KR102453138B1 - Method for producing polycarboxylates using lignin, polycarboxylate prepared thereby and concrete admixture containing the prepared polycarboxylate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리그닌을 이용하여 폴리카르복실레이트를 제조하는 방법으로서: 리그닌을 마련하는 단계; 및 상기 리그닌을 과산화수소와 아세트산을 함께 첨가하여 반응시켜 폴리카르복실레이트를 포함하는 반응물을 생성하는 단계;를 포함하는 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법에 관한 것이다. The present invention provides a method for preparing polycarboxylate using lignin, comprising the steps of: preparing lignin; and reacting the lignin with hydrogen peroxide and acetic acid to produce a reactant including polycarboxylate.

Description

리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법, 이에 의해 제조된 폴리카르복실레이트 및 제조된 폴리카르복실레이트를 포함하는 콘크리트 혼화제{METHOD FOR PRODUCING POLYCARBOXYLATES USING LIGNIN, POLYCARBOXYLATE PREPARED THEREBY AND CONCRETE ADMIXTURE CONTAINING THE PREPARED POLYCARBOXYLATE}Method for producing polycarboxylate using lignin, and concrete admixture comprising polycarboxylate and polycarboxylate prepared thereby

본 발명은 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법, 이에 의해 제조된 폴리카르복실레이트 및 제조된 폴리카르복실레이트를 포함하는 콘크리트 혼화제에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polycarboxylate using lignin, and to a polycarboxylate prepared thereby and a concrete admixture comprising the prepared polycarboxylate.

펄프제조 과정에서는 우드칩을 펄핑하여 펄프를 제조하는데, 이 과정에서 흑액(black liquor)이 부산물로 발생한다. In the pulping process, wood chips are pulped to produce pulp, and in this process, black liquor is generated as a by-product.

일반적으로 흑액은 약제(NaOH와 Na2S)의 회수를 위해 농축한 후에 보일러에서 연소하여 처리한다. 보일러 연소를 통해 발생하는 열에너지는 고온·고압의 스팀을 생산하는 데 쓰이지만, 흑액의 농축에 다량의 에너지가 소모되는 점을 고려해보면 에너지 전환 효율이 좋지 않다. In general, black liquor is processed by burning in a boiler after concentration for recovery of drugs (NaOH and Na 2 S). Thermal energy generated through boiler combustion is used to produce high-temperature and high-pressure steam, but considering that a large amount of energy is consumed for the concentration of black liquor, the energy conversion efficiency is not good.

흑액에는 리그닌이나 헤미셀룰로오스 등의 다양한 물질이 포함되어 있으며, 이 중 리그닌은 새로운 화학 소재의 원료로 주목받고 있다. 따라서 리그닌을 이용하여 고부가 가치의 물질을 제조할 수 있다면, 흑액 처리의 경제성이 월등히 향상될 것으로 예상된다. Black liquor contains various substances such as lignin and hemicellulose, and among them, lignin is attracting attention as a raw material for new chemical materials. Therefore, if a high-value-added material can be manufactured using lignin, it is expected that the economic feasibility of the black liquor treatment will be significantly improved.

등록특허공보 제10-1153283호Registered Patent Publication No. 10-1153283

본 발명의 일 목적은 리그닌으로부터 고부가 가치인 폴리카르복실레이트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다. It is an object of the present invention to provide a method for preparing polycarboxylate of high added value from lignin.

또한, 본 발명의 다른 목적은 제조된 폴리카르복실레이트를 이용하여 종래의 콘크리트 혼화제보다 시멘트 유동성을 향상시킬 수 있는 새로운 콘크리트 혼화제를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a new concrete admixture capable of improving cement fluidity compared to conventional concrete admixtures using the prepared polycarboxylate.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other objects not specified in the present invention will be further considered within the range that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 리그닌으로부터 폴리카르복실레이트를 제조할 수 있는 방법을 제안한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법은 리그닌을 이용하여 폴리카르복실레이트를 제조하는 방법으로서, 상기 리그닌을 과산화수소와 아세트산을 함께 첨가하여 반응시켜 폴리카르복실레이트를 포함하는 반응물을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 반응물을 생성하는 단계를 수행한 후 반응물에 과량의 물을 첨가하여 불용부의 폴리카르복실레이트와 수용부의 폴리카르복실레이트를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention proposes a method for preparing polycarboxylate from lignin. The method for preparing polycarboxylate using lignin according to an embodiment of the present invention is a method for preparing polycarboxylate using lignin. After performing the step of generating the reactant comprising the step of generating a reactant containing characterized in that

삭제delete

일 예에 있어서, 상기 분리하는 단계는 상기 수용부의 폴리카르복실레이트와 상기 불용부의 폴리카르복실레이트를 원심분리하여 서로 분리하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an example, the separating step may be characterized in that the polycarboxylate of the receiving portion and the polycarboxylate of the insoluble portion are separated from each other by centrifugation.

일 예에 있어서, 분리된 상기 수용부의 폴리카르복실레이트를 투석하여 저분자량의 반응산물을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an example, the method may further comprise a step of dialysis of the separated polycarboxylate in the receiving part to remove a low molecular weight reaction product.

일 예에 있어서, 상기 반응물을 생성하는 단계는 30 ℃ 내지 70 ℃ 의 온도에서 40분 내지 80분 동안 반응을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one example, the generating of the reactant may be characterized in that the reaction is performed at a temperature of 30 °C to 70 °C for 40 minutes to 80 minutes.

일 예에 있어서, 상기 반응물을 생성하는 단계에서 리그닌, 과산화수소, 아세트산의 비는 1 g : 5 ~ 7 ml : 1.25 ~ 1.75 ml 인 것을 특징으로 할 수 있다.In one example, the ratio of lignin, hydrogen peroxide, and acetic acid in the step of generating the reactant may be 1 g: 5 to 7 ml: 1.25 to 1.75 ml.

삭제delete

본 발명의 다른 예의 폴리카르복실레이트는 리그닌을 이용하여 제조되어 물에 용해되어 있는 폴리카르복실레이트로서, 전하밀도가 -1.9 meq/g 이하인 것을 특징으로 한다.The polycarboxylate of another example of the present invention is a polycarboxylate prepared using lignin and dissolved in water, and has a charge density of -1.9 meq/g or less.

본 발명의 또 다른 예의 콘크리트 혼화제는 리그닌을 이용하여 제조되어 물에 용해되어 있는 폴리카르복실레이트를 포함한다. Another example of the concrete admixture of the present invention includes polycarboxylate prepared by using lignin and dissolved in water.

또 다른 예에 있어서, 물에 용해되어 있는 폴리카르복실레이트의 전하밀도는 -1.9 meq/g 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.In another example, the charge density of the polycarboxylate dissolved in water may be characterized in that -1.9 meq/g or less.

또 다른 예에 있어서, 시멘트 600 g, 물 159.7g, 상기 콘크리트 혼화제 0.3g을 혼합하여 수행한 몰탈 테이블 테스트의 결과의 반죽직경은 200 mm 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In another example, the dough diameter of the result of the mortar table test performed by mixing 600 g of cement, 159.7 g of water, and 0.3 g of the concrete admixture may be characterized in that it is 200 mm or more.

본 발명의 일 예에 따른 폴리카르복실레이트의 제조방법은 종래 폐기물로 취급되어 처리되던 리그닌으로부터 고부가가치의 폴리카르복실레이트를 생성할 수 있다는 장점이 있다. The method for producing polycarboxylate according to an embodiment of the present invention has an advantage in that it can produce high value-added polycarboxylate from lignin that has been treated and treated as a conventional waste.

특히, 본 발명의 일 예에 따른 폴리카르복실레이트의 제조방법으로 제조된 폴리카르복실레이트는 전하밀도가 -1.9 meq/g 이하이며, 이 폴리카르복실레이트를 콘크리트 혼화제로 이용할 경우 종래에 비해 몰탈의 유동성이 현저히 향상되는 장점이 있다. In particular, the polycarboxylate prepared by the method for producing a polycarboxylate according to an embodiment of the present invention has a charge density of -1.9 meq/g or less, and when this polycarboxylate is used as a concrete admixture, mortar compared to the prior art It has the advantage of significantly improving the liquidity of

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if it is an effect not explicitly mentioned herein, it is added that the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 폴리카르복실레이트의 제조방법의 개략적 플로우 차트이다.
도 2는 리그닌에 과산화수소와 아세트산을 함께 첨가하여 수행한 반응의 반응시간 및 반응온도에 따른 불용부의 폴리카르복실레이트의 수산기의 종류별 함량을 측정한 그래프이다.
도 3은 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 FT-IR 스펙트럼을 비교한 그래프이다.
도 4는 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 13C-NMR의 스펙트럼이다.
도 5는 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 각 원소 분석 함량을 나태는 그래프이다.
도 6은 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 전하 밀도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
1 is a schematic flowchart of a method for producing polycarboxylate according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph measuring the content of hydroxyl groups of each type of polycarboxylate in the insoluble portion according to the reaction time and reaction temperature of a reaction performed by adding hydrogen peroxide and acetic acid to lignin.
3 is a graph comparing FT-IR spectra of kraft lignin and polycarboxylate of the receptor.
4 is a 13 C-NMR spectrum of kraft lignin and polycarboxylate of the receptor.
5 is a graph showing the analysis content of each element of kraft lignin and polycarboxylate of the accommodation part.
6 is a graph showing the result of measuring the charge density of kraft lignin and polycarboxylate of the accommodation part.
It is revealed that the accompanying drawings are exemplified as a reference for understanding the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, the configuration of the present invention guided by various embodiments of the present invention and effects resulting from the configuration will be described with reference to the drawings. In the description of the present invention, if it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured as it is obvious to those skilled in the art with respect to related known functions, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 폴리카르복실레이트의 제조방법의 개략적 플로우 차트이다. 1 is a schematic flowchart of a method for producing polycarboxylate according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 예에 따른 폴리카르복실레이트의 제조방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method for producing a polycarboxylate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .

먼저, 리그닌을 마련하는 단계가 수행된다. First, the step of preparing lignin is performed.

리그닌을 마련하는 방법으로는 크게 두 가지가 알려져 있다. 첫 번째 방법은 펄프제조공정 중의 부산물을 이용하는 것이며, 두 번째는 다당류를 선택적으로 가수 분해하고 리그닌을 일부 응축된 상태로 남기는 공정의 고체 잔류물로서 생산하는 방법이다. 이러한 리그닌은 여러가지 전처리 과정을 통해 크라프트 리그닌 (kraft lignin), 설파이트 리그닌 (sulfite lignin), 유기용매 리그닌 (organosolv lignin), 증기폭쇄 리그닌 (steam explosion lignin) 등으로 제조된다. There are two main methods for preparing lignin. The first method utilizes by-products from the pulping process, and the second method selectively hydrolyzes polysaccharides and produces lignin as a solid residue of the process leaving some condensed state. Such lignin is prepared from kraft lignin, sulfite lignin, organic solvent lignin, steam explosion lignin, and the like through various pretreatment processes.

본 발명에서는 크라프트 리그닌을 이용하여 실험을 진행하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 다른 종류의 리그닌을 이용하는 것도 가능하다.In the present invention, the experiment was conducted using kraft lignin, but the present invention is not limited thereto, and other types of lignin may be used.

크라프트 공정은 펄프 생산 공정에서 약 90% 정도 차지하는 공정이며, 수산화나트륨과 황화나트륨 수용액에서 목재를 150-180 ℃ 정도로 증해 처리하는 공정에서 발생하는 흑액에 다량의 리그닌이 함유되어 있다. 흑액에서 사용된 약품을 회수하고 수분을 제거하면 크라프트 리그닌을 얻을 수 있다. The kraft process is a process that occupies about 90% of the pulp production process, and a large amount of lignin is contained in the black liquor generated in the process of cooking wood at about 150-180 ° C in sodium hydroxide and sodium sulfide aqueous solution. Kraft lignin can be obtained by recovering the used chemicals from the black liquor and removing the moisture.

리그닌을 마련하는 단계에서는 준비된 리그닌의 반응성을 높이기 위해 프리즈 밀링(freeze milling)을 통해 고운분말화 과정을 수행한다. In the step of preparing the lignin, a fine powdering process is performed through freeze milling in order to increase the reactivity of the prepared lignin.

리그닌을 마련하는 단계를 수행한 후에는 준비된 리그닌에 과산화수소 및 아세트산을 함께 첨가하여 반응시켜 폴리카르복실레이트를 포함하는 반응물을 생성하는 단계가 수행된다. After performing the step of preparing the lignin, the step of adding hydrogen peroxide and acetic acid together to the prepared lignin and reacting it to produce a reactant including polycarboxylate is performed.

이때, 리그닌, 과산화수소, 아세트산의 비는 반응효율을 향상시키기 위해 1 g : 5 ~ 7 ml : 1.25 ~ 1.75 ml를 만족하도록 하는 것이 바람직하다. At this time, the ratio of lignin, hydrogen peroxide, and acetic acid is preferably 1 g: 5 to 7 ml: 1.25 to 1.75 ml in order to improve the reaction efficiency.

리그닌은 방향족 골격을 가지는데, 폴리카르복실레이트를 생성하기 위한 방법 중 하나는 방향족 골격의 링 구조 중 일부가 개환되고 카르복실기가 도입하는 것이다. 이러한 리그닌의 방향족의 링 구조의 개환과 카르복실기의 도입은 과초산을 이용하여 진행될 수 있으나, 과초산을 별도로 마련하여 리그닌에 반응시킬 경우 반응이 과해 충분한 양의 폴리카르복실레이트가 생성되지 않는다. Lignin has an aromatic skeleton, and one of the methods for producing polycarboxylate is that a part of the ring structure of the aromatic skeleton is ring-opened and a carboxyl group is introduced. The ring opening of the aromatic ring structure of lignin and the introduction of a carboxyl group can be performed using peracetic acid, but when peracetic acid is separately prepared and reacted with lignin, the reaction is excessive and a sufficient amount of polycarboxylate is not produced.

이에 본 발명에서는 리그닌에 과산화수소와 아세트산을 함께 첨가하여 과초산을 별도로 마련하여 첨가하는 경우에 비해 느린 반응을 유도함으로써 폴리카르복실레이트의 충분한 생성을 유도하였다. 또한, 반응물을 생성하는 단계는 30 내지 70 ℃의 온도에서 40분 내지 80분 동안 반응을 수행함으로써 리그닌의 방향족 골격이 개환되면서 도입되는 카르복실기의 양을 증가시킬 수 있다. Accordingly, in the present invention, sufficient production of polycarboxylate was induced by adding hydrogen peroxide and acetic acid together to lignin to induce a slower reaction compared to the case where peracetic acid was separately prepared and added. In addition, in the step of generating the reactant, the amount of carboxyl groups introduced while the aromatic skeleton of lignin is ring-opened may be increased by performing the reaction at a temperature of 30 to 70° C. for 40 to 80 minutes.

반응물을 생성하는 단계가 완료되면 반응물에 과량의 물을 첨가하는 단계가 수행된다. 반응물에 과량의 물을 첨가하면 급격한 pH 변화가 발생한다. pH 변화에 따라 불용부의 폴리카르복실레이트와 수용부의 폴리카르복실레이트로 분리된다. 즉, 불용부의 폴리카르복실레이트가 석출되는 것이다. When the step of generating the reactant is completed, a step of adding an excess of water to the reactant is performed. Addition of excess water to the reaction results in a sharp change in pH. Depending on the pH change, the polycarboxylate of the insoluble part and the polycarboxylate of the water soluble part are separated. That is, the polycarboxylate of the insoluble part is precipitated.

다음으로 원심분리를 통해 불용부의 폴리카르복실레이트와 수용부의 폴리카르복실레이트를 분리하는 단계가 수행된다. 불용부는 물에 용해되지 않고 석출된 것을, 수용부는 물에 용해된 것을 의미한다. Next, a step of separating the polycarboxylate in the insoluble portion and the polycarboxylate in the accommodation portion through centrifugation is performed. The insoluble part means precipitated without being dissolved in water, and the accommodating part means dissolved in water.

불용부의 폴리카르복실레이트는 동결 건조 과정을 통하여 고상으로 획득이 가능하며, 수용부의 폴리카르복실레이트는 투석과정을 통해 반응하지 않은 시약과 저분자량의 반응 산물 및 폴리카르복실레이트를 제거한다. The polycarboxylate of the insoluble part can be obtained in a solid phase through a freeze-drying process, and the polycarboxylate of the aqueous part removes unreacted reagents, low molecular weight reaction products, and polycarboxylate through dialysis.

불용부의 폴리카르복실레이트는 양전하를 띠는 물질의 흡착을 위한 흡착제로 사용이 가능하며, 수용부의 폴리카르복실레아트는 콘크리트의 유동성을 향상시키기 위한 콘크리트 혼화제로 사용이 가능하다.The polycarboxylate in the insoluble part can be used as an adsorbent for adsorption of positively charged substances, and the polycarboxylate in the receiving part can be used as a concrete admixture to improve the fluidity of concrete.

상술한 본 발명의 일 예의 폴리카르복실레이트의 제조방법에 의해 제조된 폴리카르복실레이트는 리그린의 방향족 골격이 개환되면서 도입되는 카르복실기의 양이 많기 때문에, 제조된 불용부의 폴리카르복실레이트를 흡착제로 사용할 경우 흡착 성능이 향상되며, 제조된 수용부의 폴리카르복실레이트를 콘크리트 혼화제로 사용할 경우 콘크리트의 유동성이 종래의 시판 중인 콘크리트 혼화제들보다 높다는 장점이 있다. Since the polycarboxylate prepared by the method for preparing a polycarboxylate of an example of the present invention described above has a large amount of carboxyl groups introduced while the aromatic skeleton of ligrin is ring-opened, the prepared polycarboxylate of the insoluble portion is used as an adsorbent. Adsorption performance is improved when used as a concrete admixture, and when the prepared polycarboxylate of the receiving part is used as a concrete admixture, the fluidity of concrete is higher than that of conventional commercially available concrete admixtures.

아래의 실시예를 통해 본 발명의 일 예의 폴리카르복실레이트의 제조방법과 제조된 폴리카르복실레이트의 특성에 대해 살펴보도록 한다. Let's look at the method for producing a polycarboxylate of an example of the present invention and the characteristics of the prepared polycarboxylate through the examples below.

실시예 1 Example 1

본 발명에서 이용된 크라프트 리그닌은 무림 P&P 사로부터 제공받은 크라프트 리그닌을 이용하였다. 크라프트 리그닌은 프리즈 밀링을 통해 고운 분말화 과정을 수행하였다. 또한, 본 발명에서는 과산화수소와 아세트산이 반응하여 가장 많은 과초산이 생성되는 혼합비인 과산화수소:아세트산 1:4를 만족하도록 리그닌, 과산화수소, 아세트산의 비를 2g : 12 ml : 3ml로 하여 반응시켰다.As the kraft lignin used in the present invention, kraft lignin provided by Moorim P&P was used. Kraft lignin was finely powdered through freeze milling. In addition, in the present invention, the ratio of lignin, hydrogen peroxide, and acetic acid was 2 g: 12 ml: 3 ml so as to satisfy the mixing ratio of hydrogen peroxide:acetic acid 1:4 in which hydrogen peroxide and acetic acid react to produce the most peracetic acid.

한편, 반응시간 및 반응온도에 따른 영향을 살펴보기 위하여, 리그닌, 과산화수소, 아세트산의 비를 2g : 12 ml : 3ml로 하여 반응시키되, 반응온도를 20 ℃, 40 ℃, 60 ℃로 하고, 반응시간을 20분, 40분, 60분, 80분, 100분, 120분으로 하여 반응시킨 뒤에 과량의 물을 부어 불용부를 획득한 후 불용부의 수산기 종류별 함량을 비교하였다. On the other hand, in order to examine the effect of reaction time and reaction temperature, the ratio of lignin, hydrogen peroxide, and acetic acid was 2 g: 12 ml: 3 ml, and the reaction temperature was 20 ° C., 40 ° C., 60 ° C., and the reaction time After reacting for 20 minutes, 40 minutes, 60 minutes, 80 minutes, 100 minutes, and 120 minutes, excess water was poured to obtain an insoluble portion, and the content of hydroxyl groups in the insoluble portion was compared by type.

아래의 표 1은 크라프트 리그닌의 수산기 종류별 함량을 측정한 것이며, 도 2는 리그닌에 과산화수소와 아세트산을 함께 첨가하여 수행한 반응의 반응시간 및 반응온도에 따른 수산기의 종류별 함량을 측정한 결과이다. Table 1 below shows the content of each type of hydroxyl group in kraft lignin, and FIG. 2 shows the result of measuring the content of each type of hydroxyl group according to the reaction time and reaction temperature of the reaction performed by adding hydrogen peroxide and acetic acid to lignin.

Aliphatic OH
(mmol/g)
Aliphatic OH
(mmol/g)
Syringyl OH
(mmol/g)
Syringyl OH
(mmol/g)
Guaiacyl OH
(mmol/g)
Guaiacyl OH
(mmol/g)
COOH
(mmol/g)
COOH
(mmol/g)
크라프트 리그닌kraft lignin 0.640.64 2.592.59 1.251.25 0.250.25

크라프트 리그닌과 비교하였을 때, 반응 후 모든 조건에서 카르복실기 함량이 증가하였다. 이는 과초산을 별도로 마련하지 않고 리그닌에 과산화수소 및 아세트산을 함께 첨가하는 경우에도 리그닌의 방향족 고리 구조가 개열되고 카르복실기가 도입되었음을 보여주는 결과이다. Compared with kraft lignin, the carboxyl group content increased in all conditions after the reaction. This is a result showing that even when hydrogen peroxide and acetic acid are added to lignin without separately preparing peracetic acid, the aromatic ring structure of lignin is cleaved and a carboxyl group is introduced.

다만, 반응온도가 20 ℃인 경우에는 반응시간이 증가하여도 도입되는 카르복실기의 함량이 낮으며, 180 분을 반응시켰을 때 약 0.5 mmol/g 정도의 카르복실기가 도입되어 제조시간이 매우 길어지는 문제가 있다. However, when the reaction temperature is 20 ° C, the content of carboxyl groups introduced is low even when the reaction time is increased, and when the reaction time is 180 minutes, about 0.5 mmol/g of carboxyl groups are introduced, resulting in a very long production time. have.

한편, 반응온도가 40 ℃인 경우에는 반응시간이 40분 이상인 경우부터 0.5 mmol/g 이상의 카르복실기가 도입되며, 반응시간이 80분을 초과하더라도 도입되는 카르복실기의 양이 크게 증가하지 않거나 오히려 일부 감소하는 것을 알 수 있다.On the other hand, when the reaction temperature is 40 ℃, 0.5 mmol/g or more of carboxyl groups are introduced when the reaction time is 40 minutes or more, and even if the reaction time exceeds 80 minutes, the amount of carboxyl groups introduced does not increase significantly or rather decreases. it can be seen that

이러한 경향은 반응온도가 60 ℃인 경우에도 마찬가지이다. 즉, 반응시간이 80분인 경우 까지는 카르복실기의 함량이 증가하다가 이후로는 감소하는 경향을 보인다. 이러한 카르복실기의 함량의 감소는 가혹한 반응조건에 의한 것으로서, 카르복실기 작용기에서 추가적인 반응이 일어났기 때문에 카르복실기 함량이 줄어드는 경향을 보인 것이다. 상술한 바와 같이 과초산을 별도로 마련하여 리그닌에 반응시킨 경우도 마찬가지의 이유로 폴리카르복실레이트의 생성량이 감소하는 것으로 보여진다. This tendency is the same even when the reaction temperature is 60°C. That is, until the reaction time is 80 minutes, the content of carboxyl groups increases, and thereafter, it tends to decrease. The decrease in the carboxyl group content is due to the severe reaction conditions, and since an additional reaction occurred in the carboxyl functional group, the carboxyl group content tends to decrease. As described above, when peracetic acid is separately prepared and reacted with lignin, it is seen that the amount of polycarboxylate produced is reduced for the same reason.

표 1 및 도 2의 결과를 고려해보면, 반응물을 생성하는 단계는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도에서 40분 내지 80분 동안 반응을 수행하는 것이 바람직하다. 보다 더 바람직하게는 반응온도 60 ℃, 반응시간 80 분의 조건 하에 반응을 진행할 경우 불용부에 카르복실기를 최대로 도입할 수 있다. 이러한 결과로 보아, 같은 크라프트 리그닌 내에서 반응이 일어나는 것이기 때문에 불용부와 함께 생성된 수용부도 반응온도 60 ℃, 반응시간 80 분의 조건 하에 반응을 진행하면 카르복실기가 최대로 도입될 것이 자명하다.Considering the results of Table 1 and FIG. 2, in the step of generating a reactant, the reaction is preferably performed at a temperature of 30°C to 70°C for 40 minutes to 80 minutes. More preferably, when the reaction is carried out under the conditions of a reaction temperature of 60° C. and a reaction time of 80 minutes, a maximum of carboxyl groups can be introduced into the insoluble portion. From these results, since the reaction takes place in the same kraft lignin, it is obvious that the carboxyl group will be introduced to the maximum if the reaction is carried out under the conditions of a reaction temperature of 60 ° C. and a reaction time of 80 minutes in the aqueous portion produced together with the insoluble portion.

아래의 표 2는 반응온도 및 반응조건에 따른 불용부의 수율을 측정한 결과이다. Table 2 below is the result of measuring the yield of the insoluble portion according to the reaction temperature and reaction conditions.

20℃20 40℃40 60℃60 80℃80 100℃100 120℃120 180℃180 20분20 minutes 72.41%72.41% 71.83%71.83% 70.95%70.95% 69.67%69.67% 68.67%68.67% 66.61%66.61% 64.85%64.85% 40분40 minutes 74.9%74.9% 70.57%70.57% 66.91%66.91% 64.63%64.63% 61.7%61.7% 57.22%57.22% 51.3%51.3% 60분60 minutes 65.97%65.97% 52.16%52.16% 38.1%38.1% 29.07%29.07% 21.83%21.83% 15.62%15.62% 10.05%10.05%

표 2를 참조하면, 반응온도와 반응시간을 조절하여 불용부의 수율 또는 수용부의 수율을 조절할 수 있다. 즉, 리그닌을 반응시키면서 필요에 따라 생산되는 불용부 및 수용부의 획득량을 선택할 수 있다는 것이다. Referring to Table 2, by adjusting the reaction temperature and reaction time, the yield of the insoluble portion or the yield of the receiving portion can be adjusted. That is, while reacting the lignin, the amount of the insoluble part and the accommodating part to be produced can be selected as needed.

실시예 2Example 2

실시예 1과 동일한 조성과 반응시간, 반응온도로 폴리카르복실레이트를 제조하기 위한 반응을 수행하여 불용부의 분자량 변화를 GPC(Gel Permeation Chromatograph) 분석을 통해 확인하였다. A reaction for preparing polycarboxylate was performed with the same composition, reaction time, and reaction temperature as in Example 1, and the change in molecular weight of the insoluble part was confirmed through Gel Permeation Chromatograph (GPC) analysis.

크라프트 리그닌의 수평균분자량(Mn)과 다분산성(PDI) 분석 결과는 표 3에 나타내었으며, 물에 대한 불용부의 과초산 산화 반응 반응시간, 반응온도에 따른 Mn과 PDI 분석 결과는 표 4에 나타내었다.The number average molecular weight (Mn) and polydispersity (PDI) analysis results of kraft lignin are shown in Table 3. It was.

Mn M n PDIPDI 크라프트 리그닌kraft lignin 12421242 3.103.10

20분20 minutes 40분40 minutes 60분60 minutes 80분80 minutes 100분100 minutes 120분120 minutes 180분180 minutes 20 ℃20 ℃ Mn M n 11681168 11751175 12061206 11961196 12471247 12841284 13701370 PDIPDI 3.313.31 3.403.40 3.463.46 3.473.47 3.633.63 5.135.13 6.006.00 40 ℃40 ℃ Mn M n 12181218 12801280 12971297 14171417 15901590 14801480 16071607 PDIPDI 3.453.45 3.573.57 3.893.89 4.554.55 5.495.49 4.904.90 7.157.15 60 ℃60 ℃ Mn M n 15171517 17801780 PDIPDI 4.974.97 32.4932.49

표 3 및 표 4를 참조하면, 반응시간과 반응온도가 증가할수록 불용부의 분자량은 증가하는 경향을 보였다. 크라프트 리그닌 내에는 다양한 금속 이온들이 존재하며, 이들 중에는 철 이온과 같이 과산화수소를 라디칼화 할 수 있는 이온들도 존재한다. 특정 금속 이온 존재 하에 과산화수소로부터 생성된 수산기 라디칼은 리그닌을 라디칼화하면서 분해반응과 축합반응을 동시에 일으킬 수 있으며, 반응조건이 가혹해질수록 축합반응을 통해 분자량이 증가하게 된다. Referring to Tables 3 and 4, as the reaction time and reaction temperature increased, the molecular weight of the insoluble portion showed a tendency to increase. Various metal ions exist in kraft lignin, and some ions capable of radicalizing hydrogen peroxide, such as iron ions, exist. The hydroxyl radical generated from hydrogen peroxide in the presence of a specific metal ion radicalizes lignin and can cause both a decomposition reaction and a condensation reaction at the same time. As the reaction conditions become more severe, the molecular weight increases through the condensation reaction.

또한, 반응시간, 반응온도가 증가할수록 PDI가 증가하는 경향을 보이는 것을 알 수 있다. PDI가 증가한다는 것은 다양한 분자량의 물질이 존재한다는 것을 의미한다. 이는 과산화수소로부터 생성된 수산기 라디칼에 의해 크라프트 리그닌의 축합반응이 격렬하게 일어났기 때문에 축합 정도가 더 높은 산물이 존재하는 것을 반증하는 것이다. In addition, it can be seen that the PDI tends to increase as the reaction time and reaction temperature increase. An increase in PDI means that substances of various molecular weights exist. This is to disprove the existence of a product with a higher degree of condensation because the condensation reaction of kraft lignin was violently caused by the hydroxyl radical generated from hydrogen peroxide.

반응온도가 60 ℃일 때, 반응시간 40분에서 PDI가 급격하게 증가하는 경향을 보였다. 또한 반응시간이 60 분보다 긴 조건에서는 시료가 분자량 분석에 사용되는 용매에 용해되지 않았기 때문에 측정이 불가능하였다. 이는 다수의 카르복실기가 도입되면서 유기 용매에 녹지 않게 변하였고, 수산기 라디칼에 의한 축합반응으로 인해 분자량이 급격하게 증가한 리그닌이 다수 존재하기 때문이다. When the reaction temperature was 60 °C, the PDI showed a tendency to rapidly increase at the reaction time of 40 minutes. Also, under the condition that the reaction time was longer than 60 minutes, measurement was impossible because the sample was not dissolved in the solvent used for molecular weight analysis. This is because a large number of lignins, which were changed insoluble in organic solvents as a number of carboxyl groups were introduced, and whose molecular weight increased rapidly due to a condensation reaction by hydroxyl radicals, were present.

실시예 3Example 3

수용부에 대한 분석을 수행하기 위하여 실시예 1에서 카르복실기를 최대로 도입할 수 있는 반응조건인 반응온도 70℃, 반응시간 80분으로 리그닌 : 과산화수소 : 아세트산을 2 g : 12 ml : 3 ml 비율로 고정하여 반응을 수행하였다. 반응 후 수용부를 획득하기 위해 과량의 물을 첨가하였고, 원심분리를 통해 물에 대한 불용부와 수용부를 분리하였다. 수용부 내 반응하지 않은 시약과 저분자량의 반응 산물들의 제거를 위해 24 시간동안 투석(dialysis) 과정을 수행하였다. In order to perform the analysis on the receptor, in Example 1, a reaction temperature of 70° C. and a reaction time of 80 minutes, which are the reaction conditions for maximally introducing a carboxyl group, lignin: hydrogen peroxide: acetic acid in a ratio of 2 g: 12 ml: 3 ml. The reaction was carried out by fixing. After the reaction, an excess of water was added to obtain an aqueous part, and the water-insoluble part and the aqueous part were separated by centrifugation. A dialysis process was performed for 24 hours to remove unreacted reagents and low molecular weight reaction products in the receiver.

먼저, 크라프트 리그닌과 수용부의 분자량을 측정하기 위하여 각각 유기용매 GPC와 수용성 GPC를 사용하였다. 크라프트 리그닌의 경우에는 분자량을 측정하기 위하여 아세틸화 반응을 수행 후 유기용매 GPC 분석을 수행하였고, 수용부의 분석을 위해 수용성 GPC 분석을 수행하였다. First, organic solvent GPC and water-soluble GPC were used to measure the molecular weight of the kraft lignin and the water-soluble portion, respectively. In the case of kraft lignin, an organic solvent GPC analysis was performed after performing an acetylation reaction to measure the molecular weight, and a water-soluble GPC analysis was performed for the analysis of the receptor part.

표 5는 크라프트 리그닌과 과초산 반응 후 수용부(투석 전, 후)의 Mn 및 PDI 결과를 나타낸 표이다. Table 5 is a table showing the Mn and PDI results of the receptors (before and after dialysis) after the reaction with kraft lignin and peracetic acid.

Mn M n PDIPDI 크라프트 리그닌kraft lignin 12421242 3.103.10 수용부(투석 전)Receptor (before dialysis) 16341634 1.411.41 수용부(투석 후)Receptor (after dialysis) 28982898 1.661.66

크라프트 리그닌의 Mn과 PDI를 비교하였을 때, 과초산 반응 후 투석 과정을 거치면 Mn은 증가하고, PDI는 작아지는 경향을 보였다. 이는 투석 과정에서 저분자량 반응 산물이 제거되었기 때문에 Mn이 증가하고 PDI가 감소하는 것이다. When M n and PDI of kraft lignin were compared, M n increased and PDI decreased after peracetic acid reaction followed by dialysis. This is because M n increases and PDI decreases because low molecular weight reaction products are removed during dialysis.

다음으로 크라프트 리그닌과 수용부의 작용기를 비교하기 위해 FT-IR 분광분석을 수행하였다. Next, FT-IR spectroscopy was performed to compare the functional groups of the kraft lignin and the receptor.

도 3은 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 FT-IR 스펙트럼을 비교한 그래프이다. 3 is a graph comparing FT-IR spectra of kraft lignin and polycarboxylate of the receptor.

FT-IR 스펙트럼에서 1715와 1172 cm-1의 peak는 각각 카르복실기의 C=O 스트레칭, C-O 스트레칭에 의해 나타난 peak이며, 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 peak를 비교해봤을 때 수용부의 폴리카르복실레이트의 스펙트럼에서 이 두가지 peak가 나타남을 확인하였다. In the FT-IR spectrum, the peaks of 1715 and 1172 cm -1 are peaks shown by C = O stretching and CO stretching of the carboxyl group, respectively. It was confirmed that these two peaks appeared in the rate spectrum.

특히 1715 cm-1에서 뚜렷한 peak 세기 증가를 보였는데, 이는 카르복실기의 특징적인 peak로 보고된 바 있으며, 과초산 반응 후 카르복실기가 도입되었다는 결과이다. 또한 1400-1600 cm-1 영역대에서 크라프트 리그닌 대비 수용부의 폴리카르복실레이트의 스펙트럼에서 peak 세기가 감소하였다. 이 영역대의 peak들은 방향족 고리 구조에 의해 생성되는 peak들로 보고되었으며, 과초산 반응을 통해 방향족 고리 구조의 개열 반응을 통해 카르복실기가 도입되기 때문에 수용부의 폴리카르복실레이트 스펙트럼에서는 peak가 사라진 것으로 판단할 수 있다. In particular, a distinct peak intensity increased at 1715 cm -1 , which has been reported as a characteristic peak of a carboxyl group, and is a result of the introduction of a carboxyl group after the peracetic acid reaction. In addition, peak intensity was decreased in the spectrum of polycarboxylate of the receptor compared to kraft lignin in the 1400-1600 cm -1 region. The peaks in this region are reported as peaks generated by the aromatic ring structure, and since the carboxyl group is introduced through the cleavage reaction of the aromatic ring structure through the peracetic acid reaction, it can be judged that the peak disappears from the polycarboxylate spectrum of the receptor. can

다음으로 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 작용기 및 탄소원자의 결합 양상을 분석하기 위해 13C NMR 분석을 수행하였다. 도 4는 크라프트 리그닌과 수용부의 13C NMR의 스펙트럼이다. Next, 13 C NMR analysis was performed to analyze the binding pattern between the functional groups and carbon atoms of the polycarboxylate of the kraft lignin and the acceptor part. 4 is a 13 C NMR spectrum of kraft lignin and receptors.

크라프트 리그닌 및 수용부의 폴리카르복실레이트 두 시료 모두 180 ppm 피크 부근에서 피크를 나타냈으며, 이는 크라프트 리그닌 및 수용부의 폴리카르복실레이트 구조 내 카르복실기가 존재한다는 것을 의미한다. 수용부의 폴리카르복실레이트의 경우, 크라프트 리그닌과는 다른 화학적 이동(chemical shift)에서 추가적인 피크가 나타났다. 이는 카르복실기가 도입이 되었지만 주변의 작용기나 원소 배열 구조와 같은 화학적 환경이 크라프트 리그닌에 존재하는 카르복실기와 다르기 때문에 크라프트 리그닌과 같은 화학적 이동에서의 피크 세기 증가가 아닌, 다른 화학적 이동에서의 피크 세기 증가를 보였다고 판단된다. Both samples of kraft lignin and polycarboxylate of the receptor part showed peaks near the 180 ppm peak, which means that a carboxyl group exists in the polycarboxylate structure of the kraft lignin and the receptor part. In the case of polycarboxylate of the receptor, an additional peak appeared in a chemical shift different from that of kraft lignin. This is because the carboxyl group was introduced, but the chemical environment such as the surrounding functional groups or element arrangement structure is different from the carboxyl group present in the kraft lignin. It is considered to have been seen

또한 크라프트 리그닌과 비교했을 때, 수용부의 폴리카르복실레이트의 148 ppm 부근에서 피크 세기 감소를 보였다. 13C NMR에서 148 ppm 부근의 피크는 방향족 고리 구조 내 탄소 원자 피크이며, 이는 과초산 반응 시 벤젠링 부분의 개열 반응으로 인한 작용기 감소 때문에 148 ppm 부근의 피크의 세기가 감소된 것으로 보여진다. 추가적으로 126 ppm 부근의 피크가 과초산 반응 후 수용부의 폴리카르복실레이트의 13C NMR 스펙트럼에서 생성된다. 이 피크는 탄소-탄소 이중결합에 의해 생성된 피크라고 보고되었으며, 과초산 반응 메커니즘에 의하면 벤젠링이 깨지면서 탄소-탄소 이중결합과 카르복실기가 같이 생성되기 때문에 나타난 피크이다. In addition, when compared with kraft lignin, the peak intensity was decreased around 148 ppm of polycarboxylate in the receptor. In 13 C NMR, the peak around 148 ppm is a carbon atom peak in the aromatic ring structure, and it is seen that the intensity of the peak around 148 ppm is reduced due to the reduction of functional groups due to the cleavage reaction of the benzene ring during the peracetic acid reaction. Additionally, a peak around 126 ppm is generated in the 13 C NMR spectrum of the polycarboxylate of the acceptor after the peracetic acid reaction. This peak has been reported to be a peak generated by a carbon-carbon double bond, and according to the peracetic acid reaction mechanism, the benzene ring is broken and a carbon-carbon double bond and a carboxyl group are generated together.

또한 반응 후 55-57.5 ppm에서의 피크의 세기가 감소하였다. 이는 메톡실기의 탄소 원자에 해당하는 피크 세기이며, 과초산에 의한 카르복실화 반응은 메톡실기에서 산화반응이 시작되어 카르복실산이 도입되기 때문에 이 화학적 이동에서의 피크 세기가 감소한 것이다. Also, the intensity of the peak at 55-57.5 ppm decreased after the reaction. This is the peak intensity corresponding to the carbon atom of the methoxyl group, and in the carboxylation reaction by peracetic acid, the peak intensity in this chemical shift is decreased because oxidation reaction starts at the methoxyl group and carboxylic acid is introduced.

다음으로 과초산 반응 후 구성 원소 비율의 변화를 분석하기 위해 원소 분석을 수행하였다. 도 5는 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 각 원소 분석 함량을 나태는 그래프이다. Next, elemental analysis was performed to analyze the change in the proportion of constituent elements after the peracetic acid reaction. 5 is a graph showing the analysis content of each element of kraft lignin and polycarboxylate of the accommodation part.

크라프트 리그닌의 경우, C, O, H, N, S의 함량은 각각 59.51, 31.70, 5.87, 0.01, 2.91%이고, 수용부의 폴리카르복실레이트의 경우, 각 원소의 함량은 49.78, 45.26, 4.19, 0.13, 1.25%이었다. 과초산 반응 후 수용부 구조 내 산소 원소 비율이 크라프트 리그닌 대비 13.56% 증가하였는데, 이는 크라프트 리그닌 내 syringyl 단위체와 guaiacyl 단위체의 카르복실화 반응 때문에 상대적으로 산소 원자의 비율이 높아진 것이다. 또한 수용부의 폴리카르복실레이트 구조 내 황 함량이 크라프트 리그닌 대비 1.66% 감소하는 것으로 보아 과초산 반응 중 탈황 반응도 같이 일어난다. In the case of kraft lignin, the contents of C, O, H, N, and S are 59.51, 31.70, 5.87, 0.01, and 2.91%, respectively, and in the case of polycarboxylate in the water receiving part, the content of each element is 49.78, 45.26, 4.19, 0.13 and 1.25%. After the peracetic acid reaction, the oxygen element ratio in the receptor structure was increased by 13.56% compared to the kraft lignin, which is due to the carboxylation reaction of the syringyl unit and the guaiacyl unit in the kraft lignin. In addition, since the sulfur content in the polycarboxylate structure of the receiving part is reduced by 1.66% compared to kraft lignin, the desulfurization reaction also occurs during the peracetic acid reaction.

마지막으로 크라프트 리그닌의 과초산 반응 후 전하 밀도를 입자전하분석기(particle charge detector, PCD)를 사용하여 측정하였다. 도 6은 크라프트 리그닌과 수용부의 폴리카르복실레이트의 전하 밀도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 크라프트 리그닌의 전하 밀도는 0.00 meq/g, 수용부의 폴리카르복실레이트의 전하 밀도는 -1.94 meq/g으로 나타났다. 과초산 산화 반응을 통하여 도입된 카르복실기에 의해 전하 밀도가 음의 방향으로 증가했다. 즉, 전하밀도는 도입된 카르복실기의 양과 밀접한 관계가 있다. Finally, the charge density after the peracetic acid reaction of kraft lignin was measured using a particle charge detector (PCD). 6 is a graph showing the result of measuring the charge density of kraft lignin and polycarboxylate of the accommodation part. The charge density of kraft lignin was 0.00 meq/g, and the charge density of polycarboxylate in the receptor was -1.94 meq/g. The charge density was increased in the negative direction by the carboxyl group introduced through the peracetic acid oxidation reaction. That is, the charge density is closely related to the amount of introduced carboxyl groups.

아래의 표 6은 산업에서 콘크리트 혼화제로 판매되고 있는 제품인 LS(Lignosulfonate)와 PCE(Polycarboxylate ether)의 전하밀도를 측정한 결과이다. Table 6 below is the result of measuring the charge density of LS (Lignosulfonate) and PCE (Polycarboxylate ether), which are products sold as concrete admixtures in the industry.

크라프트 리그닌kraft lignin LSLS PCEPCE 실시예 3Example 3 전하밀도(meq/g)Charge density (meq/g) 00 -0.08-0.08 -1.19-1.19 -1.94-1.94

표 6를 참조하면, 본 발명의 제조방법으로 제조된 실시예 3의 경우 상용제품인 LS나 PCE에 비해 매우 낮은 전하밀도를 가지는 거을 알 수 있다. 콘크리트 혼화제의 전하밀도가 음의 방향으로 높을수록 시멘트의 유동성을 증가시킬 수 있다는 선행연구에 비춰볼 때 본 발명의 제조방법으로 제조된 폴리카르복실레이트, 특히 물에 용해된 폴리카르복실레이트는 유동성을 향상시키기 위한 콘크리트 혼화제로써 의미가 클 것으로 예상된다. 특히, PCE와 실시예 3의 전하밀도의 차이는 도입된 카르복실 기의 양의 차이에 기인한다. PCE는 분자구조 말단 부분에만 카르복실기가 달려있으나, 본 발명의 실시예 3의 경우 더 많은 양의 카르복실기가 도입되어 전하밀도에 차이가 발생한 것이다. Referring to Table 6, it can be seen that Example 3 prepared by the manufacturing method of the present invention has a very low charge density compared to commercial products such as LS or PCE. In light of previous studies that the higher the charge density of the concrete admixture in the negative direction, the greater the fluidity of the cement, the polycarboxylate prepared by the manufacturing method of the present invention, especially the polycarboxylate dissolved in water, has improved fluidity. It is expected to have great significance as a concrete admixture for improvement. In particular, the difference in charge density between PCE and Example 3 is due to the difference in the amount of carboxyl groups introduced. In PCE, a carboxyl group is attached only to the terminal portion of the molecular structure, but in Example 3 of the present invention, a larger amount of carboxyl group was introduced, resulting in a difference in charge density.

실시예 4Example 4

콘크리트 혼화제로서 본 발명의 제조방법으로 제조된 폴리카보네이트의 성능을 평가하기 위해 시멘트 유동성 측정 시험을 하였다. 시멘트 유동성 측정시험은 KS L 5111에 따른 몰탈 테이블 테스트로 진행하였다.In order to evaluate the performance of the polycarbonate prepared by the method of the present invention as a concrete admixture, a cement fluidity measurement test was performed. The cement fluidity measurement test was conducted with a mortar table test according to KS L 5111.

콘크리트 조성물은 시멘트 600 g, 물 159.7 g, 콘크리트 혼화제 0.3 g을 느리게 1분, 빠르게 3분동안 혼합하였다. 콘크리트 혼화제로는 각각 크라프트 리그닌, LS, PCE, 실시예 3의 수용부의 폴리카르복실레이트를 이용하였다. For the concrete composition, 600 g of cement, 159.7 g of water, and 0.3 g of a concrete admixture were mixed slowly for 1 minute and rapidly for 3 minutes. As concrete admixtures, kraft lignin, LS, PCE, and polycarboxylate of the receiving part of Example 3 were used, respectively.

아래의 표 7은 몰탈 테이블 테스트 결과에 따른 시멘트 반죽 직경 측정 결과이다. Table 7 below is the measurement result of the cement dough diameter according to the mortar table test results.

크라프트 리그닌kraft lignin LSLS PCEPCE 실시예 3Example 3 시멘트 반죽 직경(mm)Cement dough diameter (mm) 177(±1.73)177 (±1.73) 189.33(±4.16)189.33 (±4.16) 199.67(±1.53)199.67 (±1.53) 206.11(±1.36)206.11 (±1.36)

표 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 3의 경우 현업에서 사용되고 있는 제품과 비교했을 때 더 높은 성능, 즉 시멘트 반죽직경이 200 mm 이상이 됨을 확인할 수 있었다. As can be seen from Table 7, in the case of Example 3 of the present invention, it was confirmed that the higher performance, that is, the cement dough diameter was 200 mm or more compared to the product used in the field.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.The protection scope of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the protection scope of the present invention cannot be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention pertains.

Claims (11)

리그닌을 이용하여 폴리카르복실레이트를 제조하는 방법으로서,
상기 리그닌을 과산화수소와 아세트산을 함께 첨가하여 반응시켜 폴리카르복실레이트를 포함하는 반응물을 생성하는 단계; 및
상기 반응물을 생성하는 단계를 수행한 후 상기 반응물에 과량의 물을 첨가하여 불용부의 폴리카르복실레이트와 수용부의 폴리카르복실레이트를 분리하는 단계;를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법.
As a method for producing polycarboxylate using lignin,
reacting the lignin with hydrogen peroxide and acetic acid to produce a reactant containing polycarboxylate; and
After performing the step of generating the reactant, adding excess water to the reactant to separate the polycarboxylate in the insoluble part and the polycarboxylate in the receiving part; Poly using lignin, characterized in that it is carried out including Method for producing carboxylate.
제1항에 있어서,
상기 분리하는 단계는 상기 수용부의 폴리카르복실레이트와 상기 불용부의 폴리카르복실레이트를 원심분리하여 서로 분리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법.
According to claim 1,
The separating step is a method for producing polycarboxylate using lignin, characterized in that the polycarboxylate of the receiving portion and the polycarboxylate of the insoluble portion are separated from each other by centrifugation.
제2항에 있어서,
분리된 상기 수용부의 폴리카르복실레이트를 투석하여 저분자량의 반응산물을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The method for producing polycarboxylate using lignin, characterized in that it further comprises; dialysis of the separated polycarboxylate in the receiving part to remove a low molecular weight reaction product.
제1항에 있어서,
상기 반응물을 생성하는 단계는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도에서 40분 내지 80분 동안 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법.
According to claim 1,
The step of generating the reactant is a method for producing polycarboxylate using lignin, characterized in that the reaction is performed at a temperature of 30 ° C. to 70 ° C. for 40 minutes to 80 minutes.
제1항에 있어서,
상기 반응물을 생성하는 단계에서 리그닌, 과산화수소, 아세트산의 비는 1 g : 5 ~ 7 ml : 1.25 ~ 1.75 ml 인 것을 특징으로 하는 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing polycarboxylate using lignin, characterized in that the ratio of lignin, hydrogen peroxide, and acetic acid in the step of generating the reactant is 1 g: 5 to 7 ml: 1.25 to 1.75 ml.
제1항에 있어서,
상기 리그닌은 크라프트 리그닌인 것을 특징으로 하는 리그닌을 이용한 폴리카르복실레이트의 제조방법.
The method of claim 1,
The method for producing polycarboxylate using lignin, characterized in that the lignin is kraft lignin.
리그닌을 이용하여 제조되어 물에 용해되어 있는 폴리카르복실레이트로서, 전하밀도가 -1.9 meq/g 이하인 것을 특징으로 하는 폴리카르복실레이트.
A polycarboxylate prepared using lignin and dissolved in water, characterized in that the charge density is -1.9 meq/g or less.
리그닌을 이용하여 제조되어 물에 용해되어 있는 폴리카르복실레이트를 포함하는 콘크리트 혼화제.
Concrete admixture comprising polycarboxylate prepared using lignin and dissolved in water.
제8항에 있어서,
물에 용해되어 있는 폴리카르복실레이트의 전하밀도는 -1.9 meq/g 이하인 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼화제.
9. The method of claim 8,
Concrete admixture, characterized in that the charge density of polycarboxylate dissolved in water is -1.9 meq/g or less.
제8항에 있어서,
시멘트 600 g, 물 159.7g, 상기 콘크리트 혼화제 0.3g을 혼합하여 수행한 몰탈 테이블 테스트의 결과의 반죽직경은 200 mm 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼화제.
9. The method of claim 8,
Concrete admixture, characterized in that the dough diameter of the mortar table test performed by mixing 600 g of cement, 159.7 g of water, and 0.3 g of the concrete admixture is 200 mm or more.
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JP3121073B2 (en) * 1991-10-15 2000-12-25 株式会社エヌエムビー Dust-reducing liquid admixture and method for producing concrete for wet spraying using the same
EP2003154B1 (en) * 2000-12-27 2012-08-22 Nippon Shokubai Co., Ltd. Polycarboxylic acid type copolymer, method for producing the same, cement additive and cement composition
KR101153283B1 (en) 2010-03-30 2012-06-07 한국화학연구원 Method for Preparing Acetylated Lignin from Black Liquor in Alkaline Pulping

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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