JP3155603B2 - Method for producing liquefied solution of lignocellulosic material - Google Patents
Method for producing liquefied solution of lignocellulosic materialInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、木材などリグノセルロ
ース物質を直接液化して、生分解性または生物崩壊性な
どを有する、種々の樹脂原料として有用な、木材液化溶
液を効率よく製造する方法に関するものである。このリ
グノセルロース液化溶液は接着剤、成形材料、発泡体、
塗料、充填材料等の幅広い分野で樹脂原料としての利用
が期待される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for efficiently liquefying a lignocellulosic substance such as wood to efficiently produce a wood liquefaction solution useful as a raw material for various resins having biodegradability or biodegradability. It is about. This lignocellulose liquefied solution is used for adhesives, molding materials, foams,
It is expected to be used as a resin material in a wide range of fields such as paints and filling materials.
【0002】[0002]
【従来の技術】木材を含むリグノセルロース物質の利用
の一環として、これを液化して溶液となし、得られた木
材溶液を種々の樹脂原料として利用することが提案され
ている。この液化の手段として大別して、木材などリグ
ノセルロース物質を化学修飾して、この化学修飾したも
のを有機溶剤に溶解する手段と、木材などリグノセルロ
ース物質を無修飾で直接液化する手段がある。2. Description of the Related Art As a part of utilization of lignocellulosic substances containing wood, it has been proposed to liquefy the lignocellulose material to form a solution and use the resulting wood solution as a raw material for various resins. The means of liquefaction is roughly classified into a means for chemically modifying a lignocellulose substance such as wood and dissolving the chemically modified substance in an organic solvent, and a means for directly liquefying a lignocellulose substance such as wood without modification.
【0003】この化学修飾を全く行わない無処理木材な
どリグノセルロース物質を液化させる方法としては、こ
れまでに種々の提案がなされている。たとえばフェノー
ル類またはビスフェノール類の存在下で200〜260
℃の高温、加圧下で加熱する方法が提案された(特開昭
61−261358号)。Various proposals have been made so far for liquefying lignocellulosic substances such as untreated wood without any chemical modification. For example, 200-260 in the presence of phenols or bisphenols
There has been proposed a method of heating at a high temperature of ° C. and under pressure (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-261358).
【0004】引続き同様に、無処理の木材などリグノセ
ルロース物質を多価アルコール類、オキシエーテル類、
環状エーテル類、ケトン類に液化溶解しうることも提案
された(特開昭62−79230号)。[0004] Similarly, lignocellulosic substances such as untreated wood are converted to polyhydric alcohols, oxyethers,
It has also been proposed that the compound can be liquefied and dissolved in cyclic ethers and ketones (JP-A-62-79230).
【0005】また、木材などリグノセルロース物質に、
塩素化などハロゲンによる前処理を施し、次にフェノー
ル化合物などの液化溶解剤を含む処理液中で、200〜
260℃の高温で液化溶解処理することにより、リグノ
セルロース物質の液化溶液を効率よく、安価に製造し得
ることも提案されている(特開昭63−17961
号)。そしてこれら木材を化学修飾することなしに、フ
ェノール類や多価アルコール類、ポリエチレングリコー
ルなどに場合により酸触媒の存在下、100〜300℃
の温度で加熱し、液化溶解して得た溶液から接着剤や発
泡体を調製する技術も見出されている(特開平1−45
440号、特開平1−158021号、特開平1−15
8022号)。[0005] In addition, lignocellulosic substances such as wood,
Pre-treatment with halogen such as chlorination, then in a processing solution containing a liquefied dissolving agent such as a phenol compound, 200 ~
It has also been proposed that a liquefied solution of a lignocellulose substance can be efficiently and inexpensively produced by liquefaction and dissolution treatment at a high temperature of 260 ° C. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-17961).
issue). Then, without chemically modifying these woods, phenols, polyhydric alcohols, polyethylene glycol, etc., in the presence of an acid catalyst, if necessary, at 100 to 300 ° C.
A technique for preparing an adhesive or a foam from a solution obtained by heating and liquefying and dissolving at the temperature described in Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A) No. 1-45.
440, JP-A-1-158021, JP-A-1-15
No. 8022).
【0006】また、他方で、木粉やババスヤシなどリグ
ノセルロース物質を酸触媒存在下で、フェノール類と反
応させながら100〜200℃程度の温度で液化し、水
酸化バリウムを添加して中和したのち、減圧蒸留により
遊離フェノールを分離、除去することによって、ヘキサ
メチレンテトラミン存在下で、ノボラック樹脂などと同
様加熱により3次元硬化することを特徴とする成形用樹
脂が得られることが知られた(特開平3−263417
号など)。On the other hand, lignocellulosic substances such as wood flour and babas palm are liquefied at a temperature of about 100 to 200 ° C. while reacting with phenols in the presence of an acid catalyst, and neutralized by adding barium hydroxide. Thereafter, it is known that, by separating and removing free phenol by distillation under reduced pressure, a molding resin characterized by being three-dimensionally cured by heating in the presence of hexamethylenetetramine in the same manner as a novolak resin or the like is obtained ( JP-A-3-263417
Issue).
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来法に於いて、ポリ
エチレングリコールのような官能基数の少ない多価アル
コールでリグノセルロース物質を液化溶解すると、樹種
の違いにより液化反応挙動に差を生じ、得られた液状物
の特性が異なる場合がある。また、官能基数が少ない多
価アルコールで液化溶解すると、得られた液化物の反応
性が低く、例えば、この液化物から発泡体を作る場合に
は、発泡適性が悪く満足すべき物性が得られない場合が
多い。In the conventional method, when a lignocellulose substance is liquefied and dissolved with a polyhydric alcohol having a small number of functional groups such as polyethylene glycol, a difference in liquefaction reaction behavior occurs due to a difference in tree species. The properties of the liquid material may differ. In addition, when liquefied and dissolved in a polyhydric alcohol having a small number of functional groups, the reactivity of the obtained liquefied product is low.For example, when a foam is made from this liquefied product, satisfactory foaming suitability is obtained and satisfactory physical properties are obtained Often not.
【0008】そこで、3官能以上の官能基を有する多価
アルコール類(脂肪族多価アルコール、ポリエーテルポ
リオールおよびポリエステルポリオール)を用いて、無
処理木材を酸触媒存在下、100〜200℃で液化溶解
させ、木材などの樹種の影響をなくし、反応性の高い有
用な樹脂原料を得るといったことが行われるようになっ
た。その結果、多くの場合において、発泡適性のすぐれ
た液化樹脂液が得られ、また物性のすぐれた発泡体も得
られるようになって来ている。その中で、ポリカプロラ
クトンポリオールは、それ自身生分解性高分子ないしオ
リゴマーであるという特徴を持ち、リグノセルロース液
化性も高く、物性のすぐれた発泡体を導きやすいという
特徴も見出されている。その半面、ポリカプロラクトン
ポリオールは価格的にポリウレタン原料のポリオールと
してかなり高価であり、またカプロラクトンオリゴマー
はその使用に際しては、分子量が制限されるという難点
がある。Thus, untreated wood is liquefied at 100 to 200 ° C. in the presence of an acid catalyst using polyhydric alcohols having three or more functional groups (aliphatic polyhydric alcohols, polyether polyols and polyester polyols). It has been practiced to dissolve and eliminate the influence of tree species such as wood and obtain useful and highly reactive resin raw materials. As a result, in many cases, a liquefied resin liquid having excellent foaming suitability has been obtained, and a foam having excellent physical properties has also been obtained. Among them, polycaprolactone polyol is characterized by itself being a biodegradable polymer or oligomer, has high liquefaction of lignocellulose, and is also found to be capable of easily leading to a foam having excellent physical properties. On the other hand, polycaprolactone polyol is very expensive as a polyol for polyurethane raw materials in terms of price, and the caprolactone oligomer has a drawback that its molecular weight is restricted when used.
【0009】本発明が解決しようとする課題は、これ等
2つの問題点を解決することであり、即ち常圧でより低
い温度、より低い触媒添加量を用いて、無処理木材など
リグノセルロースを、液化溶解させて反応性の高い有用
な樹脂原料を提供することである。[0009] The problem to be solved by the present invention is to solve these two problems, that is, using lignocellulose such as untreated wood by using a lower temperature at normal pressure and a lower catalyst addition amount. Liquefied and dissolved to provide a useful resin material having high reactivity.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は木材などリグノ
セルロース物質あるいはセルロースを酸触媒の存在下、
ε−カプロラクトンなど環状エステルおよびグリセリン
など多価アルコール類の存在下で、100〜200℃未
満という比較的低い温度で、常圧下加熱することによ
り、木材などリグノセルロースあるいはセルロースをア
ルコリシス、加水分解などで低分子化すると共に、低分
子化したリグノセルロースあるいはセルロース成分、ε
−カプロラクトンなど環状エステルおよびグリセリンな
ど多価アルコールとの間での2者ないし3者の反応をも
伴うリグノセルロースないしセルロース物質の液化によ
り溶液状物が得られるという新しい事実に基づいて完成
されたものである。According to the present invention, a lignocellulosic substance such as wood or cellulose is prepared in the presence of an acid catalyst.
In the presence of a cyclic ester such as ε-caprolactone and a polyhydric alcohol such as glycerin, at a relatively low temperature of less than 100 to 200 ° C., by heating under normal pressure, lignocellulose or cellulose such as wood is subjected to alcoholysis, hydrolysis and the like. Low molecular weight, low molecular weight lignocellulose or cellulose component, ε
-Completed on the basis of the new fact that a solution can be obtained by liquefaction of lignocellulose or a cellulosic material which involves two or three reactions with cyclic esters such as caprolactone and polyhydric alcohols such as glycerin. It is.
【0011】本発明は反応系に加えられる環状エステル
および多価アルコールの総量に対し、0.75重量%な
ど比較的少量の硫酸といった酸触媒の存在下で、液化を
進めうるという特徴を有すると共に、環状エステルと多
価アルコールとの反応、それを前提とした環状エステル
の重縮合、高分子化、両成分の低分子化した木材成分と
の反応が、各様に反応条件により起こり得、生成する液
化物の反応性の調節も可能となり、十分高い反応性のも
のが得られると共に、液化物の粘度なども可変となり、
発泡体などを作る際も架橋反応により良好な製品が得ら
れるなど多くの利用および応用の可能性を有している。The present invention has a feature that liquefaction can be promoted in the presence of a relatively small amount of an acid catalyst such as sulfuric acid such as 0.75% by weight based on the total amount of the cyclic ester and the polyhydric alcohol added to the reaction system. The reaction between the cyclic ester and the polyhydric alcohol, the polycondensation of the cyclic ester based on the reaction, the polymerization, and the reaction with the low molecular weight wood component of both components can occur depending on the reaction conditions in various ways, It is also possible to adjust the reactivity of the liquefied product to obtain a sufficiently high reactivity, and the viscosity of the liquefied product becomes variable,
It also has many potential uses and applications, such as obtaining good products by cross-linking reactions when making foams and the like.
【0012】[0012]
【発明の作用並びに構成】本発明において出発原料とし
て用いるリグノセルロース物質ないしセルロース物質
は、木粉、木材繊維、木材チップや単板くずなどの木材
を粉砕したもの、およびワラやモミガラ等の植物繊維
素、GP(グランドパルプ)、TMP(サーモメカニカ
ルパルプ)、古紙等の紙、パルプ類など各種のものが含
まれ、従来この種の分野において使用されて来たものが
いずれも使用される。The lignocellulosic material or cellulose material used as a starting material in the present invention is wood flour, wood fiber, crushed wood such as wood chips or veneer chips, and plant fiber such as straw and fir. Various types of materials such as raw materials, GP (ground pulp), TMP (thermomechanical pulp), paper such as waste paper, and pulp are included, and any of those conventionally used in this type of field is used.
【0013】この際の木材の種類としては各種のものが
広く包含され、代表例としては例えばマカンバ、シトカ
スプルース、スギ、アカマツ、ポプラ、ラワン等が例示
出来る。また、粉砕物の粒度は充分に液化、溶解しうる
程度でよい。At this time, various types of wood are widely included, and representative examples include, for example, birch, sitka spruce, cedar, red pine, poplar, lauan and the like. The particle size of the pulverized product may be such that it can be sufficiently liquefied and dissolved.
【0014】本発明において使用される環状エステルと
しては、公知の方法で開還反応して重合するもので良
く、例えば、プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、
α,α′−ビスクロロメチルプロピオラクトン、α,α
−ジメチル−β−プロピオラクトン、δ−バレロラクト
ン、β−エチル−δ−バレロラクトン、3,4,5−ト
リメトキシ−δ−バレロラクトン、1,4−ジオキサン
−2−オン、グリコリド、トリメチルカルボネート、ネ
オペンチルカルボネート、エチレンオキサレート、プロ
ピレンオキサレート、ε−カプロラクトン、α−メチル
−ε−カプロラクトン、β−メチル−ε−カプロラクト
ン、γ−メチル−ε−カプロラクトン、4−メチル−7
−イソプロピル−ε−カプロラクトン、3,3,5−ト
リメチル−ε−カプロラクトン、シス−ジサリシリド、
トリサリシリド等が挙げられる。これらの環状エステル
のうちで、工業的に入手し易く、取扱いが容易で、リグ
ノセルロースを液化しやすいε−カプロラクトンを用い
るのが有利である。The cyclic ester used in the present invention may be one which is polymerized by a redox reaction by a known method, for example, propiolactone, β-butyrolactone,
α, α'-bischloromethylpropiolactone, α, α
-Dimethyl-β-propiolactone, δ-valerolactone, β-ethyl-δ-valerolactone, 3,4,5-trimethoxy-δ-valerolactone, 1,4-dioxan-2-one, glycolide, trimethylcarbo , Neopentyl carbonate, ethylene oxalate, propylene oxalate, ε-caprolactone, α-methyl-ε-caprolactone, β-methyl-ε-caprolactone, γ-methyl-ε-caprolactone, 4-methyl-7
-Isopropyl-ε-caprolactone, 3,3,5-trimethyl-ε-caprolactone, cis-disalicylide,
Trisalicylide and the like. Among these cyclic esters, it is advantageous to use ε-caprolactone, which is easily available industrially, is easy to handle, and easily liquefies lignocellulose.
【0015】また、本発明に使用しうる多価アルコール
としては、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、トリメチレングリコール、1,4−ブタンジオー
ル、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオ
ール、1,2−ヘキサンジオール、2,4−ヘキサンジ
オール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタン
ジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカン
ジオール、ピナコール、シクロペンタン1,2−ジオー
ル、シクロヘキサン1,4−ジオール、ビスフェノール
A、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシプロ
ピレン−ポリオキシエチレングリコール、ポリエチレン
グリコールなどの二価アルコール、グリセリン、トリメ
チロールプロパン、トリエタノールアミン、1,2,6
−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、メチル
グルコシド、ソルビトール、マンニトール、スークロー
スなど、およびこれらを出発物質とするポリエーテルポ
リオールなどの3官能以上の官能基を有する多価アルコ
ールが挙げられる。これらの多価アルコールのうちで、
安価で、工業的に入手しやすく、ポリカプロラクトンの
原料として使われる場合もあるグリセリンを用いるのが
有利である。The polyhydric alcohols usable in the present invention include ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2-hexanediol, 2,4-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, pinacol, cyclopentane1,2-diol, Dihydric alcohols such as cyclohexane 1,4-diol, bisphenol A, polyoxypropylene glycol, polyoxypropylene-polyoxyethylene glycol and polyethylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, triethanolamine, 1,2,6
Polyhydric alcohols having three or more functional groups such as hexanetriol, pentaerythritol, methylglucoside, sorbitol, mannitol, sucrose, and polyether polyols starting from these. Of these polyhydric alcohols,
It is advantageous to use glycerin, which is inexpensive, readily available industrially and sometimes used as a raw material for polycaprolactone.
【0016】液化溶解に際しては、上記の環状エステル
と多価アルコールを必ず併用するが、それぞれより1種
ずつを選んで用いてもよく、またそれぞれから1種ない
し2種以上を適宜に選んで3種以上に混合して用いるこ
ともできる。In the liquefaction and dissolution, the above-mentioned cyclic ester and polyhydric alcohol are always used in combination, but one kind may be selected and used, or one or more kinds may be appropriately selected from each. More than one species can be used as a mixture.
【0017】さらに、溶液の粘度を低めたり、液化溶解
を助長する目的で、液化溶解時に最初から、あるいはそ
の途中で、水あるいは1価アルコール類、2価アルコー
ル類、多価アルコール類、アセトン、酢酸エチルなどの
有機溶媒の1種または2種以上を添加、共存させること
も可能である。この際の1価アルコールとしては、メチ
ルアルコール、エチルアルコール、n−ブチルアルコー
ルなど、また2価以上のアルコールとしては上記に記載
したものなどが例示出来る。Further, for the purpose of lowering the viscosity of the solution or promoting liquefaction and dissolution, water or monohydric alcohols, dihydric alcohols, polyhydric alcohols, acetone, One or more organic solvents such as ethyl acetate can be added and coexisted. At this time, examples of the monohydric alcohol include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-butyl alcohol and the like, and examples of the dihydric or higher alcohol include those described above.
【0018】本発明においては、環状エステルと多価ア
ルコールの混合液100重量部に対して、木材などのリ
グノセルロース物質を5〜500重量部の割合で加える
ことが好ましい。5重量部未満でも液化物を得ることは
可能であるが、樹脂化を目的とする場合などでは、特に
好適とはいいがたい。また、あまり多量加えると液化が
不充分となる傾向がある。In the present invention, it is preferable to add a lignocellulosic substance such as wood at a ratio of 5 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of a mixed solution of a cyclic ester and a polyhydric alcohol. Although it is possible to obtain a liquefied product even if it is less than 5 parts by weight, it is not particularly suitable for the purpose of resinification. If too much is added, liquefaction tends to be insufficient.
【0019】なお、本発明でいう液化溶解反応とは、木
材などのリグノセルロース物質が環状エステルと多価ア
ルコールの混合液および両者の反応生成物と反応して、
固相から液相へ少なくとも75%液化することを言う。The liquefaction and dissolution reaction referred to in the present invention means that a lignocellulose substance such as wood reacts with a mixed solution of a cyclic ester and a polyhydric alcohol and a reaction product of both.
Liquefaction of at least 75% from solid phase to liquid phase.
【0020】本発明においては、この反応は特に酸触媒
の存在下で常圧で行うものである。酸触媒としては、無
機酸、有機酸、更にはルイス酸でも良く、例えば硫酸、
塩酸。トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、塩
化アルミニウム、塩化亜鉛や三フッ化ホウ素などが好ま
しいものとして例示される。使用量は環状エステルと多
価アルコールの混合液100重量部に対し、通常0.1
〜20重量部、好ましくは0.5〜5重量部である。In the present invention, this reaction is carried out at normal pressure in the presence of an acid catalyst. The acid catalyst may be an inorganic acid, an organic acid, or a Lewis acid, such as sulfuric acid,
hydrochloric acid. Preferred examples include toluenesulfonic acid, phenolsulfonic acid, aluminum chloride, zinc chloride, and boron trifluoride. The amount to be used is usually 0.1 with respect to 100 parts by weight of the mixture of the cyclic ester and the polyhydric alcohol.
To 20 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight.
【0021】反応温度は100〜200℃、好ましくは
130〜180℃、特に好ましくは150〜160℃で
ある。液化反応中適宜撹拌を行うことが好ましい。この
撹拌により、懸濁液にトルクを付加して、液化溶解の能
率を高めることが出来る。液化溶解は15分〜数時間で
達成される。このようにして得られた木材などリグノセ
ルロース物質の液状化物中の木材などリグノセルロース
物質の濃度は、その溶液の利用目的によって異なるが、
重量比で最大90%までの範囲である。The reaction temperature is from 100 to 200 ° C., preferably from 130 to 180 ° C., particularly preferably from 150 to 160 ° C. It is preferable to perform appropriate stirring during the liquefaction reaction. By this stirring, torque can be added to the suspension, and the efficiency of liquefaction and dissolution can be increased. Liquefaction dissolution is achieved in 15 minutes to several hours. The concentration of the lignocellulose substance such as wood in the liquefied product of the lignocellulose substance such as wood obtained in this way varies depending on the purpose of use of the solution,
The range is up to 90% by weight.
【0022】溶解のための装置としては、この反応を実
施できる装置であれば良く、通常耐酸性の高い内壁と還
流装置、望ましくは減圧蒸留などによる濃縮装置を備え
たものであり、特に液化溶解の初期には反応系物質全体
が良く混和し、その後期には充分な撹拌が可能な装置
や、反応期間を通じてそのような混和と撹拌が効率的に
行われ得るような装置を用いると、液化溶解を助長し、
反応条件を緩和することが出来るので望ましい。The device for dissolution may be any device that can carry out this reaction, and usually has an inner wall having high acid resistance and a reflux device, preferably a concentrator by vacuum distillation or the like. In the early stage of the reaction, if the whole reaction system material is well mixed, and in the later stage, a device capable of sufficient stirring or a device capable of performing such mixing and stirring efficiently throughout the reaction period, the liquefaction Promote dissolution,
This is desirable because the reaction conditions can be relaxed.
【0023】本発明においては、またリグノセルロース
物質に予め前処理を施してから、本反応に供することも
出来る。この前処理により、更に容易に液化溶解せしめ
ることもできる。この前処理は、特開昭63−1796
1号に開示のハロゲンによる前処理がいずれも有効に適
用できる。In the present invention, the lignocellulosic substance may be subjected to a pretreatment in advance and then subjected to the present reaction. By this pretreatment, liquefaction and dissolution can be achieved more easily. This pretreatment is described in JP-A-63-1796.
Any of the halogen pretreatments disclosed in No. 1 can be effectively applied.
【0024】[0024]
【発明の効果】本発明によれば、従来不可能と考えられ
ていた無処理木材などのリグノセルロース物質の環状エ
ステルと多価アルコール混合液への液化溶液を、100
〜200℃未満好ましくは130〜180℃という温度
で常圧の反応で得ることが出来る。その反応には、リグ
ノセルロースのアルコリシス、加水分解などと共に、環
状エステルと多価アルコールの反応、それらのリグノセ
ルロース低分子化物との反応、環状エステルの重縮合反
応などが含まれ、得られた液化液状物は反応性が高く、
しかも液化条件でその反応性を制御することが出来るな
どの特徴も認めうるものとなっている。According to the present invention, a liquefied solution of a cyclic ester of a lignocellulosic substance such as untreated wood and the like with a polyhydric alcohol mixture, which has been considered impossible in the past, can be used.
It can be obtained by a reaction under normal pressure at a temperature of lower than 200 ° C. and preferably lower than 130 ° C. and 180 ° C. The reactions include alcoholicsis and hydrolysis of lignocellulose, as well as reactions of cyclic esters with polyhydric alcohols, reactions with low molecular weight lignocelluloses, polycondensation reactions of cyclic esters, and the like. Liquids are highly reactive,
In addition, characteristics such as the ability to control the reactivity under liquefaction conditions can be recognized.
【0025】また、木材などが環状エステルと多価アル
コールとの混合液と、酸触媒存在下で、100〜200
℃特に130〜180℃という比較的低温で常圧下加熱
されるだけで、液化溶解し、木材の液化収率が平均98
%もの高い収率で、液状物が得られるという新事実は、
本発明者により初めて見出されたものである。そのさい
の酸触媒として例えば硫酸が用いられるが、その濃度を
環状エステルと多価アルコールとの混合液量に対し、
0.75重量%以下といった低い値としても、液化の目
的を十分達しうるという特徴も見出されている。得られ
た液状物は多くの官能基を有するために反応性が高く、
例えばウレタン発泡により発泡体を目的とする場合に
は、特にウレタン発泡に適した“ポリオール”樹脂原料
となる。Further, wood or the like is mixed with a mixed solution of a cyclic ester and a polyhydric alcohol in the presence of an acid catalyst to form a mixture of 100 to 200.
C. In particular, it is liquefied and dissolved only by heating at a relatively low temperature of 130 to 180 ° C. under normal pressure, and the liquefaction yield of wood is 98 on average.
The new fact that liquids can be obtained with yields as high as
It has been found for the first time by the present inventors. Sulfuric acid, for example, is used as the acid catalyst at that time, and its concentration is determined with respect to the mixed liquid amount of the cyclic ester and the polyhydric alcohol.
It has been found that even a low value such as 0.75% by weight or less can sufficiently achieve the purpose of liquefaction. The resulting liquid has high reactivity due to having many functional groups,
For example, when a foam is intended by urethane foaming, it is a "polyol" resin raw material particularly suitable for urethane foaming.
【0026】このように本発明の方法は、極めて容易に
液化溶液を得ることが出来るものであり、工業化に適
し、ウレタン発泡用ポリオール原料など極めて実用的で
あり、木材などのリグノセルロース原料の有効利用に極
めて有用である。As described above, the method of the present invention can very easily obtain a liquefied solution, is suitable for industrialization, is extremely practical such as a polyol raw material for urethane foaming, and is an effective method for producing a lignocellulose raw material such as wood. Very useful for utilization.
【0027】[0027]
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説
明する。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
【0028】[0028]
【実施例1】乾燥マカンバ木粉(20〜80メッシュ)
3gを、予めその全量に対し、0.75重量%の硫酸(9
7%硫酸)を均一に混合したグリセリンとε−カプロラ
クトン混合溶液(混合比、グリセリン/ε−カプロラク
トン=1/3(w/w))9gと共に、還流コンデンサ
ーと撹拌機を備えた50ml容ガラス反応フラスコに投入
し、150℃の油浴中に約1時間静置し、引続き1時間
撹拌して反応させた。反応終了後、油浴から引上げ、直
ちに加えた硫酸と等量の水酸化バリウム8水和物を加え
て中和し、反応を停止した。可溶化の程度を知るため
に、反応生成物は過剰のジオキサンに投入し、希釈し
た。Example 1 Dry birch wood flour (20-80 mesh)
3 g of 0.75% by weight sulfuric acid (9
7% sulfuric acid) and 9 g of a mixed solution of glycerin and ε-caprolactone (mixing ratio, glycerin / ε-caprolactone = 1/3 (w / w)), together with a 50 ml glass reaction vessel equipped with a reflux condenser and a stirrer. The mixture was put into a flask, left standing in an oil bath at 150 ° C. for about 1 hour, and subsequently reacted by stirring for 1 hour. After the reaction was completed, the reaction solution was pulled up from the oil bath, immediately added with an equal amount of barium hydroxide octahydrate to the sulfuric acid added, and neutralized to terminate the reaction. The reaction product was poured into excess dioxane and diluted to determine the extent of solubilization.
【0029】次いでガラス繊維濾紙(TOYO GA−
100;1μm径粒子保持)を用いて、上記の希釈反応
液を瀘過し、液化物と不溶解残渣を分離した。不溶解残
渣は更に1,4−ジオキサンを用いて数回洗浄し、予備
乾燥の後105℃で4時間乾燥し、秤量して不溶解残渣
率を求めた。得られた不溶解残渣率は13.1%であっ
た。なお、後記の表5最下段に示されているように、液
化生成物のOH値は236.2(KOHmg/g)であっ
た。Next, glass fiber filter paper (TOYO GA-
100; retention of 1 μm diameter particles), the diluted reaction solution was filtered to separate a liquefied product and an insoluble residue. The insoluble residue was further washed several times with 1,4-dioxane, preliminarily dried, dried at 105 ° C. for 4 hours, and weighed to determine the insoluble residue ratio. The obtained insoluble residue ratio was 13.1%. The OH value of the liquefied product was 236.2 (KOH mg / g), as shown in the lower part of Table 5 below.
【0030】[0030]
【実施例2−10】実施例1において、その条件を表1
に示す所定条件、すなわち、乾燥マカンバ木粉3gに対
し、硫酸触媒[0.75重量%/(グリセリン+ε−カ
プロラクトン)]を均一に混合したグリセリン/ε−カ
プロラクトン[1/3(w/w)]混合液量を、3、
6、12、15、18、21、24、30及び36gそ
れぞれ加えて、その他の条件は実施例1の条件で液化溶
解を行った。結果を表1に示す。Example 2-10 In Example 1, the conditions were as shown in Table 1.
Glycerin / ε-caprolactone [1/3 (w / w)) in which a sulfuric acid catalyst [0.75% by weight / (glycerin + ε-caprolactone)] is uniformly mixed with 3 g of dried birch wood flour. ] The mixed liquid amount is 3,
In addition to 6, 12, 15, 18, 21, 24, 30, and 36 g, liquefaction and dissolution were performed under the same conditions as those of Example 1. Table 1 shows the results.
【0031】[0031]
【表1】 [Table 1]
【0032】[0032]
【実施例11〜30】実施例1において、その条件を表
2に示す所定条件、すなわち、乾燥マカンバ木粉3gに
対し、硫酸触媒[0.75重量%/(グリセリン+ε−
カプロラクトン)]を均一に混合したグリセリン/ε−
カプロラクトン混合液量を9または12g添加する場合
について、グリセリンとε−カプロラクトンの添加比を
後者の添加率[ε−カプロラクトン添加率(%)]で0
〜100%の範囲で変化させ、その他の条件は実施例1
と同じ条件として、液化溶解を行った。結果を表2に示
す。残渣率を最小にするグリセリン/ε−カプロラクト
ン混合比が存在し、その比は1/3付近にあることが知
られる。Examples 11 to 30 In Example 1, the conditions were as shown in Table 2, that is, a sulfuric acid catalyst [0.75% by weight / (glycerin + ε-
Glycerin / ε- uniformly mixed with caprolactone)]
When adding 9 or 12 g of the mixed solution of caprolactone, the addition ratio of glycerin and ε-caprolactone was set to 0 in the latter addition ratio [ε-caprolactone addition ratio (%)].
-100%, and the other conditions were the same as in Example 1.
Liquefaction and dissolution were performed under the same conditions as described above. Table 2 shows the results. It is known that there is a glycerin / ε-caprolactone mixture ratio that minimizes the residue ratio, and the ratio is around 1/3.
【0033】[0033]
【表2】 [Table 2]
【0034】[0034]
【実施例31〜37】実施例1において、その条件を表
3に示す所定条件、すなわち、反応時間のみ変化させた
条件として、液化溶解を行った。結果を表3に示す。1
50分間の反応で残渣率が最小になることがわかる。そ
れ以上の液化時間をとると液化成分間の反応が起こり残
渣率がかえって高くなった。Examples 31 to 37 In Example 1, liquefaction and dissolution were performed under the predetermined conditions shown in Table 3, that is, the conditions where only the reaction time was changed. Table 3 shows the results. 1
It can be seen that the residue ratio is minimized by the reaction for 50 minutes. If a longer liquefaction time was taken, a reaction between the liquefied components occurred, and the residue ratio increased rather.
【0035】[0035]
【表3】 [Table 3]
【0036】[0036]
【実施例38〜42】実施例1において、その条件を表
4に示す所定条件、すなわち、反応温度のみ変化させた
条件として、液化溶解を行った。結果を表4に示す。Examples 38 to 42 In Example 1, liquefaction and dissolution were performed under the predetermined conditions shown in Table 4, that is, conditions in which only the reaction temperature was changed. Table 4 shows the results.
【0037】[0037]
【表4】 [Table 4]
【0038】実施例1の結果も合わせ考えると、150
℃で残渣率13.1%であり、160℃さらには180
℃では残渣率が更に少なくなっていることが判る。しか
し、160℃および180℃で液化した場合、残渣は減
少するものの瀘過のさいの目詰まりがひどかった。これ
は、可溶化物中に高分子量の成分が存在していることを
意味している。カプロラクトンが重合し、高分子化した
ためと考えられる。このことは硫酸およびグリセリンと
ε−カプロラクトンをここでの場合と同じ比率でとり、
木粉なしで反応(160or180℃、2時間)させる
と、より低温での反応の場合と比べ、反応溶液は著しく
着色して、一部がゲル状となり、ジオキサンに溶解する
ものの、瀘過のさいに目詰まりを起こしたこと、および
残渣のIRスペクトルの比較で、高温反応物の場合ほ
ど、リグニンの存在を示す815cm-1のベンゼンの非対
称三置換体の吸収には変化がないのに対し、1720cm
-1のホモおよびグラフトポリマー(ポリカプロラクト
ン)のエステル結合に由来すると考えられるC=Dの吸
収が増大することから一応裏付けられる。したがって、
ここでの条件よりも高温を用いると、液化中にカプロラ
クトンの重合(その間にグリセリンや低分子化した木材
成分との反応を併起していると考えられる)が進み、み
かけの残渣率はさらに増加することとなろう。Considering also the results of Example 1, 150
Residue at 13.1%, 160 ° C and 180
It can be seen that the residue ratio was further reduced at ℃. However, when liquefied at 160 ° C. and 180 ° C., the residue was reduced, but severely clogged during filtration. This means that a high molecular weight component is present in the solubilized product. It is considered that caprolactone was polymerized and polymerized. This takes sulfuric acid and glycerin and ε-caprolactone in the same proportions here,
When the reaction is carried out without wood flour (160 or 180 ° C., 2 hours), the reaction solution is significantly colored and a part of the solution becomes gel-like and dissolves in dioxane as compared with the reaction at a lower temperature, but is filtered. In comparison with the IR spectrum of the residue, there was no change in the absorption of the asymmetric trisubstituted benzene at 815 cm -1 indicating the presence of lignin. 1720cm
This is supported by the increased absorption of C = D, which is considered to be derived from the ester bond of the homo- 1 and graft polymer (polycaprolactone) -1 . Therefore,
If a higher temperature than the conditions here is used, the polymerization of caprolactone during the liquefaction (it is thought to be accompanied by the reaction with glycerin and degraded wood components in the meantime) proceeds, and the apparent residue rate further increases Will increase.
【0039】[0039]
【実施例43−51】実施例1において、その条件を表
5に示す所定条件、すなわち、触媒添加量(触媒濃度)
のみ変化させた条件、として液化溶解を行った。その結
果を表5に示す。Embodiment 43-51 In Embodiment 1, the conditions are shown in Table 5, ie, the catalyst addition amount (catalyst concentration).
Liquefaction and dissolution were performed as the only condition changed. Table 5 shows the results.
【0040】[0040]
【表5】 [Table 5]
【0041】表5より、不溶解残渣量は、硫酸触媒を少
量添加することで急激に減少し、再び増加する。すなわ
ち、触媒の添加量には適値が存在することがわかる。こ
れは触媒の添加料が多すぎると反応が進みすぎ、また、
リグニンなど木材成分低分子化物の再縮合を招くためと
考えられる。As shown in Table 5, the amount of the insoluble residue rapidly decreases and increases again when a small amount of the sulfuric acid catalyst is added. That is, it is understood that there is an appropriate value for the amount of the catalyst added. This is because if the additive amount of the catalyst is too large, the reaction proceeds too much,
It is considered to cause recondensation of low molecular weight wood components such as lignin.
【0042】また、表5の触媒適値付近までの部分で
は、反応生成物すなわち液化溶液全体としての水酸基価
(OH値)をも測定した結果も併記した。不溶解残渣量
の減少とともにOH値も明確に低下しており、液化が進
む条件での場合ほど反応により水酸基量が減るというこ
とが知られる。この結果も、本発明の液化が組成成分間
での反応を伴うことを示しているといえる。Further, in the portion up to the vicinity of the appropriate catalyst value in Table 5, the measurement results of the hydroxyl value (OH value) of the reaction product, that is, the liquefied solution as a whole are also shown. It is known that the OH value clearly decreases with the decrease in the amount of the insoluble residue, and that the amount of the hydroxyl group decreases due to the reaction as the liquefaction proceeds. This result also indicates that the liquefaction of the present invention involves a reaction between the components.
フロントページの続き (72)発明者 津ケ谷 仁 姫路市網干区新在家1239番地 ダイセル 化学工業株式会社 総合研究所内 (72)発明者 白川 欣一 大阪府大阪市福島区大開4丁目1番186 号 レンゴー株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平2−227434(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 3/11 Continued on the front page (72) Inventor Jin Tsugaya 1239 Shinzaizai, Aboshi-ku, Himeji-shi Daicel Chemical Industry Co., Ltd. (72) Inventor Kinichi Shirakawa 4-1-1186 Okai, Fukushima-ku, Osaka-shi, Osaka Rengo (56) References JP-A-2-227434 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C08J 3/11
Claims (2)
テルおよび多価アルコールの存在下で、加熱することを
特徴とするリグノセルロース物質の液化溶液の製造法。1. A method for producing a liquefied solution of a lignocellulose material, comprising heating the lignocellulose material in the presence of an acid catalyst, a cyclic ester and a polyhydric alcohol.
り、酸触媒が無機酸、有機酸およびルイス酸から選ばれ
た少なくとも1種である請求項1に記載の製造法。2. The method according to claim 1, wherein the heating temperature is in the range of 100 to 200 ° C., and the acid catalyst is at least one selected from inorganic acids, organic acids and Lewis acids.
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