JP6702959B2 - リグノセルロース系材料の加工方法 - Google Patents
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Description
ポリオール、特にグリセロールで連続的に処理することによって、変性セルロース系材料であって、それが紙ベース製品製造用の繊維パルプとして有用となり得る繊維パルプ特性を保持する変性セルロース系材料が得られるという驚くべき発見に基づくものである。さらに又は代わりに、このセルロース系材料は、CMCなどのセルロース誘導体の製造に対して修正可能であり得る。
(i)リグノセルロース系材料を酸及び/又はアルカリで処理するステップと;
(ii)ステップ(i)のリグノセルロース系材料を、ポリオールを含んでなるか、それからなるか、又はそれから本質的になる薬剤で処理するステップと
を含み、それによって、変性セルロース系材料を製造する、変性セルロース系材料を製造する方法を提供する。
好適には、酸は硫酸である。
好適には、アルカリは水酸化ナトリウムである。
好適な実施形態において、酸は、リグノセルロース系材料の約0.1重量%〜約5重量%の量で存在する。
適切には、ポリオールは、グリセロール、エチレングリコール及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される。
一実施形態において、グリセロールは、粗製グリセロールであるか、又はそれを含んでなる。
適切には、ステップ(ii)は、約120℃〜約200℃の温度で実行される。
適切には、ステップ(i)は、約5分〜約30分の時間で実行される。
適切には、ステップ(ii)は、約15分〜約60分の時間で実行される。
特定の実施形態において、ステップ(i)は、酸及び/又はアルカリによる処理の後、ステップ(ii)の開始前に酸及び/又はアルカリを少なくとも部分的に除去するために
、リグノセルロース系材料を洗浄するステップをさらに含んでなる。
第2の態様において、本発明は、第1の態様の方法によって製造された変性セルロース系材料を提供する。
一実施形態において、変性セルロース系材料は、約50〜約150のカッパ価を有する。
第3の態様において、本発明は、第1の態様の方法に従って製造された変性セルロース系材料を処理して、それにより紙ベースの製品を製造するステップを含む、紙ベースの製品を製造する方法を提供する。
一実施形態において、セルロース誘導体は、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択されるセルロースエーテルであるか、又はそれを含んでなる。
テップを含む。
特定の実施形態において、この装置は、リグノセルロース系材料を浸潤及び/又は予熱するためなど、リグノセルロース系材料を蒸気処理することができる前処理チャンバーをさらに含んでなる。
適切には、この装置は、第1の態様の方法における使用に適切である。
(i)リグノセルロース系材料を酸及び/又はアルカリで処理するステップと;
(ii)ステップ(i)のリグノセルロース系材料を、ポリオールを含んでなるか、それからなるか、又はそれから本質的になる薬剤で処理するステップと
を含み、それによって、変性セルロース系材料を製造する、変性セルロース系材料を製造する方法を提供する。
又はモロコシバガスなどのバガス、ウキクサ;小麦わら;オート麦わら;米わら;大麦わら;ライ麦わら;生茎;大豆殻;もみ殻;米わら;タバコ;トウモロコシグルテン供給物;オート麦殻;トウモロコシカーネル;カーネルからの繊維;トウモロコシわら;トウモロコシ茎;トウモロコシ穂軸;トウモロコシ外皮;キャノーラ;ススキ;エネルギー茎;大草原の草;ガマグラス;フォックステール;サトウダイコンパルプ;柑橘系果物のパルプ;種子外皮;芝生刈り込み;綿、海草;木;潅木;小麦;小麦わら;穀物の湿潤又は乾燥ミルからの製品又は副産物;草木ゴミ;植物及び/又は木廃棄物;草質茎材料及び/又は作物;森林;果物;花;針状葉;丸太;根;苗木;潅木;スイッチグラス;野菜;果物皮;つる;小麦ミドリング;オート麦外皮;硬質及び軟質木材;あるいはそれらのいずれかの組合せが含まれる。
一実施形態において、リグノセルロース系材料は、一年草であるか、又はそれを含んでなる。
「加水分解」は、リグノセルロース系材料を一緒に保持する化学結合の分裂又は切断を意味する。例えば、加水分離には、限定されないが、糖類(すなわち、糖)を一緒に連結するグリコシド結合の切断又は分裂が含まれ、これは糖化としても知られている。リグノセルロース系材料は、いくつかの実施形態において、セルロース及び/又はヘミセルロースを含んでなることができる。セルロースは、多糖類のグルカンである。多糖類は、グリコシド結合によって一緒に連結された糖類(例えば、単糖類又は二糖類)の繰り返し単位から構成される重合体化合物である。糖類の繰り返し単位は、同一であり(すなわち均質であり)、ホモ多糖類が得られることが可能であるか、又は異なり(すなわち不均質であり)、ヘテロ多糖類が得られることが可能である。セルロースは加水分解を受けて、セロデキストリン(すなわち、加水分離反応前の多糖体単位と比較して、より短い多糖類単位)及び/又はグルコース(すなわち、単糖類)を形成することができる。ヘミセルロースはヘテロ多糖類であり、限定されないが、キシラン、グルクロノキシラン、アラビノキシラン、グルコマンナン及びキシログルカンを含む多糖類を含むことができる。ヘミセルロースは加水分解を受けて、より短い多糖類単位及び/又は単糖類を形成することができ、これらとしては、限定されないが、ペントース糖、キシロース、マンノース、グルコース、ガラクトース、ラムノース、アラビノース又はそれらのいずれかの組合せが含まれる。
る。いくつかの実施形態において、部分的な加水分解反応は、セルロースの約20%、15%、10%又は5%をグルコースへと変換することができる。本発明のさらなる実施形態において、部分的な加水分解反応は、ヘミセルロースの約20%、15%、10%又は5%を単糖類へと変換することができる。単糖類の例としては、限定されないが、キシロース、グルコース、マンノース、ガラクトース、ラムノース及びアラビノースが含まれる。加えて、部分的な加水分解反応は、本明細書に記載の方法で処理される前のリグノセルロース系材料に存在するグルカンの量と比較して、変性セルロース系材料に存在するグルカンの約80%、85%、90%又は95%より多い回収をもたらし得る。
当業者は、本明細書で使用される場合、「酸」という用語が、アルカリと反応して塩を形成することができる7未満のpHを有する様々な水溶性化合物を意味することを容易に理解するであろう。酸の例は、一プロトン性又は多プロトン性であることが可能であり、かつ1個、2個、3個又はそれを超える官能基を含んでなることができる。酸の例としては、限定されないが、鉱酸、ルイス酸、酸金属塩、有機酸、固体酸、無機酸又はそれらの組合せが含まれる。特定の酸としては、限定されないが、塩酸、硫酸、リン酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、メタンスルホン酸、トルエンスルホン酸、三フッ化ホウ素ジエチルエーテレート、スカンジウム(III)トリフルオロメタンスルホネート、チタン(IV)イソプロポキシド、塩化スズ(IV)、臭化亜鉛(II)、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、塩化亜鉛(II)、塩化銅(I)、臭化銅(
I)、塩化銅(II)、臭化銅(II)、塩化アルミニウム、塩化クロム(II)、塩化クロム(III)、塩化バナジウム(III)、塩化モリブデン(III)、塩化パラジウム(II)、塩化プラチナ(II)、塩化プラチナ(IV)、塩化ルテニウム(III)、塩化ロジウム(III)、ゼオライト、活性化ゼオライト又はそれらのいずれかの組合せが含まれる。
さらにいっそう好適には、酸は硫酸である。
当業者によって容易に理解されるであろう通り、本明細書で使用される場合、「アルカリ」は、酸と反応して塩を形成することができる7より高いpHを有する様々な水溶性化合物を意味する。例として、アルカリには、限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化マグネシウム及びアルカリ金属塩、例えば、限定されないが、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムが含まれる。
さらにいっそう好適には、アルカリは水酸化ナトリウムである。
5重量%、4.75重量%、5重量%又はそのうちのいずれかの範囲の量で存在する。本発明の特定の実施形態において、酸及び/又はアルカリは、ステップ(i)において、リグノセルロース系材料の約0.5重量%〜約2重量%の量で存在する。
ンジオール、2−メチル−1,3−ブタンジオール、1,1,1−トリメチルメタン、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,1,1−トリメチロールプロパン、1,7−ヘプタンジオール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、1,11−ウンデカンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、オリゴエチレングリコール、2,2’−チオジグリコール、1,2−プロピレンオキシドから調製したジグリコール又はポリグリコール、プロピレングリコール、エチレングリコール、ソルビトール、ジブチレングリコール、トリブチレングリコール、テトラブチレングリコール、ジヘキシレンエーテルグリコール、トリヘキシレンエーテルグリコール、テトラヘキシレンエーテルグリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、又はそれらのいずれかの組合せが含まれる。
さらにいっそう好適には、ポリオールはグリセロールである。
0重量%の量で存在する(すなわち、薬剤対リグノセルロース系材料比)。特定の実施形態において、薬剤は、リグノセルロース系材料の約10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%、20重量%、21重量%、22重量%、23重量%、24重量%、25重量%、26重量%、27重量%、28重量%、29重量%、30重量%、31重量%、32重量%、33重量%、34重量%、35重量%、36重量%、37重量%、38重量%、39重量%、40重量%、41重量%、42重量%、43重量%、44重量%、45重量%、46重量%、47重量%、48重量%、49重量%、50重量%、51重量%、52重量%、53重量%、54重量%、55重量%、56重量%、57重量%、58重量%、59重量%、60重量%、61重量%、62重量%、63重量%、64重量%、65重量%、66重量%、67重量%、68重量%、69重量%、70重量%、71重量%、72重量%、73重量%、74重量%、75重量%、76重量%、77重量%、78重量%、79重量%、80重量%、81重量%、82重量%、83重量%、84重量%、85重量%、86重量%、87重量%、88重量%、89重量%、90重量%、91重量%、92重量%、93重量%、94重量%、95重量%、96重量%、97重量%、98重量%、99重量%、100重量%、101重量%、102重量%、103重量%、104重量%、105重量%、106重量%、107重量%、108重量%、109重量%、110重量%、111重量%、112重量%、113重量%、114重量%、115重量%、116重量%、117重量%、118重量%、119重量%、120重量%、121重量%、122重量%、123重量%、124重量%、125重量%、126重量%、127重量%、128重量%、129重量%、130重量%、131重量%、132重量%、133重量%、134重量%、135重量%、136重量%、137重量%、138重量%、139重量%、140重量%、141重量%、142重量%、143重量%、144重量%、145重量%、146重量%、147重量%、148重量%、149重量%、150重量%、151重量%、152重量%、153重量%、154重量%、155重量%、156重量%、157重量%、158重量%、159重量%、160重量%、161重量%、162重量%、163重量%、164重量%、165重量%、166重量%、167重量%、168重量%、169重量%、170重量%、171重量%、172重量%、173重量%、174重量%、175重量%、176重量%、177重量%、178重量%、179重量%、180重量%、181重量%、182重量%、183重量%、184重量%、185重量%、186重量%、187重量%、188重量%、189重量%、190重量%、191重量%、192重量%、193重量%、194重量%、195重量%、196重量%、197重量%、198重量%、199重量%、200重量%又はそのうちのいずれかの範囲の量で存在する。
50℃〜約170℃の温度で実行される。特定の実施形態において、ステップ(ii)は、約100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、109℃、110℃、111℃、112℃、113℃、114℃、115℃、116℃、117℃、118℃、119℃、120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃、140℃、141℃、142℃、143℃、144℃、145℃、146℃、147℃、148℃、149℃、150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃、160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃、180℃、181℃、182℃、183℃、184℃、185℃、186℃、187℃、188℃、189℃、190℃、191℃、192℃、193℃、194℃、195℃、196℃、197℃、198℃、199℃、200℃、201℃、202℃、203℃、204℃、205℃、206℃、207℃、208℃、209℃、210℃、211℃、212℃、213℃、214℃、215℃、216℃、217℃、218℃、219℃、220℃又はそのうちのいずれかの範囲の温度で実行される。特定の好適な実施形態において、ステップ(ii)は、約160℃の温度で実行される。当業者によって十分理解されるであろう通り、ステップ(i)及び(ii)は、異なる温度で実行されてもよい。
できる。本発明のいくつかの実施形態において、分離前及び/又は後に、変性セルロース系材料に水が添加される。したがって、変性セルロース系材料は、処理プロセスからの薬剤、残留酸、残留アルカリ及び/又は副産物、例えば、限定されないが、ポリオール、グリセロール残渣、ならびに処理プロセスから製造された生成物を含み得る。
当業者によって容易に理解されるであろう通り、本明細書に記載の方法を使用して、リグノセルロース系材料(すなわち、バイオマス)を、次いで多くの有用な有機化学物質及び製品を製造するために使用され得る変性セルロース系材料へと加工することができる。理論に拘束されないが、本明細書に記載の変性セルロース系材料は、有意な黄色化又は変色を与えることなく同時に粘度及び重合度を低下させながら、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどの最終製品へのエーテル化又はエステル化のための追加的な活性部位を提供し、したがって、製紙及びセルロース誘導体の両方のために使用することができるセルロース系材料の製造が可能であると考えられる。したがって、一実施形態において、変性セルロース系材料は、紙ベースの製品及び/又はセルロース誘導体の製造における使用に適切である。
一実施形態において、変性セルロース系材料は、アルファセルロースであるか、又は約70%〜約90%の含有量のアルファセルロースを含んでなる。セルロースの種類のうちで、アルファセルロースは最高重合度を有し、かつ最も安定している。そのようなものとして、アルファセルロースは、木材及び紙パルプの主成分である。これは、変性セルロース系材料を、約5%〜約25%(典型的に、約17%〜約18%)の水酸化ナトリウム(NaOH)溶液中に浸漬することによって、ヘミセルロースなどの他の成分から分離され得る。したがって、一実施形態において、変性セルロース系材料中のヘミセルロースは、約5〜約25%のNaOH、好適には約18%のNaOHに実質的に溶解することができる。残りの純粋な白色のアルファセルロースは不溶性であり、溶液からろ過することができ、かつ紙又はセルロースポリマーの製造での使用前に洗浄することができる。紙中のアルファセルロースのパーセントが高いと、典型的に、安定な永続的な材料がもたらされる。
、本明細書に記載の方法によって酸によって処理されたリグノセルロース系材料から誘導される一実施形態において、カッパ価は約90〜約150である。
特定の実施形態において、本発明の変性セルロース系材料は、さらなる変性の有無にかかわらず、限定されないが、紙、ボール紙、板紙、ティッシュ、タオル及びナプキンを含む紙ベースの製品の製造において使用され得る。1つの特定の実施形態において、本明細書に記載される変性セルロース系材料は、中しん原紙及び/又は段ボールの製造において使用される。
もに水性スラリー中で混合され、細断及び精製などの機械的及び他の操作を受ける。紙ベースの製品を製造するための変性セルロース系材料の処理ステップが、当該技術分野において既知のいずれかの製紙技術によって実行され得ることは理解されるであろう。
特定の実施形態において、セルロース誘導体は、セルロースエーテルであるか、又はそれを含んでなる。この点に関して、変性セルロース系材料は、それを1種以上のセルロースエーテルの製造に適切にさせる化学的特徴を有し得る。セルロースエーテルの非限定的な例としては、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース及びヒドロキシエチルメチルセルロースが含まれる。当業者によって認識されるであろう通り、このようなセルロースエーテルは、セルロースエーテルが典型的に使用されるいずれの用途においても使用され得る。例えば、限定されないが、本開示のセルロースエーテルは、コーティング、インク、バインダー、徐放薬錠剤及びフィルムにおいて使用され得る。
プを含んでなり得る。
適切には、この装置は、上記方法における使用のためのものである。
含んでなるか、又はそれによって置き換えられ得ることも理解されるであろう。
実施例1の目的は、以前に記載されたグリセロール及び硫酸の組合せでリグノセルロース系材料を前処理する方法(例えば、チャン(Zhang)ら、バイオリソーステクノロジー(Bioresource Technology)、2013年)を評価することであった。
材料及び方法
連続水平消化器(アンドリッツ(Andritz)418気密式水平消化器/コンベヤ)においてサトウキビバガスを前処理した。異なるグリセロール:「そのままのバガス(as is bagasse)」の比率ならびに消化器温度及び圧力を評価した。グリセロール及び硫酸の組合せを含む溶液による消化の後、バガスは、前処理されたバガスの固体及び液体相(加水分解物)の分離のためにスクリュープレス(アンドリッツ(Andritz)モデル560プレサファイナー(Pressafiner))を通して脱水された。
以下の表1で概説する。特に、表1は、A1〜A6に関するグリセロール:「そのままのバガス」比、硫酸適用、消化器滞留時間及び操作圧力を提供する。消化器スループット及び平均繊維長さも、それぞれ表1及び3に含まれる。
蒸気試験の実行時、以前に記載された前処理方法における多くの問題が明らかになった。特に、上記チャン(Zhang)らにおいて記載された130℃の消化器温度は、適切な繊維破壊を供給しなかった。160℃のより高い消化器温度は、この点に関して繊維破壊の改善を提供した。さらに、相対的に低い製造速度が、主としてその低い密度に起因するバガスによって達成された。そのようなものとして、バガスの材料取り扱いは、商業的製造の規模まで拡大するために重要な障害を表す。
この試験の目的は、以前に記載されたリグノセルロース系材料のためのそれらの前処理方法を改善する試みにおいて、3種の異なる基質、バガス、ベイモミ木片及びユーカリノキ(Eucalyptus globulus)木片に適用された異なるグリセロール及び硫酸処理を評価することであった。
材料及び方法
バガスを含む試験品について、バガスは、プラグスクリュー供給機を使用して、直接、418水平気密式消化器に供給され、その中にグリセロール及び硫酸の両方がインレットにおいて消化器に添加された。このプロセスは、実施例1に記載されたものと同様であった。蒸気含浸は、そのかさばった特性及び高い表面積のため、バガス上では実行しなかった。
結果
3種のリグノセルロース系基質における上記の試験から、消化又は反応の程度は主として添加された硫酸の割合によって影響を受けた。したがって、リグノセルロース系基質に対するグリセロールの量は、視覚評価に従って、消化された材料におけるいずれの明白な影響もなく有意に減少させることができた。したがって、前処理反応は、消化器内に液体
がわずかにあるか、又は全くないように、極めて低い液体対固体比において問題なく行なわれた。例えば、ユーカリ木片は、木片上酸0.7%及び0.3kg/kgグリセロール/木片において極めて良好に反応し、これは、0.24:1のみの消化のための液体対固体比を表す。
この試験の目的は、以前に記載されたリグノセルロース系材料のそれらの前処理方法を改善する試みにおいて、4種の異なる基質、バガス、ポプラ、タスマニアブルーゴム(Tasmanian Blue Gum)及びユーカリノキ(Eucalyptus globulus)木片に適用された異なるグリセロール及び硫酸処理を評価することであった。さらに、この試験の目的は、粗製グリセロール及び水酸化ナトリウム処理を評価することであった。粗製グリセロール処理は、3種の異なる基質、ポプラ、タスマニアブルーゴム(Tasmanian Blue Gum)及びユーカリノキ(Eucalyptu
s globulus)木片に適用されたが、水酸化ナトリウム処理はタスマニアブルーゴム(Tasmanian Blue Gum)木片のみに適用された。
材料及び方法
バガス(A3)の一対照試験品は、プラグスクリュー供給機を使用して水平加圧418消化器に直接供給されたバガスを用いて実施された。バガス、ポプラ、ブルーゴム及びユーカリ上での全ての残りの試験品に関して、材料は、418水平気密式消化器に供給する前に、初めに圧縮及び脱構造化され、次いで、560インプレサファイナー(Impressafiner)を使用して硫酸で含浸させた。純粋又は粗製グリセロールは、418消化器へとインレットにおいて、含浸された材料に添加された。
ラグは、PSFの放出ブルノース端部に延在し、ティーピースを通して418水平消化器のインレット中に重力によって材料を滴下する。
結果
要約
同等の硫酸適用において比較した場合、視覚的、ろ水度(排液)又はLW平均粒子長さ評価に基づき、純粋又は粗製グリセロール処理のいずれかを使用して、観察可能な相違はなかった(図2、3及び4)。
A.バガス
バガスに関して一定の酸適用(0.7%)において、1.1:1から0.6:1への[グリセロール]:[そのままのバガス]適用の減少は、ろ水度の増加をもたらさず、より低いグリセロール適用においてさえ同様の反応度を示唆した。1.39%まで酸装填を増
加することによって、[グリセロール]:[そのままのバガス]適用の0.2〜0.4:1までの減少にもかかわらず、ろ水度の段階的減少及び低下した418精製器比エネルギー適用がもたらされた。グリセロール比を0.4から0.2まで低下させることによって、ろ水度の増加がもたらされず、反応のレベルが損なわれていなかったことを示唆した。
B.ポプラ
さらに、ポプラ試験品に関して、同様の消化器滞留時間(30分)及び0.8〜0.9の[粗製グリセロール]:[そのままのバガス]適用において比較する場合、硫酸適用の増加によってろ水度の段階的減少がもたらされた。0.62%酸による試験品では、より低い精製器負荷を引き、これは0.46%及び1.15%酸によって実行された試験品よりも疑わしく低いように見える。
C.ブルーゴム
ブルーゴム試験に関して、同様の酸適用(0.54%)及び418精製器エネルギー適用において比較した場合、30分滞留における試験品(A8)は、20分滞留における試験品(A9)よりも低いろ水度を有し、このことは、予想よりも進行した反応を示す。0.54%から0.64%まで硫酸適用を増加することによって、約200mlまでのろ水度の有意な低下がもたらされた。20分滞留において製造された試験品は、30分滞留において製造されたそれぞれの試料と比較して、比較的同様のろ水度(200ml)を有した。しかしながら、20分消化された試料は、30分消化試料と比較した場合、より高い418精製器モータ負荷を引く傾向があったことが指摘される。これは、20分の試料は、30分の試料より粗く、反応が少ないことを示唆する。それにもかかわらず、ろ水度の低閾値上限(200ml)及びLW平均(0.5mm)が、酸消化ブルーゴムから0.64%〜1.01%の硫酸適用で観察された。これは、0.5mmのより低い粒径において改善された酵素応答を仮定して、酸供与量及びその後の酵素性能を最適化することに関して有益な意味を有することができるであろう。硫酸装填が0.64%から1.01%まで増加された場合、ろ水度はさらに減少しなかった。[粗製グリセロール]:[そのままのバガス]適用は、0.7〜0.8:1において同様に維持された。
る減少も実証されなかった。
ユーカリノキにおける最初の試験品は、低硫酸装填(0.20%)で製造され、より粗い外観の高いろ水度がもたらされ、低酸装填におけるより穏やかな反応が示された。0.72%〜0.78%に酸装填を増加させることによって、ろ水度の有意な低下及びさらに進行した反応がもたらされた。[グリセロール]:[そのままのバガス]適用は、全てのユーカリ消化器試験品において、0.7〜0.8:1で同様であった。類似の酸適用(0.72%〜0.78%)及び消化器滞留時間(30分)において製造された2つの試験品は、類似のろ水度、193ml及び198mlを有し、類似の条件における類似の複製を実証した。
Claims (32)
- 変性セルロース系材料を製造する方法において、
(i)リグノセルロース系材料を、酸及びアルカリのうちの少なくとも一方で処理するステップと;
(ii)ステップ(i)の前記リグノセルロース系材料を、ポリオールを薬剤の重量の約30重量%〜約100重量%の分量で存在するように含んでなる前記薬剤で処理するステップであって、
前記薬剤は前記リグノセルロース系材料の約25重量%〜約200重量%の分量で存在し、前記薬剤はさらに酸を含有しないか、又は約0.1重量%以下の分量で酸を含有する、前記リグノセルロース系材料を前記薬剤で処理するステップと
を含み、それによって、変性セルロース系材料を製造する、方法。 - ステップ(i)において、前記リグノセルロース系材料が、(a)酸のみによって、(b)アルカリのみによって、(c)酸、及び次いでアルカリによって連続的に、又は(d)アルカリ、及び次いで酸によって連続的に処理される、請求項1に記載の方法。
- 前記酸が、硫酸、塩酸、リン酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、硝酸、酸金属塩及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記酸が硫酸である、請求項3に記載の方法。
- 前記アルカリが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、アルカリ金属塩及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記アルカリが水酸化ナトリウムである、請求項5に記載の方法。
- ステップ(i)が、前記リグノセルロース系材料の中、及び前記リグノセルロース系材料の上のうちの少なくとも一方に、前記酸及びアルカリのうちの少なくとも一方を蒸気含浸するステップを含んでなる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- (i)前記リグノセルロース系材料の約0.1重量%〜約5重量%の量の前記酸、及び(ii)前記リグノセルロース系材料の約0.1重量%〜約15重量%の量の前記アルカリのうちの少なくとも一方が存在する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリオールが、グリセロール、エチレングリコール及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリオールがグリセロールである、請求項9に記載の方法。
- ステップ(i)が約20℃〜約99℃の温度で実行される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(ii)が約120℃〜約200℃の温度で実行される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(ii)が約160℃の温度で実行される、請求項12に記載の方法。
- ステップ(i)が約5分〜約30分の時間で実行される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(ii)が約15分〜約60分の時間で実行される、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ(ii)が約30分の時間で実行される、請求項15に記載の方法。
- ステップ(i)が、前記酸及びアルカリのうちの少なくとも一方による処理の後、ステップ(ii)の開始前に前記酸及びアルカリのうちの少なくとも一方を少なくとも部分的に除去するために、前記リグノセルロース系材料を洗浄するステップをさらに含んでなる、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法に従って製造された変性セルロース系材料を処理して、紙ベースの製品を製造するステップを含む、紙ベースの製品を製造する方法。
- 前記変性セルロース系材料を処理する前記ステップが、その少なくとも一部において、前記変性セルロース系材料を、充てん剤、サイジング剤、漂白剤、漂白添加剤、金属イオン封鎖剤、湿潤強度添加剤、乾燥強度添加剤、光学的増白剤、着色剤、保持剤、コーティングバインダー及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される1種以上の薬剤と接触させることによって実行される、請求項18に記載の方法。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法に従って製造された変性セルロース系材料を処理して、セルロース誘導体を製造するステップを含む、セルロース誘導体を製造する方法。
- 前記セルロース誘導体が、セルロースエーテル、セルロースエステル、ビスコース及び微晶質セルロースからなる群から選択される、請求項20に記載の方法。
- 前記セルロースエーテルが、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項21に記載の方法。
- 前記変性セルロース系材料を処理する前記ステップが、前記変性セルロース系材料を、クロロメタン、クロロエタン、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、クロロ酢酸及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される1種以上の薬剤と接触させて、それにより前記セルロースエーテルを製造するステップを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記セルロースエステルが、セルロースアセテート、セルローストリアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルローススルフェート、セルロースニトレート及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項21に記載の方法。
- 前記変性セルロース系材料を処理する前記ステップが、前記変性セルロース系材料を、酢酸、無水酢酸、プロピオン酸、酪酸、硝酸、硫酸及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される1種以上の薬剤と接触させて、それにより前記セルロースエステルを製造するステップを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記変性セルロース系材料を処理する前記ステップが、前記変性セルロース系材料を、酸及び/又はアルカリと接触させて、それにより微晶質セルロースを製造するステップを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記変性セルロース系材料を処理する前記ステップが、前記変性セルロース系材料を、水酸化ナトリウム、二硫化炭素及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される1種以上の薬剤と接触させて、それによりビスコースを製造するステップを含む、請求項21に記載の方法。
- リグノセルロース系材料を、ポリオールを含んでなる薬剤で処理するための消化チャンバーと連通している処理チャンバーであって、前記リグノセルロース系材料を酸及び/又はアルカリで処理するための処理チャンバーを含んでなる、変性セルロース系材料を製造する装置であって、前記ポリオールは前記薬剤の重量の約30重量%〜約100重量%の分量で存在し、前記薬剤は前記リグノセルロース系材料の約25重量%〜約200重量%の分量で存在し、前記薬剤はさらに酸を含有しないか、又は約0.1重量%未満の分量で酸を含有する、装置。
- 前記処理チャンバーが、前記リグノセルロース系材料を前記酸及び/又は前記アルカリで含浸させることができる、請求項28に記載の装置。
- 前記リグノセルロース系材料を浸潤及び/又は予熱するためなど、前記リグノセルロース系材料を蒸気処理することができる前処理チャンバーをさらに含んでなる、請求項28又は29に記載の装置。
- 液体フラクションから前記変性セルロース系材料をその少なくとも一部において分離するための分離器をさらに含んでなる、請求項28〜30のいずれか一項に記載の装置。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法において使用するための、請求項28〜31のいずれか一項に記載の装置。
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