル基を示す。)
The above-mentioned problems of the present invention have been solved by the following means.
(1) A method for decolorizing lignin, which comprises reacting a plant or a processed plant product containing 10 to 50% by mass of lignin with a compound represented by any one of the following general formulas (11) to (13).
RN = C = O General formula (11)
R-COOH general formula (12)
R-OH general formula (13)
(In the general formulas (11) to (13), R represents an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an alkyl halide group, an aryl halide group, a sulfonyl group, or a silyl group.)

(2)リグニンを10~50質量%含有する植物若しくは植物処理物と、前記一般式(11)~(13)のいずれか1つで表される化合物とを反応させ、脱色したリグニンを得る、脱色リグニンの調製方法。 (2) A plant or a processed plant product containing 10 to 50% by mass of lignin is reacted with a compound represented by any one of the general formulas (11) to (13) to obtain bleached lignin. How to prepare bleached lignin.

(3)前記一般式(11)~(13)のいずれか1つで表される化合物が、下記一般式(21)で表されるイソシアネート化合物である、前記(1)又は(2)に記載の方法。

R’-N=C=O 一般式(21)

(一般式(21)において、R’は、アルキル基、アラルキル基、又はアリール基を示す。)
(4)得られる脱色リグニンが粉末状である、前記(1)~(3)のいずれか1項に記載の方法。
(5)前記植物が、スギ(Cryptomeria japonica)、ブナ(Fagus crenata Blume)、マツ属(Pinus)植物、バルサ(Ochroma lagopus)、オオフサモ(Myriophyllum aquaticum)、モウソウチク(Phyllostachys heterocycla)、イネ(Oryza sativa)、パンコムギ(Triticum aestivum)、トウモロコシ(Zea mays subsp. mays (L.) Iltis)、エリアンサス(Erianthus arundinaceus)、ミスカンサス(Miscanthus sinensis)、サトウキビ(Saccharum officinarum)、ヨシ(Phragmites australis)、ジャイアントリード(Arundo donax)、アブラヤシ(oil palm, Elaeis)、ニッパヤシ(Nypa fruticans Wurmb)、サトウヤシ(Arenga pinnata若しくはArenga saccharifera)、ホテイアオイ(Eichhornia crassipes)、センニンモ(Potamogeton maackianus)、オオカナダモ(Egeria densa)、クロモ(Hydrilla verticillata)、コナカダモ(Elodea nuttallii)、アカモク(Sargassum horneri)、ホンダワラ(Sargassum fulvellum)、アオサ(Ulva)、イチイジタ(Caulerpa taxifolia)、ウミブドウ(Caulerpa lentillifera)、及びキリンサイ属(Eucheuma)植物からなる群より選ばれる少なくとも1種の植物である、前記(1)~(4)のいずれか1項に記載の方法。
(6)前記植物処理物が、チッパー処理、乾式粉砕処理、湿式粉砕処理、磨砕処理、糖化処理、発酵処理、蒸解処理、爆砕処理、亜臨界水処理、イオン液体による分解処理、酸処理、塩基処理及びマイクロ波処理からなる群より選ばれる少なくとも1種の処理がされている、前記(1)~(5)のいずれか1項に記載の方法。
(3) The compound represented by any one of the general formulas (11) to (13) is the isocyanate compound represented by the following general formula (21), according to the above (1) or (2). the method of.

R'-N = C = O General formula (21)

(In the general formula (21), R'represents an alkyl group, an aralkyl group, or an aryl group.)
(4) The method according to any one of (1) to (3) above, wherein the obtained decolorized lignin is in the form of powder.
(5) The plants are cedar ( Cryptomeria japonica ), beech ( Fagus crenata Blume), pine genus ( Pinus ) plant, balsa ( Ochroma lagopus ), parrot's feather ( Myriophyllum aquaticum ), moso bamboo ( Phyllostachys heterocycla ), rice ( Oryza ). , Pankomugi ( Triticum aestivum ), Corn ( Zea mays subsp. Mays (L.) Iltis), Erianthus arundinaceus , Miscanthus sinensis , Saccharum officinarum , Yoshi ( Phragmites australis ) Arundo donax , oil palm, Elaeis , Nypa fruticans Wurmb , Arenga pinnata or Arenga saccharifera , Eichhornia crassipes , Potamogeton maackianus , Potamogeton maackianus ), Elodea nuttallii , Sargassum horneri , Sargassum fulvellum , Ulva , Caulerpa taxifolia , Caulerpa lentillifera , and Eucheuma . The method according to any one of (1) to (4) above, which is at least one kind of plant.
(6) The plant-treated product is chipper-treated, dry-crushed, wet-crushed, grinded, saccharified, fermented, digested, crushed, subcritical water-treated, decomposed with ionic liquid, acid-treated, The method according to any one of (1) to (5) above, wherein at least one treatment selected from the group consisting of base treatment and microwave treatment is performed.

本発明によれば、着色しているリグニンを脱色でき、脱色したリグニンを製造できる。本発明により得ることができる脱色したリグニンは、機能性物質として、樹脂組成物、高分子素材、コーティング材、化粧料組成物、自動車部材、建材、接着剤、耐熱性フィラー等の各種媒体に適用することができる。 According to the present invention, colored lignin can be decolorized, and decolorized lignin can be produced. The decolorized lignin that can be obtained by the present invention is applied as a functional substance to various media such as resin compositions, polymer materials, coating materials, cosmetic compositions, automobile parts, building materials, adhesives, and heat-resistant fillers. can do.

実施例1及び2で調製したリグニンのFT-IRスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the FT-IR spectrum of the lignin prepared in Examples 1 and 2. 実施例1で調製したリグニンの紫外可視吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the ultraviolet-visible absorption spectrum of the lignin prepared in Example 1. FIG. 実施例2で調製したリグニンを配合したポリイプシロンカプロラクタム(PCL + リグニン)と、ポリイプシロンカプロラクタム(PCL)単体の熱重量測定結果である。It is the thermogravimetric measurement result of the polyipcilon caprolactam (PCL + lignin) containing the lignin prepared in Example 2 and the polyipcilon caprolactam (PCL) alone.

本発明において、リグニンを10~50質量%含有する植物若しくは植物処理物(以下、「植物原料」ともいう)と、リグニンの水酸基に対する反応性官能基を有する特定の化合物とを反応させ、これらの水酸基を修飾することで、着色しているリグニンを脱色する。
以下、本発明について好ましい態様に基づいて説明する。しかし本発明は、これらに制限するものではない。
In the present invention, a plant or a processed plant product containing 10 to 50% by mass of lignin (hereinafter, also referred to as "plant raw material") is reacted with a specific compound having a reactive functional group for the hydroxyl group of lignin, and these are reacted. By modifying the hydroxyl group, the colored lignin is decolorized.
Hereinafter, the present invention will be described based on a preferred embodiment. However, the present invention is not limited to these.

本発明の処理対象であるリグニンは、植物の細胞壁や細胞膜に存在する高分子化合物である。リグニンは、ヒドロキシフェニルプロパンを基本単位として構成される。リグニンは、針葉樹、広葉樹、イネ科植物などの植物種により、その構成単位である置換芳香族物質の種類や組成を異にする。本発明で処理対象として用いるリグニンは、所定量のリグニンを含むものであれば、いずれの植物から得られたものであってもよい。
また本発明で処理対象は、所定量のリグニンを含有すれば特に制限されず、セルロースやヘミセルロースなど、細胞壁や細胞膜を構成する成分が含まれていてもよい。
The lignin to be treated in the present invention is a polymer compound present in the cell wall or cell membrane of a plant. Lignin is composed of hydroxyphenylpropane as a basic unit. Lignin differs in the type and composition of the substituted aromatic substance, which is a constituent unit thereof, depending on the plant species such as conifers, hardwoods, and gramineous plants. The lignin used as a treatment target in the present invention may be obtained from any plant as long as it contains a predetermined amount of lignin.
Further, in the present invention, the treatment target is not particularly limited as long as it contains a predetermined amount of lignin, and may contain components constituting cell walls and cell membranes such as cellulose and hemicellulose.

本発明の方法において、後述の化合物と反応させる出発物質として、リグニンを10~50質量%含む植物ないし植物処理物を用いる。
以下、本発明で用いる出発物質について、詳細に説明する。
In the method of the present invention, a plant or a processed plant product containing 10 to 50% by mass of lignin is used as a starting material to be reacted with a compound described later.
Hereinafter, the starting material used in the present invention will be described in detail.

リグニンを所定量含む植物については、後述の方法に従いリグニン量を定量し、所定量含む植物原料を本発明に用いる植物として使用することができる。あるいは、坂志朗ら著(2013)『リグニン利用の最新動向』坂志朗監修, 第1章『バイオマスの分類と化学組成』などを参照し、所定量含む植物原料を適宜選択し、本発明で用いることもできる。本発明で用いることができる、リグニンを所定量含む植物の具体例としては、スギ、ブナ、マツ属植物、バルサ、オオフサモ、モウソウチク、イネ(好ましくは、イネワラ、籾殻)、パンコムギ、トウモロコシ、エリアンサス、ミスカンサス、サトウキビ(好ましくは、バガス(Bagasse、サトウキビ搾汁後の残渣)、ヨシ、ジャイアントリード、アブラヤシ、ニッパヤシ、サトウヤシ、ホテイアオイ、センニンモ、オオカナダモ、クロモ、コナカダモ、アカモク、ホンダワラ、アオサ、イチイジタ、ウミブドウ、及びキリンサイ属植物が挙げられる。このうち、スギ、ブナ、マツ属植物、バルサ、モウソウチク、イネ、パンコムギ、トウモロコシ、エリアンサス、ミスカンサス、サトウキビ、ヨシ、ジャイアントリード、アブラヤシ、ニッパヤシ、サトウヤシは、リグニンの含有量が多く、本発明で好ましく用いることができる。
本発明で用いる植物の原料としては、前記植物の任意の部分が使用可能であり、全草、根、塊根、根茎、幹、枝、茎、葉(葉身、葉柄等)、樹皮、樹液、樹脂、花(花弁、子房等)、果実、種子等を用いることができる。また、これらの部位を複数組み合わせて用いてもよい。これらの部位のうち、前記植物の根茎、幹、枝、茎、葉(葉身、葉柄等)、樹皮を用いることが好ましい。
For plants containing a predetermined amount of lignin, the amount of lignin can be quantified according to the method described below, and the plant raw material containing the predetermined amount can be used as the plant used in the present invention. Alternatively, refer to "Latest Trends in Lignin Utilization" by Shiro Saka et al. (2013), supervised by Shiro Saka, Chapter 1 "Biomass Classification and Chemical Composition", etc., and appropriately select plant raw materials containing a predetermined amount and use them in the present invention. You can also do it. Specific examples of plants containing a predetermined amount of lignin that can be used in the present invention include sugar cane, beech, bagasse, bagasse, sugar cane, sugar cane, rice (preferably grass, rice husk), bread wheat, corn, and Erianthus. , Miscanthus, sugar cane (preferably bagasse, residue after sugar cane juice), yoshi, giant reed, abra palm, nippa palm, sugar cane, hoteiaoi, senninmo, corn, kuromo, konakadamo, akamoku, hondawara, aosa Examples include sea grapes and giraffe plants, of which bagasse, beech, pine, bagasse, maize, rice, bread wheat, corn, erianthus, miscanthus, sugar cane, yoshi, giant reed, abra palm, nippa palm, and sugar cane. , Lignin content is high and can be preferably used in the present invention.
As the raw material of the plant used in the present invention, any part of the plant can be used, and the whole plant, root, mass root, rhizome, stem, branch, stem, leaf (leaf blade, peduncle, etc.), bark, sap, etc. Resins, flowers (petals, ovary, etc.), fruits, seeds, etc. can be used. Moreover, you may use a plurality of these parts in combination. Of these sites, it is preferable to use the rhizome, stem, branch, stem, leaf (leaf blade, petiole, etc.) and bark of the plant.

本発明において、前述の植物をそのまま用いてもよいし、所定の処理を前記植物に施した植物処理物を用いてもよい。所定の処理を前記植物に施すことで、後述の化合物との反応性を向上させるとともに、植物原料に含まれるリグニンの量を高めることができる。
前記植物に施す処理としては、坂志朗ら著(2013)『リグニン利用の最新動向』坂志朗監修, 第1章『バイオマスの分類と化学組成』を参考に、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択することができる。例えば、チッパー処理、乾式粉砕処理、湿式粉砕処理、磨砕処理、糖化処理、発酵処理、蒸解処理、爆砕処理、亜臨界水処理、イオン液体による分解処理、酸処理、塩基処理及びマイクロ波処理が挙げられる。このうち、セルラーゼなどを用いた糖化処理(単糖化処理ないし低糖化処理)や、アルコール発酵用酵母を用いた発酵処理が好ましい。
In the present invention, the above-mentioned plant may be used as it is, or a plant-treated product obtained by subjecting the plant to a predetermined treatment may be used. By applying the predetermined treatment to the plant, the reactivity with the compound described later can be improved and the amount of lignin contained in the plant raw material can be increased.
As the treatment applied to the plant, refer to "Latest Trends in Lignin Utilization" by Shiro Saka et al. (2013), supervised by Shiro Saka, Chapter 1 "Biomass Classification and Chemical Composition", as long as the effect of the present invention is not impaired. It can be selected as appropriate. For example, chipper treatment, dry crushing treatment, wet crushing treatment, grinding treatment, saccharification treatment, fermentation treatment, cooking treatment, blasting treatment, sub-critical water treatment, decomposition treatment with ionic liquid, acid treatment, base treatment and microwave treatment. Can be mentioned. Of these, saccharification treatment using cellulase or the like (monosaccharification treatment or low saccharification treatment) or fermentation treatment using yeast for alcohol fermentation is preferable.

天然の植物を本発明における出発物質として用いる場合、坂志朗ら著(2013)『リグニン利用の最新動向』坂志朗監修, 第1章『バイオマスの分類と化学組成』などを参照してリグニンの含有量を決定することができる。あるいは、後述の実施例で示す方法などにより所定の処理を行った処理物に含まれるリグニン量を測定することもできる。 When using a natural plant as a starting material in the present invention, refer to "Latest Trends in Lignin Utilization" by Shiro Saka et al. (2013), supervised by Shiro Saka, Chapter 1, "Classification and Chemical Composition of Biomass", etc. The amount can be determined. Alternatively, it is also possible to measure the amount of lignin contained in the treated product that has been subjected to a predetermined treatment by the method shown in Examples described later.

リグニンは、芳香族化合物残基の骨格内で、フェノール性水酸基のパラ位のビニル基が電子共役を失っているため、紫外線発色団を有すると言われている(Green Chem., 2016, vol. 18, p. 1175-1200;高部圭司著 (2013) 『リグニン利用の最新動向』坂志郎監修, 第2章『バイオマス細胞でのリグニン分布と構造の多様性』など参照)。リグニンにこのような紫外線発色団が存在するため、茶色ないし黒色に着色していると推察される。よって共有結合を介し、リグニンの水酸基に有機側鎖を修飾し、リグニンの紫外線発色団を被包することで脱色できると考えた。
そこで本発明では、リグニンと、下記一般式(11)~(13)のいずれか1つで表される化合物(以下単に、「反応性化合物」ともいう)とを反応させ、リグニンの水酸基を化学的に修飾する。
Lignin is said to have an ultraviolet chromophore because the vinyl group at the para-position of the phenolic hydroxyl group loses electron conjugation in the skeleton of aromatic compound residues (Green Chem., 2016, vol. 18, p. 1175-1200; Keiji Takabe (2013) "Latest Trends in Lignin Utilization", supervised by Shiro Saka, see Chapter 2, "Lignin Distribution and Structural Diversity in Phenolic Cells"). Since such an ultraviolet chromophore exists in lignin, it is presumed that it is colored brown or black. Therefore, it was considered that decolorization can be achieved by modifying the hydroxyl group of lignin with an organic side chain via a covalent bond and encapsulating the ultraviolet chromophore of lignin.
Therefore, in the present invention, lignin is reacted with a compound represented by any one of the following general formulas (11) to (13) (hereinafter, also simply referred to as “reactive compound”) to chemically chemically the hydroxyl group of lignin. To qualify.

R-N=C=O 一般式(11)
R-COOH 一般式(12)
R-OH 一般式(13)

一般式(11)~(13)において、Rは、アルキル基、アラルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、スルホニル基、シリル基を示す。
RN = C = O General formula (11)
R-COOH general formula (12)
R-OH general formula (13)

In the general formulas (11) to (13), R represents an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an alkyl halide group, an aryl halide group, a sulfonyl group and a silyl group.

本発明によりリグニンが脱色されるメカニズムの詳細は明らかではないが、次のようなことが考えられる。すなわち、フェノール性水酸基が修飾されることで、電子共役の回復が起こりかつ、リグニンの芳香環のπ-π相互作用が阻害される。また、リグニンの水酸基を介し化学的に修飾された有機側鎖が、リグニンの紫外線発色団を覆う。その結果、リグニンによる光吸収が抑制され、リグニンが脱色されると推察できる。
なお、本発明で用いる反応性化合物は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組合わせて用いてもよい。
Although the details of the mechanism by which lignin is decolorized by the present invention are not clear, the following can be considered. That is, the modification of the phenolic hydroxyl group causes the restoration of electron conjugation and inhibits the π-π interaction of the aromatic ring of lignin. In addition, an organic side chain chemically modified via the hydroxyl group of lignin covers the ultraviolet chromophore of lignin. As a result, it can be inferred that the light absorption by lignin is suppressed and the lignin is decolorized.
The reactive compound used in the present invention may be used alone or in combination of two or more.

一般式(11)において、Rは、アルキル基、アラルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、スルホニル基、シリル基を示す。このうち、反応生成物の有機溶媒への溶解性から、Rはアルキル基、アラルキル基又はアリール基が好ましく、炭素原子数が2~18のアルキル基、炭素原子数が7~24のアラルキル基又は炭素原子数が7~24のアリール基が好ましく、炭素原子数が6~12のアルキル基、炭素原子数が7~18のアラルキル基又は炭素原子数が7~18のアリール基がより好ましい。
一般式(11)で表される反応性化合物(イソシアネート化合物)の具体例としては、エチルイソシアネート、プロピルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ペンチルイソシアネート、ヘキシルイソシアネート、ヘキシルジイソシアネート、ヘプチルイソシアネート、オクチルイソシアネート、デシルイソシアネート、ドデシルイソシアネート、テトラデシルイソシアネート、オクタデシルイソシアネートなどのアルキルイソシアネート、ベンジルイソシアネート、フェネチルイソシアネート、1,3-ビス(2-イソシアナト-2-プロピル)ベンゼン、ナフチルエチルイソシアネート、メチルベンジルイソシアネート、3-イソプロピル-α,α-ジメチルベンジルイソシアネート、トシルイソシアネート、キシレンジイソシアネートなどのアラルキルイソシアネート、フェニルイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ジメチルフェニルイソシアネート、エトキシフェニルイソシアネート、アセチルフェニルイソシアネート、ブチルフェニルイソシアネート、ジイソプロピルフェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネート、ニトロフェニルイソシアネート、ビフェニルイソシアネート、トシル-2,6-ジイソシアネート、4-エチルフェニルイソシアナート、メトキシフェニルイソシアネート、ナフタリン-1,5-ジイソシアナート、2-メトキシフェニルイソシアネートなどのアリールイソシアネート、クロロプロピルイソシアネート、トリクロロアセチルイソシアネートなどのハロゲン化アルキルイソシアネート、クロロフェニルイソシアネート、ブロモフェニルイソシアネート、ジクロロフェニルイソシアネート、トリクロロフェニルイソシアネート、クロロメチルフェニルイソシアネート、クロロニトロフェニルイソシアネート、フルオロフェニルイソシアネート、ジフルオロフェニルイソシアネート、トリフルオロメチルフェニルイソシアネート、トリフルオロメトキシフェニルイソシアネート、ビス(トリフルオロメチル)フェニルイソシアネート、クロロ(トリフルオロメチル)フェニルイソシアネートなどのハロゲン化アリールイソシアネート、クロロスルフォニルイソシアネート、ベンジルスルホニルイソシアネート、トルエンスルフォニルイソシアネートなどのスルホニルイソシアネート、トリメチルシリルイソシアネートなどのシリルイソシアネートが挙げられる。このうち、アルキルイソシアネート、アラルキルイソシアネート又はアリールイソシアネートが好ましく、ヘキシルイソシアネート、ヘキシルジイソシアネート、ヘプチルイソシアネート、オクタデシルイソシアネート、ドデシルイソシアネート、ベンジルイソシアネート、フェネチルイソシアネート、ジイソプロピルフェニルイソシアネートがより好ましい。
In the general formula (11), R represents an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an alkyl halide group, an aryl halide group, a sulfonyl group and a silyl group. Of these, R is preferably an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group from the viewpoint of solubility of the reaction product in an organic solvent, an alkyl group having 2 to 18 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 24 carbon atoms or an aralkyl group having 7 to 24 carbon atoms. An aryl group having 7 to 24 carbon atoms is preferable, an alkyl group having 6 to 12 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 7 to 18 carbon atoms is more preferable.
Specific examples of the reactive compound (isocyanate compound) represented by the general formula (11) include ethyl isocyanate, propyl isocyanate, butyl isocyanate, pentyl isocyanate, hexyl isocyanate, hexyl diisocyanate, heptyl isocyanate, octyl isocyanate, decyl isocyanate and dodecyl. Alkyl isocyanate such as isocyanate, tetradecyl isocyanate, octadecyl isocyanate, benzyl isocyanate, phenethyl isocyanate, 1,3-bis (2-isocyanato-2-propyl) benzene, naphthylethyl isocyanate, methylbenzyl isocyanate, 3-isopropyl-α, α -Aralkyl isocyanate such as dimethylbenzyl isocyanate, tosyl isocyanate, xylenediisocyanate, phenylisocyanate, phenylenediocyanate, dimethylphenylisocyanate, ethoxyphenylisocyanate, acetylphenylisocyanate, butylphenylisocyanate, diisopropylphenylisocyanate, naphthylisocyanate, nitrophenylisocyanate, biphenylisocyanate , Tosyl-2,6-diisocyanate, 4-ethylphenylisocyanate, methoxyphenylisocyanate, naphthalin-1,5-diisocyanate, arylisocyanate such as 2-methoxyphenylisocyanate, halogen such as chloropropylisocyanate and trichloroacetylisocyanate. Alkyl isocyanate, chlorophenyl isocyanate, bromophenylisocyanate, dichlorophenylisocyanate, trichlorophenylisocyanate, chloromethylphenylisocyanate, chloronitrophenylisocyanate, fluorophenylisocyanate, difluorophenylisocyanate, trifluoromethylphenylisocyanate, trifluoromethoxyphenylisocyanate, bis ( Examples thereof include halogenated aryl isocyanates such as trifluoromethyl) phenyl isocyanate and chloro (trifluoromethyl) phenyl isocyanate, sulfonyl isocyanates such as chlorosulfonyl isocyanate, benzyl sulfonyl isocyanate and toluene sulfonyl isocyanate, and silyl isocyanates such as trimethylsilyl isocyanate. Of these, alkyl isocyanates, aralkyl isocyanates or aryl isocyanates are preferable, and hexyl isocyanates, hexyl diisocyanates, heptyl isocyanates, octadecyl isocyanates, dodecyl isocyanates, benzyl isocyanates, phenethyl isocyanates and diisopropylphenyl isocyanates are more preferable.

一般式(12)におけるRは一般式(11)のRと同義であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(12)で用いる反応性化合物(カルボン酸)の具体例としては、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、3-(2-アミノ-2-オキソエチル)-5-メチルヘキサン、5-アジドペンタン酸、クロトン酸、シアノ酢酸、アミノシナミン酸、アトロラクチン酸、(アミノメチル)フェニル酢酸、2-フェニルアクリル酸、3-アミノけい皮酸、安息香酸、2-アミノ-4,5-ジメチル安息香酸、アントラセンカルボン酸、3-クロロプロピオン酸、5-クロロペンタン酸、2,3-ジクロロイソ酪酸、3-ブロモプロピオン酸、3-ブロモ-2-オキソプロピオン酸、2-ブロモイソ酪酸、9-ブロモノナン酸、2,3-ジブロモプロピオン酸、3-ヨードプロピオン酸、3-アミノ-3-(4-クロロフェニル)プロピオン酸、2-アセトアミド-5-ブロモ安息香酸、4-(ブロモメチル)フェニル酢酸、4-ブロモけい皮酸、4-(2-ブロモエチル)安息香酸、2-(p-トルエンスルホニル)酢酸、3-(トリメチルシリル)プロピオール酸が挙げられる。このうち、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸が好ましい。
R in the general formula (12) is synonymous with R in the general formula (11), and the preferred range is also the same.
Specific examples of the reactive compound (carboxylic acid) used in the general formula (12) include propanoic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, and tetradecanoic acid. Hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, octadecanoic acid, 3- (2-amino-2-oxoethyl) -5-methylhexane, 5-azidopentanoic acid, crotonic acid, cyanoacetic acid, aminocinamic acid, atrolactic acid, (aminomethyl) phenyl Acetic acid, 2-phenylacrylic acid, 3-aminocapacic acid, benzoic acid, 2-amino-4,5-dimethylbenzoic acid, anthracenecarboxylic acid, 3-chloropropionic acid, 5-chloropentanoic acid, 2,3- Dichloroisobutyric acid, 3-bromopropionic acid, 3-bromo-2-oxopropionic acid, 2-bromoisobutyric acid, 9-bromononanoic acid, 2,3-dibromopropionic acid, 3-iodopropionic acid, 3-amino-3-( 4-Chlorophenyl) propionic acid, 2-acetamide-5-bromobenzoic acid, 4- (bromomethyl) phenylacetic acid, 4-bromosilky acid, 4- (2-bromoethyl) benzoic acid, 2- (p-toluenesulfonyl) Examples include acetic acid and 3- (trimethylsilyl) propiole acid. Of these, caproic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, and dodecanoic acid are preferable.

一般式(13)におけるRは一般式(11)のRと同義であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(13)で用いる反応性化合物(アルコール)の具体例としては、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ドデカノール、テトラデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール、ドコサノール、イコサノール、ベンジルオキシプロパノール、シンナミルアルコール、シクロヘキシルプロパノール、フェノキシプロパノール(クロロ・ヨード)ブロモエタノール、(クロロ)ブロモプロパノール、(クロロ)ブロモペンタノール、(クロロ)ブロモエキサノール、ブロモウンデシルアルコール、ブロモデカノール、2-[(3-アミノフェニル)スルホニル]エタノールが挙げられる。このうち、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ドデカノールが好ましい。
R in the general formula (13) is synonymous with R in the general formula (11), and the preferred range is also the same.
Specific examples of the reactive compound (alcohol) used in the general formula (13) include ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol, dodecanol, tetradecanol, hexadecanol, and heptadeca. Nord, octadecanol, docosanol, icosanol, benzyloxypropanol, cinnamyl alcohol, cyclohexylpropanol, phenoxypropanol (chloro-iodo) bromoethanol, (chloro) bromopropanol, (chloro) bromopentanol, (chloro) bromoexanol , Bromoundecyl alcohol, bromodecanol, 2-[(3-aminophenyl) sulfonyl] ethanol. Of these, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol, and dodecanol are preferable.

本発明において前記反応性化合物は、下記一般式(21)で表されるイソシアネート化合物が好ましい。

R’-N=C=O 一般式(21)

一般式(21)において、R’は、アルキル基、アラルキル基、又はアリール基を示す。R’で示されるアルキル基、アラルキル基及びアリール基は、一般式(11)~(13)においてRで示されるアルキル基、アラルキル基及びアリール基とそれぞれ同義であり、好ましい範囲も同様である。
In the present invention, the reactive compound is preferably an isocyanate compound represented by the following general formula (21).

R'-N = C = O General formula (21)

In the general formula (21), R'represents an alkyl group, an aralkyl group, or an aryl group. The alkyl group, aralkyl group and aryl group represented by R'have the same meaning as the alkyl group, aralkyl group and aryl group represented by R in the general formulas (11) to (13), respectively, and the preferable range is also the same.

リグニンの水酸基の修飾方法に特に制限はなく、例えばフェノール性水酸基を修飾する場合、ビニル基の電子共役が回復し、リグニンの芳香環のπ-π相互作用を阻害する修飾方法が好ましい。本発明においては、リグニンと反応性化合物との反応により、ウレタン結合、エステル結合及びエーテル結合からなる群より選ばれる少なくとも1つの結合が形成される。
本発明におけるウレタン結合、エステル結合及びエーテル結合の形成について、下記に示す一般式(1)~(3)に基づいて、詳細に説明する。なお、リグニンは、ランダムなラジカルカップリング反応により高度に重合することにより複雑な構造を形成する、巨大な高分子化合物である。よってリグニンの構造は未だにはっきりと解明されていない。そこで本明細書において、リグニンの化学構造を表す場合、グアイアコール構造と、フェノール性水酸基のパラ位のビニル基のみを詳細に記載し、その他の部分を省略ないし簡略化して記載する。さらに、実際のリグニンでは、フェノール性水酸基のパラ位のビニル基に置換基が結合し、全体として複雑な芳香族主鎖構造を形成する。しかし本願明細書において、このような置換基のビニル基への結合も省略する。また、ビニル基に結合した置換基は、アルコール性水酸基を有する場合もある。このようなアルコール性水酸基についても記載を省略する。
なお、本明細書において、複雑な芳香族主鎖構造を形成するリグニンのうち、1つのグアイアコール構造に着目してリグニンの化学構造を表している。よって、本発明で用いる反応性化合物が分子内に反応性官能基を2つ以上有する場合、1つの反応性官能基がフェノール性水酸基と反応し、残りの反応性官能基は未反応の状態で便宜上記載している。しかし、リグニンにはフェノール性水酸基やアルコール性水酸基が多数存在するため、実際は残りの反応性官能基は未反応の状態ではなく、他のフェノール性水酸基やアルコール性水酸基と反応し、複雑な構造が形成されている。
The method for modifying the hydroxyl group of lignin is not particularly limited. For example, when modifying a phenolic hydroxyl group, a modification method in which the electron conjugation of the vinyl group is restored and the π-π interaction of the aromatic ring of lignin is inhibited is preferable. In the present invention, the reaction of lignin with a reactive compound forms at least one bond selected from the group consisting of urethane bonds, ester bonds and ether bonds.
The formation of urethane bonds, ester bonds and ether bonds in the present invention will be described in detail based on the general formulas (1) to (3) shown below. Lignin is a huge polymer compound that forms a complicated structure by highly polymerizing by a random radical coupling reaction. Therefore, the structure of lignin has not yet been clearly elucidated. Therefore, in the present specification, when expressing the chemical structure of lignin, only the guaiacol structure and the vinyl group at the para-position of the phenolic hydroxyl group are described in detail, and the other parts are omitted or simplified. Furthermore, in actual lignin, a substituent is bonded to the vinyl group at the para position of the phenolic hydroxyl group to form a complex aromatic backbone structure as a whole. However, in the present specification, the bond of such a substituent to the vinyl group is also omitted. Further, the substituent bonded to the vinyl group may have an alcoholic hydroxyl group. The description of such an alcoholic hydroxyl group is also omitted.
In this specification, the chemical structure of lignin is expressed by focusing on one guaiacol structure among the lignins forming a complicated aromatic main chain structure. Therefore, when the reactive compound used in the present invention has two or more reactive functional groups in the molecule, one reactive functional group reacts with the phenolic hydroxyl group, and the remaining reactive functional groups remain unreacted. It is described for convenience. However, since lignin has many phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups, the remaining reactive functional groups are not in an unreacted state, but react with other phenolic hydroxyl groups and alcoholic hydroxyl groups, resulting in a complicated structure. It is formed.

Figure 2022103080000001
Figure 2022103080000001

一般式(1)は、一般式(11)で表される反応性化合物を用いた場合の反応式を示す。一般式(1)において、リグニンのグアイアコール構造の水酸基とイソシアネート化合物との付加反応により、ウレタン結合が形成される。一般式(1)には示されていないアルコール性水酸基についても、一般式(11)で表される反応性化合物との付加反応により、ウレタン結合が形成される。 The general formula (1) shows a reaction formula when the reactive compound represented by the general formula (11) is used. In the general formula (1), a urethane bond is formed by an addition reaction between a hydroxyl group having a guaiacol structure of lignin and an isocyanate compound. For alcoholic hydroxyl groups not represented by the general formula (1), urethane bonds are formed by an addition reaction with the reactive compound represented by the general formula (11).

Figure 2022103080000002
Figure 2022103080000002

一般式(2)は、一般式(12)で表される反応性化合物を用いた場合の反応式を示す。一般式(2)において、リグニンのグアイアコール構造の水酸基とカルボン酸との縮合反応により、エステル結合が形成される。一般式(2)には示されていないアルコール性水酸基についても、一般式(12)で表される反応性化合物との縮合反応により、エステル結合が形成される。 The general formula (2) shows a reaction formula when the reactive compound represented by the general formula (12) is used. In the general formula (2), an ester bond is formed by a condensation reaction between a hydroxyl group having a guaiacol structure of lignin and a carboxylic acid. Even for alcoholic hydroxyl groups not represented by the general formula (2), an ester bond is formed by a condensation reaction with the reactive compound represented by the general formula (12).

Figure 2022103080000003
Figure 2022103080000003

一般式(3)は、一般式(13)で表される反応性化合物を用いた場合の反応式を示す。一般式(3)において、リグニンのグアイアコール構造の水酸基とアルコールとの縮合反応により、エーテル結合が形成される。一般式(3)には示されていないアルコール性水酸基についても、一般式(13)で表される反応性化合物との縮合反応により、エーテル結合が形成される。 The general formula (3) shows a reaction formula when the reactive compound represented by the general formula (13) is used. In the general formula (3), an ether bond is formed by a condensation reaction between a hydroxyl group having a guaiacol structure of lignin and an alcohol. For alcoholic hydroxyl groups not represented by the general formula (3), an ether bond is formed by a condensation reaction with the reactive compound represented by the general formula (13).

リグニンと反応性化合物との反応後のリグニンの構造を下記に具体的に示す。しかし本発明は、これらに制限するものではない。 The structure of lignin after the reaction between lignin and the reactive compound is specifically shown below. However, the present invention is not limited to these.

Figure 2022103080000004
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Figure 2022103080000005
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リグニンの水酸基を修飾するための反応条件に特に制限はなく、常法で実施されている条件を適宜選択することができる。
例えば、水、エタノール、メタノール、イソプロパノール、n-ブタノールなどのアルコール、ギ酸、酢酸などのカルボン酸、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンなどから溶媒を適宜選択し、選択した溶媒中で、植物原料と反応性化合物とを混合する。本発明で用いる反応系の溶媒は、溶解性の観点から水、エタノール及びこれらの混合物が好ましい。植物原料と反応性化合物との混合割合も適宜選択することができ、植物原料に含まれるリグニンの水酸基に対して化学量論的に等モル以上の反応性化合物と、植物原料とを混合することが好ましい。例えば、植物原料に対する質量比で等量~9倍量の反応性化合物を植物原料と混合することが好ましい。
The reaction conditions for modifying the hydroxyl group of lignin are not particularly limited, and the conditions carried out by a conventional method can be appropriately selected.
For example, a solvent is appropriately selected from water, ethanol, methanol, isopropanol, alcohol such as n-butanol, carboxylic acid such as formic acid and acetic acid, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone and the like, and in the selected solvent. , The plant material and the reactive compound are mixed. The solvent of the reaction system used in the present invention is preferably water, ethanol or a mixture thereof from the viewpoint of solubility. The mixing ratio of the plant raw material and the reactive compound can also be appropriately selected, and the reactive compound having a stoichiometric equimolar or more with respect to the hydroxyl group of lignin contained in the plant raw material is mixed with the plant raw material. Is preferable. For example, it is preferable to mix an equal amount to 9 times the mass ratio of the reactive compound with the plant material with the plant material.

植物原料と反応性化合物との混合後、混合物を静置してリグニンと反応性化合物とを反応させてもよいが、混合物を撹拌してリグニンと反応性化合物とを反応させることが好ましい。反応温度は20~150℃が好ましく、20~60℃がより好ましい。反応時間は3~24時間が好ましく、3~5時間がより好ましい。 After mixing the plant material and the reactive compound, the mixture may be allowed to stand to react the lignin with the reactive compound, but it is preferable to stir the mixture to react the lignin with the reactive compound. The reaction temperature is preferably 20 to 150 ° C, more preferably 20 to 60 ° C. The reaction time is preferably 3 to 24 hours, more preferably 3 to 5 hours.

植物原料と反応性化合物との反応は、過剰量の溶媒を反応系に添加することで終了させることができる。なお、化学反応後の生成物は、フィルターろ過やカラムクロマトグラフィーなど常法に従い、未反応物を取り除いて脱色リグニンを分離、精製することができる。なお、反応生成物の分離や精製に用いる溶媒に特に制限はないが、反応生成物の脱色度を維持するため、エタノールなどのアルコール溶媒を用いることが好ましい。さらに、化学反応後に反応系の溶媒を常法により除去することで、粉末状の脱色リグニンを得ることができる。 The reaction between the plant material and the reactive compound can be terminated by adding an excess amount of solvent to the reaction system. After the chemical reaction, the unreacted product can be removed from the product according to a conventional method such as filter filtration or column chromatography to separate and purify the decolorized lignin. The solvent used for separation and purification of the reaction product is not particularly limited, but it is preferable to use an alcohol solvent such as ethanol in order to maintain the degree of decolorization of the reaction product. Further, by removing the solvent of the reaction system by a conventional method after the chemical reaction, powdery decolorized lignin can be obtained.

上述の工程を経ることで、脱色したリグニンを得ることができる。本明細書において「脱色」とは、リグニンの着色度が減少することを意味し、着色度の測定装置や外観を目視することで、リグニンの脱色を確認することができる。 By going through the above steps, bleached lignin can be obtained. As used herein, the term "bleaching" means that the degree of coloring of lignin is reduced, and the decolorization of lignin can be confirmed by visually observing the measuring device for the degree of coloring and the appearance.

なお、リグニンを樹脂組成物、高分子素材、コーティング材、化粧料組成物、自動車部材、建材、接着剤、耐熱性フィラー等の各種媒体に適用するため、本発明の方法により得られるリグニンの白色度が高いことが好ましく、L*a*b*色空間におけるL*値が80以上である白色リグニンがより好ましい。L*a*b*色空間は補色空間の1種で、明度を示す次元L*と、補色次元のa*及びb*を持ち、CIE XYZ色空間の座標を非線形に圧縮したものに基づいている。本明細書において「白色」とは、L*a*b*色空間におけるL*値が80以上と定義する。L*値、a*値、b*値は、JIS Z 8781-4:2013に従い測定することができる。
リグニンの白色度(L*値)は、植物原料や反応性化合物、反応溶媒、反応温度・時間、反応生成物の分離・精製方法を適宜選択することで調整することができる。例えば、木材などから植物原料を調製する際に塩基と硫黄が共存した反応を行ったため、原料にこれらの成分またはこれらの成分が誘起する化学反応で生じる発色団が含まれる場合、反応生成物の脱色度が低下し、所望のL*値を達成できない場合がある。この場合、塩基や硫黄などの成分を植物原料から除去することが好ましい。
Since lignin is applied to various media such as resin compositions, polymer materials, coating materials, cosmetic compositions, automobile parts, building materials, adhesives, and heat-resistant fillers, the white color of lignin obtained by the method of the present invention is used. The degree is preferably high, and white lignin having an L * value of 80 or more in the L * a * b * color space is more preferable. The L * a * b * color space is a kind of complementary color space, which has a dimension L * indicating lightness and complementary color dimensions a * and b *, and is based on a non-linear compression of the coordinates of the CIE XYZ color space. There is. As used herein, "white" is defined as having an L * value of 80 or more in the L * a * b * color space. L * value, a * value, and b * value can be measured according to JIS Z 8781-4: 2013.
The whiteness (L * value) of lignin can be adjusted by appropriately selecting a plant material, a reactive compound, a reaction solvent, a reaction temperature / time, and a method for separating / purifying the reaction product. For example, when a plant raw material is prepared from wood or the like, a reaction in which a base and sulfur coexist is performed, and therefore, when the raw material contains these components or a color-developing group generated by a chemical reaction induced by these components, the reaction product is produced. The degree of bleaching may decrease and the desired L * value may not be achieved. In this case, it is preferable to remove components such as bases and sulfur from the plant raw materials.

また、本発明で得られる脱色リグニンの溶液をPET板やガラス板などの適当な支持体に塗布し、溶液を乾燥させることで、リグニンを含む透明膜を作製できる。また、本発明で得られる脱色リグニンは、耐熱フィラー、接着剤などの機能を有する。そのため、樹脂組成物、高分子素材、コーティング材、化粧料組成物、自動車部材、建材等の媒体に本発明で得られる脱色リグニンを配合することで、媒体が本来する色の変化を引き起こすことなく、リグニンが有する機能を媒体に付与することができる。
なお、本発明において、リグニンの溶液を調製するための溶媒としては特に制限はなく、本発明で用いる反応性化合物の物性に合わせて適宜選択することができる。具体例としては、エタノール、アセトン、クロロホルム、アセトアミド、アセトニトリル、イソプロパノール、1,4-ジオキサン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、トルエン、ニトロベンゼン、ヘキサン、メタノール等が挙げられる。
Further, a transparent film containing lignin can be produced by applying the decolorized lignin solution obtained in the present invention to an appropriate support such as a PET plate or a glass plate and drying the solution. Further, the decolorizing lignin obtained in the present invention has functions such as a heat-resistant filler and an adhesive. Therefore, by blending the decolorizing lignin obtained in the present invention with a medium such as a resin composition, a polymer material, a coating material, a cosmetic composition, an automobile member, or a building material, the medium does not cause a change in the original color. , The function of lignin can be imparted to the medium.
In the present invention, the solvent for preparing the lignin solution is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the physical characteristics of the reactive compound used in the present invention. Specific examples include ethanol, acetone, chloroform, acetamide, acetonitrile, isopropanol, 1,4-dioxane, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, toluene, nitrobenzene, hexane, methanol and the like.

本発明の方法で行う反応は、高温・高圧下での強酸・強塩基を用いた蒸解処理などを行う既存技術に比して、穏やかな反応条件で行われる。そのため、リグニンの脱色・白色化と併せて、リグニンの成分変性が抑制されている。よって、本発明の方法により得られるリグニンは、従来の方法により得られるリグニンと比べ、各種素材としての利用が促進される。 The reaction carried out by the method of the present invention is carried out under mild reaction conditions as compared with the existing technique of performing a cooking treatment using a strong acid / strong base under high temperature and high pressure. Therefore, along with the decolorization and whitening of lignin, the component denaturation of lignin is suppressed. Therefore, the lignin obtained by the method of the present invention is promoted to be used as various materials as compared with the lignin obtained by the conventional method.

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
<スギおがくず分散液の調製>
スギおがくず((有)大宗より入手)0.6gを3wt%となるように超純水9.4mLとエタノール10mLと混合し、スギおがくず分散液を調製した。
Example 1
<Preparation of Sugi sawdust dispersion>
Sugi sawdust (obtained from Daisou Co., Ltd.) 0.6 g was mixed with 9.4 mL of ultrapure water and 10 mL of ethanol so as to be 3 wt% to prepare a Sugi sawdust dispersion.

<ウレタン結合の形成>
得られた分散液20mLに対して、ヘキシルイソシアネート(東京化成工業社製)2mLを滴下し、混合物を50℃、1気圧で5時間撹拌し、ウレタン結合形成反応を行った。
その後、過剰量のエタノールを加えて混合物を洗浄し、沈殿物(未反応のスギおがくず)をデカンテーションした後、フィルターろ過で未反応物(未反応イソシアナートなど)を取り除して乾燥し、白色の粉体を回収した。
<Formation of urethane bond>
To 20 mL of the obtained dispersion, 2 mL of hexyl isocyanate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise, and the mixture was stirred at 50 ° C. and 1 atm for 5 hours to carry out a urethane bond forming reaction.
Then, an excess amount of ethanol is added to wash the mixture, the precipitate (unreacted sawdust) is decanted, and then the unreacted material (unreacted isocyanate, etc.) is removed by filter filtration and dried. The white powder was recovered.

ウレタン結合形成反応前のスギおがくずは着色していた。このスギおがくずに対して、ヘキシルイソシアネートを用いてウレタン結合形成反応を行うことで、着色したスギおがくず(リグニン)が白色化した。さらに、得られた粉体(リグニン)0.05gをクロロホルム及びエタノールそれぞれ1mLに添加すると、粉体(リグニン)はこれらの有機溶媒の全てにおいて溶解した。 Sugi sawdust before the urethane bond formation reaction was colored. By performing a urethane bond forming reaction on this Sugi sawdust using hexyl isocyanate, the colored Sugi sawdust (lignin) was whitened. Further, when 0.05 g of the obtained powder (lignin) was added to 1 mL each of chloroform and ethanol, the powder (lignin) was dissolved in all of these organic solvents.

実施例2
ヘキシルイソシアネートに代えてドデシルイソシアネート(東京化成工業社製)を用いてウレタン結合形成反応を行った以外は実施例1と同様にして、粉体を調製した。その結果、得られた粉体(リグニン)は白色化していた。さらに、得られた粉体(リグニン)0.05gをクロロホルム及びエタノールそれぞれ1mLに添加すると、粉体(リグニン)はこれらの有機溶媒の全てにおいて溶解した。
Example 2
A powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that the urethane bond forming reaction was carried out using dodecyl isocyanate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) instead of hexyl isocyanate. As a result, the obtained powder (lignin) was whitened. Further, when 0.05 g of the obtained powder (lignin) was added to 1 mL each of chloroform and ethanol, the powder (lignin) was dissolved in all of these organic solvents.

実施例3
<スギ木粉の糖化残渣の調製>
チョッパーミルとハンマーミルにて粉砕して調製した、約0.7mm径のスギ木粉2kgを10重量%になるように水(18L)に分散した。得られた試料を2mmのジルコニアビーズを入れた湿式ビーズミル(LME4;アシザワファインテック社製)で6時間湿式粉砕処理した。
得られたスラリー状試料に糖化酵素(セルラーゼ、GODO-TCF;合同酒精社製)を前記植物に対する濃度が0.2mL/gとなるように添加し、50℃、24時間で酵素糖化処理を行った。さらに、アルコール発酵用酵素(清酒用乾燥酵母、型番:901号酵母、入手先:きょうかい酵母)を加え、30℃で5日間並行複発酵を行った。
得られたスラリー状試料を9000rpmで10分間遠心分離を行い、沈殿物を糖化残渣(リグニン・多糖複合物)として回収した。
Example 3
<Preparation of saccharified residue of Sugi wood flour>
2 kg of Sugi wood powder with a diameter of about 0.7 mm prepared by crushing with a chopper mill and a hammer mill was dispersed in water (18 L) so as to be 10% by weight. The obtained sample was wet pulverized for 6 hours with a wet bead mill (LME4; manufactured by Ashizawa Finetech) containing 2 mm zirconia beads.
A saccharifying enzyme (cellulase, GODO-TCF; manufactured by Godo Shusei Co., Ltd.) was added to the obtained slurry-like sample so that the concentration with respect to the plant was 0.2 mL / g, and the enzyme saccharification treatment was performed at 50 ° C. for 24 hours. .. Further, an enzyme for alcohol fermentation (dried yeast for sake, model number: 901 yeast, source: Kyokai yeast) was added, and parallel double fermentation was carried out at 30 ° C. for 5 days.
The obtained slurry-like sample was centrifuged at 9000 rpm for 10 minutes, and the precipitate was recovered as a saccharified residue (lignin-polysaccharide complex).

坂志朗ら著(2013)『リグニン利用の最新動向』坂志朗監修, 第1章『バイオマスの分類と化学組成』などを参照すると植物原料のスギ木粉2kgには多糖類1338gとリグニン662gが含まれている。糖化残渣の遠心分離上澄みのHPLC(LC-20AD;島津製作所社製)分析から、原料のスギ木粉より745g分の多糖が遊離していた。そのため、前述の糖化残渣には、多糖類593gとリグニン662g(重量の54質量%)が含まれていると同定した。 See Shiro Saka et al. (2013) "Latest Trends in Lignin Utilization", supervised by Shiro Saka, Chapter 1 "Biomass Classification and Chemical Composition". It has been. From the HPLC (LC-20AD; manufactured by Shimadzu Corporation) analysis of the centrifugation supernatant of the saccharified residue, 745 g of polysaccharide was released from the raw material Sugi wood flour. Therefore, it was identified that the above-mentioned saccharified residue contained 593 g of polysaccharide and 662 g of lignin (54% by mass by weight).

<ウレタン結合の形成>
得られた糖化残渣を用いたこと以外は実施例1と同様にして、粉体を調製した。その結果、得られた粉体(リグニン)は白色化していた。さらに、得られた粉体(リグニン)0.05gをクロロホルム及びエタノールそれぞれ1mLに添加すると、粉体(リグニン)はこれらの有機溶媒の全てにおいて溶解した。
<Formation of urethane bond>
A powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained saccharified residue was used. As a result, the obtained powder (lignin) was whitened. Further, when 0.05 g of the obtained powder (lignin) was added to 1 mL each of chloroform and ethanol, the powder (lignin) was dissolved in all of these organic solvents.

実施例4
ヘキシルイソシアネートに代えてドデシルイソシアネート(東京化成工業株式会社製)を用いてウレタン結合形成反応を行った以外は実施例3と同様にして、粉体を調製した。その結果、得られた粉体(リグニン)は白色化していた。さらに、得られた粉体(リグニン)0.05gをクロロホルム及びエタノールそれぞれ1mLに添加すると、粉体(リグニン)はこれらの有機溶媒の全てにおいて溶解した。
Example 4
A powder was prepared in the same manner as in Example 3 except that the urethane bond forming reaction was carried out using dodecyl isocyanate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) instead of hexyl isocyanate. As a result, the obtained powder (lignin) was whitened. Further, when 0.05 g of the obtained powder (lignin) was added to 1 mL each of chloroform and ethanol, the powder (lignin) was dissolved in all of these organic solvents.

実施例5
<ブナおがくず分散液の調製>
ブナおがくず((株)東栄科学産業より入手)0.6gを3wt%となるように超純水9.4mLとエタノール10mLと混合し、ブナおがくず分散液を調製した。
Example 5
<Preparation of beech sawdust dispersion>
Beech sawdust (obtained from Toei Kagaku Sangyo Co., Ltd.) 0.6 g was mixed with 9.4 mL of ultrapure water and 10 mL of ethanol so as to be 3 wt% to prepare a beech sawdust dispersion.

<ウレタン結合の形成>
得られた分散液20mLに対して、ドデシルイソシアネート(東京化成工業社製)2mLを滴下し、混合物を50℃、1気圧で5時間撹拌し、ウレタン結合形成反応を行った。
その後、過剰量のエタノールを加えて混合物を洗浄し、沈殿物(未反応のブナおがくず)をデカンテーションした後、フィルターろ過で未反応物(未反応イソシアナートなど)を取り除して乾燥し、白色の粉体を回収した。
<Formation of urethane bond>
To 20 mL of the obtained dispersion, 2 mL of dodecyl isocyanate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise, and the mixture was stirred at 50 ° C. and 1 atm for 5 hours to carry out a urethane bond forming reaction.
Then, an excess amount of ethanol is added to wash the mixture, the precipitate (unreacted beech waste) is decanted, and then the unreacted material (unreacted isocyanate, etc.) is removed by filter filtration and dried. The white powder was recovered.

ウレタン結合形成反応前のブナおがくずは着色していた。このブナおがくずに対して、ドデシルイソシアネートを用いてウレタン結合形成反応を行うことで、着色したブナおがくず(リグニン)が白色化した。さらに、得られた粉体(リグニン)0.05gをクロロホルム及びエタノールそれぞれ1mLに添加すると、粉体(リグニン)はこれらの有機溶媒の全てにおいて溶解した。 The beech sawdust before the urethane bond formation reaction was colored. By performing a urethane bond forming reaction on the beech sawdust using dodecyl isocyanate, the colored beech sawdust (lignin) was whitened. Further, when 0.05 g of the obtained powder (lignin) was added to 1 mL each of chloroform and ethanol, the powder (lignin) was dissolved in all of these organic solvents.

実施例6
<マツ紛分散液の調製>
マツ木片((株)モノタロウより入手)を60メッシュのやすりを装備したベルト&ディスクサンダー((株)三共コーポレーションより入手)で削り、マツ紛0.03gを調製した。
調製したマツ紛0.03gを0.3wt%となるように超純水5mLとエタノール5mLと混合し、マツ粉分散液を調製した。
Example 6
<Preparation of pine powder dispersion>
A piece of pine wood (obtained from Monotaro Co., Ltd.) was shaved with a belt and disc sander equipped with a 60-mesh file (obtained from Sankyo Corporation) to prepare 0.03 g of pine powder.
0.03 g of the prepared pine powder was mixed with 5 mL of ultrapure water and 5 mL of ethanol so as to have a concentration of 0.3 wt% to prepare a pine powder dispersion.

<ウレタン結合の形成>
得られた分散液10mLに対して、ドデシルイソシアネート(東京化成工業社製)0.2mLを滴下し、混合物を50℃、1気圧で5時間撹拌し、ウレタン結合形成反応を行った。
その後、過剰量のエタノールを加えて混合物を洗浄し、沈殿物(未反応のマツ紛)をデカンテーションした後、フィルターろ過で未反応物(未反応イソシアナートなど)を取り除して乾燥し、白色の粉体を回収した。
<Formation of urethane bond>
0.2 mL of dodecyl isocyanate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise to 10 mL of the obtained dispersion, and the mixture was stirred at 50 ° C. and 1 atm for 5 hours to carry out a urethane bond forming reaction.
Then, an excess amount of ethanol is added to wash the mixture, the precipitate (unreacted pine powder) is decanted, and then the unreacted material (unreacted isocyanato, etc.) is removed by filter filtration and dried. The white powder was recovered.

ウレタン結合形成反応前のマツ紛は着色していた。このマツ紛に対して、ドデシルイソシアネートを用いてウレタン結合形成反応を行うことで、着色したマツ紛(リグニン)が白色化した。さらに、得られた粉体(リグニン)0.05gをクロロホルム及びエタノールそれぞれ1mLに添加すると、粉体(リグニン)はこれらの有機溶媒の全てにおいて溶解した。 The pine powder before the urethane bond formation reaction was colored. By performing a urethane bond forming reaction on this pine powder using dodecyl isocyanate, the colored pine powder (lignin) was whitened. Further, when 0.05 g of the obtained powder (lignin) was added to 1 mL each of chloroform and ethanol, the powder (lignin) was dissolved in all of these organic solvents.

実施例7
<バルサ紛分散液の調製>
バルサ片((株)モノタロウより入手)を80メッシュのやすりを装備した吸じんサンダー((株)高儀より入手)で削り、バルサ紛1.00gを調製した。
調製したバルサ紛0.3gを3wt%となるように超純水10mLとエタノール10mLと混合し、バルサ紛分散液を調製した。
Example 7
<Preparation of Barcelona powder dispersion>
A piece of balsa (obtained from Monotaro Co., Ltd.) was scraped with a dust suction sander equipped with an 80-mesh file (obtained from Kogi Co., Ltd.) to prepare 1.00 g of balsa powder.
0.3 g of the prepared balsa powder was mixed with 10 mL of ultrapure water and 10 mL of ethanol so as to be 3 wt% to prepare a balsa powder dispersion.

<ウレタン結合の形成>
得られた分散液20mLに対して、ドデシルイソシアネート(東京化成工業社製)0.6mLを滴下し、混合物を50℃、1気圧で5時間撹拌し、ウレタン結合形成反応を行った。
その後、過剰量のエタノールを加えて混合物を洗浄し、沈殿物(未反応のバルサ紛)をデカンテーションした後、フィルターろ過で未反応物(未反応イソシアナートなど)を取り除して乾燥し、白色の粉体を回収した。
<Formation of urethane bond>
To 20 mL of the obtained dispersion, 0.6 mL of dodecyl isocyanate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise, and the mixture was stirred at 50 ° C. and 1 atm for 5 hours to carry out a urethane bond forming reaction.
Then, an excess amount of ethanol is added to wash the mixture, the precipitate (unreacted balsa powder) is decanted, and then the unreacted material (unreacted isocyanato, etc.) is removed by filter filtration and dried. The white powder was recovered.

ウレタン結合形成反応前のバルサ紛は着色していた。このバルサ紛に対して、ドデシルイソシアネートを用いてウレタン結合形成反応を行うことで、着色したバルサ紛(リグニン)が白色化した。さらに、得られた粉体(リグニン)0.05gをクロロホルム及びエタノールそれぞれ1mLに添加すると、粉体(リグニン)はこれらの有機溶媒の全てにおいて溶解した。 The barcelona powder before the urethane bond formation reaction was colored. By performing a urethane bond forming reaction on this balsa powder using dodecyl isocyanate, the colored balsa powder (lignin) was whitened. Further, when 0.05 g of the obtained powder (lignin) was added to 1 mL each of chloroform and ethanol, the powder (lignin) was dissolved in all of these organic solvents.

<試験例1>
実施例1~7で調製した紛体と、ウレタン結合形成前の出発物質の色差及び色空間について、コニカミノルタ製分光測色計(CR-5)を用いて反射モードにてL*a*b*色空間を測定した。
測定結果を表1に示す。
<Test Example 1>
The color difference and color space between the powders prepared in Examples 1 to 7 and the starting material before urethane bond formation were L * a * b * in reflection mode using a Konica Minolta spectrocolorimeter (CR-5). The color space was measured.
The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2022103080000019
Figure 2022103080000019

表1に示すように、ウレタン結合形成反応前の各種植物原料は着色度が高い。この原料と、一般式(11)~(13)のいずれか1つで表される化合物とを反応させることで原料より白色度(L*)の高い粉体(リグニン)が回収できた。さらに、反応性化合物の修飾基により、色空間は異なった。 As shown in Table 1, various plant raw materials before the urethane bond formation reaction have a high degree of coloring. By reacting this raw material with a compound represented by any one of the general formulas (11) to (13), a powder (lignin) having a higher whiteness (L *) than the raw material could be recovered. Furthermore, the color space was different depending on the modifying group of the reactive compound.

<試験例2>反応生成物の分子構造
(1)FT-IR測定
Green Chem., 2016, 18, 5962や特開2019-154381号公報などを参考に、単離したリグニンに対しドデシルイソシアナートを修飾した試料(以下、「Dod-I修飾単離リグニン」という。)を調製した。具体的には、スギをカッターミル又はジェットミルにより0.02~5mm程度の大きさに粉砕し得た植物粉500gを100mMリン酸緩衝液(pH=5.0)4.5Lに一晩浸し、湿式粉砕装置LMZ4(商品名、アシザワ・ファインテック社製)に緩衝液とともに投入した。デュポンジェネンコア社製のセルラーゼ・ヘミセルラーゼ混合液(OptimashXL及びOptimashBGそれぞれ50mL)をさらに添加し、50℃ に保ちながら、ジルコニア金属製の0.5mm径のビーズを用いて湿式粉砕を行った。平均粒度が10μ mとなった時点で、前記ビーズをジルコニア金属製の0.1mm径のビーズに交換した。上記湿式粉砕は、合計4時間行った。遠心分離(10,000×g、30分)により、残渣としてリグニンを得た。得たリグニンとドデシルイソシアネートを用いて実施例3と同様にウレタン結合形成反応を行い、粉体(Dod-I修飾単離リグニン)を調製した。
実施例2及び4で調製したリグニン粉体と、Dod-I修飾単離リグニンに対して、サーモフィッシャー製FT-IR装置(NICOLET6700)を用いて全反射モードでFT-IR測定を行った。
その結果を図1に示す。図1に示すように、NH伸縮振動ピークと、リグニン芳香環由来と考えられるピーク群が確認された。NH伸縮振動ピークは、グアイアコール構造の水酸基やアルコール性水酸基と、イソシアネート基との反応により形成するウレタン結合に由来する。さらに、実施例1及び2で調製したリグニン粉体のピークは既存のDod-I修飾単離リグニンのピークと一致した。
よって、これらの結果から、すべての反応系において、リグニンとイソシアネート基との間で付加反応が生じたことを確認できた。
<Test Example 2> Molecular structure of reaction product (1) FT-IR measurement
A sample obtained by modifying dodecylisocyanate with isolated lignin with reference to Green Chem., 2016, 18, 5962 and JP-A-2019-154381 (hereinafter referred to as "Dod-I modified isolated lignin"). Was prepared. Specifically, 500 g of vegetable powder obtained by crushing cedar into a size of about 0.02 to 5 mm with a cutter mill or a jet mill is immersed in 4.5 L of 100 mM phosphate buffer (pH = 5.0) overnight, and the wet crusher LMZ4 It was put into (trade name, manufactured by Ashizawa Finetech) together with a buffer solution. A cellulase / hemicellulase mixture (50 mL each for Optimash XL and Optimash BG) manufactured by DuPont Genecoa was further added, and wet pulverization was performed using 0.5 mm diameter beads made of zirconia metal while keeping the temperature at 50 ° C. When the average particle size reached 10 μm, the beads were replaced with 0.1 mm diameter beads made of zirconia metal. The wet pulverization was carried out for a total of 4 hours. Centrifugation (10,000 xg, 30 minutes) gave lignin as a residue. Using the obtained lignin and dodecyl isocyanate, a urethane bond forming reaction was carried out in the same manner as in Example 3 to prepare a powder (Dod-I modified isolated lignin).
The lignin powder prepared in Examples 2 and 4 and the Dod-I modified isolated lignin were subjected to FT-IR measurement in total reflection mode using an FT-IR apparatus (NICOLET6700) manufactured by Thermo Fisher.
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 1, the NH expansion and contraction vibration peak and the peak group considered to be derived from the lignin aromatic ring were confirmed. The NH expansion and contraction vibration peak is derived from a urethane bond formed by a reaction between a hydroxyl group or an alcoholic hydroxyl group having a guaiacol structure and an isocyanate group. Furthermore, the peaks of the lignin powders prepared in Examples 1 and 2 coincided with the peaks of the existing Dod-I modified isolated lignin.
Therefore, from these results, it was confirmed that an addition reaction occurred between the lignin and the isocyanate group in all the reaction systems.

(2)紫外可視吸収スペクトルの測定
実施例1で調製したリグニンの白色粉末をエタノールに溶解し、得られたエタノール溶液を石英セル注入し、分光光度計(U-2910、日立工機製)を用いて、常温にて紫外可視吸収スペクトルを測定した。
(2) Measurement of ultraviolet-visible absorption spectrum The white powder of lignin prepared in Example 1 was dissolved in ethanol, the obtained ethanol solution was injected into a quartz cell, and a spectrophotometer (U-2910, manufactured by Hitachi Koki) was used. Then, the ultraviolet-visible absorption spectrum was measured at room temperature.

その結果を図2に示す。
図2に示すように、リグニンのグアイアシルによる吸収(280 nm)及びシリンギル骨格による吸収(270nm)に由来するピークを確認できた(IAWA Bull. n. s. 1992, 13(1), 105参照)。
The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 2, peaks derived from absorption of lignin by guaiacyl (280 nm) and absorption by the syringyl skeleton (270 nm) were confirmed (see IAWA Bull. Ns 1992, 13 (1), 105).

FT-IR測定結果と紫外可視吸収スペクトルの測定結果から、実施例1及び2で調製した白色固体をリグニン組成物と同定した。 From the FT-IR measurement results and the UV-visible absorption spectrum measurement results, the white solid prepared in Examples 1 and 2 was identified as a lignin composition.

<試験例3>反応生成物の性質
実施例2で調製したリグニン粉体をポリイプシロンカプロラクタム(PCL、シグマ・アルドリッチ社製)に対し5重量%の割合でクロロホルム中にて溶解・混合し、ガラス基板上にキャスト・乾燥することで複合物を調製した。加熱による重量減少は、熱重量測定装置(Thermo plus EVO2、リガク社製)を用いて昇温速度10℃空気雰囲気下で測定した。その結果を図3に示す。
図3に示すように、リグニン粉体とPCLの複合物では熱分解温度が上昇した。具体的に複合物では全体の半分の重量減少に達する温度がPCL単体に比べ約60℃高い。よって、本発明により得られるリグニンは、耐熱性フィラーとしての用途の可能性を持つことを示唆する。
<Test Example 3> Properties of reaction product The lignin powder prepared in Example 2 was dissolved and mixed in chloroform at a ratio of 5% by weight to polyepsylon caprolactam (PCL, manufactured by Sigma-Aldrich), and glass was used. The composite was prepared by casting and drying on a substrate. The weight loss due to heating was measured using a thermal weight measuring device (Thermo plus EVO2, manufactured by Rigaku Co., Ltd.) at a heating rate of 10 ° C. in an air atmosphere. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the pyrolysis temperature increased in the composite of lignin powder and PCL. Specifically, the temperature at which the weight of the complex reaches half the weight reduction is about 60 ° C higher than that of PCL alone. Therefore, it is suggested that the lignin obtained by the present invention has a possibility of being used as a heat-resistant filler.

以上のように、本発明によれば、着色しているリグニンを脱色でき、脱色したリグニンを製造できる。また、リグニンは機能性物質として期待されているため、本発明で得られる脱色リグニンは各種用途に適用できる。 As described above, according to the present invention, colored lignin can be decolorized, and decolorized lignin can be produced. Further, since lignin is expected as a functional substance, the decolorized lignin obtained in the present invention can be applied to various uses.

Claims (6)

リグニンを10~50質量%含有する植物若しくは植物処理物と、下記一般式(11)~(13)のいずれか1つで表される化合物とを反応させる、リグニンを脱色する方法。

R-N=C=O 一般式(11)
R-COOH 一般式(12)
R-OH 一般式(13)

(一般式(11)~(13)において、Rは、アルキル基、アラルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、スルホニル基、又はシリル基を示す。)
A method for decolorizing lignin, which comprises reacting a plant or a processed plant product containing 10 to 50% by mass of lignin with a compound represented by any one of the following general formulas (11) to (13).

RN = C = O General formula (11)
R-COOH general formula (12)
R-OH general formula (13)

(In the general formulas (11) to (13), R represents an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an alkyl halide group, an aryl halide group, a sulfonyl group, or a silyl group.)
リグニンを10~50質量%含有する植物若しくは植物処理物と、下記一般式(11)~(13)のいずれか1つで表される化合物とを反応させ、脱色したリグニンを得る、脱色リグニンの調製方法。

R-N=C=O 一般式(11)
R-COOH 一般式(12)
R-OH 一般式(13)

(一般式(11)~(13)において、Rは、アルキル基、アラルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、スルホニル基、又はシリル基を示す。)
A decolorized lignin obtained by reacting a plant or a processed plant product containing 10 to 50% by mass of lignin with a compound represented by any one of the following general formulas (11) to (13) to obtain bleached lignin. Preparation method.

RN = C = O General formula (11)
R-COOH general formula (12)
R-OH general formula (13)

(In the general formulas (11) to (13), R represents an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an alkyl halide group, an aryl halide group, a sulfonyl group, or a silyl group.)
前記一般式(11)~(13)のいずれか1つで表される化合物が、下記一般式(21)で表されるイソシアネート化合物である、請求項1又は2に記載の方法。

R’-N=C=O 一般式(21)

(一般式(21)において、R’は、アルキル基、アラルキル基、又はアリール基を示す。)
The method according to claim 1 or 2, wherein the compound represented by any one of the general formulas (11) to (13) is an isocyanate compound represented by the following general formula (21).

R'-N = C = O General formula (21)

(In the general formula (21), R'represents an alkyl group, an aralkyl group, or an aryl group.)
得られる脱色リグニンが粉末状である、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the obtained decolorized lignin is in the form of powder. 前記植物が、スギ(Cryptomeria japonica)、ブナ(Fagus crenata Blume)、マツ属(Pinus)植物、バルサ(Ochroma lagopus)、オオフサモ(Myriophyllum aquaticum)、モウソウチク(Phyllostachys heterocycla)、イネ(Oryza sativa)、パンコムギ(Triticum aestivum)、トウモロコシ(Zea mays subsp. mays (L.) Iltis)、エリアンサス(Erianthus arundinaceus)、ミスカンサス(Miscanthus sinensis)、サトウキビ(Saccharum officinarum)、ヨシ(Phragmites australis)、ジャイアントリード(Arundo donax)、アブラヤシ(oil palm, Elaeis)、ニッパヤシ(Nypa fruticans Wurmb)、サトウヤシ(Arenga pinnata若しくはArenga saccharifera)、ホテイアオイ(Eichhornia crassipes)、センニンモ(Potamogeton maackianus)、オオカナダモ(Egeria densa)、クロモ(Hydrilla verticillata)、コナカダモ(Elodea nuttallii)、アカモク(Sargassum horneri)、ホンダワラ(Sargassum fulvellum)、アオサ(Ulva)、イチイジタ(Caulerpa taxifolia)、ウミブドウ(Caulerpa lentillifera)、及びキリンサイ属(Eucheuma)植物からなる群より選ばれる少なくとも1種の植物である、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。 The plants are cedar ( Cryptomeria japonica ), beech ( Fagus crenata Blume), pine ( Pinus ) plant, balsa ( Ochroma lagopus ), parrot's feather ( Myriophyllum aquaticum ), moso bamboo ( Phyllostachys heterocycla ), rice ( Oryza sativa ). Triticum aestivum ), corn ( Zea mays subsp. Mays (L.) Iltis), Erianthus arundinaceus , Miscanthus sinensis , Saccharum officinarum , Phragmites australis , Giant Reed ( Arundo ) , Abra palm (oil palm, Elaeis ), Nypa fruticans Wurmb, Sato palm ( Arenga pinnata or Arenga saccharifera ), Hoteia oi ( Eichhornia crassipes ), Senninmo ( Potamogeton maackianus ), Parrot's feather ( Egeria ) ( Elodea nuttallii ), Akamoku ( Sargassum horneri ), Hondawara ( Sargassum fulvellum ), Aosa ( Ulva ), Ichiijita ( Caulerpa taxifolia ), Sea grapes ( Caulerpa lentillifera ), and at least one species of the genus Eucheuma. The method according to any one of claims 1 to 4, which is a plant of. 前記植物処理物が、チッパー処理、乾式粉砕処理、湿式粉砕処理、磨砕処理、糖化処理、発酵処理、蒸解処理、爆砕処理、亜臨界水処理、イオン液体による分解処理、酸処理、塩基処理及びマイクロ波処理からなる群より選ばれる少なくとも1種の処理がされている、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。




The plant-treated product is chipper-treated, dry-grinding, wet-grinding, grinding, saccharification, fermentation, cooking, blasting, sub-critical water treatment, decomposition treatment with ionic liquid, acid treatment, base treatment and The method according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one treatment selected from the group consisting of microwave treatment is performed.




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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023074885A1 (en) * 2021-10-29 2023-05-04 国立大学法人京都大学 White lignin, white lignin-polysaccharide complex, and method for producing same

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