JP5146799B2 - Method for producing lignophenol - Google Patents

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本発明は、リグノセルロースから効率よくリグノフェノールを製造することができるリグノフェノールの製造方法に関するThe present invention relates to a method for producing lignophenol, which can efficiently produce lignophenol from lignocellulose.

近年、中国、インドなどの石油の需要増加、及びヘッジファンドなどによる投資対象のため、石油価格の高騰が続いている。また、地球温暖化防止に関して京都議定書に定められた二酸化炭素削減目標を達成するために、温室効果ガスの増加を抑制する循環型社会の形成やバイオマス資源の利活用をさらに促進する必要があるとされている。   In recent years, oil prices have continued to rise due to an increase in demand for oil in China, India, etc., and investment targets by hedge funds. In addition, it is necessary to further promote the formation of a recycling-oriented society that suppresses the increase of greenhouse gases and the utilization of biomass resources in order to achieve the carbon dioxide reduction target set in the Kyoto Protocol for the prevention of global warming. Has been.

再生可能なバイオマス資源は、石油や石炭などと異なり、大気中の二酸化炭素を炭素源とし、燃焼廃棄しても大気中の二酸化濃度の増加は防げることからバイオマス資源の活用が望まれている。その中でも植物由来のリグノセルロース資源は再生可能な材料として再注目され、バイオマス発電やガス化などの熱化学的変換や発酵によるエタノールの生産などエネルギーとしての利用に関する研究が多くなされている。しかし、リグノセルロース資源は、エネルギーとして利用するのみでは、植物資源の再生能力を越えてしまい植物資源の枯渇の可能性が生じる。   Unlike renewable petroleum and coal, renewable biomass resources use carbon dioxide in the atmosphere as a carbon source, and even if they are burned and discarded, the use of biomass resources is desired because the increase in the concentration of atmospheric dioxide can be prevented. Among them, plant-derived lignocellulose resources have attracted attention as renewable materials, and much research has been conducted on their use as energy, such as thermochemical conversion such as biomass power generation and gasification, and ethanol production by fermentation. However, lignocellulosic resources, when used only as energy, exceed the regenerative capacity of plant resources, leading to the possibility of depletion of plant resources.

植物資源を石油の代替工業原料として有効に利用するためには、石油から様々な有機化学製品が導かれるのと同様、生活に必要な製品の原料を植物資源から誘導することが重要である。植物資源を分子素材として完全活用するためには、分子レベルで高度に複合化された植物体の各構成成分をそれぞれの機能を活かした状態で効率よく分離することが重要である。   In order to effectively use plant resources as alternative industrial raw materials for petroleum, it is important to derive raw materials for products necessary for daily life from plant resources as well as various organic chemical products derived from petroleum. In order to make full use of plant resources as molecular materials, it is important to efficiently separate each component of the plant complexed at the molecular level in a state where each function is utilized.

本発明者等は、フェノール類と濃酸とを用いた植物資源の相分離系変換システムを開発し、植物の主要構成成分であるセルロース、ヘミセルロースからなる炭水化物とリグニンとを迅速かつ定量的、そして容易に分離・変換することに成功した(特許文献1及び非特許文献1〜3参照)。相分離系変換システムにおいて、フェノール類はリグニンのフェノール化試薬、溶媒、濃酸からの保護媒体として機能し、濃酸は炭水化物の加水分解試薬、溶媒、リグニンのフェノール化触媒として機能する。この手法により誘導されたリグノフェノールは、従来の工業リグニンなどのリグニン系試料には見られない熱可塑特性や高いタンパク質吸着特性を有している(非特許文献2参照)。   The present inventors have developed a phase separation system conversion system for plant resources using phenols and concentrated acids, and the cellulose and hemicellulose carbohydrates and lignin, which are the main components of plants, are rapidly and quantitatively It succeeded in separating and converting easily (see Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 to 3). In the phase separation system conversion system, the phenols function as a protective medium from the lignin phenolization reagent, solvent, and concentrated acid, and the concentrated acid functions as a carbohydrate hydrolysis reagent, solvent, and lignin phenolization catalyst. Lignophenol derived by this technique has thermoplastic properties and high protein adsorption properties not found in lignin samples such as conventional industrial lignin (see Non-Patent Document 2).

相分離系変換システムに用いられる植物としては、木材や草、廃木材、建築廃材等が挙げられる。上記方法により誘導されたリグニン(以下、リグノフェノールと呼ぶ。)は有機溶媒に溶け、各種材料に塗布した後、乾燥して成形体とすることができる。成形体が不要となった場合には、有機溶媒に溶かして回収することで再利用が可能となる。   Examples of plants used in the phase separation system conversion system include wood, grass, waste wood, and building waste. Lignin derived by the above method (hereinafter referred to as lignophenol) is dissolved in an organic solvent, applied to various materials, and then dried to form a molded body. When the molded body becomes unnecessary, it can be reused by dissolving it in an organic solvent and recovering it.

近年、リグノフェノールに関して用途研究が行われ、成形体以外の応用として、塗料、電子や電気用材料、医薬などへの幅広い用途が期待されている。リグノフェノールは、300〜100000の範囲を有する高分子であり、一般に幅広い分子量分布を有する。幅広い分子量分布を有する状態が望ましい用途に関してはそのまま用いればよいが、分子量分布が狭いもの、より高分子量、より低分子量のリグノフェノールが望ましいと考えられる用途がある。   In recent years, application studies on lignophenol have been conducted, and a wide range of uses for paints, electronic and electrical materials, medicines, and the like are expected as applications other than molded articles. Lignophenol is a polymer having a range of 300 to 100,000 and generally has a broad molecular weight distribution. For applications where a state having a broad molecular weight distribution is desirable, it may be used as it is, but there are applications where a narrow molecular weight distribution, higher molecular weight, and lower molecular weight lignophenol are desirable.

上記フェノール相に含まれるリグノフェノールの精製は、以下のような2段階の精製が必要である。
(1次精製)
フェノール誘導体の親溶媒であり、リグノフェノールの貧溶媒であるジエチルエーテルやジイソプロピルエーテルやn−ヘキサンに滴下し、大過剰に存在する未反応フェノール誘導体及びリグノフェノール抽出用フェノール誘導体を可溶化し、リグノフェノールを不溶区分として回収する。相分離系変換システムでは、ヘミセルロースを中心とするリグニンと親和性のある炭水化物の一部がフェノール相に含まれるため(非特許文献3参照)、1次精製により回収された不溶区分をアセトンで抽出し、少量の炭水化物を除去する必要がある。さらに、1次精製では除去できなかったフェノール誘導体を除去するために2次精製を行っていた。
The purification of lignophenol contained in the phenol phase requires the following two-stage purification.
(Primary purification)
Dropped in diethyl ether, diisopropyl ether or n-hexane, which is a parent solvent for phenol derivatives and is a poor solvent for lignophenol, solubilizes unreacted phenol derivatives and phenol derivatives for lignophenol extraction in large excess, Recover phenol as an insoluble fraction. In the phase separation system conversion system, some of the carbohydrates that have affinity for lignin centered on hemicellulose are contained in the phenol phase (see Non-Patent Document 3), and the insoluble fraction recovered by the primary purification is extracted with acetone. And a small amount of carbohydrate needs to be removed. Furthermore, secondary purification was performed to remove phenol derivatives that could not be removed by primary purification.

(2次精製)
抽出されたリグノフェノールアセトン溶液を、再度ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、n−ヘキサン等に滴下することにより、精製されたリグノフェノールを回収することが可能となる。
(Secondary purification)
By adding the extracted lignophenolacetone solution again to diethyl ether, diisopropyl ether, n-hexane or the like, the purified lignophenol can be recovered.

従来の1次精製や2次精製で得られるリグノフェノールは、高分子リグノフェノールであった。   The lignophenol obtained by the conventional primary purification or secondary purification was a polymer lignophenol.

特開平02−233701号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-233701 特開平2004−115736号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-115736 特開平2004−137347号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-137347 M. Funaoka and I. Abe, Tappi Journal, 72 (1989) 145M. Funaoka and I. Abe, Tappi Journal, 72 (1989) 145 M. Funaoka, Polymer International, 47 (1998) 277M. Funaoka, Polymer International, 47 (1998) 277 K. Mikame and M. Funaoka, Polymer Journal, 38 (2006) 694K. Mikame and M. Funaoka, Polymer Journal, 38 (2006) 694

しかしながら、従来のリグノフェノールの製造方法では、1次及び2次精製ともに、リグノフェノールの親溶媒であるフェノール誘導体及びアセトン量に対して15倍から20倍量のジエチルエーテルやn−ヘキサンが必要となり、製造コストが高くなっていた。
さらに、従来のリグノフェノールの精製方法では、高分子量のリグノフェノールは得られるものの、低分子量リグノフェノールを効率良く製造することができなかった。
However, the conventional lignophenol production method requires 15 to 20 times the amount of diethyl ether and n-hexane for the phenol derivative and the amount of acetone as the parent solvent of lignophenol for both primary and secondary purification. The manufacturing cost was high.
Furthermore, although the conventional method for purifying lignophenol can obtain high molecular weight lignophenol, it has not been able to efficiently produce low molecular weight lignophenol.

本発明は、上記課題に鑑み、リグノフェノールの製造方法及び分子量400〜1500のリグノフェノールの製造方法を提供することを目的としている。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing lignophenol and a method for producing lignophenol having a molecular weight of 400 to 1500 .

本発明者等は鋭意研究を重ねたところ、リグノフェノールを含むフェノール類やリグノフェノールのアセトンなどの親溶媒に溶解した溶液を、ジエチルエーテルなどのリグノフェノールの貧溶媒に滴下してリグノフェノールの析出と分離を行う際に超音波照射を行うと凝集塊を形成しにくくなること、リグノフェノール溶液の高濃度化および滴下速度の高速化を達成できることを見出し、本発明に至った。 As a result of extensive research, the inventors of the present invention dripped a solution of a phenol containing lignophenol or a lignophenol in a parent solvent such as acetone into a poor lignophenol solvent such as diethyl ether to precipitate lignophenol. The present inventors have found that it is difficult to form agglomerates by irradiating ultrasonic waves during separation, and that the concentration of the lignophenol solution can be increased and the dropping speed can be increased.

上記目的を達成するために、本発明のリグノフェノールの製造方法は、出発原料となるリグノセルロース系材料からリグノフェノールを含むフェノール類からなる相を抽出する工程と、リグノフェノールを含むフェノール類からなる相を貧溶媒へ添加して粗リグノフェノールを分離する工程と、を備え、分離工程において貧溶媒へ超音波を照射することを特徴とする。
本発明のリグノフェノールの別の製造方法は、出発原料となるリグノセルロース系材料から粗リグノフェノールを抽出する工程と、粗リグノフェノールを親溶媒に添加し溶液とする工程と、溶液を貧溶媒へ添加してリグノフェノールを分離する工程と、を備え、分離工程において貧溶媒へ超音波を照射することを特徴とする。
上記何れの構成によっても、貧溶媒へ超音波を照射することで、効率良く高分子量リグノフェノールを製造することができる。
In order to achieve the above object, a method for producing lignophenol of the present invention comprises a step of extracting a phase comprising phenols containing lignophenol from a lignocellulosic material as a starting material, and a phenol containing lignophenol. And a step of separating the crude lignophenol by adding the phase to the poor solvent, and irradiating the poor solvent with ultrasonic waves in the separation step.
Another method for producing lignophenol of the present invention includes a step of extracting crude lignophenol from a lignocellulosic material as a starting material, a step of adding crude lignophenol to a parent solvent to form a solution, and converting the solution into a poor solvent. And a step of separating lignophenol and irradiating the poor solvent with ultrasonic waves in the separation step.
In any of the above configurations, high molecular weight lignophenol can be efficiently produced by irradiating the poor solvent with ultrasonic waves.

上記構成において、分離工程の貧溶媒残液を超音波照射下、無極性溶媒に投入することにより、分離工程の貧溶媒残液から分子量400から1500の低分子リグノフェノールを製造することができる。 In the above configuration, the low-molecular-weight lignophenol having a molecular weight of 400 to 1500 can be produced from the poor-solvent residual solution in the separation step by introducing the poor-solvent residual solution in the separation step into a nonpolar solvent under ultrasonic irradiation .

上記構成において、好ましくは無極性溶媒へ超音波を照射する。無極性溶媒へ超音波を照射することで、さらに効率良く低分子量リグノフェノールを製造することができる。   In the above configuration, the nonpolar solvent is preferably irradiated with ultrasonic waves. By irradiating the nonpolar solvent with ultrasonic waves, low molecular weight lignophenol can be produced more efficiently.

親溶媒は、アセトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、ジオキサン、メチルセロソルブ、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドの何れか一つの溶媒又はこれらの溶媒を組み合わせた混合溶媒であってよい。
貧溶媒として、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロペンチルメチルエーテル、tert-ブチルメチルエーテル、酢酸エチル、クロロホルム、ジクロロメタンの何れか一つの溶媒又はこれらの溶媒を組み合わせた混合溶媒が好適である。
無極性溶媒は、n−ヘキサン又はシクロヘキサンが好ましい。
貧溶媒へ超音波を照射することで、効率良くリグノフェノールを連続して製造することができる。
The parent solvent may be any one of acetone, tetrahydrofuran, methanol, ethanol, dioxane, methyl cellosolve, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, or a mixed solvent in which these solvents are combined.
As a poor solvent, any one of diethyl ether, diisopropyl ether, n-hexane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, cyclopentyl methyl ether, tert-butyl methyl ether, ethyl acetate, chloroform, dichloromethane or a combination of these solvents Mixed solvents are preferred.
The nonpolar solvent is preferably n-hexane or cyclohexane.
By irradiating the poor solvent with ultrasonic waves, lignophenol can be produced efficiently and continuously.

本発明によれば、不純物の少ないリグノフェノールを、安価に工業的に量産化を達成することができる。さらに、分子量400から1500のリグノフェノールの製法も確立され両者をあわせて用途の拡大など波及効果はきわめて大きい。 According to the present invention, mass production of lignophenol with less impurities can be achieved industrially at low cost. Furthermore, a process for producing lignophenol having a molecular weight of 400 to 1500 has also been established , and the ripple effect such as expansion of the use of both is very great.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図1は本発明のリグノフェノールの1実施形態による製造方法を示す工程図である。図において、出発原料1はリグノセルロース系材料である。リグノセルロース系材料とは、木材や草の他廃木材や建築廃材等の材料の総称である。
図示するように、第1工程は、出発原料1となるリグノセルロース系材料を、液状のフェノール類により親和し、親和溶液とする工程である。
第2工程は、第1工程で得た親和溶液に酸を添加し、リグノフェノールを含むフェノール類からなる相2と酸相3とに分離する工程である。
第3工程は、第2工程で得たリグノフェノールを含むフェノール類からなる相2を貧溶媒に添加し、貧溶媒に沈殿する沈殿物(不溶区分)を粗リグノフェノール4とフェノール類5とに分離する工程である。この分離工程において超音波を照射することが好ましい。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a process diagram showing a method for producing lignophenol according to an embodiment of the present invention. In the figure, the starting material 1 is a lignocellulosic material. The lignocellulosic material is a general term for materials such as wood and grass, as well as waste wood and building waste.
As shown in the figure, the first step is a step in which the lignocellulosic material used as the starting material 1 is affinityd with liquid phenols to form an affinity solution.
The second step is a step of adding an acid to the affinity solution obtained in the first step and separating it into a phase 2 and an acid phase 3 made of phenols containing lignophenol.
In the third step, the phase 2 composed of the phenols containing lignophenol obtained in the second step is added to the poor solvent, and the precipitate (insoluble section) that precipitates in the poor solvent is converted into the crude lignophenol 4 and the phenols 5. It is a process of separating. In this separation step, it is preferable to irradiate ultrasonic waves.

出発原料1となるリグノセルロース系材料について説明する。
リグノセルロース1自体は植物の主成分であり、針葉樹や広葉樹のような木本類、草本類の何れも使用可能である。木本類では廃材、間伐材、木粉など、ケナフやバガス、アブラヤシ空房といった草本系農産廃棄物、草本植物、新聞紙、コーヒーガラ等の産業廃棄物も使用可能である。リグノセルロースは、約70%の糖質と約30%の硬い部位のリグニンからなる。従来は、有用な糖質のみが抽出され、反応性が高いため抽出が困難なリグニンは廃棄されていた。これらの原料のひとつである木本類を用いた場合の特徴を以下に示す。
針葉樹はフェニルプロパン構造のフェニル部の3位にアリールメチルエーテル(メトキシル基)を有するグアイアシル型が全てを占める。広葉樹ではグアイアシル型と同時にフェニル部の3位、5位に共にメトキシル基があるシリンギル型を50:50で有する。さらに草本では広葉樹型の基本骨格に加え、メトキシル基がないフェニルプロパン骨格を有する。このような基本骨格以外は得られるリグノフェノールの構造はいずれの樹種を用いてもほぼ同様となる。針葉樹リグノフェノールではグアイアシル基のフェニル部の5位から単位間結合が形成されている。針葉樹では重量平均分子量であるMwが10000から20000程度、広葉樹や草本では、Mw=6000から8000程度となる。
The lignocellulosic material used as the starting material 1 will be described.
Lignocellulose 1 itself is the main component of the plant, and any of woody plants and herbs such as conifers and hardwoods can be used. For woody materials, wastes, thinned wood, wood flour, etc., and herbaceous agricultural waste such as kenaf, bagasse, oil palm empty bunch, and industrial waste such as herbaceous plants, newspapers, and coffee galley can also be used. Lignocellulose consists of about 70% carbohydrates and about 30% hard sites of lignin. Conventionally, only useful carbohydrates have been extracted, and lignin that is difficult to extract due to high reactivity has been discarded. The characteristics when using wood, which is one of these raw materials, are shown below.
The conifers are all guaiacyl type having an arylmethyl ether (methoxyl group) at the 3-position of the phenyl moiety of the phenylpropane structure. Broad-leaved trees have a syringyl type with a methoxyl group at 50:50 at the 3rd and 5th positions of the phenyl portion simultaneously with the guaiacyl type. Furthermore, herbaceous plants have a phenylpropane skeleton without a methoxyl group in addition to a hardwood-type basic skeleton. Except for such basic skeleton, the structure of the obtained lignophenol is almost the same regardless of which tree species is used. In conifer lignophenol, an inter-unit bond is formed from the 5-position of the phenyl portion of the guaiacyl group. For conifers, the weight average molecular weight Mw is about 10,000 to 20,000, and for hardwoods and herbs, Mw is about 6000 to 8,000.

この分子量の差と構造の相違は、たとえば熱機械分析(TMA)で測定した熱流動点に反映し、針葉樹では170℃程度で流動し始めるのに対し、広葉樹では140℃程度となる。NMR(核磁気共鳴装置)やFT−IR(フーリエ変換赤外分光装置)による構造解析ではほぼ同じ数値を示す。さらに、アルカリ下、分子スイッチを作動させると樹種に関係なく低分子化することから、高分子の基本骨格であるC2−O−アリール構造も同様に存在すると考えることができる。このように分子構造や分子量分布も用途に応じて自由に設計できる。   The difference in molecular weight and the difference in structure are reflected in the thermal pour point measured by, for example, thermomechanical analysis (TMA), and in softwood, it begins to flow at about 170 ° C., whereas in hardwood it is about 140 ° C. Structural analysis by NMR (nuclear magnetic resonance apparatus) or FT-IR (Fourier transform infrared spectrometer) shows almost the same numerical value. Furthermore, when the molecular switch is operated under an alkali, the molecular weight is reduced regardless of the tree species, so it can be considered that the C2-O-aryl structure, which is the basic skeleton of the polymer, also exists. Thus, the molecular structure and molecular weight distribution can be designed freely according to the application.

本発明の製造方法の第2工程において、出発原料1となるリグノセルロースを、フェノール類などにより溶媒和し、これを濃酸との界面反応でフェノール化する相分離系変換システムで抽出することができる(特許文献1参照)。
図2は、リグニンからp−クレゾール型のリグノフェノールに変換する化学反応式を示す図である。図2の反応においては、リグニン10をp(パラ)−クレゾールを用いてフェノール置換体とし、硫酸(H2SO4)と反応させ、出発原料となるp−クレゾール型のリグノフェノール12からなる相と水溶性炭水化物(糖類)からなる相、つまり酸相とに分離している。
In the second step of the production method of the present invention, the lignocellulose as the starting material 1 is solvated with phenols and the like, and this is extracted with a phase separation system conversion system in which it is phenolized by an interfacial reaction with concentrated acid. Yes (see Patent Document 1).
FIG. 2 is a diagram showing a chemical reaction formula for converting lignin to p-cresol-type lignophenol. In the reaction of FIG. 2, lignin 10 is converted into a phenol-substituted product using p (para) -cresol, reacted with sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and a phase comprising p-cresol-type lignophenol 12 as a starting material. And a phase composed of water-soluble carbohydrates (saccharides), that is, an acid phase.

上記p−クレゾール以外のフェノール類としては、フェノール、m(メタ)−クレゾール、o(オルト)−クレゾール、アニソール、2,4−ジメトキシフェノール、2,6−ジメトキシフェノール、2,4−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、プロピルフェノール、i−プロピルフェノール、tert−ブチルフェノール、カテコール、レゾルシノール、ピロガロール、フロログルシノール、ビスフェノール、バニリン、シリンゴール、グアイアゴール、フェルラ酸、クマル酸の何れか、又は、これらの組み合わせを使用することができる。   Examples of phenols other than p-cresol include phenol, m (meth) -cresol, o (ortho) -cresol, anisole, 2,4-dimethoxyphenol, 2,6-dimethoxyphenol, 2,4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, propylphenol, i-propylphenol, tert-butylphenol, catechol, resorcinol, pyrogallol, phloroglucinol, bisphenol, vanillin, syringol, guaiagol, ferulic acid, coumaric acid, or these A combination of can be used.

本発明に係るリグノフェノールの構造特性を示す。
リグノフェノールは、以下のような構造特性を有する不定形ポリマーである。植物中に20〜30%含まれるフェノール系物質でフェニルプロパン骨格(C6C3)を有するリグニンに酸触媒下、過剰のフェノール類(例えばp−クレゾールなど)との界面反応によってフェノール化処理を施すと、主にフェニルプロパン骨格のC1位にフェノールが、水酸基がC1に対しオルト位になるように求核的に導入され、ほぼ定量的にフェノール性リグニン系構造可変ポリマー(リグノフェノール)が得られる(図2の1−1,ビス(アリール)プロパン−2−O−アリールエーテル型構造参照)。
The structural characteristic of the lignophenol based on this invention is shown.
Lignophenol is an amorphous polymer having the following structural characteristics. When a phenolic substance contained in a plant at 20 to 30% and having a phenylpropane skeleton (C6C3) is subjected to a phenolization treatment by an interfacial reaction with an excess of phenols (for example, p-cresol) under an acid catalyst, Phenol is introduced mainly at the C1 position of the phenylpropane skeleton and nucleophilically introduced so that the hydroxyl group is ortho to the C1, and a phenolic lignin structure variable polymer (lignophenol) is obtained almost quantitatively (Fig. 2 1-1, bis (aryl) propane-2-O-aryl ether type structure).

得られたリグノフェノールのフェノール性は、主に導入したフェノールの種類に依存する。同時にC1位に存在したリグニンの三次元構造を形成する単位間結合が切断され、比較的リニア構造を有する高分子化合物に誘導される。リニア型の構造は天然のリグニンの基本骨格であるC2−O−アリールエーテル骨格を有する。このアリールエーテルはフェニルプロパン鎖のフェニル部、4位と結合している。プロパン鎖の末端C3位置には脂肪族性水酸基が存在しており、フェノール性水酸基と共に豊富な水素結合を形成する。   The phenolic nature of the obtained lignophenol depends mainly on the type of phenol introduced. At the same time, the inter-unit bond forming the three-dimensional structure of lignin present at the C1 position is cleaved, leading to a polymer compound having a relatively linear structure. The linear structure has a C2-O-aryl ether skeleton, which is the basic skeleton of natural lignin. This aryl ether is bonded to the phenyl part and the 4-position of the phenylpropane chain. An aliphatic hydroxyl group exists at the terminal C3 position of the propane chain and forms abundant hydrogen bonds with the phenolic hydroxyl group.

上記フェノール類の内、p−クレゾール、m−クレゾール、o−クレゾール、2,4−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、プロピルフェノールなどのフェノールを選択することにより、リグノフェノール自体を疎水化できる。   Lignophenol itself can be hydrophobized by selecting phenols such as p-cresol, m-cresol, o-cresol, 2,4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, propylphenol among the above phenols. .

他方、カテコール、レゾルシノール、ピロガロール、フロログルシノール、ハイドロキノンなどから得られるリグノフェノールは親水性が高い。また、ハイドロキシメチル化リグノフェノール等の誘導体も水素結合が豊富なため親水性となる。   On the other hand, lignophenol obtained from catechol, resorcinol, pyrogallol, phloroglucinol, hydroquinone, etc. has high hydrophilicity. Derivatives such as hydroxymethylated lignophenol are also hydrophilic because they are rich in hydrogen bonds.

リグノセルロース1と接触させる酸としては、リグノフェノールやその誘導体であるリグニン誘導体を生成し得る範囲で各種の無機酸や有機酸を使用することができる。無機酸としては、硫酸、リン酸、塩酸などの何れかを使用することができる。有機酸としては、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸、ギ酸などを使用することができる。リグニン含有材料としてリグノセルロース系材料を使用する場合には、セルロースを膨潤させる作用を有していることが好ましい。   As the acid to be brought into contact with lignocellulose 1, various inorganic acids and organic acids can be used as long as lignophenol or a lignin derivative that is a derivative thereof can be produced. As the inorganic acid, any of sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid and the like can be used. As the organic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoroacetic acid, trichloroacetic acid, formic acid and the like can be used. When a lignocellulosic material is used as the lignin-containing material, it preferably has an action of swelling cellulose.

無機酸としては、65重量%以上の硫酸(好ましくは、72重量%の硫酸)、85重量%以上のリン酸、38重量%以上の塩酸、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸、ギ酸などを挙げることができる。好ましい酸は、85重量%以上(好ましくは95重量%以上)のリン酸、トリフルオロ酢酸又はギ酸である。また、リグニン誘導体を高収率で得るには、65重量%以上の硫酸(とくに、72重量%の硫酸)が好ましい。   As the inorganic acid, 65% by weight or more of sulfuric acid (preferably 72% by weight of sulfuric acid), 85% by weight or more of phosphoric acid, 38% by weight or more of hydrochloric acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoroacetic acid, trichloroacetic acid, Examples include formic acid. The preferred acid is 85% by weight or more (preferably 95% by weight or more) phosphoric acid, trifluoroacetic acid or formic acid. In order to obtain a lignin derivative with a high yield, 65% by weight or more of sulfuric acid (especially 72% by weight of sulfuric acid) is preferable.

このようにして得られたリグノフェノールは、幅広い分子量分布を持つ高分子で、用途に応じて分子量の高いあるいは低いリグノフェノールに分割して提供することが望ましい。沈殿物生成時にアセトンなどの親溶媒とジエチルエーテルなどの貧溶媒との比率を変えることによりある程度の分子量の大小や分布を制御することを試みたが限度があった。   The lignophenol thus obtained is a polymer having a wide molecular weight distribution, and it is desirable to divide and provide lignophenol having a high or low molecular weight depending on the application. Attempts were made to control the size and distribution of molecular weight to some extent by changing the ratio of a parent solvent such as acetone and a poor solvent such as diethyl ether during precipitation.

ここで、リグノフェノールは、図2で説明した反応で得られるリグノフェノール単体以外に、この単体リグノフェノールをさらに熱などの物理処理により得たリグノフェノール、単体リグノフェノールとセルロースとの複合体、単体リグノフェノールと合成高分子との複合体、単体リグノフェノールの次誘導体、単体リグノフェノールの高次フェノール導入体、単体リグノフェノールと金属化合物との安定な錯体様複合体を用いることができる。リグノフェノール単体以外の上記リグノフェノールをリグノフェノール誘導体と呼ぶことにする。本発明におけるリグノフェノールは、単体リグノフェノール及びリグノフェノール誘導体を含む。   Here, lignophenol is not only lignophenol obtained by the reaction explained in FIG. 2, but lignophenol obtained by physical treatment such as heat from this simple lignophenol, a complex of simple lignophenol and cellulose, simple substance A complex of lignophenol and a synthetic polymer, a simple derivative of simple lignophenol, a higher-order phenol introduction of simple lignophenol, or a stable complex-like complex of simple lignophenol and a metal compound can be used. The above lignophenol other than lignophenol alone will be referred to as a lignophenol derivative. The lignophenol in the present invention includes a simple lignophenol and a lignophenol derivative.

第3工程で用いる貧溶媒としては、使用や回収の工程を考慮すると、リグノフェノールに対する親和性も考慮し、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル(以下、適宜IPEと呼ぶ。)、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロペンチルメチルエーテル、tert-ブチルメチルエーテル、酢酸エチル、クロロホルム、ジクロロメタンの何れか一つの溶媒、又はこれらの溶媒を組み合わせた混合溶媒を用いることができる。   As the poor solvent used in the third step, in consideration of the use and recovery step, the affinity for lignophenol is also taken into consideration, and diethyl ether, diisopropyl ether (hereinafter referred to as IPE as appropriate), n-hexane, cyclohexane, and benzene. , Toluene, xylene, cyclopentyl methyl ether, tert-butyl methyl ether, ethyl acetate, chloroform, dichloromethane, or a mixed solvent obtained by combining these solvents.

上記リグノフェノールを含むフェノール類からなる相2の貧溶媒中への投入量は、3〜20重量%程度とすればよい。この範囲外の場合には、親溶媒の影響によりリグノフェノールの溶解度が高まり、その沈殿が生じ難くなり好ましくない。   The input amount of the phase 2 made of phenol containing lignophenol into the poor solvent may be about 3 to 20% by weight. If the amount is outside this range, the lignophenol solubility is increased by the influence of the parent solvent, and the precipitation thereof is difficult to occur.

第3工程で得た粗リグノフェノール4は、次いで洗浄工程を実施することで、精製度を向上することができる。洗浄工程は、第3工程で回収した沈殿物に洗浄用有機溶媒を加えて混合し、その後、固液分離することによって行うことができる。粗リグノフェノール4及びリグニン誘導体は沈殿物として不溶区分に分配される。この工程においても超音波照射を行うと分散性が向上し、洗浄回数を減らすことが可能である。
ここで、洗浄用有機溶媒としては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン及びキシレンから選ばれる1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
The purity of the crude lignophenol 4 obtained in the third step can be improved by carrying out a washing step. The washing step can be performed by adding and mixing a washing organic solvent to the precipitate collected in the third step, and then performing solid-liquid separation. Crude lignophenol 4 and lignin derivatives are distributed to the insoluble section as precipitates. Also in this step, when ultrasonic irradiation is performed, dispersibility is improved, and the number of washings can be reduced.
Here, as the organic solvent for washing, one or two or more selected from diethyl ether, diisopropyl ether, n-hexane, cyclohexane, benzene, toluene and xylene can be used.

本発明のリグノフェノールの製造方法は、第3工程で用いる貧溶媒に超音波を照射することにあるが、リグノフェノールを含むフェノール類からなる相2を貧溶媒に添加する場合には、この相2を過剰の貧溶媒に滴下等により添加し混合等することが好ましい。リグノフェノールを含むフェノール類からなる相2に対する貧溶媒の容量比は超音波照射のないときは15倍以上必要なのに対し、超音波照射すると5〜15倍程度で十分となる。   The method for producing lignophenol of the present invention is to irradiate the poor solvent used in the third step with ultrasonic waves. When the phase 2 consisting of phenols containing lignophenol is added to the poor solvent, this phase is used. It is preferable to add 2 to an excess poor solvent by dropping or the like and mix. The volume ratio of the poor solvent to the phase 2 composed of phenols containing lignophenol is required to be 15 times or more when there is no ultrasonic irradiation, but about 5 to 15 times is sufficient when ultrasonic irradiation is performed.

また、滴下時において超音波照射する場合は、貧溶媒への溶解度の上昇を防いで収率を確保するには混合熱の発生を避けることが好ましい。このため、貧溶媒を約0℃〜20℃程度、好ましくは、0℃〜10℃に冷却しながら行うことが好ましい。   Moreover, when irradiating with an ultrasonic wave at the time of dripping, it is preferable to avoid generation | occurrence | production of mixing heat in order to prevent the raise of the solubility to a poor solvent and to ensure a yield. For this reason, it is preferable to carry out the cooling while cooling the poor solvent to about 0 ° C to 20 ° C, preferably 0 ° C to 10 ° C.

超音波照射を行うとリグニン誘導体の分散性が向上し、滴下速度を無照射時の60倍以上に上げることが可能であった。さらに、アセトンなどの親溶媒中にリグノフェノールを含むフェノール類からなる相2を溶解させた溶液の濃度も10倍以上に上げることが可能であり、ジエチルエーテル、n−ヘキサン、IPEなどの引火性の高い低沸点有機溶媒の使用量を大幅に削減することが可能となる。この第3工程で超音波照射を行うと、粗リグノフェノールの抽出効果が促進され、抽出時間の短縮が可能である。   When ultrasonic irradiation was performed, the dispersibility of the lignin derivative was improved, and it was possible to increase the dropping speed to 60 times or more of the case without irradiation. Furthermore, it is possible to increase the concentration of a solution in which phase 2 composed of phenols containing lignophenol in a parent solvent such as acetone can be increased to 10 times or more, and flammability such as diethyl ether, n-hexane, IPE and the like. It is possible to significantly reduce the amount of high-boiling low-boiling organic solvents used. When ultrasonic irradiation is performed in this third step, the extraction effect of crude lignophenol is promoted, and the extraction time can be shortened.

本発明のリグノフェノールの製造方法における第2の実施の形態について説明する。
図3は、本発明のリグノフェノールの第2実施形態の製造方法を示す工程図である。図において、出発原料1はリグノセルロース系材料である。図示するように、第1A工程は、出発原料となるリグノセルロース系材料1に固体状又は液状のフェノール類を溶解した溶媒を浸透させる工程であり、リグノセルロース系材料に上記フェノール類溶解液を十分に浸透させ後で、第1B工程で溶媒を留去する。
第2工程は、第1A及び1B工程で得たフェノール類を吸着したリグノセルロース系材料に酸を添加する工程である。この第2工程により、リグノフェノールは酸との混合物6として得られる。
第2A工程は、第2工程の酸処理で得た混合物6に水を添加して、粗リグノフェノール4と高分子炭水化物とからなる沈殿物8として得る工程である。第2A工程において、水に超音波照射を行ってもよく、水に溶けない区分である粗リグノフェノール4の分散性が向上し、脱酸効果が促進される効果が生じる。
A second embodiment of the method for producing lignophenol of the present invention will be described.
FIG. 3 is a process chart showing the production method of the second embodiment of lignophenol of the present invention. In the figure, the starting material 1 is a lignocellulosic material. As shown in the figure, step 1A is a step in which a solvent in which solid or liquid phenols are dissolved is infiltrated into lignocellulosic material 1 as a starting material. Then, the solvent is distilled off in step 1B.
The second step is a step of adding an acid to the lignocellulosic material adsorbed with the phenols obtained in the first A and 1B steps. By this second step, lignophenol is obtained as a mixture 6 with acid.
In the second step A, water is added to the mixture 6 obtained by the acid treatment in the second step to obtain a precipitate 8 composed of crude lignophenol 4 and a high molecular weight carbohydrate. In the second step A, water may be irradiated with ultrasonic waves, and the dispersibility of the crude lignophenol 4, which is a section that is not soluble in water, is improved, resulting in an effect of promoting the deoxidation effect.

さらに、粗リグノフェノール4と高分子炭水化物とからなる沈殿物8を洗浄、乾燥する工程を追加することで、効率良く粗リグノフェノール4を得ることができる(図3の点線で囲まれた工程)。つまり、粗リグノフェノール4と高分子炭水化物とからなる沈殿物8を水に添加し、不溶区分として、粗リグノフェノール及びリグニン誘導体区分を得ることができる。水に代えて有機溶媒の使用も可能であるが使用した酸の除去の点では水の方が好ましい。   Further, by adding a step of washing and drying the precipitate 8 composed of the crude lignophenol 4 and the high molecular weight carbohydrate, the crude lignophenol 4 can be obtained efficiently (step surrounded by a dotted line in FIG. 3). . In other words, the precipitate 8 composed of the crude lignophenol 4 and the high molecular weight carbohydrate can be added to water to obtain the crude lignophenol and lignin derivative sections as insoluble sections. Although an organic solvent can be used instead of water, water is preferred in terms of removing the acid used.

第4工程は、第2A工程で得た粗リグノフェノール4を親溶媒に溶解し、粗リグノフェノール溶液とする工程である。
ここで用いる親溶媒は、粗リグノフェノール4を溶解し、炭水化物を溶解しない溶媒であれば何でもよいが、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、ジオキサン、ピリジン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミドの何れか一つの溶媒又はこれらの2種以上からなる混合溶媒を使用することができる。
The fourth step is a step of dissolving the crude lignophenol 4 obtained in the second A step in a parent solvent to obtain a crude lignophenol solution.
The parent solvent used here may be anything as long as it dissolves crude lignophenol 4 and does not dissolve carbohydrates. However, any one solvent of methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, dioxane, pyridine, tetrahydrofuran, dimethylformamide or A mixed solvent composed of two or more of these can be used.

第5工程は、粗リグノフェノール溶液を貧溶媒に添加して、貧溶媒に沈殿する沈殿物(不溶区分)を精製された精製リグノフェノール7として分離する工程である。この工程は、図1で説明した第3工程と同じであり、貧溶媒も同じものでよい。この分離工程においても超音波を照射することが好ましい。   The fifth step is a step of adding the crude lignophenol solution to the poor solvent and separating the precipitate (insoluble section) that precipitates in the poor solvent as purified purified lignophenol 7. This step is the same as the third step described in FIG. 1, and the poor solvent may be the same. Also in this separation step, it is preferable to irradiate ultrasonic waves.

第5工程で得た精製リグノフェノール7は、次いで、図1の製造方法で説明した洗浄工程を実施することで、精製度を向上することができる。精製リグノフェノール7は、高分子量リグノフェノールを主成分とし、粗リグノフェノール4からさらにフェノール類が除去されている。   The purified lignophenol 7 obtained in the fifth step can improve the degree of purification by performing the washing step described in the production method of FIG. The purified lignophenol 7 has a high molecular weight lignophenol as a main component, and phenols are further removed from the crude lignophenol 4.

本発明のリグノフェノールの製造方法における第3の実施の形態について説明する。
図4は、本発明のリグノフェノールの第3実施形態の製造方法を示す工程図である。図において、第2工程までは図3に示す製造工程と同じである。第2工程で酸添加した後で、第2B工程において、不活性な疎水性有機溶媒を添加する。疎水性有機溶媒としては、ベンゼン、キシレン、トルエン、ヘキサン又はこれらの混合溶媒を用いることができる。
次に、第2C工程で遠心分離を行い、中間層を抽出する。この中間層は、粗リグノフェノール4と未反応のフェノール類や酸などが共存した状態となっている。
A third embodiment of the method for producing lignophenol of the present invention will be described.
FIG. 4 is a process chart showing the production method of the third embodiment of lignophenol of the present invention. In the figure, the steps up to the second step are the same as the manufacturing steps shown in FIG. After the acid addition in the second step, an inert hydrophobic organic solvent is added in the second B step. As the hydrophobic organic solvent, benzene, xylene, toluene, hexane, or a mixed solvent thereof can be used.
Next, centrifugation is performed in step 2C to extract the intermediate layer. This intermediate layer is in a state where crude lignophenol 4 and unreacted phenols and acids coexist.

第2D工程は、中間層に水を添加して、粗リグノフェノール4を析出物として得る工程である。さらに、この粗リグノフェノール4を水に添加して不溶区分として、粗リグニン誘導体区分を得ることができる。水に代えて有機溶媒の使用も可能であるが使用した酸の除去の点では水の方が好ましい。第2D工程において、水に超音波照射を行ってもよく、水に溶けない区分である粗リグノフェノール4の分散性が向上し、脱酸効果が促進される効果が生じる。   The 2D step is a step of adding crude lignophenol 4 as a precipitate by adding water to the intermediate layer. Furthermore, this crude lignophenol 4 can be added to water to obtain an insoluble fraction, thereby obtaining a crude lignin derivative category. Although an organic solvent can be used instead of water, water is preferred in terms of removing the acid used. In the second step D, water may be irradiated with ultrasonic waves, and the dispersibility of the crude lignophenol 4, which is a section that is insoluble in water, is improved, and the deoxidation effect is promoted.

第4工程は、第2D工程で得た粗リグノフェノール4を親溶媒に溶解し、粗リグノフェノール溶液とする工程であり、溶媒中の炭水化物等は沈殿物として残留する。この第4工程は、図3で説明した工程4と同じあり、用いる親溶媒も同様のものでよい。第4工程で、粗リグノフェノール溶液に超音波照射を行うと、粗リグノフェノール4の抽出効果が促進され、抽出時間の短縮が可能である。さらに、抽出した粗リグノフェノール液を遠心分離又はろ過等の固液分離手段により分離することができる。   The fourth step is a step in which the crude lignophenol 4 obtained in the 2D step is dissolved in a parent solvent to obtain a crude lignophenol solution, and carbohydrates and the like in the solvent remain as precipitates. This fourth step is the same as step 4 described in FIG. 3, and the same parent solvent may be used. In the fourth step, when the crude lignophenol solution is irradiated with ultrasonic waves, the extraction effect of the crude lignophenol 4 is promoted, and the extraction time can be shortened. Furthermore, the extracted crude lignophenol liquid can be separated by solid-liquid separation means such as centrifugation or filtration.

沈殿物である固形分は、さらに、粗リグノフェノール4を抽出することができる溶媒で洗浄することで、固形分に混合している粗リグノフェノール4を回収できる。なお、この場合の固液分離手段としては、ろ過で十分に達成できる。   The solid content which is a precipitate can be further washed with a solvent capable of extracting the crude lignophenol 4 to recover the crude lignophenol 4 mixed with the solid content. In this case, the solid-liquid separation means can be sufficiently achieved by filtration.

第5工程は、粗リグノフェノール溶液を貧溶媒に添加して、溶液から精製されたリグノフェノール7を分離する工程である。この分離工程においても超音波を照射することが好ましい。この第5工程は、図3で説明した第5工程と同じあり、用いる貧溶媒も同様のものでよい。   The fifth step is a step of separating the purified lignophenol 7 from the solution by adding the crude lignophenol solution to the poor solvent. Also in this separation step, it is preferable to irradiate ultrasonic waves. This fifth step is the same as the fifth step described in FIG. 3, and the same poor solvent may be used.

第5工程で得た精製リグノフェノール7は、次いで、図1の製造方法で説明した洗浄工程を実施することで、精製度を向上することができる。精製リグノフェノール7は、高分子量リグノフェノールを主成分とし、粗リグノフェノール4からさらにフェノール類が除去されている。   The purified lignophenol 7 obtained in the fifth step can improve the degree of purification by performing the washing step described in the production method of FIG. The purified lignophenol 7 has a high molecular weight lignophenol as a main component, and phenols are further removed from the crude lignophenol 4.

上記第1〜3の実施形態のリグノフェノールの製造方法によれば、比較的分子量の大きいリグノフェノールを効率良く析出させることができる。さらに、リグノフェノールを析出した後の残液である貧溶媒中には、従来は効率的に取得することが困難であった低分子量のリグノフェノールが、含有されていることが判明した。この低分子量のリグノフェノールは、分子量400〜1500であり、重量平均分子量(Mw)は1000前後である。 According to the method for producing lignophenol of the first to third embodiments, lignophenol having a relatively large molecular weight can be efficiently precipitated. Furthermore, it has been found that the poor solvent, which is the residual liquid after depositing lignophenol, contains low molecular weight lignophenol, which has been difficult to obtain efficiently in the past. This low molecular weight lignophenol has a molecular weight of 400-1500 and a weight average molecular weight (Mw) of around 1000.

上記貧溶媒の残液に含有されている低分子量のリグノフェノールを回収する方法について説明する。
図5は、本発明の低分子量のリグノフェノールを回収する製造方法を説明する工程図である。
第6工程として、リグノフェノールを抽出した貧溶媒の残液を、低分子量のリグノフェノールが溶解し難い貧溶媒中に添加して、低分子量リグノフェノール9を沈殿物として得ることができる。この第6工程でも超音波の照射は、低分子量リグノフェノール9の分散性の向上、不純物の除去や取得率の向上に大きな効果を示す。
A method for recovering the low molecular weight lignophenol contained in the residual liquid of the poor solvent will be described.
FIG. 5 is a process diagram for explaining the production method for recovering the low molecular weight lignophenol of the present invention.
As the sixth step, the low-molecular weight lignophenol 9 can be obtained as a precipitate by adding the residual liquid of the poor solvent extracted with lignophenol to the poor solvent in which the low-molecular weight lignophenol is difficult to dissolve. Even in this sixth step, irradiation with ultrasonic waves has a great effect on improving the dispersibility of the low molecular weight lignophenol 9, removing impurities, and improving the acquisition rate.

低分子量リグノフェノール9の抽出工程は、リグノフェノールを抽出した貧溶媒の残液を回収して、単独の工程として行うことができる。   The extraction step of the low molecular weight lignophenol 9 can be performed as a single step by collecting the residual liquid of the poor solvent from which the lignophenol has been extracted.

さらに、図1に示した第3工程及び図3、4の第5工程の貧溶媒残液を用いて、第6工程を追加した工程、つまり、連続する工程として行ってもよい。これらの工程によれば、最初の貧溶媒から分子量の大きい精製リグノフェノール7を回収し(図1の第3工程及び図3、4の第5工程)、第6工程では最初の貧溶媒から回収できなかった分子量の小さいリグノフェノール9を回収することができる。つまり、分子量の異なるリグノフェノール7,9を、一連の工程で分離回収することができる。   Furthermore, you may perform as a process which added the 6th process using the 3rd process shown in FIG. 1, and the 5th process of FIG. According to these steps, purified lignophenol 7 having a large molecular weight is recovered from the first poor solvent (the third step in FIG. 1 and the fifth step in FIGS. 3 and 4), and in the sixth step, it is recovered from the first poor solvent. Lignophenol 9 having a low molecular weight that could not be recovered can be recovered. That is, lignophenols 7 and 9 having different molecular weights can be separated and recovered in a series of steps.

本発明により製造される分子量の大きいリグノフェノール7、つまり、高分子量リグノフェノールの用途は、成型体用のポリマーとしての直接用途や、レゾール型フェノール樹脂化を目的としたハイドロキシメチル化などにより高分子量に誘導するためのプレポリマー用途、プラスチック化を目的としたウレタン化やエポキシ化などのプレポリマー用途などが挙げられる。   The high molecular weight lignophenol 7 produced according to the present invention, that is, the high molecular weight lignophenol is used for a high molecular weight by direct use as a polymer for a molded article or by hydroxymethylation for the purpose of forming a resol type phenol resin. Examples of the prepolymer use for derivatization and prepolymer use such as urethanization and epoxidation for the purpose of plasticization.

低分子量リグノフェノール9は、ウイルス抑制剤や抗アレルゲン剤などの医薬品用途、プラスチック用紫外線吸収剤、可塑剤等の添加剤用途、光化学電池用光増感剤などのエレクトロニクス用途への材料として用いることができる。   Low molecular weight lignophenol 9 should be used as a material for pharmaceutical applications such as virus inhibitors and antiallergens, UV absorbers for plastics, additives such as plasticizers, and electronic applications such as photosensitizers for photochemical batteries. Can do.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
図1に示す製造方法でリグノフェノールを製造した。エゾマツ(Spruce)脱脂木粉1gにp−クレゾール10cm3を加え、これに硫酸(H2SO4、72%)を20cm3添加し、激しく攪拌した。60分攪拌後、遠心分離によりp−クレゾール相と硫酸相に分離した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not restrict | limited to these Examples.
Lignophenol was produced by the production method shown in FIG. To 1 g of spruce defatted wood flour, 10 cm 3 of p-cresol was added, 20 cm 3 of sulfuric acid (H 2 SO 4 , 72%) was added thereto, and the mixture was vigorously stirred. After stirring for 60 minutes, the mixture was separated into a p-cresol phase and a sulfuric acid phase by centrifugation.

次に、p−クレゾール相を滴下カラムを使用して貧溶媒であるIPEへ30秒で高速滴下した。高速滴下時にIPEへ超音波発生器(株式会社日本精機製作所製、USS-1、Ultrasonic Stirrer)により超音波照射を行い、不溶区分を回収した。超音波の周波数は40kHzであり、その出力は35Wである。   Next, the p-cresol phase was dripped at high speed into the poor solvent IPE in 30 seconds using a dropping column. During high-speed dropping, the IPE was subjected to ultrasonic irradiation with an ultrasonic generator (USS-1, Ultrasonic Stirrer, manufactured by Nippon Seiki Seisakusyo Co., Ltd.), and insoluble sections were collected. The frequency of the ultrasonic wave is 40 kHz, and its output is 35 W.

次に、不溶区分をアセトンにより抽出し、アセトン溶液をろ過して実施例1の粗リグノフェノール4を得た。   Next, insoluble sections were extracted with acetone, and the acetone solution was filtered to obtain crude lignophenol 4 of Example 1.

(比較例1)
次に、実施例1の比較例として、超音波照射せずにp−クレゾール相のIPEへの高速(30秒)滴下を行った以外は、実施例1と同様にして比較例1のリグノフェノールを抽出した。
(Comparative Example 1)
Next, as a comparative example of Example 1, lignophenol of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that high-speed (30 seconds) dropwise addition to the IPE of the p-cresol phase was performed without ultrasonic irradiation. Extracted.

(比較例2)
実施例1の比較例として、超音波照射せずにp−クレゾール相のIPEへの滴下を、1滴ずつ15分かけて行った以外は、実施例1と同様にして比較例1のリグノフェノールを抽出した。
(Comparative Example 2)
As a comparative example of Example 1, the lignophenol of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the p-cresol phase was added dropwise to the IPE for 15 minutes without ultrasonic irradiation. Extracted.

実施例1、比較例1及び2で抽出した粗リグノフェノール4をゲルパーミッションクロマトグラフィー(GPC)で分析し、p−クレゾールの残存量を比較した。   The crude lignophenol 4 extracted in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was analyzed by gel permeation chromatography (GPC), and the residual amount of p-cresol was compared.

GPCの分析条件は以下のとおりである。
(GPC条件)
コラム:Shodex KF-801, KF-802, KF-803, KF-804 (内径8.0mm、長さ30cm)
溶離液:テトラハイドロフラン(THF)、流量:1.0cm3/分
温度:40℃
検出波長:280nm
標準ポリスチレン(重量平均分子量(Mw)=196000、76600、28500、13100、9860、7000、5000、2960、1270、682、578、474、370、266、162)、p−クレゾール(Mw=108)
The analysis conditions for GPC are as follows.
(GPC conditions)
Column: Shodex KF-801, KF-802, KF-803, KF-804 (inner diameter 8.0mm, length 30cm)
Eluent: Tetrahydrofuran (THF), Flow rate: 1.0 cm 3 / min Temperature: 40 ° C
Detection wavelength: 280 nm
Standard polystyrene (weight average molecular weight (Mw) = 196000, 76600, 28500, 13100, 9860, 7000, 5000, 2960, 1270, 682, 578, 474, 370, 266, 162), p-cresol (Mw = 108)

図6は、実施例1、比較例1及び2で得たリグノフェノールのゲルパーミッションクロマトグラフィーの測定結果を示す図である。図6において、横軸は溶出時間(分)であり、縦軸は信号強度(mV)である。
図6から明らかなように、実施例1の超音波照射下高速滴下した場合、溶出開始後40分付近に見られるp−クレゾールの量が、超音波照射なしで高速滴下した比較例1の場合と比べ少なくなることがわかった。
FIG. 6 is a graph showing measurement results of gel permeation chromatography of lignophenol obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. In FIG. 6, the horizontal axis represents elution time (minutes), and the vertical axis represents signal intensity (mV).
As is clear from FIG. 6, in the case of Comparative Example 1 in which the amount of p-cresol seen in the vicinity of 40 minutes after the start of elution is high-speed dripped without ultrasonic irradiation when the high-speed dropping is performed under the ultrasonic irradiation of Example 1. It turned out to be less.

実施例1のリグノフェノールの分子量分布は、通常の超音波照射なしで低速滴下した比較例2の場合とほぼ同じであった。これにより、実施例1で用いた超音波照射によりp−クレゾールの除去効果が促進されることが分かった。つまり、実施例1の場合には、比較例2において超音波照射無しで15分必要な滴下時間を、30秒で行うことができ、滴下速度を30倍に上げることができた。   The molecular weight distribution of lignophenol of Example 1 was almost the same as that of Comparative Example 2 in which low-speed dropping was performed without ordinary ultrasonic irradiation. Thereby, it turned out that the removal effect of p-cresol is accelerated | stimulated by the ultrasonic irradiation used in Example 1. FIG. That is, in the case of Example 1, the dropping time required for 15 minutes without ultrasonic irradiation in Comparative Example 2 could be performed in 30 seconds, and the dropping speed could be increased 30 times.

予め、Klason法によりリグニン含有量を定量したスギ脱脂木粉1000gから実施例2の精製リグノフェノール4を図3に示す製造方法により抽出した。
最初に、リグニン含有量の3倍モル量に相当するp−クレゾールをアセトン溶媒と共にスギ脱脂木粉1000gに収着させた。アセトン留去後、72%硫酸を加え、30℃水浴中にて激しく撹拌した。1時間撹拌後、反応液を10倍量の水に分散させた。この懸濁液から遠心分離により不溶解区分を回収し、不溶解物を再度水に懸濁し、遠心分離することにより上澄みが中性になるまで洗浄した。この不溶解区分を凍結乾燥し、次いでP25存在下で減圧乾燥し、未精製リグノクレゾール(Lignocresol)、つまり粗リグノフェノール4を得た。
The purified lignophenol 4 of Example 2 was extracted from 1000 g of cedar defatted wood flour whose lignin content was quantified by the Klason method in advance by the production method shown in FIG.
First, p-cresol corresponding to 3 times the molar amount of lignin content was sorbed together with acetone solvent to 1000 g of cedar defatted wood flour. After distilling off acetone, 72% sulfuric acid was added, and the mixture was vigorously stirred in a 30 ° C. water bath. After stirring for 1 hour, the reaction solution was dispersed in 10 times the amount of water. The insoluble fraction was recovered from the suspension by centrifugation, and the insoluble matter was suspended in water again and washed until the supernatant became neutral by centrifugation. This insoluble fraction was freeze-dried and then dried under reduced pressure in the presence of P 2 O 5 to obtain crude lignocresol, ie, crude lignophenol 4.

次に、未精製リグノクレゾール4を親溶媒のアセトンに溶解し、固形分量として30mg/cm3、50mg/cm3、100mg/cm3、150mg/cm3、200mg/cm3、300mg/cm3のリグノクレゾールアセトン溶液を調製した。
各溶液5cm3を、滴下カラムを用いて、貧溶媒であるIPE75cm3に滴下した。貧溶媒であるIPEへは超音波照射を行い、10秒の高速滴下及び1滴ずつ10分の滴下をし、不溶区分として実施例2の精製リグノクレゾール7を得た。
Next, unpurified lignocresol 4 was dissolved in acetone as a parent solvent, and the solid content was 30 mg / cm 3 , 50 mg / cm 3 , 100 mg / cm 3 , 150 mg / cm 3 , 200 mg / cm 3 , 300 mg / cm 3 . A lignocresol acetone solution was prepared.
Each solution 5 cm 3, with a dropping column, was added dropwise to IPE75cm 3 is a poor solvent. The poor solvent, IPE, was irradiated with ultrasonic waves and dropped at a high speed of 10 seconds and 10 minutes at a time, thereby obtaining purified lignocresol 7 of Example 2 as an insoluble section.

(比較例3)
実施例2の比較例として、超音波照射をしないで実施例2と同様にして比較例の精製リグノクレゾールを抽出した。
(Comparative Example 3)
As a comparative example of Example 2, the purified lignocresol of the comparative example was extracted in the same manner as in Example 2 without ultrasonic irradiation.

実施例2及び比較例3で回収した精製リグノクレゾール7をGPC分析し、p−クレゾール残存量及び分子量分布を比較した。   The purified lignocresol 7 recovered in Example 2 and Comparative Example 3 was subjected to GPC analysis, and the residual amount of p-cresol and the molecular weight distribution were compared.

図7は、実施例2及び比較例3で得たリグノフェノールのゲルパーミッションクロマトグラフィーの測定結果を示す図である。図7において、横軸は溶出時間(分)であり、縦軸は信号強度(mV)である。図には、粗リグノフェノールの測定結果も併せて示している。
図7から明らかなように、実施例2においては、200mg/cm3の未精製リグノフェノールアセトン溶液を超音波照射下で高速滴下した場合、溶出開始後40分付近に見られるp−クレゾールの量が、比較例3の30mg/cm3の未精製リグノフェノールアセトン溶液を超音波照射なしで低速(10分)滴下した場合と同様に未反応p-クレゾール、リグニン分解物が除去されていた。
FIG. 7 is a graph showing the results of gel permeation chromatography of lignophenol obtained in Example 2 and Comparative Example 3. In FIG. 7, the horizontal axis represents the elution time (minutes) and the vertical axis represents the signal intensity (mV). In the figure, the measurement result of crude lignophenol is also shown.
As is apparent from FIG. 7, in Example 2, when 200 mg / cm 3 of unpurified lignophenolacetone solution was dripped at high speed under ultrasonic irradiation, the amount of p-cresol seen around 40 minutes after the start of elution However, unreacted p-cresol and lignin degradation products were removed in the same manner as in the case where the 30 mg / cm 3 unpurified lignophenolacetone solution of Comparative Example 3 was added dropwise at low speed (10 minutes) without ultrasonic irradiation.

比較例3において、150mg/cm3の未精製リグノフェノールアセトン溶液5cm3を75cm3のIPEに10分間で滴下したところ、IPE中に褐色のアセトン溶液の粒子がそのまま分散した。図7に示すように、この場合には、未反応p-クレゾール、リグニン分解物が残留し、除去されていないことが分かった。 In Comparative Example 3, when 150 mg / cm 3 of unpurified lignophenolacetone solution 5 cm 3 was dropped into 75 cm 3 IPE over 10 minutes, the brown acetone solution particles were dispersed in the IPE as it was. As shown in FIG. 7, in this case, it was found that unreacted p-cresol and lignin degradation products remained and were not removed.

さらに、実施例2において、未精製リグノフェノールアセトン溶液30mg/cm3を低速で超音波処理しながら滴下した場合には、淡桃色のリグノフェノールの沈殿物が得られた。100mg/cm3、150mg/cm3、200mg/cm3の未精製リグノフェノールアセトン溶液5cm3を超音波照射しながら10秒で滴下した結果、上記の未精製リグノフェノールアセトン溶液30mg/cm3を低速で超音波処理しながら滴下した場合と同様に、淡桃色のリグノフェノールの沈殿物が得られた。これらを回収し、GPC分析した結果、何れの場合も未反応p-クレゾール、リグニン分解物が除去されていることが分かった。 Furthermore, in Example 2, when 30 mg / cm 3 of unpurified lignophenolacetone solution was added dropwise while sonicating at a low speed, a pale pink lignophenol precipitate was obtained. 100 mg / cm 3 , 150 mg / cm 3 , 200 mg / cm 3 of unpurified lignophenolacetone acetone solution 5 cm 3 was dripped in 10 seconds while irradiating with ultrasonic waves. As a result, the above unpurified lignophenolacetone acetone solution 30 mg / cm 3 was slowed down. In the same manner as in the case where the solution was dropped while being subjected to ultrasonic treatment, a light pink lignophenol precipitate was obtained. As a result of recovering these and GPC analysis, it was found that in each case, unreacted p-cresol and lignin degradation products were removed.

表1は、実施例2及び比較例3の精製リグノクレゾール7の貧溶媒への分散性を示す。表1に示すように、超音波照射をした実施例2の場合には、未精製リグノフェノールの濃度が30〜200mg/cm3では分散性が良好であり、300mg/cm3では一部が凝集した。

Figure 0005146799
Table 1 shows the dispersibility of the purified lignocresol 7 of Example 2 and Comparative Example 3 in a poor solvent. As shown in Table 1, in the case of Example 2 where the ultrasonic wave irradiation, the concentration of the crude lignophenol is good in dispersibility in 30 to 200 mg / cm 3, a portion at 300 mg / cm 3 aggregation did.
Figure 0005146799

一方、比較例3の場合には、未精製リグノフェノールアセトン溶液濃度が30mg/cm3及び50mg/cm3で、低速適下した場合だけが分散性が良好で、他の条件では未分散であり、精製リグノクレゾールは得られなかった。 On the other hand, in the case of Comparative Example 3, the concentration of the unpurified lignophenolacetone solution is 30 mg / cm 3 and 50 mg / cm 3 , and the dispersibility is good only when the speed is low, and it is not dispersed under other conditions. Purified lignocresol was not obtained.

上記結果から、実施例2の場合には、未精製リグノフェノールアセトン溶液濃度の貧溶媒への滴下時に超音波照射を行うことにより分散性が向上することがわかった。実施例2において、未精製リグノフェノールアセトン溶液濃度が30mg/cm3の場合、高速適下をすることで比較例3の低速滴下と同様の精製効果が得られるので、精製速度を60倍に上げることが可能であった。さらにアセトン溶液の濃度も6.7倍上げることが可能であり、ジエチルエーテル、n−ヘキサン、IPEなどの引火性の高い低沸点有機溶媒の使用量を大幅に削減することが可能であった。 From the above results, it was found that in the case of Example 2, the dispersibility was improved by performing ultrasonic irradiation when dropping the unpurified lignophenolacetone solution concentration into the poor solvent. In Example 2, when the concentration of the unpurified lignophenolacetone solution is 30 mg / cm 3 , the purification effect similar to that of the slow dropping of Comparative Example 3 can be obtained by applying high speed, so the purification speed is increased by 60 times. It was possible. Further, the concentration of the acetone solution can be increased by 6.7 times, and the amount of the low-boiling organic solvent having high flammability such as diethyl ether, n-hexane, IPE and the like can be greatly reduced.

エゾマツ(Spruce)脱脂木粉1gにp−クレゾール10cm3を加え、これに72%H2SO4を20cm3添加し、激しく攪拌した。60分攪拌後、遠心分離によりp−クレゾール相とH2SO4相とに相分離した。p−クレゾール相を超音波照射下、滴下カラムにてn−ヘキサン200cm3中に滴下し、その析出区分をろ別した。この処理により未反応フェノールを除去し、分子量数百の低分子区分を高分子区分とともに不溶化した。 To 1 g of spruce defatted wood flour, 10 cm 3 of p-cresol was added, and 20 cm 3 of 72% H 2 SO 4 was added thereto and stirred vigorously. After stirring for 60 minutes, the phases were separated into a p-cresol phase and an H 2 SO 4 phase by centrifugation. The p-cresol phase was dropped into 200 cm 3 of n-hexane with a dropping column under ultrasonic irradiation, and the precipitation section was separated by filtration. This treatment removed unreacted phenol and insolubilized the low molecular weight segment of several hundred molecular weight together with the polymer segment.

不溶区分をアセトンに溶解後、ジエチルエーテルに超音波照射下、滴下カラムにて滴下した。このろ液をエバポレーターで濃縮後n−ヘキサン100cm3中に超音波照射下に30秒で滴下し、析出沈殿物をろ別回収し、n−ヘキサン20cm3で2回洗浄した。乾燥後得られた固形物は0.2gであった。GPCで分析したところ、Mw=400から1500程度の分布を有する低分子量リグノフェノール9であることが分かった。 The insoluble fraction was dissolved in acetone and then added dropwise to diethyl ether using a dropping column under ultrasonic irradiation. The filtrate was concentrated with an evaporator and then dropped into 100 cm 3 of n-hexane for 30 seconds under ultrasonic irradiation, and the deposited precipitate was collected by filtration and washed twice with 20 cm 3 of n-hexane. The solid obtained after drying was 0.2 g. When analyzed by GPC, it was found to be a low molecular weight lignophenol 9 having a distribution of Mw = 400 to 1500.

本発明によれば、分離、回収、精製工程で超音波照射を行うことにより、引火等の危険性がある有機溶媒の使用量を大幅に削減でき、処理時間も短縮され製造設備も小型化することが可能となり、高品質の高分子量リグノフェノールの量産が低コストで精製可能となる。また高付加価値の用途に期待できる低分子量のリグノフェノールも量産可能となる。   According to the present invention, by using ultrasonic irradiation in the separation, recovery, and purification steps, the amount of organic solvent that may be flammable can be greatly reduced, the processing time is shortened, and the manufacturing equipment is also downsized. This enables mass production of high quality high molecular weight lignophenol at low cost. In addition, low-molecular-weight lignophenol that can be expected for high value-added applications can be mass-produced.

本発明のリグノフェノールの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the lignophenol of this invention. リグニンからp−クレゾール型のリグノフェノールに変換する化学反応式を示す図である。It is a figure which shows the chemical reaction formula which converts lignin into p-cresol type lignophenol. 本発明のリグノフェノールの第2の実施の形態の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of 2nd Embodiment of lignophenol of this invention. 本発明のリグノフェノールの第3の実施の形態の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of 3rd Embodiment of lignophenol of this invention. 本発明の低分子量のリグノフェノールを製造する方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the method to manufacture the low molecular weight lignophenol of this invention. 実施例1、比較例1及び2で得たリグノフェノールのゲルパーミッションクロマトグラフィーの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the gel permeation chromatography of the lignophenol obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例2及び比較例3で得たリグノフェノールのゲルパーミッションクロマトグラフィーの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the gel permeation chromatography of the lignophenol obtained in Example 2 and Comparative Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1:出発原料(リグノセルロース系材料)
2:リグノフェノールを含むフェノール類からなる相
3:酸相
4:粗リグノフェノール
5:フェノール類
6:リグノフェノールと酸との混合物
7:精製リグノフェノール
8:粗リグノフェノールと高分子炭水化物とからなる沈殿物
9:低分子量リグノフェノール
10:リグニン
12:p−クレゾール型のリグノフェノール
1: Starting material (lignocellulosic material)
2: Phase consisting of phenols containing lignophenol 3: Acid phase 4: Crude lignophenol 5: Phenols 6: Mixture of lignophenol and acid 7: Purified lignophenol 8: Consisting of crude lignophenol and polymeric carbohydrate Precipitate 9: low molecular weight lignophenol 10: lignin 12: p-cresol type lignophenol

Claims (7)

出発原料となるリグノセルロース系材料からリグノフェノールを含むフェノール類からなる相を抽出する工程と、
上記リグノフェノールを含むフェノール類からなる相を貧溶媒へ添加して粗リグノフェノールを分離する工程と、を備え、
上記分離工程において上記貧溶媒へ超音波を照射することを特徴とする、リグノフェノールの製造方法。
Extracting a phase composed of phenols containing lignophenol from a lignocellulosic material as a starting material;
Adding a phase comprising phenols containing the above lignophenol to a poor solvent to separate the crude lignophenol,
A method for producing lignophenol, wherein the poor solvent is irradiated with ultrasonic waves in the separation step.
出発原料となるリグノセルロース系材料から粗リグノフェノールを抽出する工程と、
上記粗リグノフェノールを親溶媒に添加し溶液とする工程と、
上記溶液を貧溶媒へ添加してリグノフェノールを分離する工程と、を備え、
上記分離工程において上記貧溶媒へ超音波を照射することを特徴とする、リグノフェノールの製造方法。
A step of extracting crude lignophenol from the lignocellulosic material as a starting material;
Adding the crude lignophenol to a parent solvent to form a solution;
Adding the above solution to a poor solvent and separating the lignophenol,
A method for producing lignophenol, wherein the poor solvent is irradiated with ultrasonic waves in the separation step.
前記貧溶媒の量が、前記親溶媒の量の5〜15倍である、請求項1又は2に記載のリグノフェノールの製造方法。   The method for producing lignophenol according to claim 1 or 2, wherein the amount of the poor solvent is 5 to 15 times the amount of the parent solvent. 前記貧溶媒は、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロペンチルメチルエーテル、tert-ブチルメチルエーテル、酢酸エチル、クロロホルム、ジクロロメタンの何れか一つの溶媒又はこれらの溶媒を組み合わせた混合溶媒であることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載のリグノフェノールの製造方法。 The poor solvent is one of diethyl ether, diisopropyl ether, n-hexane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, cyclopentyl methyl ether, tert-butyl methyl ether, ethyl acetate, chloroform, dichloromethane, or a solvent thereof. The method for producing lignophenol according to any one of claims 1 to 3 , wherein the mixed solvent is a combined solvent. 出発原料となるリグノセルロース系材料から粗リグノフェノールを抽出する工程と、
上記粗リグノフェノールを親溶媒へ添加し溶液とする工程と、
上記溶液を超音波照射下、貧溶媒に添加してリグノフェノールを分離する工程と、
上記分離工程の貧溶媒残液を超音波照射下、無極性溶媒に添加する工程と、備えことを特徴とする、分子量400から1500のリグノフェノールの製造方法。
A step of extracting crude lignophenol from the lignocellulosic material as a starting material;
Adding the crude lignophenol to a parent solvent to form a solution;
Adding the above solution to a poor solvent under ultrasonic irradiation to separate lignophenol ;
The poor solvent residual liquid separation step under microwave irradiation, a process you added to the nonpolar solvent, wherein the Ru with the method of the lignophenol from molecular weight 400 1500.
前記無極性溶媒は、n−ヘキサンであることを特徴とする、請求項5に記載の分子量400から1500のリグノフェノールの製造方法。 The method for producing lignophenol having a molecular weight of 400 to 1500 according to claim 5, wherein the nonpolar solvent is n-hexane . 前記貧溶媒がジイソプロピルエーテルであり、前記無極性溶媒が、n−ヘキサンである、請求項5に記載の分子量400から1500のリグノフェノールの製造方法。The method for producing lignophenol having a molecular weight of 400 to 1500 according to claim 5, wherein the poor solvent is diisopropyl ether and the nonpolar solvent is n-hexane.
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