JP6372925B2 - Method for producing lignophenol - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、木質材料などのリグノセルロース系材料に含まれるリグニンを、フェノール類と反応させてリグノフェノールを得る、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, in which lignophenol is obtained by reacting lignin contained in a lignocellulosic material such as a woody material with phenols.
従来、リグニンを含む木質材料と、硫酸などの無機酸と、フェノール類とを互いに接触させ、リグニンとフェノール類とが反応したリグノフェノールを製造する、リグノフェノールの製造方法が知られている。 Conventionally, a method for producing lignophenol is known in which a woody material containing lignin, an inorganic acid such as sulfuric acid, and phenols are brought into contact with each other to produce lignophenol in which lignin and phenols have reacted.
この種のリグノフェノールの製造方法としては、木質材料と硫酸水溶液とフェノール類とを互いに接触させてリグノフェノールを含有する溶液を得る反応工程と、反応工程後の溶液に炭酸ナトリウム溶液や炭酸カリウム溶液などのアルカリ金属炭酸塩の水溶液を加えて中和し、その後、溶液分と不溶分とに分離するアルカリ中和工程と、アルカリ中和工程で得られた不溶分を0.1N〜1Nの範囲の酸溶液に分散させて撹拌し、その後、水洗して不溶分のリグノフェノール類を分離精製する酸処理工程と、を備える方法が知られている(特許文献1)。 This type of lignophenol production method includes a reaction step in which a wood material, a sulfuric acid aqueous solution and a phenol are brought into contact with each other to obtain a solution containing lignophenol, and a sodium carbonate solution or a potassium carbonate solution is added to the solution after the reaction step. An alkali neutralization step in which an aqueous solution of alkali metal carbonate such as is added to neutralize, and then separated into a solution portion and an insoluble portion, and an insoluble portion obtained in the alkali neutralization step is in a range of 0.1N to 1N. And an acid treatment step of separating and purifying insoluble lignophenols by dispersing in an acid solution and stirring, and then washing with water (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の製造方法では、得られたリグノフェノールが無機酸由来の無機成分を不純物として比較的多く含有するという問題がある。 However, the production method described in Patent Document 1 has a problem that the obtained lignophenol contains a relatively large amount of inorganic components derived from inorganic acids as impurities.
本発明は、上記の問題点に鑑み、不純物としての無機成分が比較的少ないリグノフェノールを得ることができる、リグノフェノールの製造方法を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of lignophenol which can obtain lignophenol which has comparatively few inorganic components as an impurity in view of said problem.
上記課題を解決すべく、本発明に係るリグノフェノールの製造方法は、リグニンと硫酸とフェノール類とを互いに接触させてリグニンとフェノール類とが反応したリグノフェノールを得る反応工程と、前記リグノフェノールを溶解させる第1溶媒に前記リグノフェノールを溶解させたリグノフェノール溶液と、アルカリ土類金属の水酸化物とを混合することによって、前記硫酸と前記アルカリ土類金属との固体状の塩を生成させる塩生成工程と、生成した前記塩を除去したリグノフェノール溶液と、前記第1溶媒よりもリグノフェノールの溶解度が小さい第2溶媒と、を混合することによってリグノフェノールを析出させる析出工程と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなるリグノフェノールの製造方法においては、塩生成工程によって固体状の無機塩を生成させることができる。これにより、固体状の無機塩と、溶解した状態のリグノフェノールとを分離することができる。固体状の無機塩が分離した分、無機成分を減らすことができる。従って、不純物としての無機成分が比較的少ないリグノフェノールを得ることができる。
In order to solve the above problems, a method for producing lignophenol according to the present invention comprises a reaction step of bringing lignin, sulfuric acid, and phenols into contact with each other to obtain lignophenol in which lignin and phenols have reacted; A solid salt of the sulfuric acid and the alkaline earth metal is generated by mixing a lignophenol solution in which the lignophenol is dissolved in the first solvent to be dissolved and an alkaline earth metal hydroxide. A salt generation step, and a precipitation step of precipitating lignophenol by mixing a lignophenol solution from which the generated salt has been removed and a second solvent having a lower lignophenol solubility than the first solvent. It is characterized by that.
In the method for producing lignophenol having the above structure, a solid inorganic salt can be produced by the salt production step. Thereby, solid inorganic salt and lignophenol in a dissolved state can be separated. The amount of inorganic components can be reduced as much as the solid inorganic salt is separated. Therefore, lignophenol having relatively few inorganic components as impurities can be obtained.
本発明のリグノフェノールの製造方法においては、前記塩生成工程では、アルカリ土類金属水酸化物を混合した後のリグノフェノール溶液のpHを酸性に調整することが好ましい。
これにより、固体状の無機塩をより確実に生成させることができ、不純物としての無機成分がより少ないリグノフェノールを得ることができるという利点がある。
In the method for producing lignophenol of the present invention, it is preferable that the pH of the lignophenol solution after mixing the alkaline earth metal hydroxide is adjusted to be acidic in the salt generation step.
Thereby, there is an advantage that a solid inorganic salt can be generated more reliably, and lignophenol having fewer inorganic components as impurities can be obtained.
本発明のリグノフェノールの製造方法は、前記塩生成工程の後、生成した前記塩を除去したリグノフェノール溶液と、前記第1溶媒よりもリグノフェノールの溶解度が小さい第2溶媒と、を混合することによってリグノフェノールを析出させる析出工程をさらに備える。これにより、固体状のリグノフェノールを得ることができる。
In the method for producing lignophenol of the present invention, after the salt production step, the lignophenol solution from which the produced salt has been removed is mixed with a second solvent having a lower lignophenol solubility than the first solvent. The method further comprises a precipitation step of precipitating lignophenol . Thereby, solid lignophenol can be obtained .
上述の通り、本発明のリグノフェノールの製造方法は、不純物としての無機成分が比較的少ないリグノフェノールを得ることができるという効果を奏する。 As described above, the method for producing lignophenol of the present invention has an effect that lignophenol having relatively few inorganic components as impurities can be obtained.
以下、本発明に係るリグノフェノールの製造方法の一実施形態について詳しく説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for producing lignophenol according to the present invention will be described in detail.
本実施形態のリグノフェノールの製造方法は、リグニンと無機酸とフェノール類とを互いに接触させてリグニンとフェノール類とが反応したリグノフェノールを得る反応工程と、前記リグノフェノールを溶解させる第1溶媒に前記リグノフェノールを溶解させたリグノフェノール溶液と、アルカリ土類金属の水酸化物とを混合することによって、前記無機酸と前記アルカリ土類金属との固体状の塩を生成させる塩生成工程と、を備える。 The method for producing lignophenol according to the present embodiment includes a reaction step of bringing lignin, an inorganic acid, and phenols into contact with each other to obtain lignophenol in which lignin and phenols have reacted, and a first solvent that dissolves the lignophenol. A salt generation step of generating a solid salt of the inorganic acid and the alkaline earth metal by mixing a lignophenol solution in which the lignophenol is dissolved and an alkaline earth metal hydroxide; Is provided.
好ましくは、本実施形態のリグノフェノールの製造方法は、上記反応工程と、上記塩生成工程と、塩生成工程によって生成した上記塩をリグノフェノール溶液から取り除く塩除去工程と、塩除去工程によって上記塩を除去した後のリグノフェノール溶液と第1溶媒よりもリグノフェノールの溶解度が小さい第2溶媒とを混合することによってリグノフェノールを析出させる析出工程と、を備える。 Preferably, the method for producing lignophenol of the present embodiment includes the reaction step, the salt generation step, a salt removal step of removing the salt generated by the salt generation step from the lignophenol solution, and the salt removal step of the salt. A precipitation step of precipitating lignophenol by mixing the lignophenol solution after removing the lignophenol and a second solvent having a lower lignophenol solubility than the first solvent.
反応工程で用いる無機酸としては、硫酸、塩酸、及びリン酸からなる群より選択された少なくとも1種が好ましく、硫酸を用いる。以下、無機酸として硫酸を用いた場合について詳しく説明する。 The inorganic acid used in the reaction step is preferably at least one selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid, and sulfuric acid is used . Hereinafter, the case where sulfuric acid is used as the inorganic acid will be described in detail.
反応工程では、例えば、リグニンを含む材料と、硫酸を含む水溶液と、フェノール類とを混合することによって、リグニンと硫酸とフェノール類とを互いに接触させる。これにより、硫酸が触媒となって、リグニンとフェノール類とが反応する。また、硫酸によって加水分解反応が進み、リグニンが低分子化する。リグニンが低分子化しつつ、リグニンの構成単位であるフェニルプロパン単位のα位の炭素にフェノール類が結合する。反応工程における反応の一例を図1において模式的に示す。なお、反応工程は、通常、室温にて実施する。 In the reaction step, for example, lignin, sulfuric acid, and phenols are brought into contact with each other by mixing a material containing lignin, an aqueous solution containing sulfuric acid, and phenols. Thereby, sulfuric acid becomes a catalyst and lignin and phenols react. In addition, hydrolysis reaction proceeds with sulfuric acid, and lignin is reduced in molecular weight. While the lignin is reduced in molecular weight, phenols are bonded to the α-position carbon of the phenylpropane unit which is a structural unit of lignin. An example of the reaction in the reaction step is schematically shown in FIG. In addition, a reaction process is normally implemented at room temperature.
リグニンは、フェニルプロパン単位(C6−C3単位)を基本骨格として有し、フェニルプロパン単位が酵素によりランダムに酸化重合した高分子化合物である。リグニンは、植物細胞壁を構成する成分であり、植物細胞壁においてセルロースやヘミセルロースに結合している。 Lignin is a polymer compound having a phenylpropane unit (C6-C3 unit) as a basic skeleton, and the phenylpropane unit is randomly oxidatively polymerized by an enzyme. Lignin is a component constituting a plant cell wall, and is bound to cellulose or hemicellulose in the plant cell wall.
リグニンを含む材料は、通常、セルロースとリグニンとを少なくとも含むリグノセルロース系材料である。リグニンを含む材料は、例えば、木質材料や草本材料などである。木質材料としては、マツ、スギやヒノキなどの針葉樹、シイ、柿、サクラなどの広葉樹、又は、熱帯樹が挙げられる。草本材料としては、ケナフ、ラミー(苧麻)、リネン(亜麻)、アバカ(マニラ麻)、ヘネケン(サイザル麻)、ジュート(黄麻)、ヘンプ(大麻)、ヤシ、パーム、コウゾ、ワラ、バガス、とうもろこしなどが挙げられる。リグニンを含む材料は、粉状、チップ状(例えば、廃木材の端材)など種々の状態で使用される。 The material containing lignin is usually a lignocellulosic material containing at least cellulose and lignin. The material containing lignin is, for example, a woody material or a herbaceous material. Examples of the woody material include coniferous trees such as pine, cedar and cypress, broad-leaved trees such as shii, oak and cherry, or tropical trees. Herbaceous materials include kenaf, ramie (flax), linen (flax), abaca (manila hemp), heneken (sisal hemp), jute (hemp), hemp (palm), palm, palm, mulberry, straw, bagasse, corn, etc. Is mentioned. The material containing lignin is used in various states such as powder and chips (for example, waste wood scraps).
硫酸を含む水溶液は、通常、65質量%以上98質量%以下のH2SO4を含む。硫酸を含む水溶液は、好ましくは、72質量%以上98質量%以下のH2SO4を含む。 The aqueous solution containing sulfuric acid usually contains 65 mass% or more and 98 mass% or less of H 2 SO 4 . The aqueous solution containing sulfuric acid preferably contains 72% by mass or more and 98% by mass or less of H 2 SO 4 .
フェノール類は、フェノール構造を分子中に有する化合物である。フェノール類としては、フェノール、o(オルト)−クレゾール、m(メタ)−クレゾール、p(パラ)−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、及び、クマル酸からなる群より選択された少なくとも1種が好ましい。フェノール類としては、m(メタ)−クレゾール又はp(パラ)−クレゾールなどのクレゾールが好ましい。 Phenols are compounds having a phenol structure in the molecule. Phenols include phenol, o (ortho) -cresol, m (meth) -cresol, p (para) -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, and coumaric acid At least one selected is preferred. As the phenol, cresol such as m (meth) -cresol or p (para) -cresol is preferable.
反応工程では、リグニンを含む材料と、硫酸を含む水溶液と、フェノール類とを混合したときの混合液における硫酸(H2SO4)の濃度が、69質量%以上75質量%以下であることが好ましい。混合液における硫酸(H2SO4)の濃度が、69質量%以上であることにより、反応工程における加水分解反応、又は、リグニンのフェニルプロパン単位へのフェノール類の付加反応などがより確実に進行するという利点がある。混合液における硫酸(H2SO4)の濃度が、75質量%以下であることにより、リグニンのスルホン化を抑制でき、リグノフェノールの収率及び品質がより良好になるという利点がある。 In the reaction step, the concentration of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) in the mixed solution when the material containing lignin, the aqueous solution containing sulfuric acid, and the phenol are mixed may be 69% by mass or more and 75% by mass or less. preferable. When the concentration of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) in the mixed solution is 69% by mass or more, hydrolysis reaction in the reaction process or addition reaction of phenols to the phenylpropane unit of lignin proceeds more reliably. There is an advantage of doing. When the concentration of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) in the mixed solution is 75% by mass or less, sulfonation of lignin can be suppressed, and there is an advantage that the yield and quality of lignophenol become better.
反応工程では、リグニンに対する硫酸(H2SO4)の質量比が6倍以上30倍以下となるように、リグニンを含む材料と硫酸を含む水溶液とを混合することが好ましい。反応工程では、リグニンに対するフェノール類の質量比が1倍以上4倍以下となるように、リグニンを含む材料とフェノール類とを互いに接触させることが好ましい。
なお、リグニンを含む材料に含有されるリグニンの量は、クラーソン法(硫酸法)によって求めることができる。例えば、リグニンを含む材料が針葉樹である場合、針葉樹のリグニン含有量を30質量%と規定することで、上記のような質量比を設定する。また、リグニンを含む材料が広葉樹である場合、広葉樹のリグニン含有量を20質量%と規定することで、上記のような質量比を設定する(参考文献:リグニンの化学; 中野準三編、ユニ出版)。
In the reaction step, it is preferable to mix the material containing lignin and the aqueous solution containing sulfuric acid so that the mass ratio of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) to lignin is 6 to 30 times. In the reaction step, the material containing lignin and the phenols are preferably brought into contact with each other so that the mass ratio of the phenols to lignin is 1 to 4 times.
The amount of lignin contained in the material containing lignin can be determined by the Klarson method (sulfuric acid method). For example, when the material containing lignin is a conifer, the mass ratio as described above is set by defining the lignin content of the conifer as 30% by mass. When the lignin-containing material is hardwood, the mass ratio as described above is set by defining the lignin content of hardwood as 20% by mass (reference: chemistry of lignin; Junzo Nakano, Uni Publication).
反応工程で得られるリグノフェノールは、リグニンのフェニルプロパン骨格のC1位にフェノール誘導体が結合した1,1−ビス(アリール)プロパン構造を有する化合物である。リグノフェノールの分子量は、通常、1,000〜20,000である。リグノフェノールは、単一の化合物のみを含むものではなく、上記の化合物であって分子量の異なる化合物を含むものである。 Lignophenol obtained in the reaction step is a compound having a 1,1-bis (aryl) propane structure in which a phenol derivative is bonded to the C1 position of the phenylpropane skeleton of lignin. The molecular weight of lignophenol is usually 1,000 to 20,000. Lignophenol does not include only a single compound, but includes the above-mentioned compounds having different molecular weights.
具体的には、反応工程では、例えば、アセトンなどの有機溶媒に入れることによって油脂分を取り除いた木粉を、リグニンを含む材料として用いる。次に、油脂分を取り除いた木粉にクレゾールなどのフェノール類を収着させる。続いて、フェノール類が収着した木粉に70質量%程度の濃硫酸を加えて混合する。最後に、混合液を水によって希釈して、硫酸による加水分解反応などを停止させる。 Specifically, in the reaction step, for example, wood powder from which oils and fats have been removed by being placed in an organic solvent such as acetone is used as a material containing lignin. Next, phenols such as cresol are sorbed onto the wood powder from which the oil and fat have been removed. Subsequently, about 70% by mass of concentrated sulfuric acid is added to the wood powder sorbed with phenols and mixed. Finally, the mixture is diluted with water to stop the hydrolysis reaction with sulfuric acid.
本実施形態の製造方法では、反応工程の後の溶液に液状炭化水素(n−ヘキサンなどの非極性溶媒)を加え、長時間(例えば12時間)静置することによって、炭化水素層と、リグノフェノールを含む層(以下、リグノフェノール含有液ともいう)と、硫酸を含む水層とに分けることができる。これにより、硫酸の大部分を上記の水層に分配させることができ、リグノフェノール含有液に含まれる硫酸の量を比較的少なくすることができる。また、リグノフェノール以外の非極性成分を上記の炭化水素層に分配させることができる。そして、リグノフェノール含有液を、続く塩生成工程で用いることができる。なお、リグノフェノール含有液は、リグノフェノール以外にも、比較的少量の硫酸や、反応しなかった未反応物(セルロースなどの炭水化物等)を含み得る。 In the production method of the present embodiment, a liquid hydrocarbon (a nonpolar solvent such as n-hexane) is added to the solution after the reaction step, and the mixture is allowed to stand for a long time (for example, 12 hours). It can be divided into a layer containing phenol (hereinafter also referred to as lignophenol-containing liquid) and an aqueous layer containing sulfuric acid. Thereby, most of the sulfuric acid can be distributed to the aqueous layer, and the amount of sulfuric acid contained in the lignophenol-containing liquid can be relatively reduced. Moreover, nonpolar components other than lignophenol can be distributed to said hydrocarbon layer. The lignophenol-containing liquid can be used in the subsequent salt generation step. In addition to lignophenol, the lignophenol-containing liquid may contain a relatively small amount of sulfuric acid and unreacted substances that have not reacted (such as carbohydrates such as cellulose).
塩生成工程では、リグノフェノールを溶解させる第1溶媒と、第1溶媒に溶解したリグノフェノールと、を含むリグノフェノール溶液を調製する。具体的には、第1溶媒と、反応工程で得られたリグノフェノールを含む上記の層(リグノフェノール含有液)とを混合することにより、リグノフェノール溶液を調製する。塩生成工程では、さらに、リグノフェノール溶液にアルカリ土類金属の水酸化物を添加して混合する。これにより、硫酸とアルカリ土類金属との固体状の塩を生成させる。なお、塩生成工程は、通常、室温にて行う。 In the salt production step, a lignophenol solution containing a first solvent in which lignophenol is dissolved and lignophenol dissolved in the first solvent is prepared. Specifically, a lignophenol solution is prepared by mixing the first solvent and the above-described layer containing lignophenol obtained in the reaction step (lignophenol-containing liquid). In the salt generation step, an alkaline earth metal hydroxide is further added to the lignophenol solution and mixed. Thereby, a solid salt of sulfuric acid and alkaline earth metal is generated. In addition, a salt production | generation process is normally performed at room temperature.
第1溶媒は、リグノフェノールを溶解させる溶媒である。第1溶媒は、リグノフェノールを溶解させる溶媒であれば、特に限定されない。第1溶媒は、C(炭素)と、H(水素)と、O(酸素)及びN(窒素)の少なくとも一方と、で構成された分子式で表される化合物であることが好ましい。第1溶媒は、極性有機溶媒であることが好ましい。第1溶媒は、後述する第2溶媒と任意の割合で互いに溶解する溶媒であることが好ましい。 The first solvent is a solvent that dissolves lignophenol. The first solvent is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves lignophenol. The first solvent is preferably a compound represented by a molecular formula composed of C (carbon), H (hydrogen), and at least one of O (oxygen) and N (nitrogen). The first solvent is preferably a polar organic solvent. It is preferable that a 1st solvent is a solvent which mutually melt | dissolves in the arbitrary ratio with the 2nd solvent mentioned later.
第1溶媒としては、アルキルケトン類、非プロトン極性溶媒、環状エーテル類、ヘテロ環状化合物、アルコール類などが挙げられる。第1溶媒は、通常、有機溶媒である。 Examples of the first solvent include alkyl ketones, aprotic polar solvents, cyclic ethers, heterocyclic compounds, alcohols and the like. The first solvent is usually an organic solvent.
アルキルケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられる。
非プロトン極性溶媒としては、ジメチルホルムアミド(DMF)、N-メチルピロリドン(NMP)などが挙げられる。
環状エーテル類としては、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサンなどが挙げられる。
ヘテロ環状化合物としては、ピリジンなどが挙げられる。
アルコール類としては、メタノール、エタノール、セロソルブなどが挙げられる。
第1溶媒としては、アルコール類が好ましく、アルコール類としてのメタノールがより好ましい。
Examples of alkyl ketones include acetone and methyl ethyl ketone.
Examples of the aprotic polar solvent include dimethylformamide (DMF) and N-methylpyrrolidone (NMP).
Examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran (THF), dioxane and the like.
Examples of the heterocyclic compound include pyridine.
Examples of alcohols include methanol, ethanol, cellosolve and the like.
As the first solvent, alcohols are preferable, and methanol as alcohols is more preferable.
第1溶媒としては、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、及び、ジメチルホルムアミドからなる群より選択された少なくとも1種が好ましい。 The first solvent is preferably at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, dioxane, pyridine, tetrahydrofuran, and dimethylformamide.
塩生成工程で調製するリグノフェノール溶液は、通常、リグノフェノールを10質量%以上35質量%以下含む。例えば、リグノフェノール濃度が10質量%以上35質量%以下となるようにリグノフェノール溶液を調製することができる。リグノフェノール濃度は、例えば、後の析出工程で析出させたリグノフェノール量から算出することができる。 The lignophenol solution prepared in the salt generation step usually contains 10% by mass to 35% by mass of lignophenol. For example, the lignophenol solution can be prepared so that the lignophenol concentration is 10% by mass or more and 35% by mass or less. The lignophenol concentration can be calculated, for example, from the amount of lignophenol precipitated in the subsequent precipitation step.
塩生成工程では、リグノフェノール1質量部に対して1質量部以上10質量部以下の第1溶媒を用いることが好ましい。リグノフェノール1質量部に対して1質量部以上の第1溶媒を用いることにより、より十分にリグノフェノールを溶解させることができるという利点がある。リグノフェノール1質量部に対して10質量部以下の第1溶媒を用いることにより、必要量を超える第1溶媒を用いなくても上記の塩を生成させることができるという利点がある。 In the salt generation step, it is preferable to use 1 to 10 parts by mass of the first solvent with respect to 1 part by mass of lignophenol. By using 1 mass part or more of 1st solvent with respect to 1 mass part of lignophenol, there exists an advantage that lignophenol can be dissolved more fully. By using 10 mass parts or less of 1st solvent with respect to 1 mass part of lignophenol, there exists an advantage that said salt can be produced | generated without using the 1st solvent exceeding a required amount.
アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、水酸化マグネシウム又は水酸化カルシウムが挙げられる。アルカリ土類金属の水酸化物としては、得られるリグノフェノールに含まれる不純物をより少なくできるという点で、水酸化マグネシウムが好ましい。 Examples of the alkaline earth metal hydroxide include magnesium hydroxide and calcium hydroxide. As the alkaline earth metal hydroxide, magnesium hydroxide is preferable because impurities contained in the obtained lignophenol can be reduced.
塩生成工程では、アルカリ土類金属の水酸化物を加えた後のリグノフェノール溶液のpHを酸性に調整することが好ましく、pHを2以上4以下に調整することがより好ましい。酸性とは、pHが6未満であることである。アルカリ土類金属の水酸化物を加えた後のpHを酸性に調整することにより、リグノフェノールが分解することを抑えつつ上記の塩を生成させることができるという利点がある。
pHの調整は、アルカリ土類金属の水酸化物の添加量を変えることによって調節できる。詳しくは、リグノフェノール溶液には、反応工程で用いた硫酸が含まれていることから、アルカリ土類金属の水酸化物(塩基性)の添加量を変えることで、リグノフェノール溶液のpHを調整できる。なお、リグノフェノール溶液は、上記の反応工程によって生じる水分を含むことから、第1溶媒が有機溶媒であっても、所定のpHを示す。
In the salt generation step, the pH of the lignophenol solution after adding the alkaline earth metal hydroxide is preferably adjusted to be acidic, and more preferably adjusted to 2 or more and 4 or less. Acidity means that the pH is less than 6. By adjusting the pH after addition of the alkaline earth metal hydroxide to be acidic, there is an advantage that the above-mentioned salt can be generated while suppressing decomposition of lignophenol.
The pH can be adjusted by changing the amount of alkaline earth metal hydroxide added. Specifically, since the lignophenol solution contains sulfuric acid used in the reaction process, the pH of the lignophenol solution is adjusted by changing the amount of alkaline earth metal hydroxide (basic) added. it can. In addition, since a lignophenol solution contains the water | moisture content produced | generated by said reaction process, even if a 1st solvent is an organic solvent, predetermined pH is shown.
塩生成工程では、リグノフェノール溶液に溶解する上限量よりも多いアルカリ土類金属水酸化物を、リグノフェノール溶液と混合することが好ましい。即ち、過剰のアルカリ土類金属水酸化物をリグノフェノール溶液に添加することが好ましい。また、アルカリ土類金属水酸化物は、粒子径が1μm程度の粒子状であることが好ましい。アルカリ土類金属水酸化物の添加量が過剰であり、アルカリ土類金属水酸化物が上記のごとき粒子状であることによって、後述する塩除去工程において、溶解しなかったアルカリ土類金属の水酸化物をリグノフェノール溶液から簡便に取り除けるという利点がある。また、硫酸との反応性がより高まるという点で、アルカリ土類金属水酸化物の粒子径は、小さい方が好ましい。 In the salt generation step, it is preferable to mix more alkaline earth metal hydroxide than the upper limit amount dissolved in the lignophenol solution with the lignophenol solution. That is, it is preferable to add excess alkaline earth metal hydroxide to the lignophenol solution. The alkaline earth metal hydroxide is preferably in the form of particles having a particle size of about 1 μm. The amount of alkaline earth metal hydroxide added is excessive, and the alkaline earth metal hydroxide is in particulate form as described above. There is an advantage that the oxide can be easily removed from the lignophenol solution. In addition, it is preferable that the alkaline earth metal hydroxide has a smaller particle size in that the reactivity with sulfuric acid is further increased.
塩生成工程で生成させる塩は、アルカリ土類金属の塩(無機塩)である。具体的には、硫酸マグネシウム又は硫酸カルシウムなどの硫酸塩である。
塩生成工程によって、リグノフェノール溶液中で上記の塩が生成することとなる。斯かる塩は、第1溶媒への溶解性が極めて低いため、不溶物となる。これにより、溶解した状態のリグノフェノールと、不溶物となった無機塩(硫酸塩)とを分離することができる。固体状の硫酸塩が分離した分、硫酸成分を減らすことができる。また、後述する塩除去工程によって、硫酸塩をリグノフェノール溶液から簡便に取り除ける。なお、塩生成工程で生成する塩が硫酸マグネシウム又は硫酸カルシウムであることにより、塩は、粒径が比較的大きい粒子状となって生成する。これにより、後述する塩除去工程によって、リグノフェノール溶液から硫酸塩をより簡便に取り除けるという利点がある。
The salt produced in the salt production step is an alkaline earth metal salt (inorganic salt). Specifically, it is a sulfate such as magnesium sulfate or calcium sulfate.
By the salt production step, the above-mentioned salt is produced in the lignophenol solution. Such a salt is insoluble because it has very low solubility in the first solvent. Thereby, the lignophenol in a dissolved state can be separated from the inorganic salt (sulfate) that has become insoluble. As the solid sulfate is separated, the sulfuric acid component can be reduced. Further, the sulfate can be easily removed from the lignophenol solution by a salt removal step described later. In addition, since the salt produced | generated at a salt production | generation process is magnesium sulfate or calcium sulfate, a salt is produced | generated by the particle shape with a comparatively large particle size. Thereby, there exists an advantage that a sulfate can be more easily removed from a lignophenol solution by the salt removal process mentioned later.
塩除去工程では、生成した固体状の上記塩をリグノフェノール溶液から取り除く。例えば、ろ過、遠心分離などによって、固体状の上記塩をリグノフェノール溶液から除去することができる。 In the salt removal step, the produced solid salt is removed from the lignophenol solution. For example, the solid salt can be removed from the lignophenol solution by filtration, centrifugation, or the like.
析出工程では、生成した上記の硫酸塩を除去した後のリグノフェノール溶液と、前記第1溶媒よりもリグノフェノールの溶解度が小さい第2溶媒と、を混合することによって、溶解していたリグノフェノールを、混合後の液中で、析出させる。これにより、固体状のリグノフェノールを得ることができる In the precipitation step, the dissolved lignophenol is mixed by mixing the lignophenol solution after removing the produced sulfate and the second solvent having a lower lignophenol solubility than the first solvent. In the liquid after mixing, it is precipitated. Thereby, solid lignophenol can be obtained.
第2溶媒は、リグノフェノールの溶解度が第1溶媒のリグノフェノールの溶解度よりも小さい。第2溶媒は、リグノフェノールの溶解度が上記のごとき溶媒であれば、特に限定されない。第2溶媒は、C(炭素)と、H(水素)とで構成された分子式で表される化合物であることが好ましい。第2溶媒は、非極性有機溶媒であることが好ましい。第2溶媒は、上述した第1溶媒と任意の割合で互いに溶解する溶媒であることが好ましい。 The second solvent has a lignophenol solubility lower than that of the first solvent lignophenol. The second solvent is not particularly limited as long as the solubility of lignophenol is a solvent as described above. The second solvent is preferably a compound represented by a molecular formula composed of C (carbon) and H (hydrogen). The second solvent is preferably a nonpolar organic solvent. The second solvent is preferably a solvent that dissolves in any proportion with the first solvent described above.
第2溶媒としては、アルキルエーテル類、アルキルエステル類、環状炭化水素類、直鎖状炭化水素類、水を90質量%以上含む水溶液などが挙げられる。
アルキルエーテル類としては、tert−ブチルメチルエーテル(TBME)、シクロペンチルメチルエーテル(CPME)、ジエチルエーテルやジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどが挙げられる。
アルキルエステル類としては、酢酸エチル、酢酸n−ブチルなどが挙げられる。
環状炭化水素類としては、トルエン、キシレン、シクロヘキサンなどが挙げられる。
直鎖状炭化水素類としては、n−ヘキサン、ペンタンなどが挙げられる。
水を90質量%以上含む水溶液としては、純水、0.1質量%以上10質量%以下の濃度の塩化ナトリウム水溶液などが挙げられる。
Examples of the second solvent include alkyl ethers, alkyl esters, cyclic hydrocarbons, linear hydrocarbons, and aqueous solutions containing 90% by mass or more of water.
Examples of alkyl ethers include tert-butyl methyl ether (TBME), cyclopentyl methyl ether (CPME), diethyl ether, dipropyl ether, and diisopropyl ether.
Examples of the alkyl esters include ethyl acetate and n-butyl acetate.
Examples of cyclic hydrocarbons include toluene, xylene, cyclohexane and the like.
Examples of linear hydrocarbons include n-hexane and pentane.
Examples of the aqueous solution containing 90% by mass or more of water include pure water and a sodium chloride aqueous solution having a concentration of 0.1% by mass to 10% by mass.
第2溶媒としては、水を90質量%以上含む水溶液、n−ヘキサン、n−ペンタン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、デカリン、ベンゼンからなる群より選択された少なくとも1種が好ましい。第2溶媒は、有機溶媒であることが好ましい。 The second solvent is preferably at least one selected from the group consisting of an aqueous solution containing 90% by mass or more of water, n-hexane, n-pentane, heptane, octane, cyclohexane, decalin, and benzene. The second solvent is preferably an organic solvent.
析出工程では、塩除去工程によって上記の硫酸塩を除去したリグノフェノール溶液100質量部に対して、100質量部以上1000質量部以下の第2溶媒を用いることが好ましい。リグノフェノール溶液100質量部に対して、100質量部以上の第2溶媒を用いることにより、リグノフェノールをより確実に析出させることができるという利点がある。リグノフェノール溶液100質量部に対して、1000質量部以下の第2溶媒を用いることにより、必要量を超える第2溶媒を用いなくてもリグノフェノールを析出させることができるという利点がある。 In the precipitation step, it is preferable to use 100 parts by mass or more and 1000 parts by mass or less of the second solvent with respect to 100 parts by mass of the lignophenol solution from which the sulfate has been removed in the salt removal step. By using 100 parts by mass or more of the second solvent with respect to 100 parts by mass of the lignophenol solution, there is an advantage that lignophenol can be precipitated more reliably. By using 1000 parts by mass or less of the second solvent with respect to 100 parts by mass of the lignophenol solution, there is an advantage that lignophenol can be precipitated without using a second solvent exceeding the necessary amount.
本実施形態の製造方法で得られたリグノフェノールは、例えば、プラスチック用の難燃剤、合板接着剤、含浸材などの用途で使用される。 The lignophenol obtained by the production method of this embodiment is used in applications such as a flame retardant for plastics, a plywood adhesive, and an impregnating material.
なお、上記では、反応工程で無機酸として硫酸を用いた場合について詳しく説明した。本実施形態の製造方法では、反応工程で無機酸として塩酸やリン酸を用いることもできる。反応工程で無機酸として塩酸やリン酸を用いた場合でも、塩生成工程において、固体状の塩化物塩やリン酸塩を生成させることができる。そして、同様に、不純物としての無機成分が比較的少ないリグノフェノールを得ることができる。 In the above description, the case where sulfuric acid is used as the inorganic acid in the reaction step has been described in detail. In the manufacturing method of this embodiment, hydrochloric acid or phosphoric acid can also be used as an inorganic acid in the reaction step. Even when hydrochloric acid or phosphoric acid is used as the inorganic acid in the reaction step, a solid chloride salt or phosphate can be generated in the salt generation step. Similarly, lignophenol having relatively few inorganic components as impurities can be obtained.
本実施形態のリグノフェノールの製造方法は、上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示のものに限定されない。
また、一般のリグノフェノールの製造方法において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
The method for producing lignophenol of the present embodiment is as illustrated above, but the present invention is not limited to the above-described examples.
Moreover, the various aspects used in the manufacturing method of general lignophenol can be employ | adopted in the range which does not impair the effect of this invention.
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these.
(実施例)
以下のようにして、リグノフェノールの製造方法を行った。具体的には、リグニン及びセルロースを含む木質材料を用いてリグノフェノールを製造した。工程のフローを図2に示す。
・前処理
針葉樹(スギ)の木粉に含まれる油脂分を取り除くために、木粉をアセトンに入れた。木粉から乾燥によってアセトンを揮発させた。このようにして油脂分を取り除いた木粉を用意した。油脂分を取り除いた木粉(7.5g)にp−クレゾール(7.5g)、アセトン(33g)を添加し撹拌後、減圧乾燥によりアセトンを留去させ、木粉にp−クレゾールを収着させた。
・反応工程
p−クレゾールを収着させた状態の木粉15gに、61gの72質量%硫酸水溶液を加え、1時間激しく撹拌した。
12.8gの水を加えることにより、反応工程を停止した。
反応工程後の液に105gのn−ヘキサンを加え、激しく撹拌した後、一晩静置することにより、比重差によってn−ヘキサン層、リグノフェノール層、硫酸層の3層に分離した。n−ヘキサン層及び硫酸層を取り除いた後、リグノフェノール層を取り出した。
・塩生成工程
リグノフェノール層と、第1溶媒としてのメタノール(55g)とを混合して、メタノールにリグノフェノールを溶解させた。メタノールに溶解しない不溶分を吸引ろ過によって取り除き、50gのリグノフェノール溶液を得た。このリグノフェノール溶液に過剰量の水酸化マグネシウム(平均粒子径1μmの粉末)を添加することにより、pHを3.08に調整した。これにより、リグノフェノールのメタノール溶液において固体状の硫酸塩(硫酸マグネシウム)が生成した。
・塩除去工程
過剰量の水酸化マグネシウム及び生成した硫酸塩を、吸引ろ過によって取り除いた。
・析出工程
硫酸塩及び過剰の水酸化マグネシウムを除去したリグノフェノール溶液を、該リグノフェノール溶液の5倍質量の0.5質量%濃度食塩水(第2溶媒)に滴下し、リグノフェノールを析出させた。析出させたリグノフェノールを、ろ紙を用いた吸引ろ過によって分離し、50℃にて一晩乾燥させ、固体状のリグノフェノールを製造した。
(Example)
A method for producing lignophenol was carried out as follows. Specifically, lignophenol was produced using a wood material containing lignin and cellulose. The process flow is shown in FIG.
-Pretreatment In order to remove the oil and fat contained in the softwood (cedar) wood flour, the wood flour was put in acetone. Acetone was volatilized from the wood flour by drying. Thus, the wood powder from which the oil and fat content was removed was prepared. After adding p-cresol (7.5 g) and acetone (33 g) to the wood flour (7.5 g) from which the oil and fat have been removed, the acetone is distilled off by drying under reduced pressure, and p-cresol is sorbed onto the wood flour. I let you.
-Reaction process 61 g of 72 mass% sulfuric acid aqueous solution was added to 15 g of wood flour in a state where p-cresol was sorbed and stirred vigorously for 1 hour.
The reaction process was stopped by adding 12.8 g of water.
105 g of n-hexane was added to the liquid after the reaction step, and after vigorous stirring, the mixture was allowed to stand overnight, and separated into three layers of an n-hexane layer, a lignophenol layer, and a sulfuric acid layer due to the difference in specific gravity. After removing the n-hexane layer and the sulfuric acid layer, the lignophenol layer was taken out.
-Salt production | generation process Lignophenol layer and methanol (55g) as a 1st solvent were mixed, and lignophenol was dissolved in methanol. Insoluble matter not dissolved in methanol was removed by suction filtration to obtain 50 g of lignophenol solution. The pH was adjusted to 3.08 by adding an excessive amount of magnesium hydroxide (powder having an average particle diameter of 1 μm) to this lignophenol solution. As a result, solid sulfate (magnesium sulfate) was produced in the lignophenol methanol solution.
-Salt removal process Excess magnesium hydroxide and the produced sulfate were removed by suction filtration.
-Precipitation process The lignophenol solution from which the sulfate and excess magnesium hydroxide have been removed is dropped into a 0.5 mass% saline solution (second solvent) 5 times the mass of the lignophenol solution to precipitate lignophenol. It was. The precipitated lignophenol was separated by suction filtration using a filter paper and dried at 50 ° C. overnight to produce a solid lignophenol.
(比較例1)
塩生成工程において、粉末状の水酸化マグネシウムを用いる代わりに、15N水酸化カリウム水溶液を用いてリグノフェノール溶液のpHを2.9に調整した点以外は、実施例と同様にしてリグノフェノールを製造した。
(Comparative Example 1)
In the salt production step, lignophenol was produced in the same manner as in Example, except that instead of using powdered magnesium hydroxide, the pH of the lignophenol solution was adjusted to 2.9 using an aqueous 15N potassium hydroxide solution. did.
(比較例2)
塩生成工程において、粉末状の水酸化マグネシウムを用いる代わりに、15N水酸化ナトリウム水溶液を用いてリグノフェノール溶液のpHを3.0に調整した点以外は、上記実施例と同様にしてリグノフェノールを製造した。
(Comparative Example 2)
In the salt production step, lignophenol was used in the same manner as in the above example except that instead of using powdered magnesium hydroxide, the pH of the lignophenol solution was adjusted to 3.0 using a 15N aqueous sodium hydroxide solution. Manufactured.
<リグノフェノール中の不純物量の分析>
乾燥によって得られた固体状のリグノフェノールにおける全イオウ濃度(硫酸イオン濃度と相関あり)を、管状炉燃焼による前処理の後、イオンクロマトグラフ法によって測定した。
また、上記の塩生成工程におけるpH調整前(水酸化マグネシウム添加前)のリグノフェノール溶液、pH調整後のリグノフェノール溶液、水酸化マグネシウム及び生成した硫酸塩を取り除いた後のリグノフェノール溶液、のそれぞれにおける硫酸イオン濃度を電気キャピラリー法によって測定した。
なお、析出工程において析出したリグノフェノールの粒径をレーザー回折・散乱式粒子径分布測定によって測定した。
上記の分析結果を表1に示す。また、全イオウ濃度の分析結果を図3に示す。
<Analysis of impurities in lignophenol>
The total sulfur concentration (correlated with the sulfate ion concentration) in the solid lignophenol obtained by drying was measured by ion chromatography after pretreatment by tubular furnace combustion.
Moreover, each of the lignophenol solution before pH adjustment (before magnesium hydroxide addition), the lignophenol solution after pH adjustment, and the lignophenol solution after removing magnesium hydroxide and the produced sulfate in the salt generation step, respectively. The sulfate ion concentration was measured by the electrocapillary method.
The particle size of lignophenol precipitated in the precipitation step was measured by laser diffraction / scattering particle size distribution measurement.
The analysis results are shown in Table 1. Moreover, the analysis result of the total sulfur concentration is shown in FIG.
以上の結果から把握されるように、実施例のリグノフェノールの製造方法によって、不純物としての硫酸成分(無機成分)が比較的少ないリグノフェノールを得ることができる。 As can be seen from the above results, lignophenol having relatively few sulfuric acid components (inorganic components) as impurities can be obtained by the method for producing lignophenol of the examples.
本発明のリグノフェノールの製造方法は、例えば、比較的高純度のリグノフェノールを得るために好適に使用できる。本発明で得られたリグノフェノールは、プラスチックへの添加剤、建材用途での接着剤や含浸材などとして、好適に使用できる。 The method for producing lignophenol of the present invention can be suitably used to obtain, for example, a relatively high purity lignophenol. The lignophenol obtained in the present invention can be suitably used as an additive to plastics, an adhesive or an impregnating material for building materials.
Claims (2)
前記リグノフェノールを溶解させる第1溶媒に前記リグノフェノールを溶解させたリグノフェノール溶液と、アルカリ土類金属の水酸化物とを混合することによって、前記硫酸と前記アルカリ土類金属との固体状の塩を生成させる塩生成工程と、
生成した前記塩を除去したリグノフェノール溶液と、前記第1溶媒よりもリグノフェノールの溶解度が小さい第2溶媒と、を混合することによってリグノフェノールを析出させる析出工程と、
を備えるリグノフェノールの製造方法。 A reaction step of bringing lignin, sulfuric acid and phenols into contact with each other to obtain lignophenol in which lignin and phenols have reacted;
By mixing a lignophenol solution in which the lignophenol is dissolved in a first solvent in which the lignophenol is dissolved, and an alkaline earth metal hydroxide, a solid state of the sulfuric acid and the alkaline earth metal is mixed. A salt production step for producing a salt;
A precipitation step of precipitating lignophenol by mixing the lignophenol solution from which the generated salt has been removed and a second solvent having a lower lignophenol solubility than the first solvent;
A process for producing lignophenol.
The method for producing lignophenol according to claim 1, wherein in the salt generation step, the pH of the lignophenol solution after mixing the alkaline earth metal hydroxide is adjusted to be acidic.
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