KR20140092943A - Preparation method of lignosulfonate, lignosulfonate prepared by the method, and admixture and concrete comprising lignosulfonate - Google Patents

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Abstract

A method for preparing ligonosulfonate comprises the steps of: preparing lignin derived by hydrolyzing lignocellulosic biomass with acid; and sulfonating the lignin at temperatures higher than 130°C. Provided are the preparation method of lignosulfonate in which, during the sulfonating step, 0.6-2.0 mole of sulfite or bisulfite admixture is added per 200 g of the lignin, and the sulfonating step is carried out at less than pH 13, lignosulfonate prepared thereby, and an admixture and a concrete comprising the lignosulfonate.

Description

리그노술포네이트 제조방법, 상기 방법으로 제조된 리그노술포네이트, 및 이를 포함하는 혼화제 및 콘크리트{Preparation method of lignosulfonate, lignosulfonate prepared by the method, and admixture and concrete comprising lignosulfonate}Preparation method of lignosulfonate, lignosulfonate prepared by the method, and admixture and lignosulfonate containing lignosulfonate prepared by the above method, and admixture and concrete containing the same,

리그노술포네이트 제조방법, 상기 방법으로 제조된 리그노술포네이트, 및 이를 포함하는 조성물 및 콘크리트에 관한 것이다.Lignosulfonates, lignosulfonates prepared by the above method, and compositions and concrete containing the same.

리그닌은 설파이트 펄프공정(sulfite pulping), 크라프트 펄프공정(kraft pulping)과 같이 목재를 이용하여 펄프를 제조하는 공정에서 생성되는 부산물로서 천연고분자이다.Lignin is a natural polymer as a by-product produced in the process of producing pulp using wood such as sulfite pulping process and kraft pulping process.

상기 펄프공정에서 얻어지는 리그닌은 설파이트기, 하이드록시기, 카르복실기 등과 같은 친수성 작용기를 포함하고 있어 용해성이 높고 취급이 간편하므로 술폰화 공정을 추가하여 리그노술포네이트의 제조에 사용되었다.The lignin obtained in the pulp process contains a hydrophilic functional group such as a sulfite group, a hydroxyl group and a carboxyl group, and has high solubility and is easy to handle. Therefore, a sulfonation process was added to prepare lignosulfonate.

한편, 리그닌은 목재의 가수분해 과정을 거쳐 당(sugar)을 제조하는 공정에서도 부산물로 얻어질 수 있다. 상기 가수분해 과정에서 얻어지는 리그닌은 재축합 과정을 거쳐 탄소-탄소 결합이 증가하므로, 펄프공정에서 얻어지는 리그닌에 비하여 분자량이 증가되고 화학적 반응성이 낮아 리그노술포네이트 제조에 사용하기 부적합하였다.On the other hand, lignin can also be obtained as a by-product in the process of producing sugar through hydrolysis of wood. Since the lignin obtained in the hydrolysis process has undergone the recondensation process to increase the carbon-carbon bond, the molecular weight is increased and the chemical reactivity is lower than that of the lignin obtained in the pulp process, making it unsuitable for use in the production of lignosulfonates.

따라서, 상기 가수분해 과정에서 얻어지는 리그닌으로부터 리그노술포네이트를 효과적으로 제조하는 방법이 요구된다.Therefore, there is a need for a method for effectively producing lignosulfonates from lignin obtained in the hydrolysis process.

한 측면은 새로운 리그노술포네이트의 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a process for preparing a new lignosulfonate.

다른 한 측면은 상기 방법으로 제조된 리그노술포네이트를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lignosulfonate prepared by the above method.

또 다른 한 측면은 상기 리그노술포네이트를 포함하는 혼화제를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide an admixture comprising the lignosulfonate.

또 다른 한 측면은 상기 리그노술포네이트를 포함하는 콘크리트를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a concrete comprising the lignosulfonate.

한 측면에 따라,According to one aspect,

목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)를 산으로 가수분해하여 얻어지는 리그닌을 준비하는 단계; 및Preparing a lignin obtained by hydrolyzing lignocellulosic biomass with an acid; And

상기 리그닌을 130℃ 이상의 온도에서 술폰화시키는 단계;를 포함하며,Sulfonating said lignin at a temperature of at least < RTI ID = 0.0 > 130 C, <

상기 술폰화 단계에서 리그닌 200g 당 0.6몰 내지 2.0몰의 설파이트 또는 바이설파이트 화합물이 첨가되는 리그노술포네이트 제조방법이 제공된다.There is provided a process for producing a lignosulfonate in which 0.6 to 2.0 moles of sulfite or bisulfite compound is added per 200 g of lignin in the sulfonation step.

다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

상기의 방법으로 제조된 리그노술포네이트가 제공된다.A lignosulfonate prepared by the above method is provided.

또 다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

상기 리그노술포네이트를 포함하는 혼화제가 제공된다.An admixture comprising the lignosulfonate is provided.

또 다른 한 측면에 따라According to another aspect

상기 리그노술포네이트를 포함하는 콘크리트가 제공된다.A concrete containing the lignosulfonate is provided.

한 측면에 따르면 가수분해에 의하여 얻어지는 리그닌을 고온에서 술폰화시킴에 의하여 리그노술포네이트를 높은 수율로 제조할 수 있다.According to one aspect, lignosulfonate can be prepared with high yield by sulfonating lignin obtained by hydrolysis at a high temperature.

이하에서 예시적인 일구현예에 따른 리그노술포네이트 제조방법, 상기 방법으로 제조된 리그노술포네이트, 및 이를 포함하는 혼화제 및 콘크리트에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for producing a lignosulfonate according to an exemplary embodiment, a lignosulfonate prepared by the method, and an admixture and a concrete containing the lignosulfonate will be described in more detail.

일구현예에 따른 리그노술포네이트 제조방법은 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)를 산으로 가수분해하여 얻어지는 리그닌을 준비하는 단계; 및 상기 리그닌을 130℃ 이상의 온도에서 술폰화시키는 단계;를 포함하며, 상기 술폰화 단계에서 리그닌 200g 당 0.6몰 내지 2.0몰의 설파이트 또는 바이설파이트 화합물이 첨가된다.According to one embodiment, there is provided a method for preparing a lignosulfonate comprising: preparing lignin obtained by hydrolyzing a lignocellulosic biomass with an acid; And sulfonating the lignin at a temperature of 130 ° C or higher, wherein from 0.6 to 2.0 moles of sulfite or bisulfite compound per 200 g of lignin is added during the sulfonation step.

상기 제조방법은 목질계 바이오매스의 가수분해 결과물에서 얻어진 리그닌을 소정 함량의 설파이트계 화합물을 사용하여 130℃ 이상의 고온에서 술폰화시킴에 의하여 높은 수율로 리그노술포네이트를 제조할 수 있다.In this method, lignin obtained from the hydrolysis product of woody biomass can be sulfonated at a high temperature of 130 ° C or higher using a predetermined amount of a sulfite-based compound to produce lignosulfonate in a high yield.

상기 제조방법에서 술폰화 온도가 130℃ 미만이면 리그노술포네이트의 수율이 저하될 수 있다. 상기 제조방법에서 술폰화 온도가 지나치게 높으면 고가의 스팀이 요구되므로 비경제적일 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 술폰화 단계는 140℃ 내지 190℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 술폰화 단계는 160℃ 내지 190℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 제조방법에서 술폰화 단계는 170℃ 내지 190℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 제조방법에서 술폰화 단계는 180℃ 내지 190℃의 온도에서 수행될 수 있다.If the sulfonation temperature is lower than 130 캜, the yield of the lignosulfonate may be lowered. If the sulphonation temperature is excessively high in the above production method, expensive steam may be required, which may be uneconomical. For example, in the above production process, the sulfonation step may be carried out at a temperature of 140 ° C to 190 ° C. For example, in the above production process, the sulfonation step can be carried out at a temperature of 160 ° C to 190 ° C. In the above production process, the sulfonation step can be carried out at a temperature of 170 ° C to 190 ° C. In the above production process, the sulfonation step may be carried out at a temperature of 180 ° C to 190 ° C.

상기 제조방법에서 리그닌 200g 당 첨가되는 설파이트계 화합물의 함량이 0.6몰 미만이면 리그노술포네이트의 수율이 저하될 수 있다. 상기 제조방법에서 리그닌 200g 당 첨가되는 설파이트계 화합물의 함량이 2.0몰 초과이면 리그노술포네이트의 수율이 저하될 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 리그닌 200g 당 첨가되는 설파이트계 화합물의 함량은 0.6몰 내지 1.5몰일 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 리그닌 200g 당 첨가되는 설파이트계 화합물의 함량은 0.6몰 내지 1.0몰일 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 리그닌 200g 당 첨가되는 설파이트계 화합물의 함량은 0.6몰 내지 0.8몰일 수 있다. If the content of the sulfite compound added per 200 g of lignin is less than 0.6 mol, the yield of the lignosulfonate may be lowered. If the content of the sulfite-based compound added per 200 g of lignin exceeds 2.0 mol, the yield of the lignosulfonate may be lowered. For example, in the above production method, the content of the sulfite-based compound added per 200 g of lignin may be 0.6 mol to 1.5 mol. For example, in the above production method, the content of the sulfite-based compound added per 200 g of lignin may be 0.6 mol to 1.0 mol. For example, in the above production method, the content of the sulfite-based compound added per 200 g of lignin may be 0.6 to 0.8 mol.

상기 설파이트계 화합물을 소듐설파이트(Na2SO3), 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH)일 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리그닌의 술폰화를 가능하게 하는 화합물이라면 모두 가능하다.The sulfite compound to but one sodium sulfite (Na2SO3), sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH), is not necessarily limited to, both a compound that enables the sulfonation of lignin in the art It is possible.

상기 제조방법에서 술폰화 단계가 10bar 초과 내지 20bar의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 압력이 10ba 이하이면 술폰화 단계에서 요구되는 온도를 유지하기 어려울 수 있다. 상기 압력이 20bar 초과이면 별도의 고압 반응기가 요구되므로 비경제적일 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 술폰화 단계가 15bar 내지 20bar의 압력에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 술폰환 단계가 18bar 내지 20bar의 압력에서 수행될 수 있다.In the above production process, the sulfonation step can be carried out at a pressure of more than 10 bar to a pressure of 20 bar. If the pressure is below 10 ba, it may be difficult to maintain the temperature required in the sulfonation step. If the pressure exceeds 20 bar, a separate high-pressure reactor is required, which may be uneconomical. For example, in the above process, the sulfonation step can be carried out at a pressure of 15 bar to 20 bar. For example, in the above process, the sulfonation step can be carried out at a pressure of 18 bar to 20 bar.

상기 제조방법에서 술폰화 단계는 pH 3 내지 11에서 수행될 수 있다. 상기 pH가 3 미만이면 생성된 리그노술포네이트를 중화시키는 단계가 추가적으로 요구되며, 상기 pH가 11 초과이면 고점도의 리그노술포네이트가 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 술폰화 단계는 pH 4 내지 pH 10에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 술폰화 단계는 pH 6 내지 pH 8에서 수행될 수 있다.In the above production process, the sulfonation step may be carried out at a pH of 3 to 11. If the pH is less than 3, a step of neutralizing the produced lignosulfonate is further required. If the pH is more than 11, a high viscosity lignosulfonate can be prepared. For example, in the above production process, the sulfonation step can be carried out at a pH of from 4 to 10. For example, in the above process, the sulfonation step may be carried out at a pH of from 6 to 8.

상기 제조방법에서 술폰화 단계는 2시간 이상 수행될 수 있다. 예를 들어, 술폰화 단계는 2 내지 3시간 동안 수행될 수 있다. 상기 술폰환 단계가 수행되는 시간은 술폰화 반응이 일어나는 시간이다. 술폰화 반응 시간이 2시간 미만이면 리그노술포네이트의 수율이 저하될 수 있다. 술폰화 반응시간이 3시간 이상이면 수율에 큰 변화가 없다.In the above production method, the sulfonation step can be carried out for 2 hours or more. For example, the sulfonation step can be carried out for 2 to 3 hours. The time at which the sulfonation step is performed is the time at which the sulfonation reaction takes place. If the sulfonation reaction time is less than 2 hours, the yield of the lignosulfonate may be lowered. When the sulfonation reaction time is 3 hours or more, the yield is not greatly changed.

상기 제조방법에서 술폰화 단계에 사용되는 용액, 예를 들어 수용액에 포함되는 리그닌의 함량은 15중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 술폰화 단계에 사용되는 용액에 포함되는 리그닌의 함량은 10중량% 이하일 수 있다. 상기 술폰화 단계에 사용되는 용액에 포함되는 리그닌의 함량이 15 중량% 이상이면 리그노술포네이트의 수율이 저하될 수 있다.The content of lignin contained in the solution used in the sulfonation step, for example, the aqueous solution, in the above production method may be 15% by weight or less. For example, the content of lignin in the solution used in the sulfonation step may be up to 10% by weight. If the content of lignin contained in the solution used in the sulfonation step is 15 wt% or more, the yield of the lignosulfonate may be lowered.

상기 제조방법에서 상기 술폰화 단계 전에, 리그닌을 메틸올화(methylolation)시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.The method may further include methylolysis of lignin before the sulfonation step.

상기 리그닌을 메틸올화 시키는 단계를 추가적으로 포함함에 의하여 리그노술포네이트의 수율을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 메틸올화에 의하여 리그닌의 벤젠고리에 메틸올기가 추가됨에 의하여 작용기가 증가하여술폰화 단계에서의 반응성이 더욱 향상될 수 있다.By further including methylolization of the lignin, the yield of lignosulfonate can be further improved. The addition of a methylol group to the benzene ring of the lignin by the methylol may increase the functionality and further improve the reactivity in the sulfonation step.

상기 메틸올화 단계에서 리그닌 200g 당 0.2몰 내지 1.0몰의 포름알데히드가 첨가될 수 있다. 상기 포름알데히드 함량이 0.2몰 미만이면 메틸올화가 미미하여, 리그노술포네이트의 수율이 향상되기 어려울 수 있으며, 상기 포름알데히드 함량이 1.0몰 초과이면 미반응 포름알데히드가 잔존하여 부반응이 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 메틸올화 단계에서 리그닌 200g 당 0.3몰 내지 0.6 몰의 포름알데히드가 첨가될 수 있다.In the methylolization step, from 0.2 mol to 1.0 mol of formaldehyde per 200 g of lignin may be added. If the formaldehyde content is less than 0.2 mol, methylolization may be insignificant and it may be difficult to improve the yield of the lignosulfonate. If the formaldehyde content is more than 1.0 mol, unreacted formaldehyde may remain and side reactions may occur. For example, 0.3 to 0.6 mol of formaldehyde per 200 g of lignin may be added during the methylolization step.

상기 메틸올화 단계는 pH 11 내지 13에서 수행될 수 있다. 상기 pH가 11 미만이면 메틸올화 반응이 미미할 수 있다. 예를 들어, 상기 메틸올화 단계는 pH 11 내지 pH 12.5에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 메틸올화 단계는 pH 11 내지 pH 12에서 수행될 수 있다.The methylolization step may be carried out at pH 11-13. If the pH is less than 11, the methylol reaction may be insignificant. For example, the methylol step may be carried out at a pH of from 11 to 12.5. For example, the methylol step may be carried out at a pH of from 11 to 12.

상기 메틸올화 단계는 70℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 메틸올화 단계가 70℃ 미만에서 수행되면 메틸올화 반응이 진행되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 메틸올화 단계는 70℃ 내지 85℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 메틸올화 단계는 70℃ 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 메틸올화 단계는 70℃ 내지 75℃의 온도에서 수행될 수 있다.The methylolization step may be carried out at a temperature of 70 < 0 > C or higher. If the methylolization step is carried out at a temperature lower than 70 ° C., the methylolization reaction may not proceed. For example, the methylolization step may be carried out at a temperature of 70 ° C to 85 ° C. For example, the methylolization step can be carried out at a temperature of 70 ° C to 80 ° C. For example, the methylolization step may be carried out at a temperature of from 70 ° C to 75 ° C.

상기 제조방법에서 메틸올화 단계 전에, 리그닌을 60℃ 이상의 염기성 용매에 함침시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 리그닌을 염기성 용매에 추가적으로 함침시킴에 의하여 리그닌에 포함된 벤젠고리가 이온화되어 반응효율이 증가할 수 있다. 상기 염기성 용액의 pH는 11 내지 12일 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되지 않으며 리그닌에 포함된 벤젠고리를 일부 또는 전부 이온화시킬 수 있는 조건이라면 모두 가능하다. 리그닌을 염기성 용매에 함침시키는 시간은 특별히 한정되지 않으며 리그닌에 포함된 벤젠고리를 일부 또는 전부 이온화시킬 수 있는 조건이라며 모두 가능하다.In the above manufacturing method, the step of impregnating the basic solvent with lignin at 60 DEG C or more may be further included before the methylolization step. By additionally impregnating the basic solvent with the lignin, the benzene ring contained in the lignin can be ionized to increase the reaction efficiency. The pH of the basic solution may be from 11 to 12, but it is not limited to such a range, and any condition can be used as long as it can partially or wholly ionize the benzene ring contained in lignin. The time for impregnating the basic solvent with lignin is not particularly limited, and it is possible to ionize the benzene ring contained in lignin partially or wholly.

상기 제조방법에서 메틸올화 단계 후에, 상기 리그닌을 산성화(acidification)시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 리그닌을 산성화시키는 단계는 메틸올화가 종료된 반응액의 pH를 2이하로 낮추는 단계이다. 상기 리그닌을 산성화시키는 단계에서 리그닌의 벤젠고리에 연결된 하이드록시기의 금속염이 하이드록시기로 산성화된다.The method may further include a step of acidifying the lignin after the methylolization step. The step of acidifying the lignin is a step of lowering the pH of the reaction solution in which methylolization has been completed to 2 or less. In the step of acidifying the lignin, the metal salt of the hydroxyl group linked to the benzene ring of lignin is acidified to the hydroxy group.

상기 산성화된 리그닌을 70℃ 이상의 온도에서 30분 이상 방치하여 응고시킨 후 상온으로 냉각시켜 여과, 세척 및 건조하여 메틸올화된 리그닌을 제조할 수 있다.The acidified lignin is allowed to stand for 30 minutes or more at a temperature of 70 ° C or more to be solidified, cooled to room temperature, filtered, washed and dried to prepare methylol lignin.

상기 제조방법에서 메틸올화 단계 전에, 리그닌을 물에 함침시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 가수분해에 의하여 얻어지는 리그닌은 물에 용해되지 않는 고체상이므로 물에 함침시켜 후속 반응에서 반응성을 높일 수 있다. 리그닌 100 중량부에 대하여 물 200 내지 400 중량부의 비율로 물에 함침될 수 있다.In the above method, the step of impregnating the water with lignin may be further included before the methylolization step. Since lignin obtained by hydrolysis is a solid phase which is not soluble in water, it can be impregnated with water to increase the reactivity in the subsequent reaction. May be impregnated with water at a ratio of 200 to 400 parts by weight of water to 100 parts by weight of lignin.

리그닌을 물에 함침시키는 단계는 20 내지 70℃의 온도에서 8 내지 24시간 동안 수행될 수 있으나, 반드시 이러한 조건으로 한정되지 않으며 리그노술포네이트의 수율을 향상시킬 수 있는 함침 조건이라면 모두 가능하다.The step of impregnating the lignin with water can be carried out at a temperature of 20 to 70 캜 for 8 to 24 hours, but not always limited to these conditions, and any impregnation condition capable of improving the yield of the lignosulfonate is possible.

상기 제조방법에서 목질계 바이오매스를 가수분해시키는 산이 황산일 수 있다. 황산은 농도 20% 이상의 진한 황산일 수 있다. 바람직하게는 황산 농도 65% 이상일 때 효과적으로 가수분해시킬 수 있다. The acid hydrolyzing the woody biomass in the above production method may be sulfuric acid. The sulfuric acid may be concentrated sulfuric acid having a concentration of 20% or more. Preferably, the hydrolysis can be effected effectively when the sulfuric acid concentration is 65% or more.

황산을 사용한 가수분해에서 얻어지는 리그닌을 사용하여 제조되는 리그노술포네이트의 수율은 30중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 황산을 사용한 가수분해에서 얻어지는 리그닌을 사용하여 제조되는 리그노술포네이트의 수율은 35중량% 이상일 수 있다.The yield of lignosulfonates prepared using lignin obtained by hydrolysis with sulfuric acid may be 30% by weight or more. For example, the yield of lignosulfonates prepared using lignin obtained in hydrolysis using sulfuric acid may be at least 35% by weight.

상기 제조방법에서 목질계 바이오매스를 가수분해시키는 산이 염산일 수 있다. 염산은 농도 20% 이상의 진한 염산일 수 있다. 바람직하게는 염산 농도 39% 이상일 때 효과적으로 가수분해시킬 수 있다. In the above production method, the acid which hydrolyzes the woody biomass may be hydrochloric acid. The hydrochloric acid may be concentrated hydrochloric acid having a concentration of 20% or more. Preferably, the hydrolysis can be effected effectively when the concentration of hydrochloric acid is 39% or more.

염산을 사용한 가수분해에서 얻어지는 리그닌을 사용하여 제조되는 리그노술포네이트의 수율은 50중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 염산을 사용한 가수분해에서 얻어지는 리그닌을 사용하여 제조되는 리그노술포네이트의 수율은 60중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 염산을 사용한 가수분해에서 얻어지는 리그닌을 사용하여 제조되는 리그노술포네이트의 수율은 70중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 염산을 사용한 가수분해에서 얻어지는 리그닌을 사용하여 제조되는 리그노술포네이트의 수율은 80중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 염산을 사용한 가수분해에서 얻어지는 리그닌을 사용하여 제조되는 리그노술포네이트의 수율은 90중량% 이상일 수 있다. 예를 들어, 염산을 사용한 가수분해에서 얻어지는 리그닌을 사용하여 제조되는 리그노술포네이트의 수율은 95중량% 이상일 수 있다.The yield of lignosulfonate produced using lignin obtained by hydrolysis with hydrochloric acid may be 50% by weight or more. For example, the yield of lignosulfonate produced using lignin obtained in hydrolysis with hydrochloric acid may be at least 60% by weight. For example, the yield of lignosulfonates prepared using lignin obtained in hydrolysis with hydrochloric acid may be at least 70% by weight. For example, the yield of lignosulfonates prepared using lignin obtained in the hydrolysis using hydrochloric acid may be 80% by weight or more. For example, the yield of lignosulfonate produced using lignin obtained in the hydrolysis using hydrochloric acid may be 90% by weight or more. For example, the yield of lignosulfonate produced using lignin obtained by hydrolysis with hydrochloric acid may be 95% by weight or more.

다른 일구현예에 따른 리그노술포네이트는 상술한 방법으로 제조된다. 상술한 방법에 의하여 제조된 강산리그닌 유래 리그노술포네이트는 FT-IR을 통해 분석하였을 때 크래프트 리그닌 유래 리그노술포네이트와 동일한 작용기를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나, 상기 강산에 의한 가수분해 과정에서 재축합과정을 거쳐 탄소-탄소 결합이 증가하므로, 기존 크래프트 리그닌 유래 리그노술포네이트에 비해 분자량이 큰 특징이 있다.
A lignosulfonate according to another embodiment is prepared by the above-described method. It was confirmed that the lignosulfonate derived from the strong acid lignin produced by the above-mentioned method had the same functional group as the lignosulfonate derived from kraft lignin when analyzed by FT-IR. However, since the carbon-carbon bond is increased through the recondensation process in the hydrolysis process by the strong acid, the molecular weight is larger than that of the conventional lignosulfonate derived from kraft lignin.

또 다른 일구현예에 따른 조성물은 상술한 방법으로 제조된 리그노술포네이트를 포함한다. 상기 조성물은 예를 들어 콘크리트 제조용 혼화제(admixture)일 수 있다. 상기 혼화제는 실질적으로 AE 감수제(air entraining and reducing water agent) 역할을 수행할 수 있다.The composition according to another embodiment includes a lignosulfonate prepared by the above-described method. The composition may be, for example, an admixture for the production of concrete. The admixture may substantially serve as an air entraining and reducing water agent.

또 다른 일구현예에 따른 콘크리트는 상술한 방법으로 제조된 리그노술포네이트를 포함한다. 상기 콘크리트가 리그노술포네이트를 포함함에 의하여 콘크리트 내에 댜량의 미세 기포가 고루 분산됨에 의하여 기포의 탄성에 의하여 얼음 등에 의한 콘크리트의 균열 등을 방지할 수 있어 콘크리트의 내구성이 향상될 수 있다.The concrete according to another embodiment includes the lignosulfonate produced by the above-described method. Since the concrete contains lignosulfonate, the minute bubbles are dispersed evenly in the concrete, so that the cracks of the concrete caused by the ice and the like can be prevented by the elasticity of the bubbles, so that the durability of the concrete can be improved.

또한, 기존 크래프트 리그닌 유래 리그노술포네이트는 콘크리트 혼화제로 사용 시 고형분 함량 50%로 사용되는데, 본 발명의 강산리그닌 유래 리그노술포네이트는 보다 적은 양을 필요로 한다. 본 발명의 구체적인 실시예에서 본 발명의 강산리그닌 유래 리그노술포네이트는 고형분 함량 대략 40%(리그노설포네이트 대략 30%중량)로 기존의 AE제의 사용 없이도 콘크리트 혼화제 기준을 만족하였다.
In addition, the existing lignin-derived lignosulfonate from kraft lignin is used as a concrete admixture at a solid content of 50%. The lignosulfonate derived from the strong acid lignin of the present invention requires a smaller amount. In a specific embodiment of the present invention, the lignosulfonate derived from lignin strongly acidic acid of the present invention has a solid content of about 40% (approximately 30% by weight of lignosulfonate) and satisfies the concrete admixture standard without using any conventional AE agent.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(황산리그닌을 이용한 리그노술포네이트의 제조)(Preparation of lignosulfonate using lignin sulfate)

실시예 1Example 1

(황산리그닌 제조단계)(Step of preparing lignin sulfate)

깔리안드라(calliandra)를 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)로서 사용하였다. 상기 깔리안드라 목재와 농도72%의 황산을 1:2(w/v)비율로 혼합하여 30℃에서 2시간 동안 완전히 교반시키며 1차 당화(hydrolysis)를 거친 후, 농도30%의 황산으로 희석하여 85℃에서 3시간 동안 완전히 교반시키며 2차 당화를 진행하여 리그닌을 포함한 당액을 제조하였다.Calliandra was used as a lignocellulosic biomass. The Caliandra wood was mixed with 72% sulfuric acid at a ratio of 1: 2 (w / v), and the mixture was thoroughly stirred at 30 ° C for 2 hours, subjected to primary hydrolysis, diluted with 30% Followed by thoroughly stirring at 85 캜 for 3 hours and secondary saccharification proceeded to prepare a sugar solution containing lignin.

상기 당액에서 리그닌을 분리하기 위해 여과지(ADVANTEC No.5B)를 사용하여 여과하고, 리그닌의 pH가 중성이 될 때까지 세척한 후 70℃ 오븐에서 건조시켜 리그닌(이하에서, 황산리그닌(sulfuric acid-hydrolytic lignin))을 제조하였다.The solution was filtered using a filter paper (ADVANTEC No. 5B) to separate the lignin from the solution, washed until the pH of the lignin became neutral, and then dried in an oven at 70 ° C to obtain lignin (hereinafter referred to as sulfuric acid- hydrolytic lignin)) was prepared.

이러한 과정을 거쳐 얻어진 황산리그닌 내 잔존 당성분은 5% 미만이었다.The remaining sugar content in the lignin sulfate obtained through this process was less than 5%.

(메틸올화 단계)(Methylol step)

상기 황산리그닌과 물을 1:3 (w/v)의 비율로 혼합한 후 상온에서 24시간 동안 교반하여 황산리그닌을 물에 침지시켰다.The lignin sulfate and water were mixed at a ratio of 1: 3 (w / v), and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours to immerse the lignin sulfate in water.

이어서, 상기 황산리그닌이 침지된 용액에50% 수산화나트륨(NaOH) 용액을 첨가하여 pH 11~12 의 염기성 용액을 준비하였다.Next, a 50% sodium hydroxide (NaOH) solution was added to the solution in which the lignin sulfate was immersed to prepare a basic solution having a pH of 11 to 12.

이어서, 상기 염기성 용액에 황산리그닌과 물의 비율이 1:4 (w/v)가 되도록 물을 첨가한 후 70℃로 가열하였다.Subsequently, water was added to the basic solution so that the ratio of lignin sulfate to water was 1: 4 (w / v), and the mixture was heated to 70 ° C.

상기 가열된 용액에 황산리그닌 200g에 대해 0.6 mol에 해당하는 포름알데히드(35% 용액)를 첨가한 후 70℃에서 2시간 동안 교반하여 메틸올화 반응을 진행시켰다.To the heated solution, 0.6 mol of formaldehyde (35% solution) was added to 200 g of lignin sulfate, and the mixture was stirred at 70 ° C for 2 hours to conduct the methylol reaction.

상기 반응이 완료된 후, 상기 반응액에 72% 황산을 첨가하여 반응액을 pH 2로 조절하고 교반을 멈추어 황산리그닌을 산성화시켰다.After the completion of the reaction, 72% sulfuric acid was added to the reaction solution to adjust the pH of the reaction solution to 2, and the stirring was stopped to acidify the lignin sulfate.

상기 산성화된 황산리그닌을 포함하는 용액을 85℃에서 30분 동안 응고시킨 후 상온으로 냉각하고, 여과, 세척, 건조 과정을 거쳐 95% 수율로 메틸올화된 황산리그닌을 제조하였다.The solution containing the acidified sulphate lignin was coagulated at 85 ° C for 30 minutes, cooled to room temperature, filtered, washed and dried to obtain methylolated sulphate lignin in 95% yield.

(술폰화 단계)(Sulfonation step)

메틸올화된 황산리그닌 200g을 9%의 고형분 농도로 물에 분산시킨 후 소듐설파이트(Na2SO3) 1.0 mol을 첨가하여 완전히 용해시켜 용액을 준비하였다. 72% 황산 및/또는 50% 수산화나트륨 용액을 사용하여 상기 황산리그닌이 용해된 용액의 pH를 7.0으로 조절하였다. pH가 조절된 용액을 100℃, 10bar 조건에서 2시간 동안 방치하여 메틸올화된 황산리그닌을 용액에 침지시켰다. 이어서, 침지과정을 거친 용액의 온도를 190℃로 증가시키고, 압력을 20bar로 증가시킨 후 2시간 동안 교반하여 술폰화 반응을 진행시켰다.200 g of methylated lignin sulfate was dispersed in water at a solid content of 9% and 1.0 mol of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) was added to completely dissolve the solution. The pH of the solution in which the lignin sulfate was dissolved using 72% sulfuric acid and / or 50% sodium hydroxide solution was adjusted to 7.0. The pH-adjusted solution was allowed to stand at 100 ° C and 10 bar for 2 hours to immerse the methylolated sulphate lignin in the solution. Subsequently, the temperature of the immersed solution was increased to 190 ° C, the pressure was increased to 20 bar, and the solution was stirred for 2 hours to conduct the sulfonation reaction.

상기 반응이 종결된 후 급격히 냉각시키고 이어서, 원심분리를 통해 미반응 잔사를 제거하고 리그노술포네이트를 포함하는 용액을 얻었다.After the reaction was terminated, the solution was rapidly cooled and then the unreacted residue was removed by centrifugation to obtain a solution containing lignosulfonate.

얻어진 리그노술포네이트 용액을 UV/Vis 스펙트로미터를 사용하여 정량/정성 분석하여 리그노술포네이트 제조수율을 계산하였다. 표준시료로서 남아공산 순도 41%의 분말상 리그노술포네이트를 사용하였다.The obtained lignosulfonate solution was quantitatively / qualitatively analyzed using a UV / Vis spectrometer to calculate the yield of lignosulfonate production. As a standard sample, a powdery lignosulfonate with a purity of 41% was used.

실시예 2Example 2

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3)의 함량을 0.6 mol로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) added in the sulfonation step was changed to 0.6 mol.

실시예 3Example 3

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3)의 함량을 0.6 mol로 변경하고, 술폰화 반응시의 압력을 10bar로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that the content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) added in the sulfonation step was changed to 0.6 mol and the pressure during the sulfonation reaction was changed to 10 bar, .

실시예 4Example 4

술폰화 단계에서 첨가되는 메틸올화된 황산리그닌이 용해된 용액의 pH를 10.9로 변경한 것을 제외하는 실시예 1과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.The lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the solution in which the methylolated lignin sulfate added in the sulfonation step was dissolved was changed to 10.9.

(실시예 5~7: 메틸올화 단계 생략)(Examples 5 to 7: Methylol step is omitted)

실시예 5Example 5

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 황산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted and the methylol-free lignin sulfate was used as it was,

술폰화 단계에서 첨가되는 황산리그닌이 용해된 용액의 pH를 3.9로 변경한 것을 제외하는 실시예 1과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the solution in which lignin sulfate dissolved in the sulfonation step was changed to 3.9.

실시예 6Example 6

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 황산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted and the methylol-free lignin sulfate was used as it was,

술폰화 단계에서 첨가되는 황산리그닌이 용해된 용액의 pH를 7.0으로 변경한 것을 제외하는 실시예 1과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the solution in which lignin sulfate dissolved in the sulfonation step was changed to 7.0.

실시예 7Example 7

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 황산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted and the methylol-free lignin sulfate was used as it was,

술폰화 단계에서 첨가되는 황산리그닌이 용해된 용액의 pH를 12.7로 변경한 것을 제외하는 실시예 1과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.
Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the solution in which lignin sulfate dissolved in the sulfonation step was changed to 12.7.

황산리그닌을 이용한 실험 결과를 하기 표1에 실험조건과 같이 요약하였다.Experimental results using lignin sulfate are summarized in Table 1 below.

성분ingredient 메틸올화 단계 유무Presence or absence of methylol step 술폰화단계에 사용된 용액의 pHThe pH of the solution used in the sulfonation step 술폰화단계에 사용된 소듐설파이트 함량
[mole]
The sodium sulfite content used in the sulfonation step
[mole]
술폰화 반응압력
[bar]
Sulfonation reaction pressure
[bar]
리그노술포네이트 수율
[wt.%]
Lignosulfonate yield
[wt.%]
실시예 1Example 1 U 7.07.0 1.01.0 2020 14.014.0 실시예 2Example 2 U 7.07.0 0.60.6 2020 39.939.9 실시예 3Example 3 U 7.07.0 0.60.6 1010 17.117.1 실시예 4Example 4 U 10.910.9 0.60.6 2020 38.338.3 실시예 5Example 5 radish 3.93.9 1.01.0 2020 5.65.6 실시예 6Example 6 radish 7.07.0 1.01.0 2020 9.99.9 실시예 7Example 7 radish 12.712.7 1.01.0 2020 --

상기 표 1에서 보여지는 바와 같이 실시예 1 내지 7에서는 리그노술포네이트가 얻어졌다. 다만, 실시예 7은 미반응 리그닌이 혼합되어 정확한 함량의 측정이 불가하였으나 리그노술포네이트가 얻어진 것으로 판단된다.As shown in Table 1, lignosulfonates were obtained in Examples 1 to 7. However, in Example 7, it was judged that lignosulfonate was obtained although unreacted lignin was mixed and the exact content could not be measured.

메틸올화 단계를 추가적으로 포함하는 실시예 1 내지 4에서 리그노술포네이트의 수율이 더욱 향상되었다.The yield of lignosulfonates was further improved in Examples 1 to 4 which additionally included a methylolization step.

실시예 4 및 7의 리그노술포네이트는 염기성이므로 콘크리트 혼화제 등에 사용될 경우 중화가 필요하다.
Since the lignosulfonates of Examples 4 and 7 are basic, neutralization is necessary when they are used in concrete admixtures and the like.

(염산리그닌을 이용한 리그노술포네이트의 제조)(Preparation of lignosulfonate using lignin hydrochloride)

실시예 8Example 8

(염산리그닌 제조단계)(Lignin hydrochloride manufacturing step)

깔리안드라(calliandra)를 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)로서 사용하였다. 농도 35~37% 염산에 염화수소 가스를 투입하여 42% 염산을 제조하였다. 상기 깔리안드라 목재와 농도42%의 황산을 1:5(w/v)비율로 혼합하여 20℃에서 5시간 동안 완전히 교반시키며 당화(hydrolysis)를 진행시킨 후, 과량의 물을 투입하여 염산을 희석하여 리그닌을 포함한 당액을 제조하였다.Calliandra was used as a lignocellulosic biomass. Hydrogen chloride gas was added to 35 ~ 37% hydrochloric acid concentration to prepare 42% hydrochloric acid. The Caliandra wood was mixed with 42% sulfuric acid at a ratio of 1: 5 (w / v), and the mixture was thoroughly stirred at 20 ° C for 5 hours. After hydrolysis was carried out, excess water was added to dilute hydrochloric acid To prepare a liquid sugar solution containing lignin.

상기 당액에서 리그닌을 분리하기 위해 스테인레스스틸 시브(stainless steel sieve, 325-ASTM)를 사용하여 여과하고, 리그닌의 pH가 중성이 될 때까지 세척한 후 70℃ 오븐에서 건조시켜 리그닌(이하에서, 염산리그닌(hydrochloric acid-hydrolytic lignin))을 제조하였다.After filtration using a stainless steel sieve (325-ASTM) to separate the lignin from the sugar solution, the lignin was washed until the pH of the lignin became neutral, and then dried in an oven at 70 DEG C to obtain lignin Hydrochloric acid-hydrolytic lignin) was prepared.

이러한 과정을 거쳐 얻어진 염산리그닌 내 잔존 당성분은 3% 미만이었으며, 1% 가량의 염소(Cl)가 잔류하였다.The remaining sugar content in the lignin hydrochloride obtained through this process was less than 3%, and about 1% of chlorine (Cl) remained.

(메틸올화 단계)(Methylol step)

상기 염산리그닌과 물을 1:3 (w/v)의 비율로 혼합한 후 상온에서 24시간 동안 교반하여 염산리그닌을 물에 침지시켰다.The lignin hydrochloride and water were mixed at a ratio of 1: 3 (w / v), and then stirred at room temperature for 24 hours to immerse the lignin hydrochloride in water.

이어서, 상기 염산리그닌이 침지된 용액에50% 수산화나트륨(NaOH) 용액을 첨가하여 pH 11~12 의 염기성 용액을 준비하였다.Subsequently, 50% sodium hydroxide (NaOH) solution was added to the solution in which the lignin hydrochloride was immersed to prepare a basic solution having a pH of 11 to 12.

이어서, 상기 염기성 용액에 염산리그닌과 물의 비율이 1:4 (w/v)가 되도록 물을 첨가한 후 70℃로 가열하였다.Subsequently, water was added to the basic solution so that the ratio of lignin hydrochloride to water was 1: 4 (w / v), and the mixture was heated to 70 ° C.

상기 가열된 용액에 염산리그닌 200g에 대해 0.6 mol에 해당하는 포름알데히드(35% 용액)를 첨가한 후 70℃에서 2시간 동안 교반하여 메틸올화 반응을 진행시켰다.To the heated solution, 0.6 mol of formaldehyde (35% solution) was added to 200 g of lignin hydrochloride, followed by stirring at 70 ° C for 2 hours to conduct the methylol reaction.

상기 반응이 완료된 후, 상기 반응액에 72% 황산을 첨가하여 반응액을 pH 2로 조절하고 교반을 멈추어 염산리그닌을 산성화시켰다.After completion of the reaction, 72% sulfuric acid was added to the reaction solution to adjust the pH of the reaction solution to 2, and stirring was stopped to acidify the lignin hydrochloride.

상기 산성화된 염산리그닌을 포함하는 용액을 85℃에서 30분 동안 응고시킨 후 상온으로 냉각하고, 여과, 세척, 건조 과정을 거쳐 95% 수율로 메틸올화된 염산리그닌을 제조하였다.The solution containing the acidified lignin hydrochloride was solidified at 85 ° C for 30 minutes, cooled to room temperature, filtered, washed and dried to obtain methylolated lignin hydrochloride in 95% yield.

(술폰화 단계)(Sulfonation step)

메틸올화된 염산리그닌 200g을 9%의 고형분 농도로 물에 분산시킨 후 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH) 0.6 mol을 첨가하여 완전히 용해시켜 용액을 준비하였다. 72% 황산 및/또는 50% 수산화나트륨 용액을 사용하여 상기 염산리그닌이 용해된 용액의 pH를 7.0으로 조절하였다. pH가 조절된 용액을 100℃, 10bar 조건에서 2시간 동안 방치하여 메틸올화된 염산리그닌을 용액에 침지시켰다. 이어서, 침지과정을 거친 용액의 온도를 190℃로 증가시키고, 압력을 20bar로 증가시킨 후 2시간 동안 교반하여 술폰화 반응을 진행시켰다.After 200 g of methylated lignin hydrochloride was dispersed in water at a solids content of 9%, 0.6 mol of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) was added to completely dissolve the solution Were prepared. The pH of the solution in which the lignin hydrochloride was dissolved was adjusted to 7.0 using 72% sulfuric acid and / or 50% sodium hydroxide solution. The pH-adjusted solution was allowed to stand at 100 ° C and 10 bar for 2 hours to immerse the methylolated lignin hydrochloride in the solution. Subsequently, the temperature of the immersed solution was increased to 190 ° C, the pressure was increased to 20 bar, and the solution was stirred for 2 hours to conduct the sulfonation reaction.

상기 반응이 종결된 후 급격히 냉각시키고 이어서, 원심분리를 통해 미반응 잔사를 제거하고 리그노술포네이트를 포함하는 용액을 얻었다.After the reaction was terminated, the solution was rapidly cooled and then the unreacted residue was removed by centrifugation to obtain a solution containing lignosulfonate.

얻어진 리그노술포네이트 용액을 UV/Vis 스펙트로미터를 사용하여 정량/정성 분석하여 리그노술포네이트 제조수율을 계산하였다. 표준시료로서 남아공산 순도 41%의 분말상 리그노술포네이트를 사용하였다.The obtained lignosulfonate solution was quantitatively / qualitatively analyzed using a UV / Vis spectrometer to calculate the yield of lignosulfonate production. As a standard sample, a powdery lignosulfonate with a purity of 41% was used.

실시예 9Example 9

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH) 의 함량을 0.8 mol로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.The same procedure as in Example 8 was carried out except that the content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) added in the sulfonation step was changed to 0.8 mol, Sulfonate.

실시예 10Example 10

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH)의 함량을 1.0 mol로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.The same procedure as in Example 8 was carried out except that the content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) added in the sulfonation step was changed to 1.0 mol, Sulfonate.

실시예 11Example 11

메틸올화 단계에서 첨가된 포름알데히드 함량을 0.3몰로 변경한 것을 변경한 것을 제외하는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the content of formaldehyde added at the methylolization step was changed to 0.3 mol.

실시예 12Example 12

메틸올화 단계에서 첨가된 포름알데히드 함량을 0.3몰로 변경하고,The formaldehyde content added in the methylol step was changed to 0.3 mole,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH) 의 함량을 0.8 mol로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.The same procedure as in Example 8 was carried out except that the content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) added in the sulfonation step was changed to 0.8 mol, Sulfonate.

실시예 13Example 13

메틸올화 단계에서 첨가된 포름알데히드 함량을 0.3몰로 변경하고,The formaldehyde content added in the methylol step was changed to 0.3 mole,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH) 의 함량을 1.0 mol로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.The same procedure as in Example 8 was carried out except that the content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) added in the sulfonation step was changed to 1.0 mol, Sulfonate.

실시예 14Example 14

메틸올화 단계에서 첨가된 포름알데히드 함량을 0.3몰로 변경하고,The formaldehyde content added in the methylol step was changed to 0.3 mole,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH) 의 함량을 0.8 mol로 변경하고,The content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) added in the sulfonation step was changed to 0.8 mol,

술폰화 반응 온도를 180℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the sulfonation reaction temperature was changed to 180 캜.

실시예 15Example 15

메틸올화 단계에서 첨가된 포름알데히드 함량을 0.3몰로 변경하고,The formaldehyde content added in the methylol step was changed to 0.3 mole,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH) 의 함량을 0.8 mol로 변경하고,The content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) added in the sulfonation step was changed to 0.8 mol,

술폰화 반응 온도를 170℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the sulfonation reaction temperature was changed to 170 캜.

실시예 16Example 16

메틸올화 단계에서 첨가된 포름알데히드 함량을 0.3몰로 변경하고,The formaldehyde content added in the methylol step was changed to 0.3 mole,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH) 의 함량을 0.8 mol로 변경하고,The content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) added in the sulfonation step was changed to 0.8 mol,

술폰화 반응 온도를 160℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the sulfonation reaction temperature was changed to 160 캜.

실시예 17Example 17

메틸올화 단계에서 첨가된 포름알데히드 함량을 0.3몰로 변경하고,The formaldehyde content added in the methylol step was changed to 0.3 mole,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 또는 설퍼디옥사이드/소듐하이드록사이드(SO2/NaOH) 의 함량을 0.8 mol로 변경하고,The content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) or sulfur dioxide / sodium hydroxide (SO 2 / NaOH) added in the sulfonation step was changed to 0.8 mol,

술폰화 반응 온도를 130℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the sulfonation reaction temperature was changed to 130 캜.

(실시예 18~22, 비교예 1~2: 메틸올화 단계 생략)(Examples 18 to 22, Comparative Examples 1 and 2: Methylolization step is omitted)

실시예 18Example 18

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 염산리그닌을 그대로 사용한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the methylolization step was omitted and lignin hydrochloride which was not methylated was used as it was.

실시예 19Example 19

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 염산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted, and the methylol-free lignin hydrochloride was used as it was,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3)의 함량을 1.0 mol로 변경한 것을 제외하는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) added in the sulfonation step was changed to 1.0 mol.

실시예 20Example 20

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 염산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted, and the methylol-free lignin hydrochloride was used as it was,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3)의 함량을 2.0 mol로 변경한 것을 제외하는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) added in the sulfonation step was changed to 2.0 mol.

실시예 21Example 21

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 염산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted, and the methylol-free lignin hydrochloride was used as it was,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3)의 함량을 1.0 mol로 변경하고,The content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) added in the sulfonation step was changed to 1.0 mol,

술폰화 단계에서 사용되는 용액에 첨가된 염산리그닌 고형분 함량을 17%로 변경한 것을 제외하는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8, except that the solid content of lignin hydrochloride added to the solution used in the sulfonation step was changed to 17%.

실시예 22Example 22

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 염산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted, and the methylol-free lignin hydrochloride was used as it was,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3)의 함량을 1.0 mol로 변경하고,The content of sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) added in the sulfonation step was changed to 1.0 mol,

술폰화 단계에서 사용되는 용액에 첨가된 염산리그닌 고형분 함량을 25%로 변경한 것을 제외하는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.The lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8, except that the solid content of lignin hydrochloride added to the solution used in the sulfonation step was changed to 25%.

비교예 1Comparative Example 1

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 염산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted, and the methylol-free lignin hydrochloride was used as it was,

술폰화 단계에서 소듐설파이트(Na2SO3)를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8, except that sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) was not added in the sulfonation step.

비교예 2Comparative Example 2

메틸올화 단계를 생략하고, 메틸올화되지 않는 염산리그닌을 그대로 사용하고,The methylolization step was omitted, and the methylol-free lignin hydrochloride was used as it was,

술폰화 단계에서 첨가되는 소듐설파이트(Na2SO3) 함량을 0.2 mol로 변경한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 리그노술포네이트를 제조하였다.
Lignosulfonate was prepared in the same manner as in Example 8 except that the sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) content added in the sulfonation step was changed to 0.2 mol.

염산리그닌을 이용한 실험 결과를 하기 표2에 실험조건과 같이 요약하였다.Experimental results using lignin hydrochloride are summarized in Table 2 as experimental conditions.

성분ingredient 메틸올화 유무Presence or absence of methylol 포름알데히드 함량
[mole]
Formaldehyde content
[mole]
리그닌 함량
[wt%]
Lignin content
[wt%]
술폰화 반응온도
[℃]
Sulfonation reaction temperature
[° C]
소듐설파이트 함량
[mole]
Sodium sulfite content
[mole]
리그노술포네이트 수율
[wt.%]
Lignosulfonate yield
[wt.%]
실시예 8Example 8 U 0.60.6 99 190190 0.60.6 53.253.2 실시예 9Example 9 U 0.60.6 99 190190 0.80.8 75.875.8 실시예 10Example 10 U 0.60.6 99 190190 1.01.0 99.199.1 실시예 11Example 11 U 0.30.3 99 190190 0.60.6 54.954.9 실시예 12Example 12 U 0.30.3 99 190190 0.80.8 92.692.6 실시예 13Example 13 U 0.30.3 99 190190 1.01.0 95.695.6 실시예 14Example 14 U 0.30.3 99 180180 0.80.8 39.639.6 실시예 15Example 15 U 0.30.3 99 170170 0.80.8 26.526.5 실시예 16Example 16 U 0.30.3 99 160160 0.80.8 18.118.1 실시예 17Example 17 U 0.30.3 99 130130 0.80.8 6.86.8 실시예 18Example 18 radish -- 99 190190 0.60.6 57.557.5 실시예 19Example 19 radish -- 99 190190 1.01.0 82.982.9 실시예 20Example 20 radish -- 99 190190 2.02.0 81.381.3 실시예 21Example 21 radish -- 1717 190190 1.01.0 56.856.8 실시예 22Example 22 radish -- 2525 190190 1.01.0 48.648.6 비교예 1Comparative Example 1 radish -- 99 190190 0.00.0 0.00.0 비교예 2Comparative Example 2 radish -- 99 190190 0.20.2 0.00.0

상기 표 2에서 보여지는 바와 같이 실시예 8 내지 22에서는 리그노술포네이트가 얻어졌다.As shown in Table 2, lignosulfonates were obtained in Examples 8 to 22.

이에 반해, 설파이트 첨가량이 낮은 비교예 1 내지 2에서는 리그노술포네이트가 얻어지지 않았다.On the other hand, lignosulfonates were not obtained in Comparative Examples 1 and 2 in which the amount of sulfite added was low.

메틸올화 단계를 추가적으로 포함하는 실시예 8 내지 17이 메틸올화 단계가 없는 실시예 18 내지 22에 비하여 리그노술포네이트의 수율이 전반적으로 향상되었다.
The yields of lignosulfonates were generally improved in Examples 8 to 17, which additionally included the methylolization step, as compared to those of Examples 18 to 22, in which there was no methylolization step.

(콘크리트 혼화제의 제조)(Preparation of concrete admixture)

실시예 23Example 23

실시예 19에서 제조된 리그노술포네이트를 포함하는 용액을 농축시켜 리그노술포네이트 함량이 15.7중량% (고형분 함량 49.6중량%)인 용액을 준비하였다.The solution containing the lignosulfonate prepared in Example 19 was concentrated to prepare a solution having a lignosulfonate content of 15.7% by weight (solids content: 49.6% by weight).

실시예 24Example 24

실시예 10에서 제조된 리그노술포네이트를 포함하는 용액을 농축시켜 리그노술포네이트 함량이 32중량% (고형분 함량 41.2%)인 용액을 준비하였다.
The solution containing the lignosulfonate prepared in Example 10 was concentrated to prepare a solution having a lignosulfonate content of 32% by weight (solids content: 41.2%).

평가예 1: 콘크리트 혼화제 적합성 평가Evaluation Example 1: Concrete admixture suitability evaluation

실시예 23 및 24에서 제조된 혼화제에 대하여 KS F 2560 방법에 따라 콘크리트를 제조하여 콘크리트 혼화제로서의 적합성을 평가하였다.Concrete was prepared according to the KS F 2560 method for the admixtures prepared in Examples 23 and 24, and the suitability as a concrete admixture was evaluated.

실시예 23의 혼화제를 포함하는 콘크리트는 물 177g, 시멘트 320g, 잔골재 1105g, 굵은골재 1460g, 혼화제 및 상용 AE제를 혼합하여 제조하였고, 혼화제는 시멘트 함량의 0.5%, AE제는 시멘트 함량의 0.02%를 첨가하였다.The concrete containing the admixture of Example 23 was prepared by mixing 177 g of water, 320 g of cement, 1105 g of fine aggregate, 1460 g of coarse aggregate, admixture and commercial AE agent. The admixture was 0.5% of the cement content, 0.02% Was added.

실시예 24의 혼화제를 포함하는 콘크리트는 물 142g, 시멘트 320g, 잔골재 867g, 굵은골재 1091g, 및 혼화제를 혼합하여 제조하였고, 혼화제는 시멘트 함량의 0.5%를 첨가하였다. 즉, 상용 AE제를 사용하지 않았다.The concrete containing the admixture of Example 24 was prepared by mixing 142 g of water, 320 g of cement, 867 g of fine aggregate, 1091 g of coarse aggregate, and an admixture, and 0.5% of the cement content was added to the admixture. That is, no commercial AE agent was used.

평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The evaluation results are shown in Table 3 below.

평가 항목Evaluation items AE감수제_표준형의 품질 기준AE water reducing agent _ standard of quality standard 실시예 23Example 23 실시예 24Example 24 감수율 [%]Water retention rate [%] 10 이상over 10 1616 1111 블리딩량의 비[%]Ratio of bleeding amount [%] 0.670이하0.670 or less 5454 5757 응결시간의 차
[분]
Difference in condensation time
[minute]
초결Fresh -60 내지 +90-60 to +90 +35+35 +30+30
종결closing -60 내지 +90-60 to +90 +45+45 +30+30 압축강도의 비
[%]
Ratio of compressive strength
[%]
3일3 days 115 이상115 or more 124124 138138
7일7 days 110 이상110 or more 119119 133133 18일18th 110 이상110 or more 114114 126126 동결융해에 대한 저항성
[상태 동탄성 계수, %]
Resistance to freezing and thawing
[State dynamic modulus,%]
80 이상More than 80 8888 --
경시변화량
[60분]
Over time variation
[60 minutes]
슬럼프[mm]Slump [mm] 5050 5050
공기량[%]Air volume [%] 0.40.4 0.30.3

표 3에서 보여지는 바와 같이 실시예 23 및 24의 혼화제는 AE감수제_표준형의 품질 기준을 충족하여 콘크리트 혼화제를 사용될 수 있음을 보여주었다.As shown in Table 3, the admixture of Examples 23 and 24 showed that the concrete admixture could be used satisfying the quality standard of the AE water reducing agent standard.

특히, 실시예 24는 기존의 AE제의 사용 없이도 콘크리트 혼화제 기준을 만족하였다.Particularly, Example 24 satisfied the concrete admixture standard without using the conventional AE agent.

Claims (20)

목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)를 산으로 가수분해하여 얻어지는 리그닌을 준비하는 단계; 및
상기 리그닌을 130℃ 이상의 온도에서 술폰화시키는 단계;를 포함하며,
상기 술폰화 단계에서 리그닌 200g 당 0.6몰 내지 2.0몰의 설파이트 또는 바이설파이트 화합물이 첨가되는 리그노술포네이트 제조방법.
Preparing a lignin obtained by hydrolyzing lignocellulosic biomass with an acid; And
Sulfonating said lignin at a temperature of at least < RTI ID = 0.0 > 130 C, <
Wherein from 0.6 to 2.0 moles of sulfite or bisulfite compound per 200 g of lignin is added in said sulfonating step.
제 1 항에 있어서, 상기 술폰화 단계가 140℃ 내지 190℃의 온도에서 수행되는 제조방법.The process according to claim 1, wherein the sulfonation step is carried out at a temperature of from 140 캜 to 190 캜. 제 1 항에 있어서, 상기 술폰화 단계가 10bar 초과 내지 20bar의 압력에서 수행되는 제조방법. The process according to claim 1, wherein the sulfonation step is carried out at a pressure in excess of 10 bar to 20 bar. 제 1 항에 있어서, 상기 술폰화 단계가 pH 3 내지 11에서 수행되는 제조방법.The process according to claim 1, wherein the sulfonation step is carried out at a pH of from 3 to 11. 제 1 항에 있어서, 상기 술폰화 단계가 2 시간 이상 수행되는 제조방법.The process according to claim 1, wherein the sulfonation step is performed for at least 2 hours. 제 1 항에 있어서, 상기 술폰화 단계 전에
리그닌을 메틸올화(methylolation)시키는 단계를 추가적으로 포함하는 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of methylating lignin.
제 6 항에 있어서, 상기 메틸올화 단계에서 리그닌 200g 당 0.2몰 내지 1.0몰의 포름알데히드가 첨가되는 제조방법.7. The process according to claim 6, wherein 0.2 to 1.0 mole of formaldehyde is added per 200 g of lignin in said methylolization step. 제 6 항에 있어서, 상기 메틸올화 단계가 pH 11 내지 13에서 수행되는 제조방법.7. The process according to claim 6, wherein said methylolization step is carried out at pH 11-13. 제 6 항에 있어서, 상기 메틸올화 단계가 70℃ 이상의 온도에서 수행되는 제조방법.7. The process according to claim 6, wherein the methylolization step is carried out at a temperature of at least 70 < 0 > C. 제 6 항에 있어서, 상기 메틸올화 단계 전에
리그닌을 60℃ 이상의 염기성 용매에 함침시키는 단계를 추가적으로 포함하는 제조방법.
7. The method of claim 6,
Further comprising the step of impregnating the lignin with a basic solvent at 60 DEG C or higher.
제 6 항에 있어서, 상기 메틸올화 단계 후에
상기 리그닌을 산성화(acidification)시키는 단계를 추가적으로 포함하는 제조방법.
7. The method of claim 6, wherein after the methylolization step
Further comprising the step of acidifying said lignin.
제 6 항에 있어서, 상기 메틸올화 단계 전에,
리그닌을 물에 함침시키는 단계를 추가적으로 포함하는 제조방법.
7. The method of claim 6, wherein, prior to the methylolization step,
≪ / RTI > further comprising impregnating the lignin with water.
제 12 항에 있어서, 상기 물에 함침시키는 단계가 20 내지 70?의 온도에서 8 내지 24시간 동안 수행되는 제조방법.13. The method according to claim 12, wherein the step of impregnating the water is carried out at a temperature of 20 to 70 DEG C for 8 to 24 hours. 제 1 항에 있어서, 상기 산이 황산인 제조방법.The process according to claim 1, wherein the acid is sulfuric acid. 제 14 항에 있어서, 상기 리그노술포네이트의 수율이 30중량% 이상인 제조방법.15. The process according to claim 14, wherein the yield of the lignosulfonate is at least 30% by weight. 제 1 항에 있어서, 상기 산이 염산이 제조방법.The method according to claim 1, wherein the acid is hydrochloric acid. 제 16 항에 있어서, 상기 리그노술포네이트의 수율이 50중량% 이상인 제조방법.The process according to claim 16, wherein the yield of the lignosulfonate is at least 50% by weight. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 방법으로 제조된 리그노술포네이트.17. A lignosulfonate prepared by any one of claims 1 to 17. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 방법으로 제조된 리그노술포네이트를 포함하는 혼화제.19. An admixture comprising a lignosulfonate prepared by any one of claims 1 to 17. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 방법으로 제조된 리그노술포네이트를 포함하는 콘크리트.A concrete comprising a lignosulfonate produced by any one of claims 1 to 17.
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