RU2790986C2 - Modified lignin, method for its preparation and application - Google Patents

Modified lignin, method for its preparation and application Download PDF

Info

Publication number
RU2790986C2
RU2790986C2 RU2020120939A RU2020120939A RU2790986C2 RU 2790986 C2 RU2790986 C2 RU 2790986C2 RU 2020120939 A RU2020120939 A RU 2020120939A RU 2020120939 A RU2020120939 A RU 2020120939A RU 2790986 C2 RU2790986 C2 RU 2790986C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lignin
modified lignin
modified
paragraphs
aromatic
Prior art date
Application number
RU2020120939A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020120939A (en
RU2020120939A3 (en
Inventor
Мануэль Максимилиан КЛАУСС
Эрик ФРАНК
Михаэль Р. БУХМАЙЗЕР
Original Assignee
Техникум Лаубхольц Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102017128339.0A external-priority patent/DE102017128339A1/en
Application filed by Техникум Лаубхольц Гмбх filed Critical Техникум Лаубхольц Гмбх
Publication of RU2020120939A publication Critical patent/RU2020120939A/en
Publication of RU2020120939A3 publication Critical patent/RU2020120939A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2790986C2 publication Critical patent/RU2790986C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemical industry.
SUBSTANCE: invention relates to modified lignin based on substituted and/or unsubstituted lignin, and the lignin molecules in substituted and unsubstituted lignin (A) are connected by binding blocks (B) to increase the molecular weight. Lignin differs in that the binding blocks (B) are aromatic and are connected to lignin molecules (A) by means of a methylene group. The binding block (B) comes from the interaction of lignin (A) with an aromatic binding compound (C), which contains at least two hydroxymethyl groups. The specified modified lignin has an average calculated molecular weight from 2,000 to 50,000 g/mol. The invention also reveals a method for producing modified lignin. In addition, the invention relates to the use of modified lignin to produce fiber precursors for wet, dry-wet or dry spinning. In addition, the use of modified lignin for the production of fiber precursors by spinning from a melt is disclosed.
EFFECT: obtaining carbon fibers with valuable properties, in particular, with respect to tensile strength, as well as elastic modulus, by means of preferred fiber precursors.
24 cl, 3 dwg, 1 tbl, 8 ex

Description

Изобретение относится к модифицированному лигнину на основе замещенного и незамещенного лигнина (А), причем молекулы замещенного и незамещенного лигнина (А) для повышения молекулярной массы соединяются связующими блоками (В), к способу получения модифицированного лигнина и его применению для получения прекурсоров волокна, которые затем могут быть преобразованы в углеродные волокна.The invention relates to a modified lignin based on substituted and unsubstituted lignin (A), wherein the molecules of substituted and unsubstituted lignin (A) are connected by binding blocks (B) to increase the molecular weight, to a method for producing modified lignin and its use for obtaining fiber precursors, which are then can be converted into carbon fibers.

Постоянно возрастает спрос на углеродные волокна для получения легких конструкционных деталей из армированных углеродным волокном синтетических материалов (углепластиков, CFK). В частности, высокие темпы роста ожидаются на таком массовом рынке, как автомобильная промышленность. Высокие цены до сих пор, в частности, при изготовлении этих легких конструкционных CFK-деталей, а также относительно высокие цены углеродных волокон, обусловлены тем, что такие изделия еще не являются общедоступными для массового рынка. В области изготовления легких конструкционных CFK-деталей в последние годы были разработаны многообещающие способы, которые обеспечивают возможность быстрого, точного, автоматизированного и тем самым благоприятного изготовления. В случае углеродных волокон до сих пор прилагались некоторые усилия, чтобы с сохранением качества все же снизить цены. Это касается как оптимизации способа получения, так и применения прекурсорных материалов. В настоящее время углеродные волокна главным образом (>95%) формируют из полиакрилонитрила. Его получают способом синтеза в растворе путем полимеризации акрилонитрила с небольшой частью сомономеров. Сам акрилонитрил получают в условиях Sohio-процесса и синтезируют из аммиака и пропена нефтяного происхождения. Преобразование в полимерные волокна производится посредством специального способа мокрого прядения. Для него требуются большие количества дополнительных растворителей и осадителей, и к тому же он является очень медленным.There is a growing demand for carbon fibers to produce lightweight structural parts from carbon fiber reinforced synthetic materials (CFRP). In particular, high growth rates are expected in such a mass market as the automotive industry. The high prices so far, in particular in the manufacture of these lightweight structural CFK parts, as well as the relatively high prices of carbon fibers, are due to the fact that such products are not yet generally available to the mass market. In the field of manufacturing lightweight structural CFK parts, promising methods have been developed in recent years which enable fast, precise, automated and thus favorable manufacturing. In the case of carbon fibers, some efforts have been made so far to keep prices down while maintaining quality. This concerns both the optimization of the production method and the use of precursor materials. Currently, carbon fibers are mainly (>95%) formed from polyacrylonitrile. It is obtained by the method of synthesis in solution by polymerization of acrylonitrile with a small part of the comonomers. Acrylonitrile itself is obtained under the conditions of the Sohio process and is synthesized from ammonia and petroleum-derived propene. The transformation into polymeric fibers is carried out by means of a special wet spinning process. It requires large amounts of additional solvents and precipitants and is also very slow.

Поэтому многие исследовательские работы сосредоточиваются на разработке альтернативных прекурсоров из возобновляемого, не зависящего от нефти сырья для углеродных волокон. К ним относятся биополимеры целлюлоза и лигнин. В особенности лигнин представляет собой привлекательный потенциальный прекурсор, так как он по природе имеет высокое содержание ароматических структур и тем самым обеспечивает также высокий выход углерода. Лигнин не конкурирует с пищевыми продуктами и образуется при изготовлении бумаги, и представляет собой отходы биорафинирования. Существенной проблемой при использовании лигнина в качестве сырьевого материала является возможность значительных вариаций его свойств и чистоты, а также химического состава и структуры этих биополимеров. Для применения лигнина в качестве полимера оказалось существенным то обстоятельство, что лигнин как побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности, хоть и имеет полимерную часть, однако в среднем речь идет о низкомолекулярных олигомерах с очень низкой степенью полимеризации и сильно разветвленной, частично сшитой структурой. Это обусловливается преобразованиями с фрагментацией, которые происходят при варке древесины. Фактически здесь целью является получение по возможности неповрежденной целлюлозы в виде полимера, для чего окружающий ее лигнин химически расщепляется. Поэтому он имеет небольшую молекулярную массу и высокую полидисперсность. Чтобы использовать лигнин в качестве полимерного материала, могут быть применены мембранная фильтрация или фракционированное осаждение, чтобы получить фракции с желательными молекулярными массами и свойствами. К сожалению, это имеет результатом высокую долю отходов. Продукт, как и до этого, имеет сильно разветвленную структуру. Низкомолекулярная природа лигнина проявляется прежде всего в механически слабой нагрузочной способности и хрупкости.Therefore, many research efforts are focusing on the development of alternative precursors from renewable, oil-independent feedstocks for carbon fibers. These include biopolymers cellulose and lignin. In particular, lignin is an attractive potential precursor since it naturally has a high content of aromatic structures and thus also provides a high yield of carbon. Lignin does not compete with food and is formed during the manufacture of paper, and is a waste from biorefining. A significant problem when using lignin as a raw material is the possibility of significant variations in its properties and purity, as well as the chemical composition and structure of these biopolymers. For the use of lignin as a polymer, it turned out to be significant that lignin, as a by-product of the pulp and paper industry, although it has a polymeric part, however, on average, we are talking about low molecular weight oligomers with a very low degree of polymerization and a highly branched, partially crosslinked structure. This is due to the fragmentation transformations that occur when the wood is cooked. In fact, the goal here is to obtain as intact as possible cellulose in the form of a polymer, for which the lignin surrounding it is chemically cleaved. Therefore, it has a low molecular weight and high polydispersity. To use lignin as the polymeric material, membrane filtration or fractional settling can be used to obtain fractions with desired molecular weights and properties. Unfortunately, this results in a high proportion of waste. The product, as before, has a highly branched structure. The low molecular nature of lignin is manifested primarily in mechanically weak load capacity and brittleness.

Для использования лигнина в качестве исходного материала для углеродных волокон желательна по возможности линейная и полимерная структура. Эта структура позволяет выстраивать молекулы по оси волокна во время процесса прядения и повышать механическую нагрузочную способность как прекурсорного волокна, так и образованного из него углеродного волокна. В частности, до сих пор слишком низкой механической нагрузочной способностью прекурсорного волокна во многом обусловливается то, почему до настоящего времени не существует углеродное волокно на основе лигнина как рыночный продукт. Прекурсорные волокна являются ломкими и негибкими, что, помимо всего прочего, объясняется низкой молекулярной массой. Добавление гибких вспомогательных полимеров целесообразно лишь в незначительной доле, так как вследствие этого, как правило, снижается выход углерода от всего материала, и резко ухудшается качество углеродного волокна ввиду вызываемых этим дефектов. Поэтому, исходя из прототипа, необходима разработка способа, который позволяет контролируемо строить линейную структуру с повышением молекулярной массы лигнина как прекурсора углеродного волокна. Прежние способы полимеризации лигнина и, соответственно, получения полимеров с ковалентно связанным лигнином, нацелены по большей части не на их применение в качестве прекурсора углеродного волокна, и поэтому непригодны. Следует вкратце представить некоторые из этих способов.For the use of lignin as a starting material for carbon fibers, a structure that is as linear and polymeric as possible is desirable. This structure allows the molecules to align along the fiber axis during the spinning process and increase the mechanical load capacity of both the precursor fiber and the carbon fiber formed from it. In particular, the still too low mechanical load capacity of the precursor fiber is largely responsible for why there is no lignin-based carbon fiber as a market product to date. Precursor fibers are brittle and inflexible, which, among other things, is due to the low molecular weight. The addition of flexible auxiliary polymers is advisable only to a small extent, since as a result, as a rule, the yield of carbon from the entire material decreases, and the quality of the carbon fiber deteriorates sharply due to the defects caused by this. Therefore, based on the prototype, it is necessary to develop a method that allows you to controllably build a linear structure with an increase in the molecular weight of lignin as a carbon fiber precursor. Previous methods for polymerizing lignin, and thus producing polymers with covalently bonded lignin, do not generally focus on their use as a carbon fiber precursor and are therefore unsuitable. Some of these methods should be briefly presented.

В патентном документе US 4769434 A подробно описана основнокатализируемая конденсация лигнина с бивалентными электрофильными соединениями. Указанные в нем электрофилы представляют собой альдегиды, гидроксиметилированные амины, фенольные соединения, а также изоцианаты. В патентном документе US 3984363 A обсуждается эпоксидирование лигнина в щелочных условиях и последующее отверждение с использованием (полимерных) аминов. В качестве сшивающих соединений обсуждаются также ангидриды карбоновых кислот, а также этерификация лигнина с образованием подходящих для сшивания двойных связей. Напротив, в патентном документе US 5102992 A раскрыты получение и применение полимеризируемых преполимеров из лигнина, причем модифицированный алкиленоксидом лигнин вводится в реакцию с содержащим акрилатную функциональную группу соединением, чтобы получить полимеризируемые преполимеры. Дополнительной областью полимеров из лигнина являются полиуретаны на основе лигнина. Согласно патентному документу US 9598529 B2, прекурсор полиуретана смешивают с лигнином и нагревают, в результате чего смесь полимеризуется. Также лигнин вводят в реакцию с изоцианатами в присутствии полиолов, чтобы образовать полимер (смотри патентный документ US 6025452 A). В качестве еще одной области полимеров из лигнина можно назвать сополимеры из лигнина и полимолочной кислоты (PLA). Так, например, в патентном документе US 20130281582 Al описано, как сложный эфир лигнина с масляной кислотой нагревают в присутствии полимолочной кислоты, чтобы получить PLA-привитый сополимер лигнина.US Pat. No. 4,769,434 A describes in detail the basic catalyzed condensation of lignin with divalent electrophiles. The electrophiles mentioned in it are aldehydes, hydroxymethylated amines, phenolic compounds, and isocyanates. US Pat. No. 3,984,363 A discusses the epoxidation of lignin under alkaline conditions and subsequent curing using (polymeric) amines. Also discussed as crosslinking compounds are carboxylic acid anhydrides, as well as the esterification of lignin with the formation of double bonds suitable for crosslinking. In contrast, US Pat. No. 5,102,992 A discloses the preparation and use of polymerizable prepolymers from lignin, wherein alkylene oxide-modified lignin is reacted with an acrylate-functional compound to form polymerizable prepolymers. An additional field of polymers from lignin are polyurethanes based on lignin. According to US Pat. No. 9,598,529 B2, a polyurethane precursor is mixed with lignin and heated, causing the mixture to polymerize. Lignin is also reacted with isocyanates in the presence of polyols to form a polymer (see US 6,025,452 A). As another area of lignin polymers, copolymers of lignin and polylactic acid (PLA) can be mentioned. Thus, for example, US 20130281582 Al describes how an ester of lignin with butyric acid is heated in the presence of polylactic acid to obtain a PLA-grafted lignin copolymer.

Подобный химический подход описывает патентный документ US 9567432 B2, согласно которому синтезируют привитые сополимеры лигнина и полилактида. Они могут реагировать со сшивающими реагентами, например, такими как гексаметилендиизоцианат. Радикальная полимеризация лигнина с образованием полимера представлена в патентном документе US 5608040 A, при которой образуются полимеры из лигнина и органических соединений по меньшей мере с 3 атомами углерода в присутствии радикально-окисляемых ферментов. Два менее конкретных способа, чтобы получить полимерный лигнин в качестве прекурсора для углеродных волокон, раскрывает патентный документ US 20130255216 Al. Оксипропилирование лигнина с последующим пропаргилированием в многочисленных стадиях приводит к образованному удлинением цепей продукту на основе лигнина (H. Sadeghifar, S. Sen, S. V. Patil, D. S. Argyropoulos, ACS Sus. Chem. Eng., 2016, том 4, стр. 5230-5237). Кроме того, сообщается о термически стабильных сополимерах простых полиариленэфирсульфонов с лигнином, которые получены из лигнина и ароматического дифтордифенилсульфона (DFDPS). Продукт имеет повышенную термическую стабильность по сравнению с необработанным лигнином (D. S. Argyropoulos, H. Sadeghifar, C. Cui, S. Sen, ACS Sus. Chem. Eng., 2014, том 2, стр. 264-271). Все эти способы имеют в результате по большей части сильно разветвленный продукт или привитый полимер, который на основе лигнина не может быть линеализирован. Более того, в качестве сополимеров и сомономеров используются алифатические соединения, например, такие как полимолочная кислота. В процессе термического преобразования лигнина в углеродные волокна эти алифатические соединения приводят к небольшим остаточным массам углерода и, соответственно, низким выходам. Следствием этого являются большие потери материалов во время термического преобразования в углеродные волокна, но также высокая пористость углеродных волокон и тем самым плохие механические свойства их.A similar chemical approach is described in US Pat. No. 9,567,432 B2, according to which graft copolymers of lignin and polylactide are synthesized. They can react with crosslinking agents such as hexamethylene diisocyanate, for example. The radical polymerization of lignin to form a polymer is presented in US 5,608,040 A, which forms polymers from lignin and organic compounds with at least 3 carbon atoms in the presence of radical oxidizable enzymes. Two less specific methods to obtain polymeric lignin as a precursor for carbon fibers are disclosed in US 20130255216 Al. Oxypropylation of lignin followed by propargylation in multiple steps results in a lignin-based product formed by chain extension (H. Sadeghifar, S. Sen, SV Patil, DS Argyropoulos, ACS Sus. Chem. Eng ., 2016, vol. 4, pp. 5230-5237 ). In addition, thermally stable copolymers of poly(aryleneethersulfones) with lignin have been reported, which are prepared from lignin and aromatic difluorodiphenylsulfone (DFDPS). The product has improved thermal stability compared to untreated lignin (DS Argyropoulos, H. Sadeghifar, C. Cui, S. Sen, ACS Sus. Chem. Eng ., 2014, vol. 2, pp. 264-271). All of these processes result in a largely highly branched product or graft polymer which cannot be linearized based on lignin. Moreover, aliphatic compounds such as polylactic acid are used as copolymers and comonomers. During the thermal conversion of lignin to carbon fibers, these aliphatic compounds lead to small residual masses of carbon and, accordingly, low yields. The consequence of this is a large loss of materials during the thermal transformation into carbon fibers, but also a high porosity of the carbon fibers and thus poor mechanical properties thereof.

В основу изобретения положена задача устранить описанные выше в связи с прототипом недостатки, в частности, предложить модифицированный лигнин указанного вначале типа, который имеет линейную ориентацию и благоприятным образом может быть преобразован в углеродные волокна с высоким выходом углерода, незначительной пористостью и улучшенными механическими характеристиками углеродных волокон.The invention is based on the task of eliminating the disadvantages described above in connection with the prototype, in particular, to propose a modified lignin of the type indicated at the beginning, which has a linear orientation and can be advantageously converted into carbon fibers with a high carbon yield, low porosity and improved mechanical characteristics of carbon fibers. .

Согласно изобретению, эта задача решается посредством модифицированного лигнина указанного вначале типа, который отличается тем, что связующие блоки (В) являются ароматическими и соединяются с молекулами лигнина (А) посредством метиленовой группы.According to the invention, this problem is solved by means of a modified lignin of the type indicated at the outset, which is characterized in that the linking blocks (B) are aromatic and are linked to the lignin molecules (A) via a methylene group.

В качестве незамещенного лигнина (А) пригодны, в частности, лигнин твердых древесных пород, лигнин мягких древесных пород или лигнин соломы злаков, будучи как недериватизированным, так и дериватизированным. В качестве лигнина типа отходов варки пригодны, в частности, все обычные формы, причем предпочтительны лигнин из процесса органосольвентной делигнификации и крафт-лигнин.Suitable unsubstituted lignin (A) are, in particular, hardwood lignin, softwood lignin or cereal straw lignin, whether underivatized or derivatized. Suitable pulp lignins are, in particular, all conventional forms, organo-solvent delignification lignin and kraft lignin being preferred.

В различных ситуациях предпочтительно, чтобы соответствующий изобретению модифицированный лигнин происходил из замещенного лигнина, причем замещенный лигнин представлен, в частности, формуламиIn various situations, it is preferred that the modified lignin according to the invention is derived from a substituted lignin, the substituted lignin being represented in particular by the formulas

Figure 00000001
Figure 00000001

и/илиand/or

Figure 00000002
Figure 00000002

в которых представляют: остаток L-О в формулах (I) и (II) эстерифицированный или этерифицированный лигниновый остаток, остаток -CO-Rx в формуле (I) ацильный остаток, остатки Rx и Ry алифатический и/или ароматический остаток. Для этого имеются конкретизированные предпочтительные варианты исполнения. Так, один подобный вариант исполнения отличается тем, что ароматические остатки Rx и Ry представляют арильный остаток, в частности, фенольный, бензильный, метоксибензильный и/или 3-фенилпропенильный остаток. Кроме того, предпочтительным является то, что алифатические остатки Rx и Ry представляют линейноцепочечный или разветвленный C1-6-алкильный остаток, в частности, метильную, этильную, н-пропильную, изопропильную, трет-бутильную или неопентильную группу.in which they represent: the residue L-O in formulas (I) and (II) is an esterified or esterified lignin residue, the residue -CO-R x in formula (I) is an acyl residue, the residues R x and R y are an aliphatic and/or aromatic residue. For this, specific preferred embodiments are available. Thus, one such embodiment is characterized in that the aromatic radicals R x and R y represent an aryl radical, in particular a phenolic, benzyl, methoxybenzyl and/or 3-phenylpropenyl radical. Furthermore, it is preferred that the aliphatic radicals R x and R y represent a straight chain or branched C 1-6 alkyl radical, in particular a methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl or neopentyl group.

В отношении производных описанных выше формул (I) и (II) оказались благоприятными, как уже показано, короткоцепочечные простые метиловые(С1)- и этиловые(С2) эфиры и ацетильные сложные эфиры лигнина, причем на переднем плане находятся простые метиловые эфиры согласно формуле (II). В этом варианте осуществления изобретения предпочтительными являются, в частности, лигнины из процесса органосольвентной делигнификации, которые в ходе процесса их получения уже частично являются этерифицированными и/или эстерифицированными, например, в результате обработки уксусной кислотой. В качестве производного лигнина также рассматривается, в частности, фенолизированный лигнин, в котором фенол или производные фенола ковалентно связаны с лигнином по реакционноспособным ароматическим положениям, в результате чего увеличивается число реакционноспособных позиций на лигнине. При этом фенол, как правило, замещает алифатические гидроксильные группы лигнина и соответствует формуле L-О-фенол (III). Важны также соображения в отношении замещения гидроксильных групп производного лигнина в приведенных выше формулах (I) и (II). При этом оказалось предпочтительным, чтобы были замещены от 1% до 100%, предпочтительно от 10% до 90%, в частности, от 30% до 80% гидроксильных остатков лигнина соответственно формулам (I) и (II). В отношении фенолизированного лигнина рекомендуется замещение фенолом и, соответственно, производными фенола между 1% и 80%, предпочтительно от 10% до 60%, в частности, между 20% и 50%, алифатических гидроксильных групп согласно формуле L-О-фенол (III).With respect to the derivatives of formulas (I) and (II) described above, short chain methyl (C1)- and ethyl (C2) ethers and lignin acetyl esters have proved to be favorable, as already shown, with the methyl ethers according to the formula ( II). In this embodiment, lignins from the organo-solvent delignification process are preferred in particular, which are already partly esterified and/or esterified during their production process, for example by treatment with acetic acid. Also considered as a lignin derivative is, in particular, phenolized lignin, in which phenol or phenol derivatives are covalently bonded to lignin at reactive aromatic positions, as a result of which the number of reactive positions on the lignin increases. In this case, phenol, as a rule, replaces the aliphatic hydroxyl groups of lignin and corresponds to the formula L-O-phenol (III). Considerations regarding the substitution of the hydroxyl groups of the lignin derivative in the above formulas (I) and (II) are also important. It turned out to be preferable that 1% to 100%, preferably 10% to 90%, in particular 30% to 80% of the hydroxyl residues of the lignin according to formulas (I) and (II) are substituted. With regard to phenolized lignin, it is recommended to replace phenol and, accordingly, phenol derivatives between 1% and 80%, preferably from 10% to 60%, in particular between 20% and 50%, of aliphatic hydroxyl groups according to the formula L-O-phenol (III ).

Существенной составной частью изобретения является связующий блок (В). Он в самом широком смысле является ароматическим и соединен с молекулами лигнина (А), замещенного или незамещенного, через метиленовую группу. В рамках соответствующего изобретению способа он вводится в соответствующий изобретению модифицированный лигнин посредством связующего соединения (С). Что касается подробностей относительно связующего соединения (С), следует сослаться на последующие соответствующие этому разъяснения.An essential part of the invention is the connecting block (B). It is aromatic in the broadest sense and is linked to the lignin (A) molecules, substituted or unsubstituted, via a methylene group. In the process according to the invention, it is introduced into the modified lignin according to the invention by means of a binder compound (C). As for the details regarding the binder compound (C), reference should be made to the following explanations accordingly.

С учетом этого оказалось предпочтительным, чтобы связующий блок (В) происходил из взаимодействия лигнина (А) с ароматическим связующим соединением (С), которое имеет по меньшей мере две гидроксиметильных группы, в частности, две концевых гидроксиметильных группы, и представляет собой мономер, олигомер и/или полимер, в частности, 2,6-бис(гидроксиметил)-пара-крезол, резол на основе пара-крезола, резол на основе фенола и/или соединение новолачного типа с концевыми гидроксиметильными группами.With this in mind, it turned out to be preferable that the binder block (B) comes from the interaction of lignin (A) with an aromatic binder compound (C), which has at least two hydroxymethyl groups, in particular two terminal hydroxymethyl groups, and is a monomer, oligomer and/or a polymer, in particular 2,6-bis(hydroxymethyl)-para-cresol, para-cresol-based resol, phenol-based resol and/or a hydroxymethyl-terminated Novolac type compound.

Оказывается благоприятным, когда обращается внимание на молярное отношение связующего блока (В) к молекулам лигнина (А). Так, предпочтительно, когда молярное отношение связующего блока (В) к молекулам лигнина (А), замещенного или незамещенного, составляет от около 1:1 до 1:7, в частности, от 1:2 до 1:4, и особенно предпочтительно около 1:3.It turns out to be favorable when attention is paid to the molar ratio of the binder block (B) to the lignin molecules (A). Thus, preferably, when the molar ratio of the binder block (B) to the lignin molecules (A), substituted or unsubstituted, is from about 1:1 to 1:7, in particular from 1:2 to 1:4, and particularly preferably about 1:3.

Соответствующий изобретению модифицированный лигнин (А) проявляет многочисленные важные благоприятные свойства:The modified lignin (A) according to the invention exhibits numerous important beneficial properties:

Так, модифицированный лигнин отличается, в частности, тем, что его зольность, определенная согласно стандарту DIN EN ISO 3451-4, составляет менее 0,1 вес.%. Это обстоятельство является важным потому, что известно, что высокое содержание посторонних ионов может оказывать вредное влияние на структуру углерода и стабильность углеродных волокон. Поэтому является целесообразным, когда содержание золы выдерживается в вышеуказанном предпочтительном правиле, сообразно чему присутствуют менее 0,1 вес.% и/или менее 1000 млн-1 посторонних ионов, в частности, менее 500 млн-1 посторонних ионов, в частности, в форме ионов щелочных металлов. Точная количественная оценка содержащихся в соответствующем изобретению модифицированном лигнине солей и металлов может быть выполнена с помощью ICP-MS (масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой), после подходящей калибровки. Здесь имеется очень низкий предел обнаружения.Thus, the modified lignin is characterized in particular in that its ash content, determined according to DIN EN ISO 3451-4, is less than 0.1% by weight. This circumstance is important because it is known that a high content of foreign ions can have a detrimental effect on the structure of carbon and the stability of carbon fibers. Therefore, it is advantageous when the ash content is maintained in the above preferred rule, whereby less than 0.1 wt.% and/or less than 1000 ppm foreign ions are present, in particular less than 500 ppm foreign ions, in particular in the form alkali metal ions. An accurate quantification of the salts and metals contained in the modified lignin according to the invention can be performed using ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), after suitable calibration. There is a very low detection limit here.

Особенное значение имеет комплексная вязкость соответствующего изобретению модифицированного лигнина, в каждом случае сообразно конкретной цели. Так, является предпочтительным, чтобы модифицированный лигнин для цели мокрого, сухого-мокрого и сухого прядения имел комплексную вязкость в растворе от 10 до 500 Па⋅сек, в частности, от 50 до 300 Па⋅сек, определяемую согласно стандарту DIN 53019-4, тогда как для цели прядения из расплава комплексную вязкость предпочтительно от 50 до 2000 Па⋅сек, в частности, от 100 до 1000 Па⋅сек, определяемую согласно стандарту DIN 53019-4,Of particular importance is the complex viscosity of the modified lignin according to the invention, in each case according to the specific purpose. Thus, it is preferred that the modified lignin for the purpose of wet, dry-wet and dry spinning has a complex viscosity in solution from 10 to 500 Pa.s, in particular from 50 to 300 Pa.s, determined according to DIN 53019-4, while for the purpose of melt spinning, the complex viscosity is preferably from 50 to 2000 Pa.s, in particular from 100 to 1000 Pa.s, determined according to DIN 53019-4,

Кроме того, соответствующий изобретению модифицированный лигнин для цели прядения из расплава отличается тем, что он предпочтительно имеет температуру стеклования (Tg) от 80°С до 220°С, в частности, от 100°С до 180°С, определяемую динамической дифференциальной калориметрией согласно стандарту DIN EN ISO 11357-2.In addition, the modified lignin according to the invention for the purpose of melt spinning is characterized in that it preferably has a glass transition temperature (Tg) from 80° C. to 220° C., in particular from 100° C. to 180° C., determined by dynamic differential calorimetry according to according to DIN EN ISO 11357-2.

В принципе согласно изобретению значительную роль играет также среднечисленная молекулярная масса: так, соответствующий изобретению лигнин отличается тем, что предпочтительно имеет среднечисленную молекулярную массу от 2000 до 50000 г/моль, в частности, от 4000 до 40000 г/моль. При этом средневзвешенная молекулярная масса варьирует между 10000 и 250000 г/моль, в частности, от 20000 до 100000 г/моль. Приведенные выше указания помогают специалисту отрегулировать структурные характеристики соответствующего изобретению продукта, такие как желательная линейность, степень разветвления и сшивания. Они могут со знанием дела управляться регулированием оптимальных стехиометрических соотношений между лигнином (А) и связующим соединением (В).In principle, the number average molecular weight also plays a significant role according to the invention: for example, the lignin according to the invention is characterized in that it preferably has a number average molecular weight of 2,000 to 50,000 g/mol, in particular 4,000 to 40,000 g/mol. In this case, the weighted average molecular weight varies between 10,000 and 250,000 g/mol, in particular from 20,000 to 100,000 g/mol. The above guidelines help the person skilled in the art to adjust the structural characteristics of the product according to the invention, such as desired linearity, degree of branching and crosslinking. They can be expertly controlled by adjusting the optimum stoichiometric ratios between lignin (A) and binder (B).

Таким образом, в рамках практического осуществления изобретения также важно, когда обращают внимание на среднечисленную молекулярную массу (Mn) исходного лигнина и, соответственно, производного лигнина А. При этом оказалось благоприятным исходить из среднечисленной молекулярной массы (Mn) от 200 до 30000 г/моль, в частности, от 300 до 10000 г/моль. Средневзвешенная молекулярная масса (Mw) варьирует предпочтительно между 1000 и 40000 г/моль, в частности, между 2000 и 20000 г/моль. Используемый лигнин и, соответственно, производное лигнина, также включает фракции лигнина и, соответственно, производного лигнина (А), которые получены фракционированием лигнина и, соответственно, производного лигнина, в частности, сообразно размеру частиц. Так, могут быть целесообразными фракционированное осаждение лигнина, которое может проводиться уже в процессе получения и, соответственно, выделения лигнина, как и последовательная экстракция лигнина, а также ультрафильтрация растворов лигнина. Фракционированный лигнин тем самым имеет меньшую полидисперсность, чем исходный лигнин, что способствует расчету стехиометрии преобразования в рамках описываемого далее соответствующего изобретению способа, а также по возможности более высокой исходной молекулярной массы. Поэтому является предпочтительным, когда применяемый лигнин (А), замещенный или незамещенный, имеет как можно меньшую полидисперсность, предпочтительно <8, в частности, <6. Чтобы обеспечить возможность исполнения благоприятным образом описываемого далее соответствующего изобретению способа и, соответственно, взаимодействия лигнина (А) со связующим соединением (С), предпочтительны реакционноспособные ароматические положения в лигнине (А). В отношении этих положений речь может идти о: занятых атомами водорода (Н) ароматических позициях в α-положении к фенольной гидроксигруппе лигнина (соответственно гваяцильному фрагменту), а также о занятых атомами водорода (Н) ароматических позициях в орто-положении к простым эфирным группам лигнина, причем в отношении этих простых эфирных групп речь, как правило, идет о содержащихся по природе метоксигруппах, а также о связывающих лигнин простых эфирных мостиках. В качестве реакционноспособных положениях здесь считаются также свободные ароматические положения фенола и производных фенола, которые были ковалентно связаны лигнином при фенолизировании его. Поэтому предпочтительно выявлять минимальное количество этих свободных положений.Thus, in the context of the practice of the invention, it is also important when attention is paid to the number average molecular weight (M n ) of the starting lignin and, accordingly, of the lignin A derivative. /mol, in particular from 300 to 10000 g/mol. The weight average molecular weight (M w ) preferably varies between 1000 and 40000 g/mol, in particular between 2000 and 20000 g/mol. The lignin and the lignin derivative used also comprise fractions of the lignin and the lignin derivative (A) respectively, which are obtained by fractionating the lignin and the lignin derivative, respectively, in particular according to particle size. Thus, fractionated precipitation of lignin, which can be carried out already in the process of obtaining and, accordingly, isolation of lignin, may be appropriate, as well as sequential extraction of lignin, as well as ultrafiltration of lignin solutions. The fractionated lignin thus has a lower polydispersity than the original lignin, which facilitates the calculation of the conversion stoichiometry in the context of the process according to the invention described below, as well as a starting molecular weight that is as high as possible. It is therefore preferred that the lignin (A), substituted or unsubstituted, used has as little polydispersity as possible, preferably <8, in particular <6. In order to enable the process according to the invention to be carried out in a favorable manner and, accordingly, the interaction of the lignin (A) with the binder compound (C), reactive aromatic positions in the lignin (A) are preferred. With regard to these positions, we can talk about: aromatic positions occupied by hydrogen atoms (H) in the α-position to the phenolic hydroxy group of lignin (respectively, the guaiacyl fragment), as well as aromatic positions occupied by hydrogen atoms (H) in the ortho-position to ether groups lignin, and in relation to these ether groups, as a rule, we are talking about naturally occurring methoxy groups, as well as lignin-binding ether bridges. Free aromatic positions of phenol and phenol derivatives, which were covalently bound by lignin during its phenolization, are also considered here as reactive positions. Therefore, it is preferable to detect the minimum number of these free positions.

Здесь также играет роль целевое назначение, то есть, будет ли модифицированный лигнин использован для мокрого, сухого-мокрого или сухого прядения, или же для прядения из расплава прекурсоров волокон. Так, предпочтительно, чтобы для цели мокрого, сухого-мокрого и сухого прядения с образованием прекурсоров волокон среднечисленная молекулярная масса составляла от 2000 до 50000 г/моль, в частности, от 4000 до 40000 г/моль. Если же он используется для прядения прекурсоров волокон из расплава, то среднечисленная молекулярная масса благоприятным образом составляет величину между 2000 и 15000 г/моль, в частности, между 4000 и 10000 г/моль.Intended use also plays a role here, ie whether the modified lignin is to be used for wet, dry-wet or dry spinning, or for melt spinning of fiber precursors. Thus, preferably, for the purpose of wet, dry-wet and dry spinning to form fiber precursors, the number average molecular weight is from 2000 to 50000 g/mol, in particular from 4000 to 40000 g/mol. If, however, it is used for melt spinning of fiber precursors, the number average molecular weight is advantageously between 2000 and 15000 g/mol, in particular between 4000 and 10000 g/mol.

Кроме того, предметом изобретения является способ получения модифицированного лигнина, в частности, модифицированного лигнина подробно описанного выше соответствующего изобретению типа, который отличается тем, что замещенный и/или незамещенный лигнин (А) растворяют в растворителе, и в растворе вводят в реакцию с ароматическим связующим соединением (С), которое имеет по меньшей мере две гидроксиметильных группы, в частности, две концевых гидроксиметильных группы, в присутствии органической кислоты (D) при повышенной температуре, в частности, от 60°С до 160°С, с образованием модифицированного лигнина.In addition, the subject of the invention is a method for producing modified lignin, in particular a modified lignin of the type described in detail above according to the invention, which is characterized in that the substituted and/or unsubstituted lignin (A) is dissolved in a solvent and reacted in the solution with an aromatic binder a compound (C) which has at least two hydroxymethyl groups, in particular two terminal hydroxymethyl groups, in the presence of an organic acid (D) at an elevated temperature, in particular from 60°C to 160°C, to form a modified lignin.

К существенным взаимодействующим соединениям в соответствующем изобретению способе относятся следующие: лигнин (А), в смысле изобретения замещенный и/или незамещенный, взаимодействует с ароматическим связующим соединением (С), которое имеет по меньшей мере две гидроксиметильных группы, в частности, две концевых гидроксиметильных группы. В отношении лигнина (А) следует сослаться на вышеуказанные варианты исполнения с образованием соответствующего изобретению модифицированного лигнина. Ароматическое связующее соединение (С) при взаимодействии согласно соответствующему изобретению способу приводит к образованию связующего блока (В) соответствующего изобретению модифицированного лигнина. Связующее соединение (С) отличается тем, что оно, как подчеркивалось, имеет по меньшей мере две концевых гидроксиметильных группы. Оно имеет ароматический характер и может иметь мономерную, олигомерную или полимерную природу. Предпочтительные примеры были приведены выше, на которые следует сослаться. Таким образом, эти соединения отличаются введенными на концах гидроксиметильными группами. Показанные ниже изображения представляют химические структуры возможных связующих соединений, основанных на 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезоле (n=1) и пара-крезольном резоле.The essential reactants in the process according to the invention are the following: lignin (A), substituted and/or unsubstituted in the sense of the invention, is reacted with an aromatic binder compound (C) which has at least two hydroxymethyl groups, in particular two terminal hydroxymethyl groups . With respect to lignin (A), reference should be made to the above embodiments with the formation of the modified lignin according to the invention. The aromatic binder compound (C), when reacted according to the process according to the invention, leads to the formation of the binder block (B) of the modified lignin according to the invention. The binder compound (C) is characterized in that, as emphasized, it has at least two terminal hydroxymethyl groups. It is aromatic in nature and may be monomeric, oligomeric or polymeric in nature. Preferred examples have been given above, which should be referred to. Thus, these compounds are distinguished by the hydroxymethyl groups introduced at the ends. The images shown below represent the chemical structures of possible binders based on 2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol (n=1) and p-cresol resol.

Figure 00000003
Figure 00000003

Для второй формулы предпочтительно справедливо отношение 1<m+n<40, в частности, 1<m+n<10, и наиболее предпочтительно 1<m+n<5.The second formula preferably holds the ratio 1<m+n<40, in particular 1<m+n<10, and most preferably 1<m+n<5.

В принципе, речь может идти об ароматической циклической системе, которая основывается на бензольном кольце. Также могут быть привлечены другие (конденсированные) ароматические системы, в частности, нафталина, антрацена и тому подобных. Как показано в приведенных выше изображениях, по меньшей мере две концевых гидроксиметильных группы предпочтительно размещены в мета-положении относительно друг друга. В принципе было бы возможным также пара-положение этих обеих групп, причем орто-положение не представляется благоприятным ввиду пространственных затруднений. Наконец, под вопросом оказываются подходящие заместители в ароматической системе. Такая постановка вопроса не составляет сути настоящего изобретения. Специалист без проблем может подобрать здесь подходящие заместители, например, такие как гидроксильные группы или низшие алкильные группы, в частности, алкильную группу с числом атомов углерода от 1 до 6.In principle, we can talk about an aromatic ring system, which is based on the benzene ring. Other (condensed) aromatic systems may also be involved, in particular naphthalene, anthracene and the like. As shown in the above images, at least two terminal hydroxymethyl groups are preferably placed in the meta position relative to each other. In principle, a para-position of these two groups would also be possible, with the ortho-position not being favorable due to spatial difficulties. Finally, suitable substituents in the aromatic system are questionable. Such a statement of the question does not constitute the essence of the present invention. The person skilled in the art can easily select suitable substituents here, such as hydroxyl groups or lower alkyl groups, in particular an alkyl group with from 1 to 6 carbon atoms.

Кроме того, в отношении представленных выше химических структур связующего соединения (С): ядро повторяющейся структурной единицы в этих связующих соединениях образуют ароматические мономеры, такие как фенол, крезол, гидроксифенол и также ароматические системы, которые не относятся к бензолу, например, такие как фуран, пиррол, тиофен, и другие ароматические гетероциклы.In addition, with regard to the above chemical structures of the binder (C): the core of the repeating structural unit in these binders form aromatic monomers such as phenol, cresol, hydroxyphenol and also aromatic systems that do not belong to benzene, such as furan , pyrrole, thiophene, and other aromatic heterocycles.

Здесь наиболее предпочтительным оказался пара-крезол. В принципе число повторяющихся структурных единиц возможно между 1 и многими сотнями, причем, однако, благоприятными являются диапазоны от 1 до 60, предпочтительно от 1 до 40, в частности, от 1 до 20. Мономерный 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезол с числом повторяющихся структурных единиц, равным 1, согласно изобретению занимает особое место, так как описываемое позже взаимодействие протекает с возрастанием молекулярной массы исключительно удовлетворительным путем, и составляет лишь незначительную массовую долю в общей массе продукта. Полидисперсность олигомерного и, соответственно, полимерного связующего соединения предпочтительным образом должна быть настолько низкой, насколько возможно, поскольку тем самым может производиться оптимизированный расчет стехиометрических соотношений между лигнином (А) и связующим соединением (С).Here para-cresol proved to be the most preferred. In principle, the number of repeating structural units is possible between 1 and many hundreds, however, the ranges from 1 to 60, preferably from 1 to 40, in particular from 1 to 20, are favorable. cresol with the number of repeating structural units equal to 1, according to the invention, occupies a special place, since the reaction described later proceeds with an increase in molecular weight in an extremely satisfactory way, and constitutes only a small mass fraction in the total mass of the product. The polydispersity of the oligomeric and/or polymeric binder should preferably be as low as possible, since an optimized calculation of the stoichiometric ratios between lignin (A) and binder (C) can thus be carried out.

В общем и целом можно выделить, что соответствующий изобретению способ благоприятным образом контролируется тем, что лигнин (А), будь то незамещенный или замещенный, вводят во взаимодействие с ароматическим связующим соединением С при регулируемых опытным путем стехиометрических условиях соединения в присутствии органической кислоты (D). При этом основной вклад вносят существенные для взаимодействия химические функциональные группы в связующем соединении (С), и не в такой же мере в лигнине (А). Поэтому взаимодействие лигнина А с самим собой по существу не происходит. Превращение по существу управляется регулируемым добавлением связующего соединения (С). Тем самым в результате этого преобразования могут быть получены продукты на основе лигнина, в частности, с увеличенной более чем в 20 раз среднечисленной молекулярной массой. При оптимально отрегулированных стехиометрических соотношениях полученный этим способом продукт имеет несшитую и в высшей степени линейную структуру. В частности, продукт взаимодействия путем частичного выпаривания используемого растворителя может быть непосредственно перенесен в прядильную массу. Правда, также возможно проведение выпаривания до образования твердого вещества, чтобы затем растворить его в другом подходящем растворителе, чтобы этим путем получить наиболее технологически подходящую прядильную массу. Но здесь также существует возможность специальным образом провести химическую функционализацию, чтобы этот продукт сделать плавким и благодаря этому перерабатываемым способом прядения из расплава.In general, it can be seen that the process according to the invention is advantageously controlled by reacting the lignin (A), whether unsubstituted or substituted, with an aromatic binder compound C under experimentally controlled stoichiometric conditions of the compound in the presence of an organic acid (D) . In this case, the main contribution is made by the chemical functional groups essential for the interaction in the binder compound (C), and not to the same extent in lignin (A). Therefore, the interaction of lignin A with itself essentially does not occur. The transformation is essentially controlled by the controlled addition of a binder (C). Thus, as a result of this transformation, products based on lignin can be obtained, in particular, with an increase in more than 20 times the number average molecular weight. With optimally adjusted stoichiometric ratios, the product obtained in this way has an uncrosslinked and highly linear structure. In particular, the reaction product by partial evaporation of the solvent used can be directly transferred to the spinning mass. However, it is also possible to carry out evaporation until a solid is formed, in order to then dissolve it in another suitable solvent, in order to obtain the most technologically suitable spinning mass in this way. But here, too, it is possible to carry out a chemical functionalization in a special way in order to make this product meltable and thus recyclable by melt spinning.

Особенно благоприятно, когда взаимодействие проводят при температуре от 80°С до 120°С, в частности, от 90°С до 110°С. Взаимодействие, которое основывается на соответствующем изобретению способе, может проводиться как при атмосферном давлении, так и при повышенном давлении в стальном автоклаве, причем предпочтительна неокислительная атмосфера, например, под азотом. Продолжительность взаимодействия не имеет существенного значения. Однако оказалось предпочтительным, когда взаимодействие проводится в течение времени от 5 до 24 часов, в частности, от 7 до 15 часов. При этом для особенно благоприятного преобразования продолжительность взаимодействия зависит от различных факторов, например, таких как сорт и тип используемого лигнина (А) и связующего соединения (С).It is particularly advantageous when the reaction is carried out at a temperature of from 80°C to 120°C, in particular from 90°C to 110°C. The reaction, which is based on the method according to the invention, can be carried out both at atmospheric pressure and at elevated pressure in a steel autoclave, a non-oxidizing atmosphere, for example under nitrogen, being preferred. The duration of the interaction is not significant. However, it has proven to be preferable when the reaction is carried out for a period of 5 to 24 hours, in particular 7 to 15 hours. In this case, for a particularly favorable conversion, the duration of the reaction depends on various factors, such as, for example, the grade and type of lignin (A) and binder (C) used.

Поскольку при реакции выделяется вода, предпочтительно добавление в реакционную среду водопоглотителя, чтобы удалять образованную при взаимодействии воду. Добавление водопоглотителей может служить для ускорения реакции, так как в качестве продукта конденсации образуется вода. В случаях применения 1,4-диоксана в качестве растворителя и полярного апротонного растворителя в качестве реакционной среды они в некоторой степени исполняют эту функцию. Если растворитель является недостаточно гигроскопичным, для этого могут быть использованы, в частности, молекулярные сита (например, 3А) или система связывания воды, чтобы удалять образованную при конденсации и, соответственно, при реакции воду и тем самым ускорять преобразование.Since water is released during the reaction, it is preferable to add a water absorbent to the reaction medium in order to remove the water formed during the reaction. The addition of water absorbents can serve to speed up the reaction, since water is formed as a condensation product. In cases where 1,4-dioxane is used as a solvent and a polar aprotic solvent as a reaction medium, they perform this function to some extent. If the solvent is not sufficiently hygroscopic, for example, molecular sieves (eg 3A) or a water binding system can be used to remove the water formed during the condensation and thus during the reaction and thereby accelerate the conversion.

В отношении конкретно поставленной цели изобретения и, соответственно, относящихся к этому требований в соответствующем изобретению способе, в качестве исходного материала может быть применен замещенный лигнин (А), но также незамещенный лигнин (А). Для этого следует сослаться на приведенные выше разъяснения в отношении незамещенного и замещенного лигнина. Применяемое в рамках соответствующего изобретению способа ароматическое связующее соединение (С) отличается, как уже обсуждалось, в частности, тем, что оно имеет по меньшей мере две гидроксиметильных группы, в частности, две концевых гидроксиметильных группы, что, в частности, действительно для олигомерных и мономерных ароматических связующих соединений (С). Обоснование этого состоит в том, что применением двух концевых гидроксиметильных групп может достигаться линейное удлинение цепи, в то время как многочисленные гидроксиметильные группы в соединении С приводят к разветвлениям.With regard to the specific object of the invention and, accordingly, the requirements related to this in the method according to the invention, substituted lignin (A), but also unsubstituted lignin (A) can be used as starting material. For this, reference should be made to the above explanations regarding unsubstituted and substituted lignin. The aromatic binder compound (C) used in the process according to the invention is characterized, as already discussed, in particular in that it has at least two hydroxymethyl groups, in particular two terminal hydroxymethyl groups, which is particularly true for oligomeric and monomeric aromatic binders (C). The rationale for this is that the use of two terminal hydroxymethyl groups can achieve linear chain extension, while the multiple hydroxymethyl groups in compound C lead to branching.

Как уже может быть понятным, связующее соединение (С) может быть мономерным, олигомерным и/или полимерным. При этом речь идет, в частности, о 2,6-бис-(гидроксиметил)-пара-крезоле, резоле на основе пара-крезола, резоле на основе фенола и/или соединении новолачного типа с концевыми гидроксиметильными группами. При практическом исполнении соответствующего изобретению способа оказалось, что олигомерное и/или полимерное связующее соединение (С) благоприятным образом имеет полидисперсность ниже 2, в частности, ниже 1,5. Обоснование этого состоит в том, что, в частности, благодаря этому может достигаться точный расчет стехиометрического соотношения в реакции лигнина и связующего соединения, и тем самым точное регулирование свойств образованного соответствующим изобретению способом изделия.As may already be understood, the binder compound (C) may be monomeric, oligomeric and/or polymeric. These are, in particular, 2,6-bis-(hydroxymethyl)-para-cresol, para-cresol-based resole, phenol-based resole and/or a hydroxymethyl-terminated novolac type compound. In the practice of the process according to the invention, it has been found that the oligomeric and/or polymeric binder compound (C) advantageously has a polydispersity below 2, in particular below 1.5. The rationale for this is that, in particular, an exact calculation of the stoichiometric ratio in the reaction of lignin and binder can be achieved, and thus a precise control of the properties of the product formed according to the invention by the method according to the invention.

При проведении соответствующего изобретению способа также нужно обращать внимание на молярное соотношение связующего соединения (С) и лигнина (А), будь то замещенного или незамещенного. Так, является предпочтительным, когда связующее соединение (С) и лигнин (А) вводятся в реакцию с образованием модифицированного лигнина в молярном соотношении от около 1:1 до 1:7, в частности, от 1:2 до 1:4, особенно предпочтительно около 1:3.When carrying out the process according to the invention, attention must also be paid to the molar ratio of binder compound (C) to lignin (A), whether substituted or unsubstituted. Thus, it is preferred that the binder compound (C) and the lignin (A) are reacted to form the modified lignin in a molar ratio of from about 1:1 to 1:7, in particular from 1:2 to 1:4, particularly preferably about 1:3.

При выборе органической кислоты (D) для специалиста нет критически важного ограничения. Он без проблем может опытным путем определить и соответственно использовать особенно пригодную органическую кислоту (D). Особенно благоприятным является, когда органическая кислота (D), в частности, в форме пара-толуолсульфоновой кислоты (p-TsOH) и/или метансульфоновой кислоты (MSA), имеет значение pKs <3, в особенности <2.When choosing an organic acid (D) for a specialist there is no critical limitation. He can easily determine by experience and accordingly use a particularly suitable organic acid (D). It is particularly advantageous when the organic acid (D), in particular in the form of p-toluenesulfonic acid (p-TsOH) and/or methanesulfonic acid (MSA), has a pK s value of <3, in particular <2.

Далее будет приведено конкретное представление соответствующего изобретению способа для его обстоятельного разъяснения. При этом приводится ссылка на особенно полезные опытные данные, которые были получены в связи с изобретением.Next, a specific presentation of the method according to the invention will be given to explain it in detail. In doing so, reference is made to particularly useful experimental data which have been obtained in connection with the invention.

В общем и целом было показано, что, в частности, взаимодействие примерно 8,5 весовых частей недериватизированного Alcell-лигнина в качестве лигнина (А) с примерно 1 весовой частью 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезола в качестве компонента (С) в присутствии примерно 1,0 весовой части метансульфоновой кислоты в качестве органической кислоты (D) приводит к весьма благоприятному продукту для цели использования в качестве полимерного линеализированного прекурсора углеродных волокон с увеличенной молекулярной массой, причем растворитель представляет собой 1,4-диоксан, и продолжительность реакции составляет около 7 часов при температуре около 100°С. Этот продукт реакции не имеет разветвленных структур и полностью и легко растворяется в применяемых для взаимодействия растворителях. Частично растворимые, вплоть до сшитых реакционные продукты получаются вследствие весовых отношений 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезола к лигнину (А) свыше 1:8,5, как, например, 1:6, то есть, при большем числе весовых частей связующего соединения (С) на часть лигнина (А).In general, it has been shown that, in particular, the reaction of about 8.5 weight parts of non-derivatized Alcell lignin as lignin (A) with about 1 weight part of 2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol as component (C ) in the presence of about 1.0 parts by weight of methanesulfonic acid as organic acid (D) results in a very favorable product for the purpose of use as a polymeric linearized precursor of increased molecular weight carbon fibers, the solvent being 1,4-dioxane, and the duration reaction is about 7 hours at a temperature of about 100°C. This reaction product does not have branched structures and completely and easily dissolves in the solvents used for the interaction. Partially soluble, up to cross-linked reaction products are obtained due to weight ratios of 2,6-bis-hydroxymethyl-para-cresol to lignin (A) above 1:8.5, such as 1:6, that is, with a greater number of weight parts of the binder compound (C) per part of the lignin (A).

На основании того, что пригодны не только мономерные соединения (С), но также полимерные соединения (С), рекомендуется задавать не только весовые соотношения реакционных компонентов между собой, но и молярные отношения лигнина (А) к гидроксиметильным группам связующего соединения (С). Поэтому считается предпочтительным следующее соотношение: около 10 г лигнина (А) при среднечисленной молекулярной массе соответствуют 20 ммол применяемого лигнина (А). Из этого согласно вышеуказанному варианту исполнения следуют 7 ммол связующего соединения (С), содержащего две концевых гидроксиметильных группы, что соответствует примерно 3,5 ммол гидроксиметильных групп. Поэтому оказалось целесообразным представлять благоприятные молярные количественные соотношения между связующим соединением (С) и лигнином (А) (лигнином и/или производным лигнина) следующим образом: предпочтительно на 1 весовую часть связующего соединения (С) с двумя реакционноспособными концевыми гидроксиметильными группами приходятся от 1 до 6, в частности, от 2 до 4, весовых частей лигнина (А), в особенности предпочтительно 3 весовых части лигнина (А). Количество соединения (D), то есть, органической кислоты (D), может быть равным образом выражено так: на 3 весовых части лигнина приходятся примерно 2 весовых части соединения (D), в частности, когда оно является монофункциональным.Based on the fact that not only monomeric compounds (C) but also polymeric compounds (C) are suitable, it is recommended to set not only the weight ratios of the reaction components to each other, but also the molar ratios of lignin (A) to the hydroxymethyl groups of the binder compound (C). The following ratio is therefore considered to be preferred: about 10 g of lignin (A) at number average molecular weight correspond to 20 mmol of lignin (A) used. From this, according to the above embodiment, follow 7 mmol of the binder compound (C) containing two terminal hydroxymethyl groups, which corresponds to approximately 3.5 mmol of hydroxymethyl groups. Therefore, it has proved useful to represent favorable molar proportions between binder (C) and lignin (A) (lignin and/or lignin derivative) as follows: preferably, 1 weight part of binder (C) with two reactive terminal hydroxymethyl groups is from 1 to 6, in particular 2 to 4 parts by weight of lignin (A), particularly preferably 3 parts by weight of lignin (A). The amount of the compound (D), that is, the organic acid (D), can likewise be expressed as follows: for 3 parts by weight of lignin, there are about 2 parts by weight of the compound (D), in particular when it is monofunctional.

Также должно быть оптимизировано молярное соотношение между лигнином (А) и органической кислотой (D). Поэтому предпочтительно, когда на 1 моль лигнина (А) применяют от около 0,2 до 1 моля органической кислоты (D), в частности, от 0,5 до 1 моля.The molar ratio between lignin (A) and organic acid (D) must also be optimized. Therefore, it is preferable that about 0.2 to 1 mole of organic acid (D) is used per 1 mol of lignin (A), in particular 0.5 to 1 mol.

Соответствующий изобретению способ исполняется с использованием легко опытным путем определяемого растворителя, в частности, для растворения лигнина (А), замещенного и/или незамещенного. Для этого в распоряжении специалиста имеется большое число подходящих растворителей. Особенно пригодными оказались, в частности, 2,4-диоксан, смеси 1,4-диоксана и воды, тетрагидрофуран (THF), но в особенности также полярные апротонные растворители, такие как диметилформамид (DMF), диметилсульфоксид (DMSO) и диметилацетамид (DMAc). Особенно пригодным показал себя циклический простой эфир 1,4-диоксан, который способен интенсивно образовывать водородные мостиковые связи с лигнином, и при нормальных условиях имеет температуру кипения только 101°С, и к тому же хорошо смешивается с водой.The method according to the invention is carried out using a solvent which can be easily determined experimentally, in particular for dissolving lignin (A), substituted and/or unsubstituted. For this, a large number of suitable solvents are available to the skilled person. Especially 2,4-dioxane, mixtures of 1,4-dioxane and water, tetrahydrofuran (THF), but in particular also polar aprotic solvents such as dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO) and dimethylacetamide (DMAc ). The cyclic ether 1,4-dioxane, which is capable of extensive hydrogen bridging with lignin and has a boiling point of only 101° C. under normal conditions, has proven to be particularly suitable, and is also highly miscible with water.

В принципе существует еще возможность дополнительно оптимизировать соответствующий изобретению способ тем, что применяются дополнительные полимеры, в частности, в отношении улучшения характеристик прядения и улучшения механических свойств получаемых из реакционного продукта в соответствующем изобретению способе прекурсоров волокон. Здесь может быть благоприятным, когда соответствующий изобретению модифицированный лигнин переносится в прядильную массу, что он содержит вспомогательный полимер Е. При этом является целесообразным, что речь идет о сложном полиэфире (PES), полиамиде (PA), полиметилметакрилате (PMMA), поливинилацетате (PVAc), поливиниловом спирте (PVA) или поливинилпирролидоне (PVP). Особенно пригодными оказались сложные эфиры целлюлозы, например, такие как 2,5-ацетат и ацетат-бутират целлюлозы. Кроме того, оказалось благоприятным, когда вспомогательный полимер (E), в расчете на массу соответствующего изобретению модифицированного лигнина, присутствует в нем в количестве по меньшей мере 5 вес.%, в частности, от 10 до 30 вес.%.In principle, it is still possible to further optimize the process according to the invention by using additional polymers, in particular with regard to improving the spinning characteristics and improving the mechanical properties of the fiber precursors obtained from the reaction product in the process according to the invention. It can be advantageous here, when the modified lignin according to the invention is transferred to the spinning mass, that it contains an auxiliary polymer E. ), polyvinyl alcohol (PVA) or polyvinylpyrrolidone (PVP). Cellulose esters such as, for example, 2,5-acetate and cellulose acetate butyrate have proven to be particularly suitable. In addition, it has proven advantageous when the auxiliary polymer (E), based on the weight of the modified lignin according to the invention, is present in an amount of at least 5% by weight, in particular from 10 to 30% by weight.

Для дополнительного разъяснения соответствующего изобретению способа следует сослаться на приведенную ниже Фиг. 1. Она показывает схему реакции в проводимом согласно изобретению взаимодействии и типичную возможную химическую структуру лигнина (А) и структуру связующего соединения (С). Низкомолекулярный лигнин (А) и/или производное лигнина (А) вводится в реакцию с мономерным, олигомерным или полимерным связующим соединением в растворенной форме в присутствии органической кислоты с образованием высокомолекулярного лигнина.For a further explanation of the method according to the invention, reference is made to the following FIG. 1. It shows the reaction scheme in the reaction carried out according to the invention and a typical possible chemical structure of lignin (A) and the structure of the binder compound (C). Low molecular weight lignin (A) and/or lignin derivative (A) is reacted with a monomeric, oligomeric or polymeric binder compound in dissolved form in the presence of an organic acid to form high molecular weight lignin.

Особенное значение соответствующего изобретению лигнина и, соответственно, полученного описываемым способом модифицированного лигнина, состоит в том, он может быть гибко применен для получения прекурсоров волокон. Так, в общем справедливо, что модифицированный лигнин благоприятным образом может быть использован для получения прекурсоров волокон для прядения из расплава, в частности, с применением пластификатора, в частности, в форме мономерных соединений, в частности, DMF, DMSO, фенола, резорцина, ванилина и сложных эфиров фталевой кислоты, или для мокрого, сухого-мокрого или сухого прядения.The particular significance of the lignin according to the invention and, accordingly, the modified lignin obtained in the manner described, is that it can be flexibly used for the preparation of fiber precursors. Thus, it is generally true that modified lignin can be advantageously used for the production of fiber precursors for melt spinning, in particular using a plasticizer, in particular in the form of monomeric compounds, in particular DMF, DMSO, phenol, resorcinol, vanillin. and phthalic acid esters, or for wet, dry-wet or dry spinning.

Прекурсоры волокон особенно пригодны для получения углеродных волокон путем обугливания, по обстоятельствам с предварительной окислительной термостабилизацией и, при необходимости, с последующей графитизацией. К этим предпочтительным возможностям использования модифицированного лигнина относятся, в частности: для цели прядения волокна особенно благоприятным является несшитый продукт по возможности с линейной структурой, так как тем самым могут лучше достигаться предпочтительные ориентации молекул в прекурсоре волокна. Особенно благоприятной является ориентация линейноцепочечных молекул вдоль оси волокна, чтобы получить механически стабильный прекурсор волокна. Ориентация также сохраняется в полученных в конечном итоге углеродных волокнах в результате термической обработки, которым тем самым придаются также улучшенные свойства. Поэтому продукт должен быть полностью несшитым и легко растворимым в описанных выше растворителях, в частности, 1,4-диоксане, смесях 1,4-диоксана и воды, тетрагидрофуране (THF), и в полярных апротонных растворителях, в частности, таких как DMF, DMSO и DMAc. Прядильная масса, которая содержит соответствующий изобретению модифицированный лигнин, в зависимости от варианта исполнения может быть обработана либо способом прядения из расплава, как показано, прядением из расплава, либо прядением из раствора. Прядильная масса для прядения из раствора содержит соответствующий изобретению модифицированный лигнин и подходящий растворитель, который может представлять собой как использованный непосредственно в реакционной смеси при синтезе, так и введенный специально. В прядильную массу могут быть дополнительно добавлены другие полимерные соединения.Fiber precursors are particularly suitable for the production of carbon fibers by charring, optionally with preliminary oxidative thermal stabilization and, if necessary, with subsequent graphitization. These preferred possibilities for using modified lignin include in particular: for the purpose of fiber spinning, a non-crosslinked product with as much as possible a linear structure is particularly advantageous, since the preferred molecular orientations in the fiber precursor can thus be better achieved. It is particularly advantageous to orient the linear chain molecules along the fiber axis in order to obtain a mechanically stable fiber precursor. The orientation is also maintained in the final carbon fibers by heat treatment, which are thus also given improved properties. The product must therefore be completely uncrosslinked and readily soluble in the solvents described above, in particular 1,4-dioxane, mixtures of 1,4-dioxane and water, tetrahydrofuran (THF), and in polar aprotic solvents, in particular such as DMF, DMSO and DMAc. The spinning mass, which contains the modified lignin according to the invention, depending on the embodiment, can be processed either by the melt spinning process, as shown, by melt spinning, or by solution spinning. The spinning mass for solution spinning contains the modified lignin according to the invention and a suitable solvent, which may be either used directly in the reaction mixture during synthesis or introduced specially. Other polymeric compounds may additionally be added to the spinning mass.

В качестве растворителя особенно пригодны уже обсужденные выше растворители, и, конечно, также ионные жидкости. В отношении этих растворителей речь предпочтительно идет об 1,4-диоксане, смесях 1,4-диоксана и воды, тетрагидрофуране (THF), и полярных апротонных растворителях, таких как DMF, DMSO и DMAc. Особенно пригодным при практическом осуществлении изобретения оказался растворитель в форме диметилформамида (DMF). Комплексная вязкость прядильной массы при температуре обработки предпочтительно составляет между 10 и 500 Па⋅сек, в частности, между 50 и 300 Па⋅сек. При этом модуль потерь превышает модуль накопления, определяемые реологическими измерениями в диапазоне частот от 1 до 100 1/сек и постоянной деформации 10%.As solvents, the solvents already discussed above are particularly suitable, and of course also ionic liquids. These solvents are preferably 1,4-dioxane, mixtures of 1,4-dioxane and water, tetrahydrofuran (THF), and polar aprotic solvents such as DMF, DMSO and DMAc. The solvent in the form of dimethylformamide (DMF) has proven to be particularly useful in the practice of the invention. The complex viscosity of the spinning mass at the treatment temperature is preferably between 10 and 500 Pa.s, in particular between 50 and 300 Pa.s. In this case, the loss modulus exceeds the accumulation modulus, determined by rheological measurements in the frequency range from 1 to 100 1/sec and a strain constant of 10%.

Прядильная масса предпочтительно не содержит частицы и, в частности, не должна иметь гелеобразный характер. Предпочтительная прядильная масса в плане концентрации модифицированного согласно изобретению лигнина в растворителе определяется следующим образом: так, для прядения волокна оказалось благоприятным, когда примерно на 1 весовую часть лигнина приходятся между около 0,5 и 3, предпочтительно между 0,5 и 2, особенно предпочтительно между 0,8 и 1,0 весовыми частями растворителя. Это справедливо как для вышеуказанных возможностей прядения из раствора, в частности, в форме мокрого прядения, Air-Gap-прядения (прядения в воздушный зазор) или сухого прядения. Для применения модифицированного согласно изобретению лигнина в форме прядильной массы для обработки в условиях прядения из расплава является предпочтительным проведение простой химической дериватизации его. При этом речь идет о маскирующих преобразованиях гидроксильных групп продукта, предпочтительно о выполняемой простым путем эстерификации с использованием карбоновых кислот и производных карбоновых кислот. При этом особенно эффективным оказалось введение гексаноильных (С6) остатков. Как правило, речь идет о формуле L-O-CO-Rx (IV), причем L представляет соответствующий изобретению (поликонденсированный) лигнин (A), и x предпочтительно представляет алифатический C3-C11-остаток. При этом особенное значение имеют алифатические остатки, которые содержат ненасыщенные фрагменты. Содержание неэстерифицированных, еще присутствующих гидроксильных групп в соответствующем изобретению продукте может варьировать между 1% и 100%, предпочтительно от 1% до 90%, в частности, от 30% до 60%.The spinning mass preferably does not contain particles and, in particular, should not have a gelatinous character. The preferred spinning mass in terms of the concentration of the lignin modified according to the invention in the solvent is determined as follows: for example, it has proven to be favorable for fiber spinning when about 1 weight part of lignin is between about 0.5 and 3, preferably between 0.5 and 2, particularly preferably between 0.8 and 1.0 weight parts of the solvent. This is true for both the solution spinning possibilities mentioned above, in particular in the form of wet spinning, air-gap spinning or dry spinning. In order to use the lignin modified according to the invention in the form of a spinning mass for processing under melt spinning conditions, it is preferable to carry out a simple chemical derivatization of it. This involves masking transformations of the hydroxyl groups of the product, preferably a simple esterification using carboxylic acids and carboxylic acid derivatives. In this case, the introduction of hexanoyl (C 6 ) residues proved to be especially effective. As a rule, we are talking about the formula LO-CO-R x (IV), where L represents the (polycondensed) lignin (A) according to the invention, and x preferably represents an aliphatic C 3 -C 11 residue. In this case, aliphatic residues that contain unsaturated fragments are of particular importance. The content of non-esterified hydroxyl groups still present in the product according to the invention can vary between 1% and 100%, preferably from 1% to 90%, in particular from 30% to 60%.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы посредством предпочтительных прекурсоров волокон благоприятным технологическим путем получить углеродные волокна с ценными свойствами, в частности, в отношении прочности на разрыв, а также модуля упругости. При этом целесообразно сначала подвергать соответствующие изобретению прекурсоры волокон обычным путем окислительной термостабилизации. Термостабилизированный материал затем обычным образом подвергают обугливанию для получения углеродных волокон. При необходимости за этим может следовать графитизация.The aim of the present invention is to obtain, by means of the preferred fiber precursors, carbon fibers with valuable properties, in particular with regard to tensile strength as well as modulus of elasticity, in a favorable technological way. In this case, it is expedient to first subject the fiber precursors according to the invention to conventional oxidative thermal stabilization. The thermally stabilized material is then subjected to charring in the usual manner to produce carbon fibers. This may be followed by graphitization if necessary.

Окислительную термостабилизацию предпочтительно проводят до конечной температуры от 100°С до 400°С, в частности, от 200°С до 300°С. Предпочтительные скорости нагревания при окислительной термостабилизации не являются критически важными. Скорость нагревания предпочтительно поддерживают менее 10 К/мин, в частности, менее 5 К/мин, причем минимальная скорость нагревания составляет, в частности, по меньшей мере 0,05 К/мин. Может быть благоприятным подвергание термостабилизированных прекурсоров волокон сшиванию воздействием высокоэнергетического излучения. Сшивание может выполняться высокоэнергетическим излучением, предпочтительно посредством ультрафиолетового излучения (UV), вакуумного ультрафиолетового излучения (VUV), облучения электронным пучком, рентгеновского излучения или гамма-излучения. Свойства полученных согласно изобретению прекурсоров волокон оказывают существенное влияние на свойства образованных из них углеродных волокон. Полученные стабилизированные прекурсоры волокон затем подвергают обугливанию с образованием углеродных волокон. При необходимости их затем графитизируютOxidative thermal stabilization is preferably carried out to a final temperature of from 100°C to 400°C, in particular from 200°C to 300°C. Preferred heating rates for oxidative heat setting are not critical. The heating rate is preferably kept below 10 K/min, in particular below 5 K/min, the minimum heating rate being in particular at least 0.05 K/min. It may be advantageous to expose the heat stabilized fiber precursors to crosslinking with high energy radiation. Crosslinking can be performed with high energy radiation, preferably by means of ultraviolet (UV), vacuum ultraviolet (VUV), electron beam, x-ray or gamma radiation. The properties of the fiber precursors obtained according to the invention have a significant influence on the properties of the carbon fibers formed from them. The resulting stabilized fiber precursors are then charred to form carbon fibers. If necessary, they are then graphitized.

При обугливании, которое проводят при постепенно возрастающих температурах между 300°C и 1700°С, в частности, от 1000°С до 1500°С, в частности, в атмосфере азота, постоянно увеличивается содержание углерода и достигает между около 85-95%. В результате последующей графитизации содержание углерода в углеродных волокнах может быть повышено до >95%. Проводимую при необходимости графитизацию выполняют термической обработкой при температуре от 1700°С до 3000°С, в частности, от 2000°С до 2500°С, в атмосфере защитного газа.During charring, which is carried out at gradually increasing temperatures between 300° C. and 1700° C., in particular from 1000° C. to 1500° C., in particular in a nitrogen atmosphere, the carbon content constantly increases and reaches between about 85-95%. As a result of subsequent graphitization, the carbon content of the carbon fibers can be increased to >95%. The optionally carried out graphitization is carried out by heat treatment at temperatures from 1700° C. to 3000° C., in particular from 2000° C. to 2500° C., in a protective gas atmosphere.

Далее изобретение будет еще подробнее разъяснено посредством примеров:Hereinafter the invention will be further explained by means of examples:

Пример 1 (поликонденсация Alcell-лигнина из древесины твердых пород с 2,6-бис-(гидроксиметил)-пара-крезолом (лабораторный масштаб)) Example 1 (Polycondensation of Alcell Hardwood Lignin with 2,6-bis-(hydroxymethyl)-p-cresol (laboratory scale))

Лигнин (3 г) растворили в 1,4-диоксане (20 мл), добавили 2,6-бис-(гидроксиметил)-пара-крезол и метансульфоновую кислоту (0,270 мл). Реакционную смесь перемешивали в течение 22 часов при 100°С. После охлаждения до комнатной температуры смесь осадили в воде. Для очистки осадок трижды экстрагировали горячей водой каждый раз в течение 2 часов, чтобы удалить метансульфоновую кислоту (MSA) и 1,4-диоксан.Lignin (3 g) was dissolved in 1,4-dioxane (20 ml), 2,6-bis-(hydroxymethyl)-p-cresol and methanesulfonic acid (0.270 ml) were added. The reaction mixture was stirred for 22 hours at 100°C. After cooling to room temperature, the mixture was precipitated in water. For purification, the precipitate was extracted three times with hot water for 2 hours each time to remove methanesulfonic acid (MSA) and 1,4-dioxane.

Для разъяснения полученного вышеуказанным способом соответствующего изобретению модифицированного лигнина следует сослаться на нижеследующую Фиг. 2. Она показывает полученные методом термогравиметрического анализа (TGA) результаты измерений (гелий, 10 К/мин) поликонденсированного лигнина из древесины твердых пород с 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезолом в качестве связующего соединения С из этого Примера 1, и необработанного лигнина, синтезированного с использованием 1 весовой части связующего соединения на 3 весовых части лигнина и 1 весовую часть метансульфоновой кислоты (MSA). Четко различима повышенная от 35 до 46 вес.% масса остаточного углерода в соответствующем изобретению поликонденсированном продукте реакции.For an explanation of the modified lignin according to the invention obtained by the above method, reference should be made to the following FIG. 2. It shows thermogravimetric analysis (TGA) measurements (helium, 10 K/min) of polycondensed hardwood lignin with 2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol as binder Compound C from this Example 1, and raw lignin synthesized using 1 weight part binder to 3 weight parts lignin and 1 weight part methanesulfonic acid (MSA). An increased weight of residual carbon of 35 to 46% by weight in the polycondensed reaction product according to the invention is clearly visible.

Поликонденсат: (1Н-ЯМР (dmso-d6, 400 МГц): δ (млн-1)=0,61, 0,99, 1,71, 3,54, 6,69; 13C-ЯМР (dmso-d6, 101 МГц): δ (млн-1) =14,4, 20,8, 29,6, 56,4, 60,2, 106,9, 127,6, 148,4; ИК-спектр нарушенного полного отражения (ATR-IR): v (см-1)=3345, 2933, 2842, 2114, 1702, 1605, 1512, 1455, 1309, 1211, 1113, 1029, 910, 870.Polycondensate: ( 1 H-NMR (dmso-d 6 , 400 MHz): δ ( ppm )=0.61, 0.99, 1.71, 3.54, 6.69; 13 C-NMR (dmso -d 6 , 101 MHz): δ( ppm )=14.4, 20.8, 29.6, 56.4, 60.2, 106.9, 127.6, 148.4;IR spectrum attenuated total reflection (ATR-IR): v (cm -1 )=3345, 2933, 2842, 2114, 1702, 1605, 1512, 1455, 1309, 1211, 1113, 1029, 910, 870.

Пример 2 (поликонденсация Alcell-лигнина из древесины твердых пород с 2,6-бис-(гидроксиметил)-пара-крезолом (опытно-промышленная установка)) Example 2 (Polycondensation of Alcell Hardwood Lignin with 2,6-bis-(hydroxymethyl)-p-cresol (pilot plant))

Лигнин (1 кг) растворили в 1,4-диоксане (3,5 л) и поместили в стальной реактор емкостью 5 л. После добавления 2,6-бис-(гидроксиметил)-пара-крезола (120 г) и метансульфоновой кислоты (93 мл) реакционную смесь нагревали с перемешиванием механической мешалкой в течение 7 часов при 95°С. После завершения взаимодействия реакционную смесь осадили в ледяной воде, и отделили выпавшее в осадок твердое вещество. Для очистки его многократно обильно промывали водой, и затем высушили вымораживанием.Lignin (1 kg) was dissolved in 1,4-dioxane (3.5 L) and placed in a 5 L steel reactor. After adding 2,6-bis-(hydroxymethyl)-para-cresol (120 g) and methanesulfonic acid (93 ml), the reaction mixture was heated with stirring with a mechanical stirrer for 7 hours at 95°C. After completion of the interaction, the reaction mixture was precipitated in ice water, and the precipitated solid was separated. To clean it, it was repeatedly washed abundantly with water, and then freeze-dried.

Пример 3 (синтез пара-крезольного резола) Example 3 (synthesis of para-cresol resol)

пара-Крезол (1 кг) расплавили при 50°С и перенесли в стальной реактор емкостью 5 л. После добавления водного раствора формальдегида (37%-ного, 1 л) и регулирования значения рН раствором едкого натра на рН 9 реактор продули азотом и закупорили. Смесь в течение около 5 часов нагревали при 95°С вплоть до повышения крутящего момента перемешивающего устройства, после чего добавили 1,4-диоксан (3 л) и дополнительный формальдегид (37%-ный, 200 мл). Взаимодействие продолжали в течение дополнительных 2 часов. По завершении реакции раствор осадили в холодной воде, твердое вещество обильно промыли водой и метанолом, и затем высушили вымораживанием. 1H-ЯМР (dmso-d6, 400 МГц): δ (млн-1)=2,0-2,3 (CH3), 3,48 (фенольный OH), 3,83 (-CH2-), 4,4-4,9 (-CH2-O-CH2-), 5,22 (-CH2-OH), 6,6-7,2 (ароматические H); 13C-ЯМР (dmso-d6, 101 МГц): δ (млн-1)=21, 26, 31, 58, 60, 69, 129, 150; ATR-IR-спектр: v (см-1)=3195, 2915, 2877, 2326, 2326, 1606, 1482, 1371, 1206, 1154, 1062, 996, 959, 913, 858.para-Cresol (1 kg) was melted at 50° C. and transferred to a 5 L steel reactor. After adding an aqueous solution of formaldehyde (37%, 1 L) and adjusting the pH with sodium hydroxide solution to pH 9, the reactor was purged with nitrogen and plugged. The mixture was heated at 95° C. for about 5 hours until the stirrer torque was increased, after which 1,4-dioxane (3 L) and additional formaldehyde (37%, 200 ml) were added. The interaction was continued for an additional 2 hours. Upon completion of the reaction, the solution was precipitated in cold water, the solid was washed copiously with water and methanol, and then freeze-dried. 1 H-NMR (dmso-d 6 , 400 MHz): δ ( ppm )=2.0-2.3 (CH 3 ), 3.48 (phenolic OH), 3.83 (-CH 2 -) , 4.4-4.9 (-CH 2 -O-CH 2 -), 5.22 (-CH 2 -OH), 6.6-7.2 (aromatic H); 13 C-NMR (dmso-d 6 , 101 MHz): δ ( ppm )=21, 26, 31, 58, 60, 69, 129, 150; ATR-IR spectrum: v (cm -1 )=3195, 2915, 2877, 2326, 2326, 1606, 1482, 1371, 1206, 1154, 1062, 996, 959, 913, 858.

Пример 4 (поликонденсация Alcell-лигнина из древесины твердых пород с пара-крезольным резолом) Example 4 (polycondensation of Alcell-lignin from hardwood with para-cresol resol)

Лигнин (1,5 г) растворили при перемешивании в предварительно полученном отдельно растворе пара-крезольного резола (5,2 г) в 1,4-диоксане (30 мл). После добавления метансульфоновой кислоты (70 мкл) реакционный сосуд заполнили азотом, и проводили перемешивание в течение 22 часов при 100°С. После завершения взаимодействия реакционную смесь осадили в ледяной воде, и отделили выпавшее твердое вещество. Для очистки его многократно обильно промывали водой, и затем высушили вымораживанием.Lignin (1.5 g) was dissolved with stirring in a previously prepared separately solution of para-cresol resole (5.2 g) in 1,4-dioxane (30 ml). After addition of methanesulfonic acid (70 μl), the reaction vessel was filled with nitrogen, and stirring was carried out for 22 hours at 100°C. After completion of the interaction, the reaction mixture was precipitated in ice water, and the precipitated solid was separated. To clean it, it was repeatedly washed abundantly with water, and then freeze-dried.

(Метансульфоновая кислота (MSA), 10 мол.%):(Methanesulfonic acid (MSA), 10 mol%):

1Н-ЯМР (dmso-d6, 400 МГц): δ (млн-1)=1,23, 2,09, 3,40, 3,58, 3,87, 4,86, 5,26, 6,66; 13C-ЯМР (dmso-d6, 101 МГц): δ (млн-1)=21, 31, 67, 128, 150; ATR-IR-спектр: v (см-1)=3238, 3006, 2611, 2860, 2345, 2116, 1703, 1603, 1779, 1452, 1286, 1222, 1117, 1030, 858, 783, 558. 1 H-NMR (dmso-d 6 , 400 MHz): δ ( ppm )=1.23, 2.09, 3.40, 3.58, 3.87, 4.86, 5.26, 6 .66; 13 C-NMR (dmso-d 6 , 101 MHz): δ ( ppm )=21, 31, 67, 128, 150; ATR-IR spectrum: v (cm -1 )=3238, 3006, 2611, 2860, 2345, 2116, 1703, 1603, 1779, 1452, 1286, 1222, 1117, 1030, 858, 783, 558.

Фиг. 3 показывает молекулярно-массовые распределения соответствующих изобретению продуктов из Примера 1 и 4 в сравнении со стандартным необработанным лигнином. Таблица 1 показывает перечисление молекулярных масс исходных веществ и продуктов соответствующего изобретению превращения в плане нарастания молекулярной массы. В частности, средневзвешенная молекулярная масса при взаимодействии лигнина из древесины твердых пород с 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезолом и 20 мол.% метансульфоновой кислоты (MSA) повышается более чем в 100 раз до 57000 г/моль.Fig. 3 shows the molecular weight distributions of the inventive products from Examples 1 and 4 compared to standard untreated lignin. Table 1 shows a listing of the molecular weights of the starting materials and products of the transformation according to the invention in terms of increasing molecular weight. In particular, the weight average molecular weight of the interaction of hardwood lignin with 2,6-bis-hydroxymethyl-para-cresol and 20 mol.% methanesulfonic acid (MSA) increases more than 100 times to 57,000 g/mol.

Пример 4а (поликонденсация фракционированного Alcell-лигнина из древесины твердых пород с 2,6-бис-(гидроксиметил)-пара-крезолом) Example 4a (polycondensation of fractionated Alcell hardwood lignin with 2,6-bis-(hydroxymethyl)-p-cresol)

Лигнин из древесины твердых пород суспендировали в этаноле в течение 15 минут и отфильтровали. При этом низкомолекулярный лигнин перешел в раствор. Экстракцией этанолом можно было получить фракционированный лигнин с среднечисленной молекулярной массой 2200 г⋅мол-1 (из исходной 500 г⋅мол-1) с 66%-ным по весу выходом. Поликонденсация этого фракционированного лигнина с 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезолом и при таких же условиях, как в Примере 4, привела продукту с M n 33000 г·мол-1, а также с M w 133000 г·мол-1.Hardwood lignin was suspended in ethanol for 15 minutes and filtered. In this case, low molecular weight lignin passed into solution. Ethanol extraction could produce fractionated lignin with a number average molecular weight of 2200 g⋅mol-1 (from the original 500 g⋅mol-1) with 66% by weight yield. Polycondensation of this fractionated lignin with 2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol and under the same conditions as in Example 4 resulted in a product withM n 33000 g mol-1, as well as withM w 133000 g mol-1.

В этой связи следует сослаться на приведенную ниже Фиг. 3: она показывает молекулярно-массовые распределения подвергнутых поликонденсации с 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезолом лигнина из древесины твердых пород, необработанного лигнина, фракционированного лигнина, и подвергнутого поликонденсации с 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезолом фракционированного лигнина из древесины твердых пород. Измерения проводились с помощью гель-проникающей хроматографии (GPC) в смеси N, N-диметилацетамид (DMAc)/бромид лития (LiBr) с концентрацией 5 г⋅л-1.In this regard, reference should be made to FIG. 3: it shows the molecular weight distributions of 2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol polycondensed hardwood lignin, untreated lignin, fractionated lignin, and 2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol polycondensed fractionated lignin from hardwood. The measurements were carried out using gel permeation chromatography (GPC) in a mixture of N, N-dimethylacetamide (DMAc)/lithium bromide (LiBr) with a concentration of 5 g l -1 .

Пример 5 (поликонденсация UPM Biopiva-лигнина из древесины мягких пород с 2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезолом) Example 5 (Polycondensation of UPM Biopiva softwood lignin with 2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol)

Лигнин из древесины мягких пород (3 г) растворили в 1,4-диоксане (20 мл). Затем добавили 2,6-бис-(гидроксиметил)-пара-крезол (0,35 г) и пара-толуолсульфоновую кислоту (0,36 г). Реакционную смесь перемешивали в течение 22 часов при 95°С. После охлаждения до комнатной температуры смесь осадили в воде. Для очистки осадок трижды экстрагировали горячей водой каждый раз в течение 2 часов, чтобы удалить пара-толуолсульфоновую кислоту (TsOH) и 1,4-диоксан.Softwood lignin (3 g) was dissolved in 1,4-dioxane (20 ml). Then 2,6-bis-(hydroxymethyl)-p-cresol (0.35 g) and p-toluenesulfonic acid (0.36 g) were added. The reaction mixture was stirred for 22 hours at 95°C. After cooling to room temperature, the mixture was precipitated in water. For purification, the precipitate was extracted three times with hot water for 2 hours each time to remove p-toluenesulfonic acid (TsOH) and 1,4-dioxane.

Пример 6: (получение прядильной массы и прядение материала согласно Примеру 2) Example 6: (obtaining a spinning mass and spinning the material according to Example 2)

Продукт (110 г) из Примера 2 растворили в DMF (100 мл) при перемешивании механической мешалкой медленным добавлением к растворителю в течение 24 часов. Раствор выдерживали в течение 1 недели в холодильнике при 5°С, и затем при комнатной температуре в течение 4 часов при давлении 100 мбар (10 кПа). Прядильная масса в реологических измерениях оказалась разжижающейся при сдвиговой нагрузке с вязкостями между 100 и 1000 Па⋅сек в диапазоне частот 100-0,1 1/сек (10%-ная деформация). Затем не содержащий пузырьки материал с использованием плунжерного прядильного устройства и мультифиламентной прядильной фильеры (150 мкм×64) мог быть выпряден при 20°С в тонкие волокна в условиях сухого прядения. Скорость выведения на фильере составляла 5 м/мин, скорость намотки 75 м/мин.The product (110 g) from Example 2 was dissolved in DMF (100 ml) while stirring with a mechanical stirrer by slowly adding to the solvent over 24 hours. The solution was kept for 1 week in a refrigerator at 5°C, and then at room temperature for 4 hours at a pressure of 100 mbar (10 kPa). The spinning mass in the rheological measurements proved to be shear thinning with viscosities between 100 and 1000 Pa.s in the frequency range of 100-0.1 1/s (10% strain). Then, the bubble-free material using a ram spinner and a multifilament spinneret (150 µm×64) could be spun at 20° C. into fine fibers under dry spinning conditions. The withdrawal speed on the spinneret was 5 m/min, the winding speed was 75 m/min.

Пример 7 (стабилизация и обугливание волокон согласно Примеру 6) Example 7 (stabilization and charring of fibers according to Example 6)

Лигниновые волокна были подвергнуты окислительной термостабилизации. При этом волокна нагревали от комнатной температуры со скоростью нагревания 0,25 К/мин на воздухе в муфельной печи (фирмы Nabertherm GmbH) до 250°С. При этом волокна применялись в виде монофиламента. Обугливание проводили в чистом азоте нагреванием от комнатной температуры до 1000°С со скоростью нагревания 10 К/мин в высокотемпературной печи (фирмы Gero).Lignin fibers were subjected to oxidative thermal stabilization. While the fibers were heated from room temperature with a heating rate of 0.25 K/min in air in a muffle furnace (Nabertherm GmbH) to 250°C. In this case, the fibers were used in the form of a monofilament. The charring was carried out in pure nitrogen by heating from room temperature to 1000° C. at a heating rate of 10 K/min in a high-temperature furnace (manufactured by Gero).

Пример 8 (дериватизация реакционного продукта согласно Примеру 2) Example 8 (derivatization of the reaction product according to Example 2)

Лигнин (1 моль гидроксильных групп, 100 г) поместили в одногорлую круглодонную колбу емкостью 1 л и растворили в пиридине (500 мл) при перемешивании. Через капельную воронку медленно прикапывали гексаноилхлорид (1 моль, 134,6 г). После полного добавления реакционную смесь нагревали в течение 3 часов при 80°С, затем перемешивали в течение ночи при комнатной температуре. Для обработки реакционную смесь сконцентрировали и осадили в разбавленной соляной кислоте (0,1 н.). Полученное твердое вещество промыли деминерализованной водой, и затем перемешивали в течение 24 часов с насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия, затем опять с деминерализованной водой и 0,1 н. соляной кислотой, чтобы удалить избыточную капроновую кислоту в виде гексаноата натрия, а также экстрагировать остаточный пиридин в виде гидрохлорида. Продукт высушили вымораживанием при пониженном давлении 1×10-2 мбар (1 Па) в течение 24 часов. Получили твердое вещество с цветом от темно-коричневого до черного.Lignin (1 mol hydroxyl groups, 100 g) was placed in a 1 L single-necked round bottom flask and dissolved in pyridine (500 ml) with stirring. Hexanoyl chloride (1 mol, 134.6 g) was slowly added dropwise through an addition funnel. After complete addition, the reaction mixture was heated for 3 hours at 80° C., then stirred overnight at room temperature. For working up, the reaction mixture was concentrated and precipitated in dilute hydrochloric acid (0.1N). The resulting solid was washed with demineralized water and then stirred for 24 hours with a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, then again with demineralized water and 0.1 N NaOH. hydrochloric acid to remove excess caproic acid in the form of sodium hexanoate, and also to extract the residual pyridine in the form of hydrochloride. The product was freeze-dried under reduced pressure of 1×10 -2 mbar (1 Pa) for 24 hours. A dark brown to black solid is obtained.

В нижеследующей Таблице 1 приведены молекулярные массы исходных веществ и продуктов из Примеров 1-5.The following Table 1 lists the molecular weights of the starting materials and products from Examples 1-5.

Таблица 1Table 1 M n [г⋅мол-1] M n [g⋅mol-1] M w [г⋅мол-1] M w [g⋅mol -1 ] Прирост PDI Growth PDI Лигнин, необработанныйLignin, raw 500500 28002800 5,15.1 пара-Крезольный резолpara-cresol resol 50005000 66006600 1,31.3 Поликонденсированный лигнин (пара-крезольный резол как связующее соединение, 1 часть MSA на 3 части лигнина)Polycondensed lignin (para-cresol resol as binder, 1 part MSA to 3 parts lignin) 90009000 3380033800 3,93.9 Поликонденсированный фракционированный лигнин (2,6-бис(гидроксиметил)-пара-крезол как связующее соединение, 1 часть MSA на 3 части лигнина)Polycondensed fractionated lignin (2,6-bis(hydroxymethyl)-p-cresol as binder, 1 part MSA to 3 parts lignin) 3300033000 133000133000 4,04.0 Поликонденсированный лигнин (2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезол как связующее соединение, 1 часть MSA на 3 части лигнина)Polycondensed lignin (2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol as binder, 1 part MSA to 3 parts lignin) 32003200 2400024000 7,57.5 Поликонденсированный лигнин (2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезол как связующее соединение, 2 части MSA на 3 части лигнина)Polycondensed lignin (2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol as binder, 2 parts MSA to 3 parts lignin) 46004600 5700057000 12,012.0 Поликонденсированный лигнин (UPM Biopiva) древесины мягких пород (2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезол как связующее соединение, 2 части p-TsOH на 3 части лигнина)Polycondensed softwood lignin (UPM Biopiva) (2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol as binder, 2 parts p-TsOH to 3 parts lignin) 48004800 4080040800 8,48.4 Поликонденсированный Alcell-метиллигнин из древесины твердых пород (2,6-бис-гидроксиметил-пара-крезол как связующее соединение, 2 части p-TsOH на 3 части лигнина)Polycondensed Alcell-methyl lignin from hardwood (2,6-bis-hydroxymethyl-p-cresol as binder, 2 parts p-TsOH to 3 parts lignin) 50005000 3760037600 7,57.5

Примечание: молекулярные массы были определены GPC-измерениями в DMAc/LiBr, 5 г⋅л-1, и стандартной калибровкой по PMMA-стандартам. Соответствующие изобретению продукты всегда были синтезированы с использованием молярного соотношения «связующее соединение:лигнин» 1:2,85, и 1-2 моля кислоты на 3 моля лигнина.Note: Molecular weights were determined by GPC measurements in DMAc/LiBr, 5 g⋅l -1 , and standard calibration against PMMA standards. The products according to the invention have always been synthesized using a binder:lignin molar ratio of 1:2.85, and 1-2 moles of acid per 3 moles of lignin.

Claims (32)

1. Модифицированный лигнин на основе замещенного и/или незамещенного лигнина, причем молекулы лигнина в замещенном и незамещенном лигнине (А) соединены связующими блоками (В), отличающийся тем, что связующие блоки (В) являются ароматическими и соединяются с молекулами лигнина (А) посредством метиленовой группы, причем связующий блок (В) происходит из взаимодействия лигнина (А) с ароматическим связующим соединением (С), которое содержит по меньшей мере две гидроксиметильных группы,1. Modified lignin based on substituted and/or unsubstituted lignin, wherein the lignin molecules in the substituted and unsubstituted lignin (A) are connected by linking blocks (B), characterized in that the linking blocks (B) are aromatic and are connected to the lignin molecules (A) via the methylene group, wherein the linking block (B) is derived from the reaction of lignin (A) with an aromatic linking compound (C) which contains at least two hydroxymethyl groups, где указанный модифицированный лигнин имеет среднечисленную молекулярную массу от 2000 до 50000 г/моль. where the specified modified lignin has a number average molecular weight from 2000 to 50000 g/mol. 2. Модифицированный лигнин по п. 1, отличающийся тем, что две гидроксиметильные группы представляют собой концевые гидроксиметильные группы.2. Modified lignin according to claim 1, characterized in that the two hydroxymethyl groups are terminal hydroxymethyl groups. 3. Модифицированный лигнин по п. 1 или 2, отличающийся тем, что замещенный лигнин представлен формулами3. Modified lignin according to claim 1 or 2, characterized in that the substituted lignin is represented by the formulas L-O-CORx (I)LO-COR x (I) и/илиand/or L-ORy (II),L-OR y (II), в которых означают:in which mean: остаток L-О в формулах (I) и (II) эстерифицированный или этерифицированный лигниновый остаток,residue L-O in formulas (I) and (II) esterified or esterified lignin residue, остаток -CO-Rx в формуле (I) ацильный остаток,residue -CO-R x in formula (I) acyl residue, остатки Rx и Ry алифатический и/или ароматический остаток.residues R x and R y aliphatic and/or aromatic residue. 4. Модифицированный лигнин по п. 3, отличающийся тем, что ароматические остатки Rx и Ry представляют арильный остаток, в частности, фенольный, бензильный, метоксибензильный и/или 3-фенилпропенильный остаток.4. Modified lignin according to claim 3, characterized in that the aromatic residues R x and R y represent an aryl residue, in particular a phenolic, benzyl, methoxybenzyl and/or 3-phenylpropenyl residue. 5. Модифицированный лигнин по п. 3, отличающийся тем, что алифатические остатки Rx и Ry представляют линейноцепочечный или разветвленный C1-6-алкильный остаток, в частности, метильную, этильную, н-пропильную, изопропильную, трет-бутильную или неопентильную группу.5. Modified lignin according to claim 3, characterized in that the aliphatic residues R x and R y represent a linear chain or branched C 1-6 alkyl residue, in particular methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, tert-butyl or neopentyl group. 6. Модифицированный лигнин по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что связующий блок (В) происходит из взаимодействия лигнина (А) с ароматическим связующим соединением (С), которое имеет по меньшей мере две концевых гидроксиметильных группы и представляет собой мономер, олигомер и/или полимер, в частности, 2,6-бис(гидроксиметил)-пара-крезол, резол на основе пара-крезола, резол на основе фенола и/или соединение новолачного типа с концевыми гидроксиметильными группами.6. Modified lignin according to any one of the preceding claims, characterized in that the binding block (B) is derived from the interaction of lignin (A) with an aromatic binding compound (C) which has at least two terminal hydroxymethyl groups and is a monomer, an oligomer and /or a polymer, in particular 2,6-bis(hydroxymethyl)-para-cresol, para-cresol-based resol, phenol-based resol and/or a hydroxymethyl-terminated Novolac type compound. 7. Модифицированный лигнин по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что молярное отношение связующего блока (В) к молекулам лигнина (А), замещенного или незамещенного, составляет от около 1:1 до 1:7, в частности, от 1:2 до 1:4, и особенно предпочтительно около 1:3.7. Modified lignin according to any one of the preceding claims, characterized in that the molar ratio of the binder block (B) to the lignin molecules (A), substituted or unsubstituted, is from about 1:1 to 1:7, in particular from 1:2 up to 1:4, and particularly preferably about 1:3. 8. Модифицированный лигнин по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что его зольность, определенная согласно стандарту DIN EN ISO 3451-4, составляет менее 0,1 вес.%.8. Modified lignin according to any one of the preceding claims, characterized in that its ash content, determined according to DIN EN ISO 3451-4, is less than 0.1% by weight. 9. Модифицированный лигнин по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он имеет среднечисленную молекулярную массу от 4000 до 40000 г/моль.9. Modified lignin according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a number average molecular weight of from 4000 to 40000 g/mol. 10. Способ получения модифицированного лигнина, в частности, модифицированного лигнина по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что замещенный или незамещенный лигнин (А) растворяют в растворителе, и в растворе вводят во взаимодействие с ароматическим связующим соединением (С), которое имеет две гидроксиметильных группы, в частности, две концевых гидроксиметильных группы, в присутствии органической кислоты (D) при повышенной температуре, в частности, от 60°С до 160°С, с образованием модифицированного лигнина.10. The method for producing modified lignin, in particular modified lignin according to any of the preceding claims, characterized in that the substituted or unsubstituted lignin (A) is dissolved in a solvent, and in the solution is introduced into interaction with an aromatic binder compound (C), which has two hydroxymethyl groups, in particular two terminal hydroxymethyl groups, in the presence of an organic acid (D) at an elevated temperature, in particular from 60° C. to 160° C., to form a modified lignin. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что взаимодействие проводят при температуре от 80°С до 120°С, в частности, от 90°С до 110°С.11. The method according to p. 10, characterized in that the interaction is carried out at a temperature of from 80°C to 120°C, in particular, from 90°C to 110°C. 12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что взаимодействие проводят в течение времени от 5 до 24 часов, в частности, от 7 до 15 часов.12. Method according to claim 10 or 11, characterized in that the reaction is carried out for 5 to 24 hours, in particular 7 to 15 hours. 13. Способ по любому из пп. 10-12, отличающийся тем, что в реакционный раствор добавляют водопоглотитель, в частности, для удаления образованной при взаимодействии воды.13. The method according to any one of paragraphs. 10-12, characterized in that a water absorber is added to the reaction solution, in particular, to remove the water formed during the interaction. 14. Способ по любому из пп. 10-13, отличающийся тем, что замещенный лигнин (А) преобразуют соответственно определениям предшествующих пунктов.14. The method according to any one of paragraphs. 10-13, characterized in that the substituted lignin (A) is converted according to the definitions of the preceding paragraphs. 15. Способ по любому из пп. 10-14, отличающийся тем, что связующее соединение (С) представляет собой мономер, олигомер и/или полимер, в частности, 2,6-бис(гидроксиметил)-пара-крезол, резол на основе пара-крезола, резол на основе фенола и/или соединение новолачного типа с концевыми гидроксиметильными группами.15. The method according to any one of paragraphs. 10-14, characterized in that the binder compound (C) is a monomer, oligomer and/or polymer, in particular 2,6-bis(hydroxymethyl)-para-cresol, para-cresol-based resol, phenol-based resol and/or a hydroxymethyl terminated novolac type compound. 16. Способ по любому из пп. 10-15, отличающийся тем, что олигомерное и/или полимерное связующее соединение (С) имеет полидисперсность ниже 2.16. The method according to any one of paragraphs. 10-15, characterized in that the oligomeric and/or polymeric binder compound (C) has a polydispersity below 2. 17. Способ по любому из пп. 10-16, отличающийся тем, что связующее соединение (С) и лигнин (А) взаимодействуют с образованием модифицированного лигнина в молярном соотношении около 1:1 до 1:7.17. The method according to any one of paragraphs. 10-16, characterized in that the binder compound (C) and lignin (A) interact with the formation of modified lignin in a molar ratio of about 1:1 to 1:7. 18. Способ по меньшей мере по одному из пп. 10-17, отличающийся тем, что органическая кислота (D), в частности, в форме пара-толуолсульфоновой кислоты (p-TsOH) и/или метансульфоновой кислоты (MSA), имеет значение pKs <3.18. The method according to at least one of paragraphs. 10-17, characterized in that the organic acid (D), in particular in the form of p-toluenesulfonic acid (p-TsOH) and/or methanesulfonic acid (MSA), has a pK s value <3. 19. Способ по любому из пп. 10-18, отличающийся тем, что на 1 моль лигнина (А) используют от около 0,2 до 1 моля органической кислоты (D).19. The method according to any one of paragraphs. 10-18, characterized in that for 1 mol of lignin (A), from about 0.2 to 1 mol of organic acid (D) is used. 20. Применение модифицированного лигнина по любому из пп. 1-9 для получения прекурсоров волокон для мокрого, сухого-мокрого или сухого прядения.20. The use of modified lignin according to any one of paragraphs. 1-9 to obtain fiber precursors for wet, dry-wet or dry spinning. 21. Применение по п. 20, отличающееся тем, что указанный модифицированный лигнин для цели мокрого, сухого-мокрого и сухого прядения с образованием прекурсоров волокон имеет комплексную вязкость в растворе от 10 до 500 Па⋅сек, в частности, от 50 до 300 Па⋅сек, определяемую согласно стандарту DIN 53019-4. 21. The use according to claim 20, characterized in that said modified lignin for the purpose of wet, dry-wet and dry spinning with the formation of fiber precursors has a complex viscosity in solution from 10 to 500 Pa s, in particular from 50 to 300 Pa ⋅sec, determined according to DIN 53019-4. 22. Применение модифицированного лигнина по любому из пп. 1-9 для получения прекурсоров волокон прядением из расплава.22. The use of modified lignin according to any one of paragraphs. 1-9 for the production of fiber precursors by melt spinning. 23. Применение по п. 22, отличающееся тем, что указанный лигнин для цели прядения из расплава с образованием прекурсоров волокон имеет комплексную вязкость от 50 до 2000 Па⋅сек, в частности, от 100 до 1000 Па⋅сек. 23. Use according to claim 22, characterized in that said lignin for the purpose of melt spinning to form fiber precursors has a complex viscosity of from 50 to 2000 Pa.s, in particular from 100 to 1000 Pa.s. 24. Применение по любому из пп. 20-23, согласно которому прекурсоры волокон используются для получения углеродных волокон обугливанием, при необходимости с предварительной окислительной термостабилизацией и, при необходимости, с последующей графитизацией.24. Application according to any one of paragraphs. 20-23, according to which fiber precursors are used to obtain carbon fibers by charring, if necessary with preliminary oxidative thermal stabilization and, if necessary, with subsequent graphitization.
RU2020120939A 2017-11-29 2018-11-29 Modified lignin, method for its preparation and application RU2790986C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017128339.0 2017-11-29
DE102017128339.0A DE102017128339A1 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Modified lignin, process for its preparation and use
PCT/EP2018/082990 WO2019106080A1 (en) 2017-11-29 2018-11-29 Modified lignin, method for the production thereof and use

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020120939A RU2020120939A (en) 2021-12-29
RU2020120939A3 RU2020120939A3 (en) 2021-12-29
RU2790986C2 true RU2790986C2 (en) 2023-03-01

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4769434A (en) * 1985-06-19 1988-09-06 South African Inventions Development Corporation Lignin derivative polymers
RU2146686C1 (en) * 1995-09-18 2000-03-20 Интернэшнл Бизнес Машинз Корпорейшн Structure of material comprising transversely cross- linked polymer of biological origin
WO2010081775A1 (en) * 2009-01-15 2010-07-22 Toho Tenax Europe Gmbh Lignin derivative, shaped body comprising the derivative, and carbon-fibres produced from the shaped body
WO2015123781A1 (en) * 2014-02-20 2015-08-27 The University Of Western Ontario Formaldehyde-free phenolic resins, downstream products, their synthesis and use
JP5920069B2 (en) * 2012-03-30 2016-05-18 住友ベークライト株式会社 Lignin resin composition and lignin resin molding material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4769434A (en) * 1985-06-19 1988-09-06 South African Inventions Development Corporation Lignin derivative polymers
RU2146686C1 (en) * 1995-09-18 2000-03-20 Интернэшнл Бизнес Машинз Корпорейшн Structure of material comprising transversely cross- linked polymer of biological origin
WO2010081775A1 (en) * 2009-01-15 2010-07-22 Toho Tenax Europe Gmbh Lignin derivative, shaped body comprising the derivative, and carbon-fibres produced from the shaped body
JP5920069B2 (en) * 2012-03-30 2016-05-18 住友ベークライト株式会社 Lignin resin composition and lignin resin molding material
WO2015123781A1 (en) * 2014-02-20 2015-08-27 The University Of Western Ontario Formaldehyde-free phenolic resins, downstream products, their synthesis and use

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG YONGSHENG ET AL, "Sustainable bio-phenol-hydroxymethylfurfural resins using phenolated de-polymerized hydrolysis lignin and their application in bio-composites", INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, ELSEVIER, NL, Vol. 79, 06.11.2015, Seite 84-90. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3860960B1 (en) Aqueous binder composition
US9340426B2 (en) High value lignin derivatives, polymers, and copolymers and use thereof in thermoplastic, thermoset, composite, and carbon fiber applications
Matsushita Conversion of technical lignins to functional materials with retained polymeric properties
Duval et al. A review on lignin-based polymeric, micro-and nano-structured materials
AU2018313534B2 (en) Modified lignin manufacturing method, modified lignin, and modified lignin-including resin composition material
WO2019106080A1 (en) Modified lignin, method for the production thereof and use
CN108084402B (en) Hemicellulose-based epoxy resin and preparation method thereof
Wang et al. Mechanical and thermal properties of polyurethane films from peroxy-acid wheat straw lignin
CN111748172B (en) Modified phenolic resin and preparation method and application thereof
Faris et al. Preparation and characterization of green adhesives using modified tannin and hyperbranched poly (amine-ester)
US20180179339A1 (en) Method for activating and precipitating lignin
WO2019031609A1 (en) Manufacturing method for modified lignin and modified polyphenol, and modified lignin-including resin composition material
JP5911070B2 (en) 2-pyrrolidone polymer or copolymer having improved physical properties and method for producing the same
JP2018141152A (en) Method for producing thermosetting phenolic resins, and phenolic resins obtainable by the method
RU2790986C2 (en) Modified lignin, method for its preparation and application
WO2020162621A1 (en) Method for producing polyphenol derivative, polyphenol derivative, and polyphenol derivative-containing resin composition material
CN114409921B (en) Modified lignin polyol and preparation method of polyurethane hot melt adhesive thereof
RU2538202C1 (en) Modified binding agent based on novolac and resole resins and method of thereof manufacturing
JP2007006827A (en) Method for synthesis of lignin-polyester copolymer using enzyme
CN111100289A (en) Branched-chain type wet strength agent and synthesis method thereof
US20210040361A1 (en) Binder composition on an oligoester basis, production thereof, and use thereof for binding organic or mineral fibres
Ishii et al. Effect of polycondensation conditions on structure and thermal properties of poly (caffeic acid)
TW201345959A (en) Fusible lignin derivative and lignin derivative fiber produced therefrom
EP4321547A1 (en) Crosslinkable systems
CN114213612A (en) Polyethylene glycol modified melamine resin and preparation method thereof