JP6955498B2 - Manufacturing method of heat-resistant lignin - Google Patents

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Description

本発明は耐熱性リグニンに関する。 The present invention relates to heat resistant lignin.

近年の環境意識の高まりにより、バイオマス由来の原料が注目されている。例えば、バイオエタノールの製造において特に顕著であるが、バイオマス由来の原料として、デンプンや糖など、食料と競合する原料を用いる場合が多い。そのため、食料価格上昇や食糧生産の減少に繋がる等の問題が指摘されている。そこで、現在、食料と競合しないセルロース系バイオマスから原料を製造する技術が注目されている。 Due to the growing environmental awareness in recent years, biomass-derived raw materials are attracting attention. For example, although it is particularly remarkable in the production of bioethanol, raw materials that compete with food such as starch and sugar are often used as raw materials derived from biomass. Therefore, problems such as rising food prices and decreasing food production have been pointed out. Therefore, at present, a technique for producing a raw material from cellulosic biomass that does not compete with food is drawing attention.

食料と競合しないセルロース系バイオマスとして、例えば、パームヤシの樹幹及び空房、パームヤシ果実の繊維及び種子、バガス(さとうきび(高バイオマス量さとうきびを含む)の搾り滓)、稲わら、麦わら、トウモロコシの穂軸・茎葉・トウモロコシ残渣(コーンストーバー、コーンコブ、コーンハル)、ソルガム(スイートソルガムを含む)残渣、ヤトロファ種皮及び殻、カシュー殻、木材チップ、スイッチグラス、エリアンサス等が挙げられる。
これらのセルロース系バイオマスは、セルロースやヘミセルロース以外にリグニンを20〜30質量%含有している。例えば、製紙工程では、リグニンは、セルロースやヘミセルロースと分離されて、黒液として回収され、主に燃料として利用されてきた。しかし、リグニンを分解するとフェノール誘導体を製造することができ、化学品やバイオプラスチックへの変換が期待できるため、リグニンを抽出することが望まれている。
Cellulose-based biomass that does not compete with food includes, for example, palm palm tree trunks and bunches, palm palm fruit fibers and seeds, bagasse (squeezed sorghum (including high biomass amount sugar)), rice straw, straw, and corn cobs. Examples include foliage / corn residue (corn stover, corn cob, corn hull), sorghum (including sweet sorghum) residue, yatropha seed coat and shell, cashew shell, wood chips, switchgrass, and elastomer.
These cellulosic biomasses contain 20 to 30% by mass of lignin in addition to cellulose and hemicellulose. For example, in the papermaking process, lignin has been separated from cellulose and hemicellulose, recovered as black liquor, and mainly used as fuel. However, it is desired to extract lignin because a phenol derivative can be produced by decomposing lignin and conversion into chemicals and bioplastics can be expected.

ところが、リグニンを化学品等の樹脂材料などの工業材料として用いる場合に、耐熱性等の物性値に劣るという問題を有する。
特許文献1は、バイオマスを溶媒存在下にて、高温高圧下で攪拌処理して、バイオマスを分解することにより得られたリグニン誘導体を開示する。上記分解処理後、水不溶分をアセトンにて抽出し、このアセトンを留去することにより、リグニン誘導体が得られる。
特許文献2は、リグニンのフェニルプロパンユニットのα位にフェノール誘導体がグラフトされた1,1−ジフェニルプロパンユニットを含み、1又は2以上の水酸基がアシル化されたエステル部位を備えるリグニン系ポリマーを開示する。リグノフェノール誘導体は、天然リグニンに由来する多様な化学構造を含んでいる集合体として回収されるため、分子量分画や構造多様性を均質化するための熱アニールによる熱処理が行われている。
However, when lignin is used as an industrial material such as a resin material such as a chemical product, there is a problem that it is inferior in physical properties such as heat resistance.
Patent Document 1 discloses a lignin derivative obtained by decomposing biomass by stirring the biomass under high temperature and high pressure in the presence of a solvent. After the above decomposition treatment, the water-insoluble component is extracted with acetone, and the acetone is distilled off to obtain a lignin derivative.
Patent Document 2 discloses a lignin-based polymer containing a 1,1-diphenylpropane unit in which a phenol derivative is grafted at the α-position of the phenylpropane unit of lignin and having an ester moiety in which one or more hydroxyl groups are acylated. do. Since the lignophenol derivative is recovered as an aggregate containing various chemical structures derived from natural lignin, heat treatment by thermal annealing is performed to homogenize the molecular weight fraction and structural diversity.

特許第5256679号Patent No. 5256679 特開2011−256381号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-256381

しかしながら、特許文献1において抽出されたリグニンは、分子量が小さすぎる成分が多く、リグニンを樹脂として使用するには耐熱性が悪く、また作業性を向上させるためには、別途反応釜で二次誘導化することが必要であり、リグニンをそのまま使用するには適さないという問題を有する。
特許文献2では、天然リグニン由来の未反応のベンジル位の水酸基に他のフェノール性水酸基を結合させている、あるいは水酸基をアシル化変性させているため、200℃以上の温度で熱アニール処理を行うと、天然リグニン由来の反応点も同時に消失しており材料としての魅力に劣る。また、この方法でも別途反応釜で二次誘導化することが必要である。
However, the lignin extracted in Patent Document 1 has many components having too small a molecular weight, has poor heat resistance for using lignin as a resin, and is secondarily induced in a separate reaction kettle in order to improve workability. It has a problem that it is not suitable for using lignin as it is.
In Patent Document 2, since another phenolic hydroxyl group is bonded to an unreacted benzylic hydroxyl group derived from natural lignin or the hydroxyl group is acylated and modified, thermal annealing treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher. At the same time, the reaction site derived from natural lignin disappears, which makes it less attractive as a material. Further, even in this method, it is necessary to separately perform secondary induction in a reaction kettle.

本発明は、天然リグニンに由来する構造を維持しつつ、反応性の向上を目的として水酸基を有する官能基等を付与(二次誘導化)することなく耐熱性の高いリグニンを提供することにある。 The present invention is to provide lignin having high heat resistance without imparting (secondary derivatization) a functional group having a hydroxyl group or the like for the purpose of improving reactivity while maintaining a structure derived from natural lignin. ..

本発明者等は鋭意検討を行った結果、以下の工程を有する製造方法により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[10]を提供する。
[1]原料リグニン溶液と、原料リグニン溶液に対して容量で1倍以上50倍以下の水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a)とを混合する工程(I)を含む、耐熱性リグニンの製造方法。
[2]前記原料リグニン溶液は、植物系バイオマスからリグニンを、有機溶媒を含む溶媒に可溶化させて得られるリグニン溶液、または固体リグニンを、有機溶媒を含む溶媒に溶解させた溶液である、上記[1]に記載の耐熱性リグニンの製造方法。
[3]前記有機溶媒が、アルコール、エーテル及びケトン系化合物から選ばれる少なくとも1種である、上記[2]に記載の耐熱性リグニンの製造方法。
[4]工程(I)により得られた溶液が二相である場合に、以下の工程(II−1)をさらに要する、上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載の耐熱性リグニンの製造方法:
(II−1)工程(I)により得られた溶液から耐熱性リグニンを含む有機相を分離し、該有機相を濃縮する。
[5]工程(I)により得られた溶液が一相である場合に、以下の工程(II−2)をさらに要する、上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載の耐熱性リグニンの製造方法:
(II−2)溶液を固液分離する。
[6](1)動的粘弾性測定法(DMA法)によるガラス転移温度Tgが70℃以上であり、(2)数平均分子量が600以上であり、及び(3)示差熱及び熱重量同時測定(TG−DTA測定)における、5%熱重量減少開始温度が210℃以上である、上記[1]〜[5]のいずれか一つに記載の製造方法により得られる耐熱性リグニン。
[7]以下の(4)及び(5)の要件をさらに満たす、上記[6]に記載の耐熱性リグニン:(4)ポリスチレンを換算基準としたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)により得られる積分分子量分布曲線において、分子量が320以下である構成成分の割合が15%以下であり、(5)ポリスチレンを換算基準としたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)により得られる積分分子量分布曲線において、分子量が3200以上である構成成分の割合が7%以上50%以下である。
[8]上記[6]または[7]に記載の耐熱性リグニンを含む樹脂組成物、及び該樹脂組成物を用いてなる成形品。
[9]原料リグニン溶液に樹脂を添加して、リグニン−樹脂含有溶液を得る工程(IA)と、上記リグニン−樹脂含有溶液と、該リグニン−樹脂含有溶液に対して容量で1倍以上50倍以下の、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる溶媒の少なくとも1種の溶媒(a’)とを混合する工程(IB)とを含む、リグニン含有樹脂組成物の製造方法。
[10]上記[9]に記載の方法により得られるリグニン含有樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いてなる成形品。
As a result of diligent studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by a manufacturing method having the following steps, and have completed the present invention.
That is, the present invention provides the following [1] to [10].
[1] The raw material lignin solution is mixed with at least one solvent (a) selected from water having a volume of 1 to 50 times that of the raw material lignin solution and a hydrocarbon having a dipole moment of 0.25 d or less. A method for producing a heat-resistant lignin, which comprises the step (I).
[2] The raw material lignin solution is a lignin solution obtained by solubilizing lignin from a plant-based biomass in a solvent containing an organic solvent, or a solution obtained by dissolving solid lignin in a solvent containing an organic solvent. The method for producing a heat-resistant lignin according to [1].
[3] The method for producing a heat-resistant lignin according to the above [2], wherein the organic solvent is at least one selected from alcohols, ethers and ketone compounds.
[4] The heat resistance according to any one of the above [1] to [3], which further requires the following step (II-1) when the solution obtained in the step (I) is two-phase. Lignin manufacturing method:
(II-1) The organic phase containing heat-resistant lignin is separated from the solution obtained in step (I), and the organic phase is concentrated.
[5] The heat resistance according to any one of the above [1] to [3], which further requires the following step (II-2) when the solution obtained in the step (I) is one phase. Lignin manufacturing method:
(II-2) The solution is solid-liquid separated.
[6] (1) The glass transition temperature T g by the dynamic viscoelasticity measurement method (DMA method) is 70 ° C. or higher, (2) the number average molecular weight is 600 or higher, and (3) differential thermal and thermogravimetric analysis. A heat-resistant lignin obtained by the production method according to any one of the above [1] to [5], wherein the 5% thermogravimetric reduction start temperature in the simultaneous measurement (TG-DTA measurement) is 210 ° C. or higher.
[7] The heat-resistant lignin according to [6] above, which further satisfies the following requirements (4) and (5): (4) Integrated molecular weight obtained by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a conversion standard. In the distribution curve, the proportion of constituents having a molecular weight of 320 or less is 15% or less, and (5) in the integrated molecular weight distribution curve obtained by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a conversion standard, the molecular weight is 3200 or more. The proportion of the constituent components is 7% or more and 50% or less.
[8] A resin composition containing the heat-resistant lignin according to the above [6] or [7], and a molded product using the resin composition.
[9] A step (IA) of adding a resin to a raw material lignin solution to obtain a lignin-resin-containing solution, and a volume of 1 to 50 times that of the lignin-resin-containing solution and the lignin-resin-containing solution. A method for producing a lignin-containing resin composition, which comprises the following step (IB) of mixing water and at least one solvent (a') of a solvent selected from hydrocarbons having a dipole moment of 0.25 d or less. ..
[10] A lignin-containing resin composition obtained by the method according to the above [9] and a molded product using the resin composition.

本発明によれば、天然リグニンに由来する構造を維持しつつ、二次誘導化することなく耐熱性の高いリグニンを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide lignin having high heat resistance without secondary derivatization while maintaining the structure derived from natural lignin.

以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

<耐熱性リグニンの製造方法>
本実施形態における耐熱性リグニンの製造方法は、原料リグニン溶液と、原料リグニン溶液に対して容量で1倍以上50倍以下の水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a)とを混合する工程(I)を含むことを特徴とする。
<Manufacturing method of heat-resistant lignin>
The method for producing the heat-resistant lignin in the present embodiment is at least one selected from a raw material lignin solution, water having a volume of 1 to 50 times that of the raw material lignin solution, and a hydrocarbon having a dipole moment of 0.25 d or less. It comprises a step (I) of mixing with the seed solvent (a).

[植物系バイオマス]
植物系バイオマスとしては、木本系バイオマス、草本系バイオマスが挙げられる。木本系バイオマスとしては、スギ、ヒノキ、ヒバ、サクラ、ユーカリ、ブナ、タケなどの針葉樹、広葉樹が挙げられる。
草本系バイオマスとしては、パームヤシの樹幹・空房、パームヤシ果実の繊維及び種子、バガス(さとうきび及び高バイオマス量さとうきびの搾り滓)、ケーントップ(さとうきびのトップ及びリーフ)、エナジーケーン、稲わら、麦わら、トウモロコシの穂軸・茎葉・残渣(コーンストーバー、コーンコブ、コーンハル)、ソルガム(スイートソルガムを含む)残渣、ヤトロファ種の皮及び殻、カシュー殻、スイッチグラス、エリアンサス、高バイオマス収量作物、エネルギー作物等が挙げられる。
これらのなかでも、入手容易性や本発明において適用する製造方法との適合性の観点から、草本系バイオマスであることが好ましく、パームヤシの空房、麦わら、トウモロコシの茎葉、バガス、ケーントップ、エナジーケーン、それら有用成分抽出後の残渣がより好ましく、バガス、ケーントップ、エナジーケーンがさらに好ましい。有用成分には、例えば、ヘミセルロース、糖質、ミネラル、水分などが含まれる。
バガスには、5〜30質量%程度のリグニンが含まれる。また、バガス中のリグニンは基本骨格として、H核、G核およびS核の全てを含む。G核とは、フェノール骨格部分のオルト位に1つのメトキシ基(−OCH3)を有するものであり、S核とは、オルト位に2つのメトキシ基を有するものであり、H核とは、オルト位にメトキシ基を有していないものである。なお、木本系バイオマス由来のリグニンには、H核が含まれない。
植物系バイオマスは、粉砕されたものを用いることもできる。また、ブロック、チップ、粉末、また水が含まれた含水物のいずれの形態でもよい。
[Plant-based biomass]
Examples of plant-based biomass include wood-based biomass and herbaceous biomass. Examples of woody biomass include conifers and broad-leaved trees such as Sugi, Hinoki, Hiba, Sakura, Eucalyptus, Beech, and Bamboo.
Herbaceous biomass includes palm tree trunks and bunches, palm palm fruit fibers and seeds, bagasse (sorghum and high biomass sorghum), cane tops (sorghum tops and leaves), energy canes, rice straw, straw, Corn cob, foliage, residue (corn stover, corn cob, corn hull), sorghum (including sweet sorghum) residue, jatropha skin and shell, cashew shell, switchgrass, erianthus, high biomass yield crop, energy crop, etc. Can be mentioned.
Among these, herbaceous biomass is preferable from the viewpoint of availability and compatibility with the production method applied in the present invention, and palm palm air chamber, straw, corn foliage, bagasse, cane top, energy cane. , The residue after extraction of these useful components is more preferable, and bagasse, cane top, and energy cane are further preferable. Useful ingredients include, for example, hemicellulose, sugars, minerals, water and the like.
Bagasse contains about 5 to 30% by mass of lignin. In addition, lignin in bagasse contains all of H nucleus, G nucleus and S nucleus as a basic skeleton. The G nucleus has one methoxy group (-OCH 3 ) at the ortho position of the phenol skeleton portion, the S nucleus has two methoxy groups at the ortho position, and the H nucleus is It does not have a methoxy group at the ortho position. The lignin derived from Kimoto-based biomass does not contain H nuclei.
As the plant-based biomass, crushed biomass can also be used. Further, it may be in any form of a block, a chip, a powder, or a water-containing substance containing water.

原料リグニン溶液としては、植物系バイオマスからリグニンを、有機溶媒を含む溶媒に可溶化させて得られるリグニン溶液(i)、または固体リグニンを、有機溶媒を含む溶媒に溶解させた溶液(ii)を挙げることができる。 As the raw material lignin solution, a lignin solution (i) obtained by solubilizing lignin from a plant-based biomass in a solvent containing an organic solvent, or a solution (ii) in which solid lignin is dissolved in a solvent containing an organic solvent is used. Can be mentioned.

原料リグニン溶液として上記溶液(i)としては、例えば、植物系バイオマスを既存の方法により分離することにより、該バイオマスに含まれるリグニンを、有機溶媒を含む溶媒に可溶化させたものを挙げることができ、特に限定されない。例えば、国際公開第2014/142289号に記載される、水と炭素数4〜10の脂肪族アルコールとの混合溶媒中における植物系バイオマスの処理方法や、特許第5256679号公報に記載される、水による植物系バイオマスの処理方法を挙げることができる。 Examples of the raw material lignin solution (i) include those in which plant-based biomass is separated by an existing method and the lignin contained in the biomass is solubilized in a solvent containing an organic solvent. It can be done and is not particularly limited. For example, a method for treating plant biomass in a mixed solvent of water and an aliphatic alcohol having 4 to 10 carbon atoms described in International Publication No. 2014/142289, and water described in Japanese Patent No. 5256679. A method for treating plant-based biomass according to the above can be mentioned.

例えば、本願の原料リグニン溶液(i)を得る方法の具体例としては、植物系バイオマスを、水と脂肪族アルコールとの混合溶媒(有機溶媒を含む溶媒)により、植物系バイオマスと混合溶媒との特定の仕込み濃度、特定の反応温度及び時間の条件下で処理することにより、リグニンを分離することができる。ここで、植物系バイオマスの、有機溶媒を含む溶媒に対する仕込み濃度は、1質量%以上50質量%以下が好ましく、より好ましくは3質量%以上20質量%以下、さらに好ましくは5質量%以上18質量%以下である。植物系バイオマスの濃度が1質量%以上であれば、リグニンを可溶化させるプロセスのエネルギー効率が良好に保たれる。一方で、植物系バイオマスの濃度が50質量%を超えると、溶媒量が十分でなく、リグニンの分離効率が低下する。
また、処理反応温度は、100℃以上350℃以下が好ましく、より好ましくは150℃以上300℃以下であり、さらに好ましくは170℃以上270℃以下である。100℃以上であれば、リグニンの分離が促進され、350℃を超えると、セルロースの分解やリグニンの再重合によるコークの生成を抑制することができる。
処理反応時間は、0.1時間以上10時間以下であり、好ましくは、0.2時間以上8時間以下であり、より好ましくは、1時間以上6時間以下であり、さらに好ましくは、1時間以上3時間以下である。0.1時間以上であればリグニンの分離が十分に進行し、10時間以内であれば、セルロースの分解やリグニンの再重合によるコークの生成を抑制することができる。
For example, as a specific example of the method for obtaining the raw material lignin solution (i) of the present application, a plant-based biomass is mixed with a mixed solvent of water and an aliphatic alcohol (a solvent containing an organic solvent). Lignin can be separated by treatment under conditions of specific charge concentration, specific reaction temperature and time. Here, the concentration of the plant-based biomass charged to the solvent containing the organic solvent is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 3% by mass or more and 20% by mass or less, and further preferably 5% by mass or more and 18% by mass. % Or less. When the concentration of plant-based biomass is 1% by mass or more, the energy efficiency of the process of solubilizing lignin is kept good. On the other hand, if the concentration of plant-based biomass exceeds 50% by mass, the amount of solvent is insufficient and the separation efficiency of lignin decreases.
The treatment reaction temperature is preferably 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and further preferably 170 ° C. or higher and 270 ° C. or lower. When the temperature is 100 ° C. or higher, the separation of lignin is promoted, and when the temperature exceeds 350 ° C., the formation of cork due to the decomposition of cellulose and the repolymerization of lignin can be suppressed.
The treatment reaction time is 0.1 hour or more and 10 hours or less, preferably 0.2 hours or more and 8 hours or less, more preferably 1 hour or more and 6 hours or less, and further preferably 1 hour or more. It is less than 3 hours. If it is 0.1 hours or more, the separation of lignin proceeds sufficiently, and if it is within 10 hours, the formation of cork due to the decomposition of cellulose and the repolymerization of lignin can be suppressed.

原料リグニン溶液が上記溶液(ii)である場合に、固体リグニンとしては任意のものを用いることができ、特に制限はない。例えば、上述した植物系バイオマスからリグニンを可溶化した後に、濃縮することにより得られる固体のリグニン、パルプ製造過程で生じる黒液から得られる固体のリグニン、植物系バイオマスを糖化する過程で、セルロース及びヘミセルロースを加水分解して糖を取り出した残りの残渣等を用いることができる。 When the raw material lignin solution is the above solution (ii), any solid lignin can be used, and there is no particular limitation. For example, solid lignin obtained by solubilizing lignin from the above-mentioned plant biomass and then concentrating it, solid lignin obtained from black liquor produced in the pulp production process, cellulose and in the process of saccharifying plant biomass. The remaining residue from which sugar has been extracted by hydrolyzing hemicellulose can be used.

有機溶媒は特に限定されないが、飽和または不飽和の、直鎖アルコール及び分岐アルコールから選択されるいずれであってもよい。その他、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、エチレングリコール、ポリエチレングリコールであってもよい。また、有機溶媒は単独でも、複数を混合したものでもよい。
中でも、メタノール、エタノール、プロパノール、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−ブタノール、2−メチル−2−プロパノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、アセトン及びテトラヒドロフランから選らばれる少なくとも1種が好ましく、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−ブタノール、エタノール、ペンタノール、ヘキサノール及びアセトンから選ばれる1種以上であることがより好ましく、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−ブタノール、エタノール及びアセトンから選ばれる少なくとも1種であることがさらに好ましく、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−ブタノールであることがさらに好ましく、1−ブタノールであることが特に好ましい。上記有機溶媒を含む溶媒としては、これら有機溶媒と、例えば水との混合溶媒を挙げることができる。
The organic solvent is not particularly limited, but may be either saturated or unsaturated, selected from linear alcohols and branched alcohols. In addition, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran, ethylene glycol and polyethylene glycol may be used. Further, the organic solvent may be used alone or in combination of two or more.
Among them, at least one selected from methanol, ethanol, propanol, 1-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, acetone and tetrahydrofuran. Is preferable, and one or more selected from 1-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-butanol, ethanol, pentanol, hexanol and acetone is more preferable, and 1-butanol and 2-methyl-1- It is more preferably at least one selected from propanol, 2-butanol, ethanol and acetone, further preferably 1-butanol, 2-methyl-1-propanol and 2-butanol, and 1-butanol. Is particularly preferable. Examples of the solvent containing the organic solvent include a mixed solvent of these organic solvents and, for example, water.

原料リグニン溶液は、有機溶媒中25℃におけるリグニンの濃度が1質量%以上90質量%以下となることが好ましい。
25℃におけるリグニンの濃度が1質量%未満であると、耐熱性リグニンの生成プロセスのエネルギー効率が悪化するため好ましくない。25℃におけるリグニンの濃度が90質量%を超えると、後の工程(I)における精製度合に劣るため好ましくない。
25℃におけるリグニンの濃度は、好ましくは1質量%以上70質量%以下、より好ましくは1質量%以上50質量%以下、さらに好ましくは2質量%以上40質量%以下、特に好ましくは4質量%以上30質量%以下である。なお、複数種の有機溶媒を用いる場合には、上記リグニンの濃度は、有機溶媒の合計量中の濃度を意味する。
The raw material lignin solution preferably has a lignin concentration of 1% by mass or more and 90% by mass or less at 25 ° C. in an organic solvent.
If the concentration of lignin at 25 ° C. is less than 1% by mass, the energy efficiency of the heat-resistant lignin production process deteriorates, which is not preferable. If the concentration of lignin at 25 ° C. exceeds 90% by mass, the degree of purification in the subsequent step (I) is inferior, which is not preferable.
The concentration of lignin at 25 ° C. is preferably 1% by mass or more and 70% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, still more preferably 2% by mass or more and 40% by mass or less, and particularly preferably 4% by mass or more. It is 30% by mass or less. When a plurality of kinds of organic solvents are used, the concentration of the lignin means the concentration in the total amount of the organic solvents.

[工程(I)]
本実施形態における工程(I)においては、上記原料リグニン溶液と、該原料リグニン溶液に対して容量で1倍以上50倍以下の水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a)とを混合する。当該工程(I)は、原料リグニン溶液中のリグニンを精製する工程に該当する。当該処理工程を経ることにより、耐熱性に優れる耐熱性リグニンを得ることができる。
水としては、例えば、水道水、工業用水、イオン交換水、蒸留水等を用いることができる。
双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素としては、炭素数が5〜8である、飽和鎖状炭化水素、不飽和鎖状炭化水素、飽和環式炭化水素又は不飽和環式炭化水素が好ましい。該炭化水素の双極子モーメントが0.25dを超えると、精製効率が低下し、耐熱性の高いリグニンが得られないため好ましくない。ここで、「双極子モーメント」とは、Winmostar MOPAC AMI (MOP6W70)により算出される値である。かかる炭化水素として使用可能な化合物の一例を、その双極子モーメント値と共に以下に示す。

Figure 0006955498

前記炭化水素の双極子モーメントは、好ましくは0.23d以下であり、より好ましくは0.20d以下である。[Step (I)]
In the step (I) of the present embodiment, at least selected from the raw material lignin solution, water having a volume of 1 to 50 times or less the volume of the raw material lignin solution, and a hydrocarbon having a dipole moment of 0.25 d or less. Mix with one solvent (a). The step (I) corresponds to a step of purifying lignin in the raw material lignin solution. By going through this treatment step, heat-resistant lignin having excellent heat resistance can be obtained.
As the water, for example, tap water, industrial water, ion-exchanged water, distilled water and the like can be used.
As the hydrocarbon having a dipole moment of 0.25d or less, a saturated chain hydrocarbon, an unsaturated chain hydrocarbon, a saturated ring hydrocarbon or an unsaturated ring hydrocarbon having 5 to 8 carbon atoms is preferable. .. If the dipole moment of the hydrocarbon exceeds 0.25d, the purification efficiency is lowered and lignin having high heat resistance cannot be obtained, which is not preferable. Here, the "dipole moment" is a value calculated by Winmostar MOPAC AMI (MOP6W70). An example of a compound that can be used as such a hydrocarbon is shown below together with its dipole moment value.
Figure 0006955498

The dipole moment of the hydrocarbon is preferably 0.23d or less, more preferably 0.20d or less.

原料リグニン溶液と混合する際の、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a)の量が容量で1倍未満であると、原料リグニン溶液に含まれる軽質成分を十分に除去することができない。一方で、溶媒(a)の量が容量で50倍を超えると、廃水の増加、炭化水素使用量の増加等により、効率よく目的の耐熱性リグニンを回収することができない。なお、複数種の炭化水素溶媒を用いる場合には、上記溶媒(a)の量とは、水と複数種の炭化水素溶媒の合計量を意味する。 When the amount of water and at least one solvent (a) selected from hydrocarbons having a dipole moment of 0.25 d or less when mixed with the raw material lignin solution is less than 1 times by volume, the raw material lignin solution contains it. It is not possible to sufficiently remove the light components. On the other hand, if the amount of the solvent (a) exceeds 50 times by volume, the desired heat-resistant lignin cannot be efficiently recovered due to an increase in wastewater, an increase in the amount of hydrocarbons used, and the like. When a plurality of types of hydrocarbon solvents are used, the amount of the solvent (a) means the total amount of water and the plurality of types of hydrocarbon solvents.

原料リグニン溶液に混合する上記溶媒(a)の量は、原料リグニン溶液に対して容量で、好ましくは1倍以上40倍以下、より好ましくは1倍以上30倍以下、さらに好ましくは2倍以上20倍以下、特に好ましくは2倍以上15倍以下である。
混合方法は、リグニン−樹脂含有溶液と上記溶媒(a)とが均一に混合できれば、特に限定されない。混合に用いられる装置には、例えば、エッジランナー、撹拌混合機、ロールミル、コーンミル、フラットストーンミル、スピードラインミル、ボールミル、ビーズミル、サンドグラインドミル、パールミル、アトライター、縦型ミキサー、ニーダー、高速かき混ぜ機(ディゾルバー)等を挙げることができる。
The amount of the solvent (a) to be mixed with the raw material lignin solution is preferably 1 time or more and 40 times or less, more preferably 1 time or more and 30 times or less, and further preferably 2 times or more and 20 times the volume of the raw material lignin solution. It is twice or less, particularly preferably twice or more and 15 times or less.
The mixing method is not particularly limited as long as the lignin-resin-containing solution and the solvent (a) can be uniformly mixed. The equipment used for mixing includes, for example, an edge runner, a stirring mixer, a roll mill, a cone mill, a flat stone mill, a speed line mill, a ball mill, a bead mill, a sand grind mill, a pearl mill, an attritor, a vertical mixer, a kneader, and a high-speed stirring. Machines (dissolvers) and the like can be mentioned.

本工程(I)を経ることで、原料リグニン溶液中のリグニンを精製して、耐熱性リグニンを得ることができる。
具体的には、工程(I)においては、原料リグニン溶液に含まれる軽質成分を除去することができる。軽質成分としては、例えば、バニリン等のフェノール類、フルフラール等の糖過分解物等が挙げられるが、特に限定されない。
By going through this step (I), the lignin in the raw material lignin solution can be purified to obtain heat-resistant lignin.
Specifically, in the step (I), the light component contained in the raw material lignin solution can be removed. Examples of the light component include phenols such as vanillin and sugar peroxidants such as furfural, but are not particularly limited.

原料リグニン溶液と、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a)とを混合する上記工程(I)における溶液温度は、溶液の安定性、リグニンの溶液への溶解度等を鑑みて、0℃以上100℃以下であることが好ましい。当該溶液温度は、より好ましくは10℃以上90℃以下、さらに好ましくは20℃以上80℃以下、特に好ましくは25℃以上70℃以下である。 The solution temperature in the above step (I) of mixing the raw material lignin solution with water and at least one solvent (a) selected from hydrocarbons having a dipole moment of 0.25 d or less is the stability of the solution and the lignin. Considering the solubility in a solution and the like, the temperature is preferably 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The solution temperature is more preferably 10 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, further preferably 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and particularly preferably 25 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.

また、工程(I)において原料リグニン溶液と、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a)とを混合する際には、必要に応じて攪拌を行ってもよい。攪拌を行った場合には、さらに必要に応じて静置分離を行ってもよい。静置時間は、通常、1分以上120分以下である。静置時間が1分以上であれば、耐熱性リグニンとその他軽質成分とを十分に分離することができる。また、静置時間の上限は120分で十分である。静置時間は、好ましくは5分以上100分以下、より好ましくは10分以上60分以下、さらに好ましくは15分以上30分以下である。 Further, when mixing the raw material lignin solution and at least one solvent (a) selected from water and a hydrocarbon having a dipole moment of 0.25 d or less in the step (I), stirring is necessary. You may go. When stirring is performed, static separation may be further performed if necessary. The standing time is usually 1 minute or more and 120 minutes or less. If the standing time is 1 minute or more, the thermostable lignin and other light components can be sufficiently separated. Further, the upper limit of the standing time is 120 minutes, which is sufficient. The standing time is preferably 5 minutes or more and 100 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less, and further preferably 15 minutes or more and 30 minutes or less.

[工程(II−1)または(II−2)]
本実施形態においては、工程(I)により得られる溶液が二相であるか一相であるかによって、以下の工程(II−1)または(II−2)を行うことが好ましい。
工程(I)により得られた溶液が二相である場合には、工程(I)の後、工程(II−1)を続けて行うことが好ましい。工程(II−1)では、工程(I)により得られる耐熱性リグニンを含む相を上記二相から分離し、分離した相を濃縮した後、得られた固形分を乾燥する。例えば、工程(I)により得られた溶液が水相と有機相との二相、または水相と、有機相および双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素相との二相に分かれた場合は、有機相側に目的とする耐熱性リグニンが溶解しているので、工程(II−1)では有機相側を分離し、該有機相側を濃縮した後、得られた固形分を乾燥する。ここで、「有機相側」とは、双極子モーメント0.25d以下の炭化水素相と耐熱性リグニンを含有する有機相とで単一相を形成している場合に、水相と分離する、上記有機相を含む単一相を意味する。当然ながら、水相と有機相との二相に分離する場合には、「有機相側」とは有機相を意味する。また、工程(I)により得られた溶液が、双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素相と有機相(該炭化水素以外の有機相)との二相に分かれる場合には、有機相に目的とする耐熱性リグニンが溶解しているので、工程(II−1)では、有機相を分離し、該有機相を濃縮した後、得られた固形分を乾燥する。なお、二相の状態で固形分が生成している場合には、固液分離の後に、有機相(側)を分離する。
工程(I)により得られた溶液が一相である場合、すなわち耐熱性リグニンが固体として沈殿する場合には、工程(II−2)を続けて行うことが好ましい。工程(II−2)においては、溶液を固液分離し、得られた固体を乾燥する。
工程(I)により得られた溶液が二相であれば、工程(II−1)にて分液することにより、原料リグニン溶液から、軽質成分を除くことができる。工程(I)により得られた溶液が一相である場合には、溶解度差により析出した固体を固液分離することにより、原料リグニン溶液から軽質成分を溶液中に除くことができる。
[Step (II-1) or (II-2)]
In the present embodiment, it is preferable to carry out the following step (II-1) or (II-2) depending on whether the solution obtained in step (I) is two-phase or one-phase.
When the solution obtained in the step (I) is two-phase, it is preferable to carry out the step (II-1) in succession after the step (I). In the step (II-1), the phase containing the heat-resistant lignin obtained in the step (I) is separated from the above two phases, the separated phases are concentrated, and then the obtained solid content is dried. For example, when the solution obtained in step (I) is divided into two phases, an aqueous phase and an organic phase, or an aqueous phase and a hydrocarbon phase having an organic phase and a dipole moment of 0.25 d or less. Since the target heat-resistant lignin is dissolved in the organic phase side, the organic phase side is separated in step (II-1), the organic phase side is concentrated, and then the obtained solid content is dried. .. Here, the "organic phase side" is separated from the aqueous phase when a hydrocarbon phase having a dipole moment of 0.25 d or less and an organic phase containing heat-resistant lignin form a single phase. It means a single phase including the above organic phase. Of course, when separated into two phases, an aqueous phase and an organic phase, the "organic phase side" means the organic phase. When the solution obtained in step (I) is divided into two phases, a hydrocarbon phase having a dipole moment of 0.25d or less and an organic phase (an organic phase other than the hydrocarbon), it becomes an organic phase. Since the desired heat-resistant lignin is dissolved, in step (II-1), the organic phase is separated, the organic phase is concentrated, and then the obtained solid content is dried. When the solid content is generated in the two-phase state, the organic phase (side) is separated after the solid-liquid separation.
When the solution obtained in step (I) is one-phase, that is, when the thermostable lignin precipitates as a solid, it is preferable to continue step (II-2). In step (II-2), the solution is solid-liquid separated and the obtained solid is dried.
If the solution obtained in step (I) is two-phase, the light component can be removed from the raw material lignin solution by separating the solution in step (II-1). When the solution obtained in the step (I) is one-phase, the light component can be removed from the raw material lignin solution by solid-liquid separation of the solid precipitated due to the difference in solubility.

<耐熱性リグニン>
上述した本実施形態の製造方法により得られる耐熱性リグニンは、以下の物性を有する:
(1)動的粘弾性測定法(DMA法)によるガラス転移温度Tgが70℃以上であり、
(2)数平均分子量が600以上であり、及び
(3)示差熱及び熱重量同時測定(TG−DTA測定)における、5%熱重量減少開始温度が210℃以上である。
<Heat-resistant lignin>
The heat-resistant lignin obtained by the production method of the present embodiment described above has the following physical characteristics:
(1) The glass transition temperature T g by the dynamic viscoelasticity measurement method (DMA method) is 70 ° C. or higher.
(2) The number average molecular weight is 600 or more, and (3) the 5% thermogravimetric reduction start temperature in the differential thermal and thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA measurement) is 210 ° C. or more.

本実施形態の製造方法により得られる耐熱性リグニンは、動的粘弾性測定(DMA)法によるガラス転移温度Tgが70℃以上であり、好ましくは75℃以上、より好ましくは80℃以上、さらに好ましくは85℃以上である。ガラス転移温度Tgが上記範囲にあることで、耐熱性に優れたリグニンとすることができる。The heat-resistant lignin obtained by the production method of the present embodiment has a glass transition temperature T g of 70 ° C. or higher, preferably 75 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, further preferably 80 ° C. or higher by the dynamic viscoelasticity measurement (DMA) method. It is preferably 85 ° C. or higher. When the glass transition temperature T g is in the above range, lignin having excellent heat resistance can be obtained.

また、本実施形態の製造方法により得られる耐熱性リグニンの数平均分子量(Mn)は600以上である。かかる数平均分子量は、ポリスチレンを換算基準としたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)による測定により得られる。本実施形態の製造方法によれば、分子量の低いリグニン分をカットすることができるため、リグニンの精製度が高まり、耐熱性に優れるリグニンを得ることができる。耐熱性リグニンの数平均分子量は、好ましくは630以上、より好ましくは650以上である。 The number average molecular weight (Mn) of the heat-resistant lignin obtained by the production method of the present embodiment is 600 or more. Such a number average molecular weight can be obtained by measurement by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a conversion standard. According to the production method of the present embodiment, since the lignin content having a low molecular weight can be cut, the degree of purification of lignin is increased, and lignin having excellent heat resistance can be obtained. The number average molecular weight of the thermostable lignin is preferably 630 or more, more preferably 650 or more.

本実施形態において、耐熱性リグニンのTG−DTA測定にける5%熱重量減少開始温度は210℃以上であるため、高い耐熱性を有することが分かる。上記5%熱重量減少開始温度はより好ましくは230℃以上である。 In the present embodiment, the 5% thermogravimetric reduction start temperature in the TG-DTA measurement of the heat-resistant lignin is 210 ° C. or higher, so that it can be seen that the heat-resistant lignin has high heat resistance. The 5% thermogravimetric reduction start temperature is more preferably 230 ° C. or higher.

本実施形態の製造方法により得られる耐熱性リグニンは、以下の要件(4)及び(5)をさらに満たすことが好ましい。
(4)ポリスチレンを換算基準としたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)により得られる積分分子量分布曲線において、分子量が320以下である構成成分の割合が15%以下であり、及び
(5)ポリスチレンを換算基準としたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)により得られる積分分子量分布曲線において、分子量が3200以上である構成成分の割合が7%以上50%以下である。
The heat-resistant lignin obtained by the production method of the present embodiment preferably further satisfies the following requirements (4) and (5).
(4) In the integrated molecular weight distribution curve obtained by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a conversion standard, the proportion of constituents having a molecular weight of 320 or less is 15% or less, and (5) polystyrene is used as a conversion standard. In the integrated molecular weight distribution curve obtained by the gel permeation chromatography (GPC), the proportion of the constituent components having a molecular weight of 3200 or more is 7% or more and 50% or less.

本実施形態においてリグニンの分子量は、ポリスチレンを換算基準としたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)による測定により得られる。なお、ポリスチレン換算の分子量が320以下の成分、およびポリスチレン換算の分子量が3200以上の成分は、GPCにより求められる積分分子量分布曲線におけるピーク面積から求めた。
上記耐熱性リグニンは、GPCにより求められる積分分子量分布曲線において、分子量が320以下である構成成分の割合は、15%以下である。分子量が320以下である構成成分の割合が15%以下であるため、分子量の小さい単環フェノール類(軽質成分)が少ない。分子量が320以下である構成成分の割合は、好ましくは11%以下、より好ましくは8%以下、さらに好ましくは5%以下である。
また、耐熱性リグニンは、GPCにより求められる積分分子量分布曲線より求めた、分子量が3200以上である構成成分の割合が7%以上50%以下である。分子量が3200以上である構成成分の割合が7%未満であると、耐熱性に劣り、好ましくない。また、分子量が3200以上である構成成分の割合が50%を超えると、成形性に劣るため好ましくない。分子量が3200以上である構成成分の割合は、好ましくは10%以上50%以下、より好ましくは10%以上30%以下である。
In this embodiment, the molecular weight of lignin is obtained by measurement by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a conversion standard. The polystyrene-equivalent molecular weight of 320 or less and the polystyrene-equivalent molecular weight of 3200 or more were determined from the peak area in the integrated molecular weight distribution curve obtained by GPC.
In the integrated molecular weight distribution curve obtained by GPC, the ratio of the constituent components of the heat-resistant lignin having a molecular weight of 320 or less is 15% or less. Since the proportion of constituents having a molecular weight of 320 or less is 15% or less, there are few monocyclic phenols (light components) having a small molecular weight. The proportion of the constituents having a molecular weight of 320 or less is preferably 11% or less, more preferably 8% or less, still more preferably 5% or less.
Further, the heat-resistant lignin has a molecular weight of 3200 or more as determined from the integrated molecular weight distribution curve obtained by GPC, and the proportion of the constituent components is 7% or more and 50% or less. If the proportion of the constituent components having a molecular weight of 3200 or more is less than 7%, the heat resistance is inferior, which is not preferable. Further, if the proportion of the constituent components having a molecular weight of 3200 or more exceeds 50%, the moldability is inferior, which is not preferable. The proportion of the constituent components having a molecular weight of 3200 or more is preferably 10% or more and 50% or less, and more preferably 10% or more and 30% or less.

本実施形態の製造方法により得られる耐熱性リグニン(以下、耐熱性リグニンと略することがある)は、有機溶媒および有機溶媒と水の混合溶媒に可溶であり得る。有機溶媒は特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、ブタノールなどのアルコール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、及びアセトンなどのケトン化合物等を挙げることができる。特に、テトラヒドロフラン、アセトン(および水との混合溶媒)への溶解性が高く、室温で完全に可溶である。 The heat-resistant lignin obtained by the production method of the present embodiment (hereinafter, may be abbreviated as heat-resistant lignin) may be soluble in an organic solvent and a mixed solvent of an organic solvent and water. The organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include alcohols such as methanol, ethanol and butanol, ethers such as dimethyl ether, diethyl ether and tetrahydrofuran, and ketone compounds such as acetone. In particular, it is highly soluble in tetrahydrofuran, acetone (and a mixed solvent with water) and is completely soluble at room temperature.

本実施形態の製造方法により得られる耐熱性リグニンのリグニンと反応した1−ブタノール量は、好ましくは10wt%以下、より好ましくは5wt%以下、さらに好ましくは2.5wt%以下、特に好ましくは1wt%以下である。10wt%を超える場合には、相当量のリグニンを1−ブタノールよりも高付加価値化できなければ、1−ブタノールロス分のコストが増えるため、経済性の低下を及ぼすという点で好ましくない。下限値は特に限定されないが、通常、0.1wt%以上である。 The amount of 1-butanol reacted with lignin of the heat-resistant lignin obtained by the production method of the present embodiment is preferably 10 wt% or less, more preferably 5 wt% or less, still more preferably 2.5 wt% or less, and particularly preferably 1 wt%. It is as follows. If it exceeds 10 wt%, if a considerable amount of lignin cannot be added to a higher value than 1-butanol, the cost for 1-butanol loss will increase, which is not preferable in terms of reducing economic efficiency. The lower limit is not particularly limited, but is usually 0.1 wt% or more.

リグニンと反応した1−ブタノール量は、例えば以下の方法で測定することができる。
本実施形態の製造方法で使用する1−ブタノールを、1−ブタノール−d10に置き換えて処理をして得られたリグニンを、2H−NMRを用いて分析することで、リグニンと反応した1−ブタノール量を算出することができる。リグニンと反応した1−ブタノール量を定量するために、内部標準として、3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸−d6 ナトリウム塩をリグニンに添加し、2H−NMR測定を行う。
The amount of 1-butanol that has reacted with lignin can be measured, for example, by the following method.
The lignin obtained by replacing 1-butanol used in the production method of the present embodiment with 1-butanol-d 10 and treating it with 2 H-NMR was analyzed to react with lignin. -The amount of butanol can be calculated. In order to quantify the amount of 1-butanol that has reacted with lignin, 3- (trimethylsilyl) -1-propanesulfonic acid-d 6 sodium salt is added to lignin as an internal standard, and 2 1 H-NMR measurement is performed.

(1)2H−NMR測定条件
NMR装置:ブルカー・バイオスピン(株)製 DRX500
プローブ:TCI 5φクライオプローブ
共鳴周波数:76.77MHz
観測範囲:−2.5〜12.5ppm
観測中心:5.00ppm
aquistion time:2.11秒
relaxation delay:5.0秒
フリップ角:30°
パルス幅:200マイクロ秒
NMR試料管:5φ
サンプル量:5〜15mg
溶媒:ジメチルスルホキシド
測定温度:室温
積算回数:10,000回
(2)リグニンと反応した1−ブタノール量の帰属方法
1−ブタノールを1−ブタノール−d10に置き換えて処理をして得られたリグニン、1−ブタノール−d10、3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸−d6ナトリウム塩、これら3つの試料の2H−NMRスペクトルの比較から、δ3.8〜4.0ppmに観測されたピークがリグニンと反応した1−ブタノール−d10由来ピークと帰属する。観測された範囲から、リグニン中の芳香族水酸基と1−ブタノール−d-10が反応し、芳香族エーテル結合を形成していると推察する。
(1) 2 1 H-NMR measurement conditions NMR device: DRX500 manufactured by Bruker Biospin Co., Ltd.
Probe: TCI 5φ cryoprobe Resonance frequency: 76.77MHz
Observation range: -2.5 to 12.5 ppm
Observation center: 5.00ppm
aquistion time: 2.11 seconds
relaxation delay: 5.0 seconds Flip angle: 30 °
Pulse width: 200 microseconds NMR sample tube: 5φ
Sample amount: 5 to 15 mg
Solvent: Dimethylsulfoxide Measurement temperature: Room temperature Number of integrations: 10,000 times (2) Method of assigning the amount of 1-butanol that reacted with lignin 1-butanol was replaced with 1-butanol-d 10 to obtain lignin. , 1-butanol -d 10, 3- (trimethylsilyl) -1-propanesulfonic acid -d 6 sodium salt, from a comparison of the 2 H-NMR spectra of these three samples, was observed in δ3.8~4.0ppm The peak is attributed to the peak derived from 1-butanol-d 10 that reacted with lignin. From the observed range, it is inferred that the aromatic hydroxyl group in lignin reacts with 1-butanol-d-10 to form an aromatic ether bond.

(3)リグニンと反応した1−ブタノール−d10(wt%)の定量方法
A:リグニンの秤量値(mg)
B:3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸−d6ナトリウム塩の秤量値(mg)
C:δ3.8〜4.0ppm付近に観測されるリグニンと反応した1−ブタノール由来の積分値
D:δ0.3〜0.5ppm付近に観測される3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸−d6ナトリウム塩由来の積分値
E:3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸−d6ナトリウム塩の純度
F:3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸−d6ナトリウム塩のモル質量
a=B×E/(F×100000)
b=a×F×1000×C/2
リグニンと反応した1−ブタノール−d10量(wt%)=100×b/A
(3) Method for quantifying 1-butanol-d 10 (wt%) that reacted with lignin A: Weighed value of lignin (mg)
B: Weighed value of 3- (trimethylsilyl) -1-propanesulfonic acid-d 6 sodium salt (mg)
C: Integrated value derived from 1-butanol that reacted with lignin observed around δ3.8 to 4.0 ppm D: 3- (trimethylsilyl) -1-propanesulfonic acid observed around δ0.3 to 0.5 ppm -D Integral value derived from 6- sodium salt E: 3- (trimethylsilyl) -1-propanesulfonic acid-d Purity of 6- sodium salt F: 3- (trimethylsilyl) -1-propanesulfonic acid-d Mormomatic mass of 6-sodium salt a = B × E / (F × 100,000)
b = a × F × 1000 × C / 2
1-butanol-d 10 amount (wt%) that reacted with lignin = 100 x b / A

<耐熱性リグニンの用途>
本実施形態に係る製造方法によって得られた耐熱性リグニンは、これまでフェノール樹脂が用いられてきた用途分野に、単独で使用可能である。また、本実施形態に係る耐熱性リグニンと、他のフェノール樹脂とを配合して樹脂組成物を製造することも可能である。
また、本実施形態に係る製造方法により得られる耐熱性リグニンは、硫黄化合物やその他の軽質成分量が少ないため、エポキシ基を導入する公知の反応によって、エポキシ変性体とすることができる。このようにエポキシ変性した耐熱性リグニンは、これまでエポキシ樹脂が用いられてきた用途分野に適用可能である。
さらに、本実施形態に係る製造方法によって得られた耐熱性リグニンは、熱可塑性樹脂の添加剤として使用可能である。
本実施形態において、耐熱性リグニンは、フェノール樹脂やエポキシ樹脂のベース樹脂原料、エポキシ樹脂の添加剤(硬化剤)、熱可塑性樹脂の添加剤等としても適用できる。これは、耐熱性リグニンがフェノール性の構造単位を有する特徴によるものである。本実施形態に係る耐熱性リグニンは、当業者で公知の酸無水物等の硬化剤を併用することも可能である。
<Use of heat-resistant lignin>
The heat-resistant lignin obtained by the production method according to the present embodiment can be used alone in the fields of application in which phenol resins have been used so far. It is also possible to produce a resin composition by blending the heat-resistant lignin according to the present embodiment with another phenol resin.
Further, since the heat-resistant lignin obtained by the production method according to the present embodiment has a small amount of sulfur compounds and other light components, it can be made into an epoxy modified product by a known reaction for introducing an epoxy group. The heat-resistant lignin modified with epoxy in this way can be applied to application fields in which epoxy resins have been used so far.
Further, the heat-resistant lignin obtained by the production method according to the present embodiment can be used as an additive for a thermoplastic resin.
In the present embodiment, the heat-resistant lignin can also be applied as a base resin raw material for a phenol resin or an epoxy resin, an epoxy resin additive (curing agent), a thermoplastic resin additive, or the like. This is due to the characteristic that thermostable lignin has a phenolic structural unit. The heat-resistant lignin according to the present embodiment can be used in combination with a curing agent such as an acid anhydride known to those skilled in the art.

本実施形態において得られる耐熱性リグニンは、軽質成分(低分子量成分)が少ないため、ベース樹脂の原料及び添加剤として用いることができる。
ベース樹脂原料としての使用については、従来公知の手法を用いることができる。一例として、リグニンとヘキサメチレンテトラミンを代表とする公知の架橋剤とが配合されてなる樹脂組成物が挙げられる。
リグニンと架橋剤とが配合されてなる樹脂組成物に、各種の充填材や工業的に得られる一般のフェノール樹脂を必要に応じて配合してもよい。
添加剤としての使用については、例えば、特開2014−15579号公報、国際公開第2016/104634号等に挙げられる従来公知の手法を用いることができる。リグニンと熱可塑性樹脂とが配合されてなる樹脂組成物に、各種の添加剤や充填材を必要に応じて配合してもよい。
Since the heat-resistant lignin obtained in the present embodiment has few light components (low molecular weight components), it can be used as a raw material and an additive for the base resin.
For use as a base resin raw material, a conventionally known method can be used. One example is a resin composition in which lignin and a known cross-linking agent typified by hexamethylenetetramine are blended.
Various fillers and industrially obtained general phenol resins may be added to the resin composition in which the lignin and the cross-linking agent are mixed, if necessary.
Regarding the use as an additive, for example, conventionally known methods listed in JP-A-2014-15579, International Publication No. 2016/104634 and the like can be used. Various additives and fillers may be added to the resin composition in which the lignin and the thermoplastic resin are mixed, if necessary.

[樹脂組成物]
本発明において、リグニンを含む樹脂組成物については2つの実施形態を挙げることができる。以下、詳述する。
第1の実施形態に係る樹脂組成物は、上述した耐熱性リグニンを含む。また上述した耐熱性リグニン以外に、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂成分が含まれていてもよい。本実施形態における樹脂組成物の製造方法は特に限定されず、上述した耐熱性リグニンと、その他の樹脂成分とを適宜混合等することにより、樹脂組成物を得ることができる。
耐熱性リグニン以外の成分について、以下に説明する。
[Resin composition]
In the present invention, two embodiments can be mentioned for the resin composition containing lignin. The details will be described below.
The resin composition according to the first embodiment contains the above-mentioned heat-resistant lignin. Further, in addition to the above-mentioned heat-resistant lignin, a resin component such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be contained. The method for producing the resin composition in the present embodiment is not particularly limited, and the resin composition can be obtained by appropriately mixing the above-mentioned heat-resistant lignin with other resin components.
Ingredients other than heat-resistant lignin will be described below.

<熱可塑性樹脂>
本実施形態に係る樹脂組成物に配合可能な熱可塑性樹脂としては、200℃以下のガラス転移温度を持つ非晶性熱可塑性樹脂、若しくは融点が200℃以下である結晶性熱可塑性樹脂であることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂、ポリスチレン系エラストマー、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアクリル系樹脂(ポリメチルメタクリレート樹脂等)、ポリ塩化ビニル樹脂、酢酸セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、テレフタル酸とエチレングリコール、テレフタル酸と1,4−ブタンジオールの組み合わせのポリエステルに代表される低融点ポリエステル樹脂(PET、PBT等)、ポリ乳酸及び/又はポリ乳酸を含む共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS樹脂)、ポリフェニレンオキサイド樹脂(PPO)、ポリケトン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)、フッ素樹脂、ケイ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、ポリアミドエラストマー等、及びこれらと他のモノマーとの共重合体が挙げられる。
本実施形態に係る樹脂組成物は、上述したセルロース含有固形物、熱可塑性樹脂のほかに、熱可塑性樹脂組成物と相溶可能な樹脂、添加剤、充填材が含まれていてもよい。
<Thermoplastic resin>
The thermoplastic resin that can be blended in the resin composition according to the present embodiment is an amorphous thermoplastic resin having a glass transition temperature of 200 ° C. or lower, or a crystalline thermoplastic resin having a melting point of 200 ° C. or lower. Is preferable. Examples of the thermoplastic resin include polycarbonate resins, styrene resins, polystyrene elastomers, polyethylene resins, polypropylene resins, polyacrylic resins (polymethyl methacrylate resins, etc.), polyvinyl chloride resins, cellulose acetate resins, and polyamide resins. Low melting point polyester resin (PET, PBT, etc.) typified by a combination of terephthalic acid and ethylene glycol, terephthalic acid and 1,4-butanediol, polylactic acid and / or a copolymer containing polylactic acid, acrylonitrile-butadiene -Stylene resin (ABS resin), polyphenylene oxide resin (PPO), polyketone resin, polysulfone resin, polyphenylene sulfide resin (PPS), fluororesin, silicon resin, polyimide resin, polybenzimidazole resin, polyamide elastomer, etc., and others. Examples of the copolymer with the monomer of.
The resin composition according to the present embodiment may contain a resin, an additive, and a filler compatible with the thermoplastic resin composition, in addition to the above-mentioned cellulose-containing solid substance and thermoplastic resin.

<熱硬化性樹脂>
本実施形態に係る樹脂組成物に配合可能な熱硬化性樹脂は特に限定されるものではない。例えばフェノール樹脂としては、ノボラック系フェノール樹脂及びレゾール系フェノール樹脂を挙げることができ、これらは単独で使用してもよいし、または併用してもよい。また、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂などの他の一般的な熱硬化性樹脂も用いることができる。
リグニンと同様に、フェノール性水酸基を有しており、リグニンと反応することができ、リグニンの希釈剤としても使用可能であることから、上記熱硬化性樹脂の中でも、フェノール樹脂を用いることが好ましい。
<Thermosetting resin>
The thermosetting resin that can be blended in the resin composition according to the present embodiment is not particularly limited. For example, examples of the phenol resin include a novolak-based phenol resin and a resol-based phenol resin, which may be used alone or in combination. Further, other general thermosetting resins such as epoxy resin, polyurethane resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, silicone resin, and alkyd resin can also be used.
Like lignin, it has a phenolic hydroxyl group, can react with lignin, and can be used as a diluent for lignin. Therefore, it is preferable to use a phenol resin among the above thermosetting resins. ..

本実施形態に係る樹脂組成物に配合可能な熱硬化性樹脂として、リグニンと反応可能な官能基を有するリグニン反応性化合物を配合してもよい。リグニンと反応可能な官能基を有する化合物としては、(e)フェノール化合物と親電子置換反応を生じる化合物、(f)エポキシ基を有する化合物、及び(g)イソシアネート基を有する化合物等が挙げられる。これら(e)〜(g)の熱硬化性樹脂は、樹脂組成物の加工性、成形品の強度、及び耐熱性等の物性を踏まえ、上記したフェノール樹脂と併せて配合してもよい。
リグニンは、フェノール性の構造単位を有することから、フェノール樹脂及びエポキシ樹脂等のベース樹脂原料、エポキシ樹脂の添加剤(硬化剤)等として適用できる。
As a thermosetting resin that can be blended in the resin composition according to the present embodiment, a lignin-reactive compound having a functional group capable of reacting with lignin may be blended. Examples of the compound having a functional group capable of reacting with lignin include (e) a compound that causes an electrophilic substitution reaction with a phenol compound, (f) a compound having an epoxy group, and (g) a compound having an isocyanate group. These thermosetting resins (e) to (g) may be blended together with the above-mentioned phenol resin in consideration of physical properties such as processability of the resin composition, strength of the molded product, and heat resistance.
Since lignin has a phenolic structural unit, it can be applied as a base resin raw material such as a phenol resin and an epoxy resin, an additive (hardener) for an epoxy resin, and the like.

(e)フェノール化合物と親電子置換反応を生じる化合物
フェノール化合物と親電子置換反応を生じる化合物としては、ホルムアルデヒド、ホルムアルデヒド供与硬化剤化合物、又はホルムアルデヒド等価化合物等が挙げられる。商業的には、ヘキサメチレンテトラミン、ヘキサホルムアルデヒド、及びパラホルムアルデヒドを用いることができる。
(E) Compound that causes an electrophilic substitution reaction with a phenol compound Examples of the compound that causes an electrophilic substitution reaction with a phenol compound include formaldehyde, a formaldehyde donating curing agent compound, and a formaldehyde equivalent compound. Commercially, hexamethylenetetramine, hexaformaldehyde, and paraformaldehyde can be used.

(f)エポキシ基を有する化合物
エポキシ基を有する化合物とは、いわゆるエポキシ樹脂と称される範疇に属するものである。一例としては、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールAと称される)、ビス(2−ヒドロキシフェニル)メタン(ビスフェノールFと称される)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン(ビスフェノールSと称される)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、レゾルシン、サリゲニン、トリヒドロキシジフェニルジメチルメタン、テトラフェニロールエタン、これらのハロゲン置換体及びアルキル基置換体、ブタンジオール、エチレングリコール、エリスリトール、ノボラック、グリセリン、ポリオキシアルキレン等のヒドロキシル基を分子内に2個以上含有する化合物とエピクロロヒドリン等から合成されるグリシジルエーテル系エポキシ樹脂;該ヒドロキシル基を分子内に2個以上含有する化合物とフタル酸グリシジルエステル等から合成されるグリシジルエステル系エポキシ樹脂;アニリン、ジアミノジフェニルメタン、メタキシレンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン等の一級アミン又は二級アミンとエピクロロヒドリン等から合成されるグリシジルアミン系エポキシ樹脂等のグリシジル基を含むエポキシ樹脂;エポキシ化大豆油、エポキシ化ポリオレフィン、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、ジシクロペンタジエンジオキサイド等々のグリシジル基を含まないエポキシ樹脂が挙げられる。これらの中でもリグニンと化学構造が類似して相溶性の良好なクレゾールノボラック型、フェノールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
(F) Compound having an epoxy group A compound having an epoxy group belongs to the category of so-called epoxy resin. Examples include 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (called bisphenol A), bis (2-hydroxyphenyl) methane (called bisphenol F), and 4,4'-dihydroxydiphenylsulfone. (Called bisphenol S), 4,4'-dihydroxybiphenyl, resorcin, saligenin, trihydroxydiphenyldimethylmethane, tetraphenylol ethane, these halogen and alkyl group substituents, butanediol, ethylene glycol, erythritol , Novolac, glycerin, polyoxyalkylene and other compounds containing two or more hydroxyl groups in the molecule and glycidyl ether epoxy resin synthesized from epichlorohydrin and the like; containing two or more of the hydroxyl groups in the molecule Glycidyl ester epoxy resin synthesized from compounds and phthalic acid glycidyl ester, etc .; synthesized from primary amines such as aniline, diaminodiphenylmethane, metaxylene diamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane, etc. or secondary amines and epichlorohydrin, etc. Epoxy resins containing glycidyl groups such as glycidylamine-based epoxy resins; epoxy resins containing no glycidyl groups such as epoxidized soybean oil, epoxidized polyolefins, vinylcyclohexendioxides, and dicyclopentadiendioxides can be mentioned. Among these, cresol novolac type and phenol novolac type epoxy resins having similar chemical structures to lignin and good compatibility are preferable.

本実施形態に係る熱硬化性樹脂組成物に含まれるリグニンがエポキシ基を含む化合物である場合には、硬化反応促進の目的に応じて硬化促進剤を適宜添加することができる。具体例としては2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾ−ル類、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7等の第3級アミン類、トリフェニルホスフィン等のホスフィン類、テトラブチルアンモニウム塩、トリイソプロピルメチルアンモニウム塩、トリメチルデカニルアンモニウム塩、セチルトリメチルアンモニウム塩などの4級アンモニウム塩、トリフェニルベンジルホスホニウム塩、トリフェニルエチルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩などの4級ホスホニウム塩、オクチル酸スズ等の金属化合物等が挙げられる。4級ホスホニウム塩のカウンターイオンとしては、ハロゲン、有機酸イオン、水酸化物イオン等が挙げられ、特に、有機酸イオン、水酸化物イオンが好ましい。 When the lignin contained in the thermosetting resin composition according to the present embodiment is a compound containing an epoxy group, a curing accelerator can be appropriately added depending on the purpose of accelerating the curing reaction. Specific examples include imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, and 2-ethyl-4-methylimidazole, 2- (dimethylaminomethyl) phenol, and 1,8-diazabicyclo (5,4,0). Tertiary amines such as undecene-7, phosphines such as triphenylphosphine, quaternary ammonium salts such as tetrabutylammonium salt, triisopropylmethylammonium salt, trimethyldecanylammonium salt, cetyltrimethylammonium salt, triphenylbenzyl Examples thereof include quaternary phosphonium salts such as phosphonium salt, triphenylethylphosphonium salt and tetrabutylphosphonium salt, and metal compounds such as tin octylate. Examples of the counter ion of the quaternary phosphonium salt include halogen, organic acid ion, hydroxide ion and the like, and organic acid ion and hydroxide ion are particularly preferable.

(g)イソシアネート基を有する化合物
イソシアネート基を有する化合物としては、ポリイソシアネート、またはポリイソシアネートとポリオールを反応させて得られるものを挙げることができる。ポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメリックMDI(MDI−CR)、カルボジイミド変性MDI(液状MDI)等の芳香族ポリイソシアネート、及びノルボルナンジイソシアネート(NBDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、4,4’−メチレン−ビス(シクロヘキシルイソシアネート)(水添MDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)等の脂肪族ポリイソシアネートや、ブロックイソシアネートを挙げることができる。これらの中でも、トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)を用いることが好ましい。
(G) Compound having an isocyanate group Examples of the compound having an isocyanate group include polyisocyanate or a compound obtained by reacting polyisocyanate with a polyol. Examples of the polyisocyanate include aromatic polyisocyanates such as tolylene diisocyanate (TDI), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), polypeptide MDI (MDI-CR), and carbodiimide-modified MDI (liquid MDI), and norbornan diisocyanate (NBDI). ), Isophorone diisocyanate (IPDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), 4,4'-methylene-bis (cyclohexyl isocyanate) (hydrogenated MDI), xylylene diisocyanate (XDI) and other aliphatic polyisocyanates, and blocked isocyanate. Can be mentioned. Among these, it is preferable to use toluene diisocyanate (TDI) and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI).

本実施形態に係る樹脂組成物には硬化反応促進の目的に応じて硬化促進剤を適宜添加することができる。硬化促進剤としては、例えば、ジルコニウムやアルミニウムの有機金属系触媒、ジブチルスズラウレート、DBUのフェノール塩、オクチル酸塩、アミン、イミダゾール等が挙げられるが、着色性の点で、有機金属系触媒、例えば、アルミニウムsec−ブチレート、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート等が特に好ましい。 A curing accelerator can be appropriately added to the resin composition according to the present embodiment according to the purpose of accelerating the curing reaction. Examples of the curing accelerator include organometallic catalysts of zirconium and aluminum, dibutyltin laurate, phenol salts of DBU, octylates, amines, imidazoles, etc., but in terms of colorability, organometallic catalysts, etc. For example, aluminum sec-butyrate, aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, zirconium tributoxyacetyl acetonate, zirconium tetraacetyl acetonate and the like are particularly preferable.

<その他の樹脂成分>
本実施形態に係る樹脂組成物には、リグニンのほかに、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂等の樹脂が含まれていてもよい。
<Other resin components>
In addition to lignin, the resin composition according to the present embodiment may contain resins such as urea resin, melamine resin, silicone resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, and polyurethane resin.

<無機充填材、有機充填材>
本実施形態に係る樹脂組成物には、充填材が含まれていてもよい。充填材は、無機充填材であっても有機充填剤であってもよい。
無機充填材としては、例えば、球状あるいは、破砕状の溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ粉末、アルミナ粉末、ガラス粉末、ガラス繊維、ガラスフレーク、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、アルミナ、水和アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化チタン、酸化亜鉛、炭化タングステン、酸化マグネシウム等が挙げられる。
また有機充填材としては炭素繊維、アラミド繊維、紙粉、セルロース繊維、セルロース粉、籾殻粉、果実殻・ナッツ粉、キチン粉、澱粉などが挙げられる。
無機充填材、有機充填材は単独あるいは複数の組み合わせで含有されてよく、その含有量は目的に応じて決定される。無機充填材及び/又は有機充填材が含有される場合には、無機充填材及び/又は有機充填剤の含有量が適量であることが良好な物性や成形性を得るために望ましい。
<Inorganic filler, organic filler>
The resin composition according to the present embodiment may contain a filler. The filler may be an inorganic filler or an organic filler.
Examples of the inorganic filler include spherical or crushed molten silica, silica powder such as crystalline silica, alumina powder, glass powder, glass fiber, glass flakes, mica, talc, calcium carbonate, alumina, hydrated alumina, and silicon nitride. Examples thereof include boron, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, titanium nitride, zinc oxide, tungsten carbide, magnesium oxide and the like.
Examples of the organic filler include carbon fiber, aramid fiber, paper powder, cellulose fiber, cellulose powder, paddy shell powder, fruit shell / nut powder, chitin powder, starch and the like.
The inorganic filler and the organic filler may be contained alone or in a combination of two or more, and the content thereof is determined according to the purpose. When the inorganic filler and / or the organic filler is contained, it is desirable that the content of the inorganic filler and / or the organic filler is an appropriate amount in order to obtain good physical properties and moldability.

<その他の添加剤>
本実施形態に係る樹脂組成物には、該樹脂組成物から得られる成形品の特性を損ねない範囲で各種添加剤を添加することができる。また、目的に応じてさらに、相溶化剤、界面活性剤等を添加することができる。
熱可塑性樹脂とともに用いる相溶化剤としては、熱可塑性樹脂に無水マレイン酸やエポキシ等を付加し極性基を導入した樹脂、例えば無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂、市販の各種相溶化剤を併用してもよい。
また、界面活性剤としては、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸等の直鎖脂肪酸、またロジン類との分岐・環状脂肪酸等が挙げられるが、特にこれに限定されない。
さらに、上述したものの他に配合可能な添加剤としては、可撓化剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、難燃剤、帯電防止剤、消泡剤、チキソトロピー性付与剤、離型剤、酸化防止剤、可塑剤、低応力化剤、カップリング剤、染料、光散乱剤、少量の熱可塑性樹脂などが挙げられる。
<Other additives>
Various additives can be added to the resin composition according to the present embodiment as long as the characteristics of the molded product obtained from the resin composition are not impaired. Further, a compatibilizer, a surfactant and the like can be further added depending on the purpose.
As the compatibilizer used together with the thermoplastic resin, a resin obtained by adding maleic anhydride, epoxy, etc. to the thermoplastic resin and introducing a polar group, for example, a maleic anhydride-modified polyethylene resin, a maleic anhydride-modified polypropylene resin, and various commercially available phases. A solubilizer may be used in combination.
Further, examples of the surfactant include linear fatty acids such as stearic acid, palmitic acid and oleic acid, and branched / cyclic fatty acids with rosins, but the surfactant is not particularly limited thereto.
Further, as additives that can be blended in addition to the above-mentioned ones, flexible agents, heat stabilizers, ultraviolet absorbers, flame retardants, antistatic agents, antifoaming agents, thixotropy-imparting agents, mold release agents, antioxidants, etc. Agents, plasticizers, low stress agents, coupling agents, dyes, light scatterers, small amounts of thermoplastics and the like.

<樹脂成形品>
耐熱性リグニンを含有する上記樹脂組成物から成形品を得ることができる。
所定形状に成形する方法としては、樹脂組成物を成形できれば特に限定されない。例えば、樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である場合は、所定形状に成形する方法には、圧縮成形法、射出成形法、トランスファー成形法、中型成形、FRP成形法等が挙げられる。また、樹脂組成物が熱可塑性樹脂組成物である場合は、所定形状に成形する方法には、押出成形法、射出成形法等が挙げられる。
<Resin molded product>
A molded product can be obtained from the above resin composition containing heat-resistant lignin.
The method of molding into a predetermined shape is not particularly limited as long as the resin composition can be molded. For example, when the resin composition is a thermosetting resin composition, examples of the method for molding into a predetermined shape include a compression molding method, an injection molding method, a transfer molding method, a medium-sized molding method, and an FRP molding method. When the resin composition is a thermoplastic resin composition, examples of the method for molding into a predetermined shape include an extrusion molding method and an injection molding method.

成形品の例としては、耐熱性リグニンと架橋剤とが配合されてなる樹脂組成物を硬化させたもの、また各種の充填材や工業的に得られる一般のフェノール樹脂を必要に応じて配合し、所定形状に成形した後に硬化させたもの、あるいは硬化させた後に成形加工したもの、耐熱性リグニンを熱可塑性樹脂と混合してなる樹脂組成物を成形加工したもの等を挙げることができる。このような樹脂組成物の成形品は、住宅用の断熱材、電子部品、フラックサンド用樹脂、コーテッドサンド用樹脂、含浸用樹脂、積層用樹脂、FRP成型用樹脂、自動車部品、自動車タイヤの補強材、OA機器、機械、情報通信機器、産業資材などに用いることができる。 Examples of molded products include a cured resin composition in which a heat-resistant lignin and a cross-linking agent are blended, and various fillers and industrially obtained general phenol resins are blended as necessary. Examples thereof include those which are molded into a predetermined shape and then cured, those which are cured and then molded, and those in which a resin composition obtained by mixing heat-resistant lignin with a thermoplastic resin is molded. Molded products of such resin compositions include heat insulating materials for houses, electronic parts, resins for flax sands, resins for coated sands, resins for impregnation, resins for lamination, resins for FRP molding, automobile parts, and reinforcement of automobile tires. It can be used for materials, OA equipment, machines, information and communication equipment, industrial materials, and the like.

第2の実施形態における樹脂組成物は、下記の工程:
原料リグニン溶液に樹脂を添加して、リグニン−樹脂含有溶液を得る工程(IA)と、
上記リグニン−樹脂含有溶液と、該リグニン−樹脂含有溶液に対して容量で1倍以上50倍以下の、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる溶媒の少なくとも1種の溶媒(a’)とを混合する工程(IB)
とを含む方法により得られる、リグニン含有樹脂組成物である。
原料リグニン溶液とは、上述した通りである。すなわち、植物系バイオマスからリグニンを、有機溶媒を含む溶媒に可溶化させて得られるリグニン溶液(i)、または固体リグニンを、有機溶媒を含む溶媒に溶解させた溶液(ii)を挙げることができ、詳細や好ましい態様等は同様である。
上記工程(IA)における樹脂の配合量は、高い強度を有する、リグニン含有樹脂組成物を得られるという観点から、通常、原料リグニン溶液のリグニン固形分100質量部に対して、好ましくは10〜2000質量部であり、より好ましくは20〜1000質量部であり、さらに好ましくは50〜500質量部である。
The resin composition in the second embodiment has the following steps:
A step (IA) of adding a resin to a raw material lignin solution to obtain a lignin-resin-containing solution, and
At least one solvent selected from the above-mentioned lignin-resin-containing solution and hydrocarbons having a volume of 1 to 50 times or less of the lignin-resin-containing solution and a dipole moment of 0.25 d or less. Step of mixing with (a') (IB)
It is a lignin-containing resin composition obtained by the method including.
The raw material lignin solution is as described above. That is, a lignin solution (i) obtained by solubilizing lignin from a plant-based biomass in a solvent containing an organic solvent, or a solution (ii) in which solid lignin is dissolved in a solvent containing an organic solvent can be mentioned. , Details, preferred embodiments, etc. are the same.
The amount of the resin compounded in the above step (IA) is usually 10 to 2000 with respect to 100 parts by mass of the lignin solid content of the raw material lignin solution from the viewpoint of obtaining a lignin-containing resin composition having high strength. It is by mass, more preferably 20 to 1000 parts by mass, and even more preferably 50 to 500 parts by mass.

工程(IA)で用いる樹脂は、原料リグニン溶液に溶解する樹脂であれば、特に限定されず、熱硬化性樹脂でもよく、熱可塑性樹脂であってもよい。樹脂成分については、上記した通りであり、各樹脂成分についての好ましいものも同様である。リグニン含樹脂組成物に好適な用途の成形品を成形する成形方法を考えると、熱硬化性樹脂を用いることがより好ましい。
工程(IA)で用いる樹脂には、例えば上述したノボラック系フェノール樹脂、レゾール系フェノール樹脂等のフェノール樹脂を使用することができる。また、上記した他の一般的な熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂も用いることができる。
リグニンと同様に、フェノール性水酸基を有しており、リグニンと反応することができ、リグニンの希釈剤としても使用可能であることから、上記樹脂の中でもフェノール樹脂が好ましく、ノボラック系フェノール樹脂及びレゾール系フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも1種のフェノール樹脂がより好ましい。
The resin used in the step (IA) is not particularly limited as long as it is a resin that dissolves in the raw material lignin solution, and may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin. The resin components are as described above, and the preferred ones for each resin component are also the same. Considering a molding method for molding a molded product having a suitable use for a lignin-containing resin composition, it is more preferable to use a thermosetting resin.
As the resin used in the step (IA), for example, a phenol resin such as the above-mentioned novolak-based phenol resin or resol-based phenol resin can be used. Further, other general thermosetting resins and thermoplastic resins described above can also be used.
Like lignin, it has a phenolic hydroxyl group, can react with lignin, and can be used as a diluent for lignin. Therefore, phenol resin is preferable among the above resins, and novolak-based phenol resin and resole. At least one phenol resin selected from the group consisting of phenol resins is more preferable.

上記工程(IB)において、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a’)の量が容量で1倍未満であると、リグニン含有樹脂組成物から原料リグニン溶液に由来する軽質成分を十分に除去することができない。一方で、溶媒(a’)の量が容量で50倍を超えると、廃水の増加、炭化水素使用量の増加等により、効率よく目的の耐熱性リグニンを回収することができない。なお、複数種の炭化水素溶媒を用いる場合には、上記溶媒(a’)の量とは、水と複数種の炭化水素溶媒の合計量を意味する。
工程(IB)で用いる、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる溶媒の少なくとも1種の溶媒(a’)は、上述した溶媒(a)と同様である。また、リグニン−樹脂含有溶液に対する溶媒(a’)の量は、好ましくは1倍以上40倍以下、より好ましくは1倍以上30倍以下、さらに好ましくは2倍以上20倍以下、特に好ましくは2倍以上15倍以下である。
In the above step (IB), when the amount of at least one solvent (a') selected from hydrocarbons having a dipole moment of 0.25 d or less is less than 1 in volume, the lignin-containing resin composition is used. Light components derived from the raw material lignin solution cannot be sufficiently removed. On the other hand, if the amount of the solvent (a') exceeds 50 times by volume, the desired heat-resistant lignin cannot be efficiently recovered due to an increase in wastewater, an increase in the amount of hydrocarbons used, and the like. When a plurality of types of hydrocarbon solvents are used, the amount of the solvent (a') means the total amount of water and the plurality of types of hydrocarbon solvents.
At least one solvent (a') of the solvent selected from water and hydrocarbons having a dipole moment of 0.25 d or less used in the step (IB) is the same as the solvent (a) described above. The amount of the solvent (a') with respect to the lignin-resin-containing solution is preferably 1 time or more and 40 times or less, more preferably 1 time or more and 30 times or less, still more preferably 2 times or more and 20 times or less, and particularly preferably 2 times. It is more than double and 15 times or less.

リグニン−樹脂含有溶液と、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる溶媒の少なくとも1種の溶媒(a’)とを混合する工程(IB)における溶液温度は、溶液の安定性、リグニンの溶液への溶解度等を鑑みて、0℃以上100℃以下であることが好ましい。当該溶液温度は、より好ましくは10℃以上90℃以下、さらに好ましくは20℃以上80℃以下、特に好ましくは25℃以上70℃以下である。
なお、混合方法は、リグニン−樹脂含有溶液と上記溶媒(a’)とが均一に混合できれば、特に限定されない。混合に用いられる装置には、例えば、エッジランナー、撹拌混合機、ロールミル、コーンミル、フラットストーンミル、スピードラインミル、ボールミル、ビーズミル、サンドグラインドミル、パールミル、アトライター、縦型ミキサー、ニーダー、高速かき混ぜ機(ディゾルバー)等を挙げることができる。
The solution temperature in the step (IB) of mixing the lignin-resin-containing solution with at least one solvent (a') of a solvent selected from water and hydrocarbons having a dipole moment of 0.25 d or less is stable. It is preferably 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower in consideration of properties, solubility of lignin in a solution, and the like. The solution temperature is more preferably 10 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, further preferably 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and particularly preferably 25 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.
The mixing method is not particularly limited as long as the lignin-resin-containing solution and the solvent (a') can be uniformly mixed. The equipment used for mixing includes, for example, an edge runner, a stirring mixer, a roll mill, a cone mill, a flat stone mill, a speed line mill, a ball mill, a bead mill, a sand grind mill, a pearl mill, an attritor, a vertical mixer, a kneader, and a high-speed stirring. Machines (dissolvers) and the like can be mentioned.

また、工程(IB)においてリグニン−樹脂含有溶液と、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a’)とを混合する際には、必要に応じて攪拌を行ってもよい。攪拌を行った場合には、さらに必要に応じて静置分離を行ってもよい。静置時間は、通常、1分以上120分以下である。静置時間が1分以上であれば、リグニン含有樹脂組成物から、原料リグニン溶液由来のその他軽質成分を十分に分離することができる。また、静置時間の上限は120分で十分である。静置時間は、好ましくは5分以上100分以下、より好ましくは10分以上60分以下、さらに好ましくは15分以上30分以下である。 Further, when mixing the lignin-resin-containing solution and at least one solvent (a') selected from water and a hydrocarbon having a dipole moment of 0.25 d or less in the step (IB), if necessary. May be stirred. When stirring is performed, static separation may be further performed if necessary. The standing time is usually 1 minute or more and 120 minutes or less. When the standing time is 1 minute or more, other light components derived from the raw material lignin solution can be sufficiently separated from the lignin-containing resin composition. Further, the upper limit of the standing time is 120 minutes, which is sufficient. The standing time is preferably 5 minutes or more and 100 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less, and further preferably 15 minutes or more and 30 minutes or less.

工程(IB)を経ることで、リグニン−樹脂含有溶液に含まれるリグニンから軽質成分を分離することができる。軽質成分としては、例えば、バニリン等のフェノール類、フルフラール等の糖過分解物等が挙げられるが、特に限定されない。 By going through the step (IB), the light component can be separated from the lignin contained in the lignin-resin-containing solution. Examples of the light component include phenols such as vanillin and sugar peroxidants such as furfural, but are not particularly limited.

第2の実施形態においては、工程(IB)により得られる混合溶液が二相であるか一相であるかによって、以下の工程(IIA)または(IIB)を行うことが好ましい。
工程(IB)により得られた溶液が二相である場合には、工程(IIA)を続けて行うことが好ましい。工程(IIA)では、工程(IB)により得られる耐熱性リグニンを含む相を上記二相から分離し、分離した相を濃縮した後、得られた固形分を乾燥する。例えば、工程(IB)により得られた溶液が水相と有機相との二相、または水相と、有機相および双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素相との二相に分かれた場合は、有機相側に目的とする耐熱性リグニンが溶解しているので、工程(IIA)では有機相側を分離し、該有機相側を濃縮した後、得られた固形分を乾燥する。ここで、「有機相側」とは、双極子モーメント0.25d以下の炭化水素相と耐熱性リグニンを含有する有機相とで単一相を形成している場合に、水相と分離する、上記有機相を含む単一相を意味する。当然ながら、水相と有機相との二相に分離する場合には、「有機相側」とは有機相を意味する。また、工程(IB)により得られた溶液が、双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素相と有機相(該炭化水素以外の有機相)との二相に分かれる場合には、有機相に目的とする耐熱性リグニンが溶解しているので、工程(IIA)では、有機相を分離し、該有機相を濃縮した後、得られた固形分を乾燥する。なお、二相の状態で固形分が生成している場合には、固液分離の後に、有機相(側)を分離する。
In the second embodiment, it is preferable to carry out the following step (IIA) or (IIB) depending on whether the mixed solution obtained by the step (IB) is two-phase or one-phase.
When the solution obtained by the step (IB) is two-phase, it is preferable to carry out the step (IIA) in succession. In the step (IIA), the phase containing the heat-resistant lignin obtained in the step (IB) is separated from the above two phases, the separated phases are concentrated, and then the obtained solid content is dried. For example, when the solution obtained by the step (IB) is divided into two phases, an aqueous phase and an organic phase, or an aqueous phase and a hydrocarbon phase having an organic phase and a dipole moment of 0.25 d or less. Since the target heat-resistant lignin is dissolved in the organic phase side, the organic phase side is separated in the step (IIA), the organic phase side is concentrated, and then the obtained solid content is dried. Here, the "organic phase side" is separated from the aqueous phase when a hydrocarbon phase having a dipole moment of 0.25 d or less and an organic phase containing heat-resistant lignin form a single phase. It means a single phase including the above organic phase. Of course, when separated into two phases, an aqueous phase and an organic phase, the "organic phase side" means the organic phase. When the solution obtained in the step (IB) is divided into two phases, a hydrocarbon phase having a dipole moment of 0.25 d or less and an organic phase (an organic phase other than the hydrocarbon), the solution becomes an organic phase. Since the desired heat resistant lignin is dissolved, in step (IIA), the organic phase is separated, the organic phase is concentrated, and then the obtained solid content is dried. When the solid content is generated in the two-phase state, the organic phase (side) is separated after the solid-liquid separation.

工程(IB)により得られた溶液が一相である場合、すなわち目的とするリグニン含有樹脂組成物が固体として沈殿する場合には、工程(IIB)を続けて行うことが好ましい。工程(IIB)においては、溶液を固液分離し、得られた固体を乾燥する。
工程(IB)により得られた溶液が二相であれば、工程(IIA)にて分液することにより、リグニン含有樹脂組成物から、軽質成分を除くことができる。工程(IB)により得られた溶液が一相である場合には、溶解度差により析出した固体を固液分離することにより、リグニン含有樹脂組成物から軽質成分を溶液中に除くことができる。
When the solution obtained by the step (IB) is one phase, that is, when the target lignin-containing resin composition precipitates as a solid, it is preferable to continue the step (IIB). In step (IIB), the solution is solid-liquid separated and the resulting solid is dried.
If the solution obtained in the step (IB) is two-phase, the light component can be removed from the lignin-containing resin composition by separating the solutions in the step (IIA). When the solution obtained in the step (IB) is one-phase, the light component can be removed from the lignin-containing resin composition by solid-liquid separation of the solid precipitated due to the difference in solubility.

本発明の第2の実施形態に係るリグニン含有樹脂組成物の製造方法において用いることができるリグニン反応性化合物、硬化促進剤、無機充填材、有機充填材及びその他の添加剤は、本発明の第1の実施形態に係るリグニン含有樹脂組成物において用いることができるものと同様である。
なお、上述のリグニン反応性化合物等を、工程(IA)において樹脂とともに添加してもよいし、工程(IA)と後述の工程(IB)との間に上述のリグニン反応性化合物等を添加する工程を設けてもよい。他にも、工程(IIA)または工程(IIB)の後に上述のリグニン反応性化合物等を添加してもよい。
The lignin-reactive compound, curing accelerator, inorganic filler, organic filler and other additives that can be used in the method for producing a lignin-containing resin composition according to the second embodiment of the present invention are the first of the present invention. It is the same as that which can be used in the lignin-containing resin composition according to the first embodiment.
The above-mentioned lignin-reactive compound or the like may be added together with the resin in the step (IA), or the above-mentioned lignin-reactive compound or the like may be added between the step (IA) and the step (IB) described later. A process may be provided. Alternatively, the above-mentioned lignin-reactive compound or the like may be added after the step (IIA) or the step (IIB).

第2の実施形態に係るリグニン含有樹脂組成物を用いてなる成形品、成形方法及びその用途は、第1の実施形態に係るリグニン含有樹脂組成物と同様であり、上述した通りである。 The molded article, molding method, and use thereof using the lignin-containing resin composition according to the second embodiment are the same as those of the lignin-containing resin composition according to the first embodiment, and are as described above.

以下、本実施形態を実施例によりさらに具体的に説明するが、本実施形態はこれらに何ら限定されない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail with reference to Examples, but the present embodiment is not limited thereto.

製造例1
原料としてバガス(試料サイズ3mm角以下)と、水及び有機溶媒である1−ブタノールの混合溶媒(モル比で、水/1−ブタノール=8/1になるように調製)とを、内容積0.92LのSUS製回分式装置に入れた。水とブタノールとからなる混合溶媒の質量は、300gであった。バガスの仕込み濃度は、上記混合溶媒に対して、質量比で10質量%とした。
SUS製回分式装置の装置内を窒素でパージした後、200℃まで昇温し、反応温度200℃で2時間の分解反応を行った。反応時間は、200℃に達してからの経過時間とした。また、熱電対にて温度を測定した。反応時の内圧は1.9MPaであった。
処理終了後、SUS製回分式装置を室温付近まで冷却した後、内容物を全て取り出し、ろ過することにより、バイオマス残渣と液相とに分離した。さらに、ろ液の水相と1−ブタノール相とを分液漏斗により液/液分離した。分離された1−ブタノール相を原料リグニン溶液として使用した。固形分(リグニン)濃度は、別途ブタノール相を濃縮し求めたところ、50g/L−ブタノール相であった。
Manufacturing example 1
As a raw material, bagasse (sample size 3 mm square or less) and a mixed solvent of water and 1-butanol, which is an organic solvent (prepared so that water / 1-butanol = 8/1 in molar ratio), have an internal volume of 0. Placed in a .92 L SUS batch device. The mass of the mixed solvent composed of water and butanol was 300 g. The bagasse charge concentration was 10% by mass in terms of mass ratio with respect to the above mixed solvent.
After purging the inside of the SUS batch type apparatus with nitrogen, the temperature was raised to 200 ° C., and the decomposition reaction was carried out at a reaction temperature of 200 ° C. for 2 hours. The reaction time was defined as the elapsed time after reaching 200 ° C. In addition, the temperature was measured with a thermocouple. The internal pressure during the reaction was 1.9 MPa.
After completion of the treatment, the SUS batch type apparatus was cooled to around room temperature, and then all the contents were taken out and filtered to separate the biomass residue and the liquid phase. Further, the aqueous phase of the filtrate and the 1-butanol phase were liquid / liquid separated by a separating funnel. The separated 1-butanol phase was used as the raw material lignin solution. The solid content (lignin) concentration was 50 g / L-butanol phase when the butanol phase was separately concentrated and determined.

製造例2
原料としてバガス(試料サイズ3mm角以下)と、水及び有機溶媒である1−ブタノールの混合溶媒(モル比で、水/1−ブタノール=8/1になるように調製)とを、内容積0.92LのSUS製回分式装置に入れた。水とブタノールとからなる混合溶媒の質量は、300gであった。バガスの仕込み濃度は、上記混合溶媒に対して、質量比で10質量%とした。
SUS製回分式装置の装置内を窒素でパージした後、200℃まで昇温し、200℃で2時間の分解反応を行った。反応時間は、200℃に達してからの経過時間とした。また、熱電対にて温度を測定した。反応時の内圧は1.9MPaであった。
処理終了後、SUS製回分式装置を室温付近にまで冷却した後、内容物をを全て取り出し、ろ過することにより、バイオマス残渣と液相とに分離した。さらに、ろ液の水相と1−ブタノール相とを分液漏斗により液/液分離した。分離されたブタノール相を濃縮し、125℃で真空乾燥を行い固体(リグニン)を6.5g得た。
Manufacturing example 2
As a raw material, bagasse (sample size 3 mm square or less) and a mixed solvent of water and 1-butanol, which is an organic solvent (prepared so that water / 1-butanol = 8/1 in molar ratio), have an internal volume of 0. Placed in a .92 L SUS batch device. The mass of the mixed solvent composed of water and butanol was 300 g. The bagasse charge concentration was 10% by mass in terms of mass ratio with respect to the above mixed solvent.
After purging the inside of the SUS batch type apparatus with nitrogen, the temperature was raised to 200 ° C., and the decomposition reaction was carried out at 200 ° C. for 2 hours. The reaction time was defined as the elapsed time after reaching 200 ° C. In addition, the temperature was measured with a thermocouple. The internal pressure during the reaction was 1.9 MPa.
After completion of the treatment, the SUS batch type apparatus was cooled to around room temperature, and then all the contents were taken out and filtered to separate the biomass residue into a liquid phase. Further, the aqueous phase of the filtrate and the 1-butanol phase were liquid / liquid separated by a separating funnel. The separated butanol phase was concentrated and vacuum dried at 125 ° C. to obtain 6.5 g of a solid (lignin).

実施例1
製造例1で得られた原料リグニン溶液(水+ブタノール相)14mL(リグニンの濃度は6質量%,0.7gのリグニンが14mLのブタノール+水の混合溶媒に溶解)に、イオン交換水178mLを加えた。水の量は原料リグニン溶液に対して12.7倍であった。得られた混合溶液を25℃で15分撹拌した。撹拌後の液相は一相であった。ろ過により固体をろ別し、得られた固形分を125℃で乾燥した。
固形物について、分子量、熱重量減少開始温度、ガラス転移点を求めた。結果を表2に示す。
Example 1
Add 178 mL of ion-exchanged water to 14 mL of the raw material lignin solution (water + butanol phase) obtained in Production Example 1 (lignin concentration is 6% by mass, 0.7 g of lignin is dissolved in 14 mL of butanol + water mixed solvent). added. The amount of water was 12.7 times that of the raw material lignin solution. The resulting mixed solution was stirred at 25 ° C. for 15 minutes. The liquid phase after stirring was one phase. The solid was filtered off by filtration, and the obtained solid content was dried at 125 ° C.
For the solid matter, the molecular weight, the thermogravimetric reduction start temperature, and the glass transition point were determined. The results are shown in Table 2.

実施例2
製造例1で得られたリグニン溶液10mL(リグニンの濃度は6wt%,0.5gのリグニンが10mLのブタノール+水の混合溶媒に溶解)に、イオン交換水10mLを加えた。水の量は原料リグニン溶液に対して1倍であった。混合溶液を50℃で15分撹拌した。撹拌後の液相は二相であった。液相をろ過し、この際ろ紙上に固体は残らなかった。水相とブタノール相を分離し、ブタノール相を濃縮し、得られた固形分を125℃で乾燥した。固形物について、分子量、熱重量減少開始温度、ガラス転移点を求めた。結果を表2に示す。
Example 2
To 10 mL of the lignin solution obtained in Production Example 1 (lignin concentration was 6 wt%, 0.5 g of lignin was dissolved in 10 mL of butanol + water mixed solvent), 10 mL of ion-exchanged water was added. The amount of water was 1 times that of the raw material lignin solution. The mixed solution was stirred at 50 ° C. for 15 minutes. The liquid phase after stirring was two phases. The liquid phase was filtered, leaving no solids on the filter paper. The aqueous phase and the butanol phase were separated, the butanol phase was concentrated, and the obtained solid content was dried at 125 ° C. For the solid matter, the molecular weight, the thermogravimetric reduction start temperature, and the glass transition point were determined. The results are shown in Table 2.

実施例3
イオン交換水の量を20mLにした以外、実施例2と同様の操作を行った。水の量は原料リグニン溶液に対して2倍であった。結果を表2に示す。
実施例4
イオン交換水の量を70mLにした以外、実施例2と同様の操作を行った。水の量は原料リグニン溶液に対して7倍であった。結果を表2に示す。
実施例5
イオン交換水の量を20mLにし、70℃で撹拌した以外、実施例2と同様の操作を行った。水の量は原料リグニン溶液に対して2倍であった。結果を表2に示す。
実施例6
イオン交換水の量を70mLにし、70℃で撹拌した以外、実施例2と同様の操作を行った。水の量は原料リグニン溶液に対して7倍であった。結果を表2に示す。
実施例7
70℃で撹拌した以外、実施例1と同様の操作を行った。水の量は原料リグニン溶液に対して13倍であった。結果を表3に示す。
Example 3
The same operation as in Example 2 was performed except that the amount of ion-exchanged water was 20 mL. The amount of water was twice that of the raw material lignin solution. The results are shown in Table 2.
Example 4
The same operation as in Example 2 was performed except that the amount of ion-exchanged water was 70 mL. The amount of water was 7 times that of the raw material lignin solution. The results are shown in Table 2.
Example 5
The same operation as in Example 2 was carried out except that the amount of ion-exchanged water was adjusted to 20 mL and the mixture was stirred at 70 ° C. The amount of water was twice that of the raw material lignin solution. The results are shown in Table 2.
Example 6
The same operation as in Example 2 was carried out except that the amount of ion-exchanged water was adjusted to 70 mL and the mixture was stirred at 70 ° C. The amount of water was 7 times that of the raw material lignin solution. The results are shown in Table 2.
Example 7
The same operation as in Example 1 was performed except that the mixture was stirred at 70 ° C. The amount of water was 13 times that of the raw material lignin solution. The results are shown in Table 3.

実施例8
製造例2で得られた固体1gをアセトン30mLに完全に溶解させた。溶液中のリグニンの濃度は4質量%であった。このアセトン溶液にイオン交換水30mL(原料リグニン溶液に対して1倍)を加えた。混合溶液を25℃で15分撹拌し、撹拌後の液相は一相であった。ろ過により固体をろ別し、得られた固形分を125℃で乾燥した。固形物について、分子量、熱重量減少開始温度、ガラス転移点を求めた。結果を表3に示す。
実施例9
イオン交換水の量を60mLにした以外、実施例8と同様の操作を行った。水の量は原料リグニン溶液に対して2倍であった。結果を表3に示す。
実施例10
イオン交換水の量を90mLにした以外、実施例8と同様の操作を行った。水の量は原料リグニン溶液に対して3倍であった。結果を表3に示す。
実施例11
製造例1で得られたリグニン溶液(水+ブタノール相)14mL(リグニンの濃度は6質量%,0.7gのリグニンが14mLのブタノール+水の混合溶媒に溶解)に、ヘプタン140mLを加えた。ヘプタンの量は原料リグニン溶液に対して10倍であった。得られた混合溶液を25℃で15分撹拌した。撹拌後の液相は一相であった。ろ過により固体をろ別し、得られた固形分を125℃で乾燥した。固形物について、分子量、熱重量減少開始温度、ガラス転移点を求めた。結果を表3に示す。
実施例12
製造例2で得られた固体1gをアセトン30mLに完全に溶解させた。溶液中のリグニンの濃度は4質量%であった。このアセトン溶液にヘプタン30mL(原料リグニン溶液に対して1倍)を加えた。混合溶液を25℃で15分撹拌し、撹拌後の液相は一相であった。ろ過により固体をろ別し、得られた固形分を125℃で乾燥した。固形物について、分子量、熱重量減少開始温度、ガラス転移点を求めた。結果を表3に示す。
Example 8
1 g of the solid obtained in Production Example 2 was completely dissolved in 30 mL of acetone. The concentration of lignin in the solution was 4% by weight. To this acetone solution, 30 mL of ion-exchanged water (1 times as much as the raw material lignin solution) was added. The mixed solution was stirred at 25 ° C. for 15 minutes, and the liquid phase after stirring was one phase. The solid was filtered off by filtration, and the obtained solid content was dried at 125 ° C. For the solid matter, the molecular weight, the thermogravimetric reduction start temperature, and the glass transition point were determined. The results are shown in Table 3.
Example 9
The same operation as in Example 8 was performed except that the amount of ion-exchanged water was 60 mL. The amount of water was twice that of the raw material lignin solution. The results are shown in Table 3.
Example 10
The same operation as in Example 8 was performed except that the amount of ion-exchanged water was 90 mL. The amount of water was three times that of the raw material lignin solution. The results are shown in Table 3.
Example 11
140 mL of heptane was added to 14 mL of the lignin solution (water + butanol phase) obtained in Production Example 1 (the concentration of lignin was 6% by mass, 0.7 g of lignin was dissolved in a mixed solvent of 14 mL of butanol + water). The amount of heptane was 10 times that of the raw material lignin solution. The resulting mixed solution was stirred at 25 ° C. for 15 minutes. The liquid phase after stirring was one phase. The solid was filtered off by filtration, and the obtained solid content was dried at 125 ° C. For the solid matter, the molecular weight, the thermogravimetric reduction start temperature, and the glass transition point were determined. The results are shown in Table 3.
Example 12
1 g of the solid obtained in Production Example 2 was completely dissolved in 30 mL of acetone. The concentration of lignin in the solution was 4% by weight. 30 mL of heptane (1 times as much as the raw material lignin solution) was added to this acetone solution. The mixed solution was stirred at 25 ° C. for 15 minutes, and the liquid phase after stirring was one phase. The solid was filtered off by filtration, and the obtained solid content was dried at 125 ° C. For the solid matter, the molecular weight, the thermogravimetric reduction start temperature, and the glass transition point were determined. The results are shown in Table 3.

比較例1
製造例2で得られた固体そのものの分子量、熱重量減少開始温度、ガラス転移点、及びフェノール性OH当量を求めた。結果を表3に示す。
Comparative Example 1
The molecular weight of the solid itself obtained in Production Example 2, the thermogravimetric reduction start temperature, the glass transition point, and the phenolic OH equivalent were determined. The results are shown in Table 3.

Figure 0006955498
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[評価方法]
1.分子量:数平均分子量(Mn),質量平均分子量(Mw)
テトラヒドロフラン溶媒を用いたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)法にて、以下の条件で、質量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)を測定した。
[測定条件]
SEC装置:HLC−8220 GPC(東ソー(株)製)
カラム:TSKgel guardcolumn HXL-H+TSKgel GMH-XL 2本+G2000H-XL 1本(東ソー製)
溶媒:THF(和光純薬工業製安定剤不含特級)
検出器:示差屈折率(RI)検出器、UV検出器
濃度:0.1w/v%
注入量:100μl
流速:1.0ml/min
カラム温度:40℃
検量線用標準試料:東ソー製TSK標準ポリスチレン
解析ソフト:GPC-8020model II
ポリスチレン換算での分子量が320以下の成分および、ポリスチレン換算での分子量が3200以上の成分は、上記GPCにより得られる積分分子量分布曲線より求めた。
2.熱重量減少開始温度(Td5)
5%熱重量減少開始温度(Td5)は、セイコーインスツル(株)社製のEXSTAR6000 TG/DTA6200にて測定した。Ptパンに約10mgのサンプルを秤量し、昇温速度10℃/分、測定雰囲気:空気200mL/分、温度35℃〜800℃の範囲で測定し、重量が5%減少する温度を求めた。
3.ガラス転移温度(Tg
ガラス転移温度(Tg)は、固体粘弾性法(DMA法)によって測定した。
プレス機を用いて、各実施例及び比較例で得られたリグニンの成型板を作成し、成型板から5mm×30mm×1mmの試料を切り出した。DMA8000(パーキンエルマージャパン(株)社製)を用いて、0℃〜300℃、若しくは限界最低弾性率に達するまで、昇温温度2℃/分、1Hzの条件で測定を行った。得られたtanδのピーク温度をガラス転移温度(Tg)とした。
4.フェノール性水酸基(OH基)当量
フェノール性水酸基当量は、Energy Fuel 2010,24,2723に記載の方法を参考に求めた。
[Evaluation method]
1. 1. Molecular weight: number average molecular weight (Mn), mass average molecular weight (Mw)
The mass average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) were measured by a gel permeation chromatography (GPC) method using a tetrahydrofuran solvent under the following conditions.
[Measurement condition]
SEC equipment: HLC-8220 GPC (manufactured by Tosoh Corporation)
Column: TSKgel guardcolumn HXL-H + TSKgel GMH-XL 2 + G2000H-XL 1 (manufactured by Tosoh)
Solvent: THF (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Stabilizer-free special grade)
Detector: Differential Refractometer (RI) Detector, UV Detector Concentration: 0.1w / v%
Injection volume: 100 μl
Flow velocity: 1.0 ml / min
Column temperature: 40 ° C
Standard sample for calibration curve: TSK standard polystyrene made by Tosoh Analysis software: GPC-8020model II
A component having a molecular weight of 320 or less in terms of polystyrene and a component having a molecular weight of 3200 or more in terms of polystyrene were determined from the integrated molecular weight distribution curve obtained by the above GPC.
2. Thermogravimetric start temperature (Td5)
The 5% thermogravimetric reduction start temperature (Td5) was measured with EXSTAR6000 TG / DTA6200 manufactured by Seiko Instruments Inc. A sample of about 10 mg was weighed in a Pt pan, and the temperature was measured in the range of a temperature rising rate of 10 ° C./min, a measuring atmosphere: air of 200 mL / min, and a temperature of 35 ° C. to 800 ° C. to determine a temperature at which the weight was reduced by 5%.
3. 3. Glass transition temperature (T g )
The glass transition temperature (T g ) was measured by the solid viscoelastic method (DMA method).
Using a press machine, a molded plate of lignin obtained in each Example and Comparative Example was prepared, and a sample of 5 mm × 30 mm × 1 mm was cut out from the molded plate. Measurements were carried out using DMA8000 (manufactured by PerkinElmer Japan Co., Ltd.) under the conditions of a temperature rise temperature of 2 ° C./min and 1 Hz until the temperature reached 0 ° C. to 300 ° C. or the limit minimum elastic modulus. The peak temperature of the obtained tan δ was defined as the glass transition temperature (T g ).
4. Phenolic hydroxyl group (OH group) equivalent The phenolic hydroxyl group equivalent was determined with reference to the method described in Energy Fuel 2010, 24, 2723.

実施例からわかるように、耐熱性の高いリグニンが得られた。本実施例のリグニンは耐熱性が高いため、二次誘導化等の二次変性を行う必要がない。また、天然リグニン由来のフェノール性水酸基当量をそのまま有しているため、材料としても好適に使用できることが分かる。 As can be seen from the examples, lignin having high heat resistance was obtained. Since the lignin of this example has high heat resistance, it is not necessary to carry out secondary denaturation such as secondary derivatization. Moreover, since it has the phenolic hydroxyl group equivalent derived from natural lignin as it is, it can be seen that it can be suitably used as a material.

本実施形態によれば、天然リグニンに由来する構造を維持しつつ、二次誘導化することなく耐熱性の高いリグニンを提供することができる。 According to this embodiment, it is possible to provide lignin having high heat resistance without secondary derivatization while maintaining the structure derived from natural lignin.

Claims (8)

原料リグニン溶液と、原料リグニン溶液に対して容量で1倍以上50倍以下の水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる少なくとも1種の溶媒(a)とを混合する工程(I)を含
工程(I)により得られた溶液が一相であり、工程(I)により得られた前記溶液を固液分離する工程(II−2)をさらに含む、
耐熱性リグニンの製造方法。
A step of mixing the raw material lignin solution with at least one solvent (a) selected from water having a volume of 1 to 50 times that of the raw material lignin solution and a hydrocarbon having a dipole moment of 0.25 d or less (a). the I) only contains,
The solution obtained in step (I) is one phase, and further comprises a step (II-2) of solid-liquid separation of the solution obtained in step (I).
A method for producing heat-resistant lignin.
前記原料リグニン溶液は、植物系バイオマスからリグニンを、有機溶媒を含む溶媒に可溶化させて得られるリグニン溶液、または固体リグニンを、有機溶媒を含む溶媒に溶解させた溶液である、請求項1に記載の耐熱性リグニンの製造方法。 The raw material lignin solution is a lignin solution obtained by solubilizing lignin from a plant-based biomass in a solvent containing an organic solvent, or a solution in which solid lignin is dissolved in a solvent containing an organic solvent, according to claim 1. The method for producing a heat-resistant lignin according to the above. 前記有機溶媒が、アルコール、エーテル及びケトン系化合物から選ばれる少なくとも1種である、請求項2に記載の耐熱性リグニンの製造方法。 The method for producing a heat-resistant lignin according to claim 2, wherein the organic solvent is at least one selected from alcohols, ethers and ketone compounds. (1)動的粘弾性測定法(DMA法)によるガラス転移温度Tgが70℃以上であり、
(2)数平均分子量が600以上であり、及び
(3)示差熱及び熱重量同時測定(TG−DTA測定)における、5%熱重量減少開始温度が210℃以上である、請求項1〜のいずれか一項に記載の製造方法により得られる耐熱性リグニン。
(1) The glass transition temperature Tg by the dynamic viscoelasticity measurement method (DMA method) is 70 ° C. or higher.
(2) The number average molecular weight is 600 or more, and (3) the 5% thermogravimetric reduction start temperature in the differential thermal and thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA measurement) is 210 ° C. or more, claims 1 to 3. Heat-resistant lignin obtained by the production method according to any one of the above.
以下の(4)及び(5)の要件をさらに満たす、請求項に記載の耐熱性リグニン:
(4)ポリスチレンを換算基準としたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)により得られる積分分子量分布曲線において、分子量が320以下である構成成分の割合が15%以下であり、
(5)ポリスチレンを換算基準としたゲル浸透クロマトグラフ(GPC)により得られる積分分子量分布曲線において、分子量が3200以上である構成成分の割合が7%以上50%以下である。
The heat-resistant lignin according to claim 4 , which further satisfies the following requirements (4) and (5):
(4) In the integrated molecular weight distribution curve obtained by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a conversion standard, the proportion of constituents having a molecular weight of 320 or less is 15% or less.
(5) In the integrated molecular weight distribution curve obtained by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a conversion standard, the proportion of constituents having a molecular weight of 3200 or more is 7% or more and 50% or less.
請求項またはに記載の耐熱性リグニンを含む樹脂組成物、または該樹脂組成物を用いてなる成形品。 A resin composition containing the heat-resistant lignin according to claim 4 or 5 , or a molded product using the resin composition. 原料リグニン溶液に樹脂を添加して、リグニン−樹脂含有溶液を得る工程(IA)と、
上記リグニン−樹脂含有溶液と、該リグニン−樹脂含有溶液に対して容量で1倍以上50倍以下の、水及び双極子モーメントが0.25d以下の炭化水素から選ばれる溶媒の少なくとも1種の溶媒(a’)とを混合する工程(IB)
とを含む、リグニン含有樹脂組成物の製造方法。
A step (IA) of adding a resin to a raw material lignin solution to obtain a lignin-resin-containing solution, and
At least one solvent selected from the above-mentioned lignin-resin-containing solution and hydrocarbons having a volume of 1 to 50 times or less of the lignin-resin-containing solution and a dipole moment of 0.25 d or less. Step of mixing with (a') (IB)
A method for producing a lignin-containing resin composition, which comprises.
請求項に記載の方法により得られるリグニン含有樹脂組成物、または該樹脂組成物を用いてなる成形品。 A lignin-containing resin composition obtained by the method according to claim 7 , or a molded product using the resin composition.
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