JP6534551B2 - Method for producing lignin derivative - Google Patents
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Description
本発明は、リグニン誘導体の製造方法に関する。より詳しくは、セメント混和剤等の用途に使用可能なリグニン誘導体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing lignin derivatives. More particularly, the present invention relates to a method for producing lignin derivatives usable for applications such as cement admixtures.
リグニンは、木材等の植物系バイオマスの3大主成分のうちの一つ(3大主成分:セルロース、ヘミセルロース、リグニン)であり、天然の芳香族ポリマーとして地球上に最も豊富に存在している。リグニンの構造については、光合成(一次代謝)により同化された炭素化合物が更なる代謝(二次代謝)を受けることで合成されるフェニルプロパノイドのうち、p−クマリルアルコール・コニフェニルアルコール・シナピルアルコールという3種類の基本骨格であるリグニンモノマーが、ラッカーゼ・ペルオキシダーゼ等の酸化酵素により一電子酸化され、フェノキシラジカルとなり、これが不定形にラジカルカップリングすることにより、複雑な三次元網目構造をとっている。 Lignin is one of the three major components of plant biomass such as wood (three major components: cellulose, hemicellulose, lignin), and is most abundant on earth as a natural aromatic polymer . With regard to the structure of lignin, p-coumaryl alcohol / coniphenyl alcohol / cinina among the phenylpropanoids synthesized by the carbon compounds that are assimilated by photosynthesis (primary metabolism) undergo further metabolism (secondary metabolism) Lignin monomers, which are three basic frameworks of pill alcohol, are one-electron oxidized by oxidising enzymes such as laccase / peroxidase to become phenoxy radicals, which form an indeterminate radical coupling to form a complex three-dimensional network structure. ing.
上述のように、リグニンの分子構造は複雑であり、また、植物体から単離する際の単離方法によりリグニンの化学的特性が大きく変化すること、及び、リグニンが基本的には疎水性物質であり、難水溶性であること等の理由により、これまでリグニンの工業材料としての利用は限られていた。 As described above, the molecular structure of lignin is complicated, and the chemical properties of lignin are largely changed by the isolation method when isolated from a plant, and lignin is basically a hydrophobic substance. Until now, the use of lignin as an industrial material has been limited because of its poor water solubility and the like.
しかし一方で、安価に入手可能なリグニンを工業的に利用すべく、種々の検討がなされており、例えば、染料添加剤及び印刷ゲル添加剤としての使用に適した電解質含有量の少ないスルホン化リグニンのナトリウム塩の調製方法であって、(a)リグニンのフェノール成分をアルカリ性液状媒体内でイオン化する段階と、(b)リグニンのイオン化されたフェノール成分をメチロール化する段階と、(c)前記媒体のpHを酸性域まで下げてメチロール化されたリグニンを沈殿させる段階と、(d)沈殿したリグニンを水洗して無機塩類及び反応残滓を除去する段階と、(e)水洗精製した前記メチロール化されたリグニンをイオウ及び酸素を含有する化合物のナトリウム塩によって液体媒体内でスルホン化する段階とから成ることを特徴とするスルホン化リグニンのナトリウム塩の調製方法が開示されている(特許文献1参照。)。 However, on the other hand, various studies have been made to industrially utilize inexpensively available lignin, for example, sulfonated lignin having a low electrolyte content suitable for use as a dye additive and a printing gel additive. (A) ionizing the phenolic component of lignin in an alkaline liquid medium, (b) methylolating the ionized phenolic component of lignin, (c) the medium And (d) washing the precipitated lignin with water to remove inorganic salts and reaction residues, and (e) washing the methylolated with water. And sulfonation of the lignin with a sodium salt of a sulfur and oxygen containing compound in a liquid medium. Process for the preparation of the sodium salt of a sulfonated lignin is disclosed that (see Patent Document 1.).
上記のとおり、リグニン誘導体の工業的利用が検討され、リグニン誘導体の調製方法が検討されている。しかし、従来の方法では、リグニンに対して2種以上の有機化合物を導入する場合、これらの化合物及びリグニンが様々な反応サイトにおいて結合しうることから、種々の構造のリグニン誘導体が生成する。このため、構造が制御されたリグニン誘導体を製造することができる製造方法が求められていた。 As mentioned above, the industrial use of lignin derivatives is being studied, and methods for preparing lignin derivatives are being considered. However, in the conventional method, when two or more organic compounds are introduced into lignin, lignin derivatives having various structures are generated because these compounds and lignin can be bound at various reaction sites. For this reason, a production method capable of producing a lignin derivative whose structure is controlled has been desired.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、リグニンに対して2種以上の有機化合物を導入したリグニン誘導体を製造する際に、構造が制御されたリグニン誘導体の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made in view of the said present condition, and when manufacturing the lignin derivative which introduce | transduced 2 or more types of organic compounds with respect to lignin, the manufacturing method of the lignin derivative in which the structure was controlled is provided. With the goal.
本発明者は、リグニンに対して2種以上の有機化合物を導入するリグニン誘導体の製造方法について種々検討したところ、有機化合物の種類によっては、リグニンに対する反応性が、反応溶液を酸性とした場合とアルカリ性とした場合とで異なることを見いだした。更に、このような有機化合物の反応性の違いを利用して、リグニンに対して2種類の有機化合物を導入する際に、これらの有機化合物のうち一方について、アルカリ性条件下で、他方については酸性条件下で反応を行うことにより、一定の構造に制御されたリグニン誘導体が生成することを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The inventors of the present invention examined various methods for producing lignin derivatives in which two or more organic compounds are introduced into lignin. According to the types of organic compounds, the reactivity to lignin makes the reaction solution acidic. It was found to be different from the case of alkalinity. Furthermore, when introducing two types of organic compounds to lignin by utilizing the difference in reactivity of such organic compounds, one of these organic compounds is acidic under the alkaline conditions and the other It has been found that the reaction under the conditions results in the formation of a controlled lignin derivative with a certain structure, and the present invention has been achieved with the expectation that the above-mentioned problems can be solved in a remarkable manner.
すなわち本発明は、リグニン誘導体の製造方法であって、上記製造方法は、リグニンと有機化合物とを反応させる第1工程と、第1工程の反応生成物と第1工程の有機化合物とは異なる有機化合物とを反応させる第2工程とを含み、上記第1工程及び第2工程は、一方を酸性条件下で、他方をアルカリ性条件下で行うリグニン誘導体の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
That is, the present invention is a method for producing lignin derivatives, wherein the production method is different from the first step of reacting lignin with an organic compound, and the reaction product of the first step and the organic compound in the first step. The first and second steps are a method of producing a lignin derivative in which one step is carried out under an acidic condition and the other step is under an alkaline condition, including a second step of reacting the compound.
The present invention will be described in detail below.
In addition, what combined two or more of each preferable form of this invention described below is also a preferable form of this invention.
本発明のリグニン誘導体の製造方法は、リグニンに対して2種類の有機化合物を反応させて構造が制御されたリグニン誘導体を製造することができる製造方法であることを特徴とする。
導入する2種類の有機化合物のうち一方が酸性又はアルカリ性のいずれか一方の条件のみでリグニンに対して充分な反応性を有し、もう一方の有機化合物が酸性及びアルカリ性のいずれの条件下でも充分な反応性を有するものである場合、2種類の有機化合物のいずれもが反応性を有する条件下でこれらの有機化合物とリグニンとを反応させると、リグニンに対してこれらの有機化合物がランダムに結合することとなる。これに対して、第1工程において、酸性又はアルカリ性のいずれか一方の条件でのみ充分な反応性を有する有機化合物(以下、第1の有機化合物ともいう)を反応させ、その後、第2工程において、もう一方の有機化合物(以下、第2の有機化合物ともいう)を反応系に添加し、第1工程とは逆の液性(すなわち、第1工程が酸性であればアルカリ性、第1工程がアルカリ性であれば酸性)条件下で反応を行うと、第1工程では、第1の有機化合物がリグニンに結合し、第2工程では、未反応の第1の有機化合物が関与する反応の進行が抑制され、第2の有機化合物と第1工程の生成物との反応が進行することになる。ここで、第1工程の生成物が有する第1の有機化合物由来の構造部位と第2の有機化合物との反応性が、リグニン由来の構造部位と第2の有機化合物との反応性よりも高ければ、第2の有機化合物が主として第1工程の反応生成物における第1の有機化合物由来の構造部位に結合することとなる。このような2段階の工程を経ることにより、2種類の有機化合物によってリグニンに導入される構造を制御することができ、構造が制御されたリグニン誘導体が得られる。
また、リグニンに対して導入する2種類の有機化合物が、いずれも酸性又はアルカリ性のいずれか一方の条件でのみで充分な反応性を有し、かつ、充分な反応性を有する液性が互いに逆の液性である場合、酸性又はアルカリ性のいずれの条件で先に行うかを制御することにより、リグニン誘導体における2種類の有機化合物が結合する順番を制御することができる。これにより、構造が制御されたリグニン誘導体が得られる。
The method for producing lignin derivatives of the present invention is characterized in that it is a production method capable of producing lignin derivatives having a controlled structure by reacting lignin with two kinds of organic compounds.
One of the two organic compounds to be introduced has sufficient reactivity to lignin under either acidic or alkaline conditions, and the other organic compound is sufficiently acidic under both acidic and alkaline conditions. When these organic compounds are reacted with lignin under conditions in which both of the two organic compounds have reactivity, the organic compounds are randomly bonded to lignin when the organic compounds have various reactivity. It will be done. On the other hand, in the first step, an organic compound having sufficient reactivity (hereinafter also referred to as a first organic compound) is reacted under only one of acidic and alkaline conditions, and thereafter, in the second step The other organic compound (hereinafter also referred to as a second organic compound) is added to the reaction system, and the reverse of the first step is liquid (that is, alkaline if the first step is acidic, the first step If the reaction is carried out under acidic conditions if it is alkaline, in the first step, the first organic compound binds to lignin, and in the second step, the reaction involving the unreacted first organic compound proceeds The reaction is promoted between the second organic compound and the product of the first step. Here, the reactivity of the structural part derived from the first organic compound and the second organic compound, which the product of the first step has, is higher than the reactivity of the structural part derived from lignin and the second organic compound For example, the second organic compound is bound mainly to the structural site derived from the first organic compound in the reaction product of the first step. Through such a two-step process, the structure introduced into lignin can be controlled by two types of organic compounds, and a lignin derivative having a controlled structure can be obtained.
In addition, two types of organic compounds introduced to lignin have sufficient reactivity under either acidic or alkaline conditions, and the solutions having sufficient reactivity are opposite to each other. In the case of a liquid, it is possible to control the order in which the two organic compounds in the lignin derivative are combined by controlling which of the acidic and the alkaline conditions is performed first. This gives a lignin derivative whose structure is controlled.
上記第1工程は、リグニンと第1の有機化合物とを反応させる工程であり、第2工程は、第1工程の反応生成物と第1の有機化合物とは異なる第2の有機化合物とを反応させる工程である。
上記第1工程及び第2工程は、一方を酸性条件下で、他方をアルカリ性条件下で行う。第1工程又は第2工程のいずれの工程を酸性条件下又はアルカリ性条件下で行うかは、後述するように、酸性又はアルカリ性条件下でのリグニンの溶解性、有機化合物の反応性及び第1工程及び第2工程において用いる有機化合物の組合せ等に応じて、適宜選択することができる。
本発明のリグニン誘導体の製造方法は、上記第1工程と第2工程とを含む限りその他の工程を含んでいてもよい。
The first step is a step of reacting lignin with a first organic compound, and the second step is a reaction of a reaction product of the first step with a second organic compound different from the first organic compound. Process.
The first and second steps are carried out under acidic conditions on one side and alkaline conditions on the other side. Which step of the first step or the second step is carried out under acidic conditions or alkaline conditions depends on the solubility of lignin under acidic or alkaline conditions, the reactivity of organic compounds and the first step, as described later. And it can select suitably according to the combination etc. of the organic compound used in a 2nd process.
The method for producing a lignin derivative of the present invention may include other steps as long as the first step and the second step are included.
リグニンの分子は、複雑な三次元網目構造を有する大きな分子であり、1つのリグニン分子中に有機化合物と反応しうる反応サイトは複数存在する。このため、1つのリグニン分子に複数の有機化合物が反応しうるが、上記第1工程では、少なくとも1つの有機化合物を結合させることができればよい。 The lignin molecule is a large molecule having a complex three-dimensional network structure, and one reaction site capable of reacting with an organic compound exists in one lignin molecule. For this reason, although a plurality of organic compounds may react with one lignin molecule, it is sufficient if at least one organic compound can be bound in the first step.
上記第1工程を行うことにより、上記反応サイトが下記式(1)で表される構造を有する、有機化合物が結合された第1工程の反応生成物(以下、変性リグニンともいう)が得られる。 By performing the first step, the reaction product of the first step (hereinafter also referred to as modified lignin) to which the above-mentioned reaction site has a structure represented by the following formula (1) and to which an organic compound is bound is obtained. .
(式中、R1は、水素原子又はアルコキシ基を表し、ベンゼン環に複数結合していてもよい。X1は、直接結合又はY1とは異なる2価の連結基を表す。Y1は、有機化合物由来の2価の連結基を表す。Y2は、有機化合物由来の基を表す。−X1−(Y1−X1)n−Y2は、ベンゼン環に複数結合していてもよい。Zは、水素原子又は1価の官能基を表す。nは、−Y1−X1−の繰り返しの数を表し、0〜200の数である。)
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or an alkoxy group, an .X 1 be a plurality of bonded to the benzene ring, the .Y 1 represent different divalent linking group and a direct bond or Y 1 , .Y 2 that represents a divalent linking group derived from the organic compounds, represents a group derived from an organic compound-X. 1 - (Y 1 -X 1) n -
上記第1工程において、1つのリグニン分子に複数の有機化合物が結合する場合、リグニン由来の複数のベンゼン環に1つずつ直接又は2価の連結基を介して有機化合物が結合してもよく、リグニン由来の少なくとも1つのベンゼン環に直接又は2価の連結基を介して複数の有機化合物が結合してもよい。nが1以上である場合、ベンゼン環に直接又は2価の連結基を介して結合した有機化合物由来の基に、更に、直接又は2価の連結基を介して有機化合物が結合する形態となる。nとして好ましくは0〜100であり、より好ましくは0〜50である。 In the first step, when a plurality of organic compounds are bonded to one lignin molecule, the organic compounds may be bonded to a plurality of benzene rings derived from lignin directly or via a divalent linking group one by one. A plurality of organic compounds may be bonded to at least one benzene ring derived from lignin directly or through a divalent linking group. When n is 1 or more, an organic compound is further bonded to a group derived from an organic compound directly or via a divalent linking group to a benzene ring, directly or via a divalent linking group. . Preferably it is 0-100 as n, More preferably, it is 0-50.
上記式(1)において、変性リグニンの反応サイトのリグニン由来のベンゼン環と−X1−(Y1−X1)n−Y2とが結合する位置は特に制限されないが、変性リグニンが有する複数の反応サイトのうち少なくとも1つは、水酸基のオルト位でベンゼン環と−X1−(Y1−X1)n−Y2とが、結合していることが好ましい。
In the above formula (1), the position at which the benzene ring derived from lignin at the reaction site of modified lignin and -X 1- (Y 1 -X 1 ) n -Y 2 are bound is not particularly limited. at least one of the reaction sites, the hydroxyl group of ortho benzene ring and -X 1 - (Y 1 -X 1 ) n -
上記X1が2価の連結基である場合、2価の連結基としては、Y1と異なる限り特に制限されないが、例えば、炭化水素基が挙げられる。
本発明のリグニン誘導体における2価の連結基は、2価の炭化水素基であることが好ましい。
2価の炭化水素基としては、炭素数1〜18の2価の炭化水素基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜4の2価の炭化水素基であり、更に好ましくは、炭素数1の2価の炭化水素基、すなわち、メチレン基である。
When X 1 is a divalent linking group, the divalent linking group is not particularly limited as long as it is different from Y 1, and examples thereof include a hydrocarbon group.
The divalent linking group in the lignin derivative of the present invention is preferably a divalent hydrocarbon group.
As a bivalent hydrocarbon group, a C1-C18 bivalent hydrocarbon group is preferable. More preferably, it is a C1-C4 bivalent hydrocarbon group, More preferably, it is a C1 bivalent hydrocarbon group, ie, a methylene group.
上記R1としては、水素原子、炭素数1〜18のアルコキシ基のいずれかが好ましい。より好ましくは、水素原子、炭素数1〜2のアルコキシ基のいずれかである。
上記Zの1価の官能基としては、水酸基、スルホン酸基、カルボン酸基等のアニオン性官能基;アミノ基等のカチオン性官能基のいずれかが好ましい。より好ましくは、水酸基、スルホン酸基、カルボン酸基のいずれかである。
As the R 1, a hydrogen atom, or an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms are preferred. More preferably, it is either a hydrogen atom or an alkoxy group having 1 to 2 carbon atoms.
The monovalent functional group for Z is preferably an anionic functional group such as a hydroxyl group, a sulfonic acid group or a carboxylic acid group; or a cationic functional group such as an amino group. More preferably, it is any one of a hydroxyl group, a sulfonic acid group and a carboxylic acid group.
上記第1工程において使用する有機化合物(以下、第1の有機化合物ともいう)としては、酸性又はアルカリ性条件下で、リグニンに対して反応することができる限り特に制限されないが、例えば、アミン化合物、カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物、(ポリ)アルキレングリコール化合物及びフェノール類等が挙げられる。 The organic compound used in the first step (hereinafter, also referred to as a first organic compound) is not particularly limited as long as it can react with lignin under acidic or alkaline conditions, for example, an amine compound, Examples thereof include carboxylic acid group-containing compounds, sulfonic acid group-containing compounds, phosphoric acid group-containing compounds, (poly) alkylene glycol compounds and phenols.
上記アミン化合物としては、アミノ基を有する化合物である限り特に制限されないが、例えば、エチルアミン等の炭素数1〜8のモノアルキルアミン;ジメチルアミン、ジエチルアミン等の炭素数2〜16のジアルキルアミン;2−アミノエタノール、2−プロパノールアミン等の炭素数1〜8のモノアルカノールアミン;ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等の炭素数2〜16のジアルカノールアミン;2−(メチル)アミノエタノール等の炭素数2〜16のアルキルアルカノールアミン;エチレンジアミン、N−メチルエチレンジアミン等の炭素数2〜16のアルキレンジアミン;ビス(2−アミノエチル)アミン等の炭素数2〜16のジアルキレントリアミン;尿素等の炭素数1〜8のカルバミド化合物;システアミン等の炭素数1〜8のアミノアルカンチオール;グリシン、グルタミン酸等のアミノ酸;アンモニア;アニリン等の芳香族アミン類又はこれらの塩等が挙げられる。また、芳香族アミン類の芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の炭素原子のみで構成される炭素数6〜14の芳香環;チオフェン、イミダゾール、ピラゾール、ピリジン、インドール、カルバゾール等の炭素数4〜13の複素環が挙げられる。これらの中でも、炭素原子のみで構成される炭素数6〜10の芳香環や炭素数4〜9の硫黄原子又は窒素原子含有複素環が好ましい。より好ましくは、炭素原子のみで構成される炭素数6の芳香環や炭素数4の硫黄原子又は窒素原子含有複素環である。これらを、1種のみ用いても、2種以上用いてもよい。なお、上記炭素数は、化合物全体が有する炭素の数を意味するものとする。
The amine compound is not particularly limited as long as it is a compound having an amino group, and examples thereof include: monoalkyl amines having 1 to 8 carbon atoms such as ethylamine; dialkyl amines having 2 to 16 carbon atoms such as dimethylamine and diethylamine; C1-C8 monoalkanolamines such as aminoethanol and 2-propanolamine; C2-C16 dialkanolamines such as diethanolamine and diisopropanolamine; C2-C2 such as 2- (methyl)
上記アミン化合物として好ましくは、炭素数1〜3のモノアルカノールアミン、2〜6のジアルカノールアミン、アンモニア、尿素、アミノ酸、芳香族アミン類である。より好ましくは炭素数1〜3のモノアルカノールアミン、2〜6のジアルカノールアミン、アンモニア、尿素である。これらの化合物は、比較的安価であるため、リグニン誘導体の工業生産に好適に用いることができる。また、リグニンに対する導入効率の観点から、より好ましくは2−アミノエタノール、ジエタノールアミンであり、更に好ましくは2−アミノエタノールである。 The above-mentioned amine compounds are preferably mono-alkanolamines having 1 to 3 carbon atoms, dialkanolamines 2 to 6 carbons, ammonia, urea, amino acids, and aromatic amines. More preferably, they are C1-C3 monoalkanolamines, 2-6 dialkanolamines, ammonia, and urea. Since these compounds are relatively inexpensive, they can be suitably used for industrial production of lignin derivatives. Further, from the viewpoint of the introduction efficiency to lignin, more preferably 2-aminoethanol and diethanolamine, and still more preferably 2-aminoethanol.
上記カルボン酸基含有化合物としては、カルボン酸基を有する化合物である限り特に制限されないが、例えば、安息香酸、フタル酸、フェニル酢酸、ナフトエ酸、ナフタレン酢酸等が挙げられる。また、これらのカルボン酸基含有化合物の2分子が結合して酸無水物を形成したものも本発明のリグニン誘導体を製造する原料として用いることができる。なお、上述のグリシン、グルタミン酸等のアミノ酸は、アミン化合物に含まれるものとする。また、後述するとおり、サリチル酸、ヒドロキシフェニル酢酸、ヒドロキシナフトエ酸、ヒドロキシナフタレン酢酸等のフェノール性水酸基を有する化合物は、フェノール類に含まれるものとする。
上記カルボン酸基含有化合物としては、安息香酸等の芳香環を有するものが好ましい。上記芳香環の具体例及び好ましい形態は上述のとおりである。
The carboxylic acid group-containing compound is not particularly limited as long as it is a compound having a carboxylic acid group, and examples thereof include benzoic acid, phthalic acid, phenylacetic acid, naphthoic acid and naphthaleneacetic acid. Moreover, what the two molecules of these carboxylic acid group containing compounds couple | bonded and formed the acid anhydride can also be used as a raw material which manufactures the lignin derivative of this invention. In addition, amino acids, such as the above-mentioned glycine and glutamic acid, shall be contained in an amine compound. Further, as described later, compounds having a phenolic hydroxyl group such as salicylic acid, hydroxyphenylacetic acid, hydroxynaphthoic acid, hydroxynaphthaleneacetic acid, etc. are included in phenols.
As said carboxylic acid group containing compound, what has aromatic rings, such as benzoic acid, is preferable. The specific example and the preferable form of the said aromatic ring are as above-mentioned.
上記スルホン酸基含有化合物としては、スルホン酸基を有する化合物である限り特に制限されないが、例えば、ベンゼンスルホン酸等が挙げられる。なお、後述するとおり、ヒドロキシベンゼンスルホン酸等のフェノール性水酸基を有する化合物は、フェノール類に含まれるものとする。
上記スルホン酸基含有化合物としては、ベンゼンスルホン酸等の芳香環を有するものが好ましい。上記芳香環の具体例及び好ましい形態は上述のとおりである。
The sulfonic acid group-containing compound is not particularly limited as long as it is a compound having a sulfonic acid group, and examples thereof include benzenesulfonic acid and the like. In addition, as it mentions later, the compound which has phenolic hydroxyl groups, such as hydroxy benzene sulfonic acid, shall be contained in phenols.
As said sulfonic-acid-group containing compound, what has aromatic rings, such as benzenesulfonic acid, is preferable. The specific example and the preferable form of the said aromatic ring are as above-mentioned.
上記リン酸基含有化合物としては、リン酸基を有する化合物である限り特に制限されないが、例えば、フェニルリン酸等が挙げられる。なお、後述するとおり、ヒドロキシフェニルリン酸等のフェノール性水酸基を有する化合物は、フェノール類に含まれるものとする。
上記リン酸基含有化合物としては、フェニルリン酸等の芳香環を有するものが好ましい。上記芳香環の具体例及び好ましい形態は上述のとおりである。
The above-mentioned phosphoric acid group-containing compound is not particularly limited as long as it is a compound having a phosphoric acid group, and examples thereof include phenyl phosphoric acid and the like. In addition, the compound which has phenolic hydroxyl groups, such as a hydroxyphenyl phosphoric acid, shall be contained in phenols so that it may mention later.
As said phosphate group containing compound, what has aromatic rings, such as a phenyl phosphoric acid, is preferable. The specific example and the preferable form of the said aromatic ring are as above-mentioned.
上記(ポリ)アルキレングリコール化合物としては、(ポリ)アルキレングリコール鎖を有する化合物である限り特に制限されない。
(ポリ)アルキレングリコール化合物は、下記式(2);
R4−X2−[(R2O)q−R3]p (2)
(式中、X2は、酸素原子、硫黄原子、2価の連結基又は3価の連結基を表す。R3、R4は、同一又は異なって、は、水素原子又は1価の有機基を表す。R2は、同一又は異なって、アルキレン基を表す。pは、1又は2の数である。qは、オキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の数である。)で表すことができる。
The (poly) alkylene glycol compound is not particularly limited as long as it is a compound having a (poly) alkylene glycol chain.
The (poly) alkylene glycol compound is represented by the following formula (2):
R 4 -X 2 -[(R 2 O) q -R 3 ] p (2)
(Wherein, X 2 represents an oxygen atom, a sulfur atom, a divalent linking group or a trivalent linking group. R 3 and R 4 are the same or different, and are a hydrogen atom or a monovalent organic group R 2 is the same or different and represents an alkylene group, p is a number of 1 or 2. q is an average added mole number of the oxyalkylene group, and is a number of 1 to 300. It can be represented by).
上記式(2)中、R2で表されるアルキレン基は、炭素数2〜18のアルキレン基であることが好ましい。より好ましくは、炭素数2〜8のアルキレン基であり、更に好ましくは、炭素数2又は3のアルキレン基である。炭素数2又は3のアルキレン基である場合、(ポリ)アルキレングリコール鎖は、(ポリ)エチレングリコール鎖又は(ポリ)プロピレングリコール鎖となる。
なお、上記式(2)中、R2は、「同一又は異なって、」アルキレン基を表すが、これは、(ポリ)アルキレングリコール化合物中にq個存在するR2Oのアルキレン基が全て同一であってもよく、異なっていてもよいことを意味する。
It is preferable that the alkylene group represented by R 2 in said Formula (2) is a C2-C18 alkylene group. More preferably, it is a C2-C8 alkylene group, More preferably, it is a C2-C3 alkylene group. When the alkylene group has 2 or 3 carbon atoms, the (poly) alkylene glycol chain is a (poly) ethylene glycol chain or a (poly) propylene glycol chain.
In the above formula (2), R 2 represents “identical or different,” an alkylene group, which means that all of the alkylene groups of R 2 O present in the (poly) alkylene glycol compound are the same. It may mean that it may be different.
上記式(2)中、X2が2価の連結基である場合、2価の連結基としては、下記式(3−1)〜(3−4)の構造が挙げられる。 When X 2 is a divalent linking group in the above formula (2), examples of the divalent linking group include structures of the following formulas (3-1) to (3-4).
(式(3−1)及び(3−2)中、R5、R6は、同一又は異なって、水素原子又は1価の炭化水素基を表す。Qは、炭素数1〜5の3価の炭化水素基を表す。式(3−4)中、R7、R8は、同一又は異なって、水素原子又は炭化水素基を表す。R9は炭化水素基を表す。R7、R8及びR9の合計炭素数は1〜8である。)
上記X2が3価の連結基である場合、3価の連結基としては、窒素原子が挙げられる。
(In the formulas (3-1) and (3-2), R 5 and R 6 are the same or different and each represents a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group. Q is a trivalent group having 1 to 5 carbon atoms In the formula (3-4), R 7 and R 8 are the same or different and each represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group, R 9 represents a hydrocarbon group, R 7 and R 8. And the total carbon number of R 9 is 1 to 8.)
When X 2 is a trivalent linking group, examples of the trivalent linking group include nitrogen atoms.
上記式(2)中、X2は、酸素原子、硫黄原子、2価の連結基又は3価の連結基を表し、2価の連結基、3価の連結基としては上記のものが好ましいが、これらの中でも、X2としては、酸素原子又は硫黄原子が好ましい。より好ましくは、酸素原子である。 In the above formula (2), X 2 represents an oxygen atom, a sulfur atom, a divalent linking group or a trivalent linking group, and as the divalent linking group and the trivalent linking group, the above are preferable. Among these, as X 2 , an oxygen atom or a sulfur atom is preferable. More preferably, it is an oxygen atom.
上記式(2)中、R3及びR4が1価の有機基である場合、1価の有機基としては、炭素数1〜30の炭化水素基等が挙げられる。これらの中でも、R3としては、炭素数1〜4の炭化水素基が好ましい。R4としては、芳香族炭化水素基が好ましい。 When R 3 and R 4 in the above formula (2) are monovalent organic groups, examples of monovalent organic groups include hydrocarbon groups having 1 to 30 carbon atoms. Among these, R 3, preferably a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. As R 4 , an aromatic hydrocarbon group is preferable.
上記式(2)中、X2が、酸素原子、硫黄原子又は2価の連結基である場合、pは1であり、X2が、3価の連結基である場合、pは2である。
上記式(2)中、qは、1〜300であることが好ましい。より好ましくは、2〜200であり、更に好ましくは、5〜100である。
In the above formula (2), p is 1 when X 2 is an oxygen atom, a sulfur atom or a divalent linking group, and p is 2 when X 2 is a trivalent linking group .
In the above formula (2), q is preferably 1 to 300. More preferably, it is 2-200, More preferably, it is 5-100.
上記(ポリ)アルキレングリコール化合物として好ましくは、(ポリ)アルキレングリコール鎖と芳香環とを有する化合物である。上記芳香環の具体例及び好ましい形態は上述のとおりである。芳香環を有する(ポリ)アルキレングリコール化合物(以下、芳香族(ポリ)アルキレングリコール化合物ともいう)は、(ポリ)アルキレングリコール鎖と芳香環のみからなる構造の化合物であってもよく、(ポリ)アルキレングリコール鎖以外の置換基が芳香環に結合したものであってもよい。
(ポリ)アルキレングリコール鎖以外の置換基としては、アルコキシ基、アミノ基、スルホン酸基、カルボン酸基等が挙げられ、これらの置換基は、芳香環に1つ結合していてもよく、2つ以上結合していてもよい。なお、例えば(ポリ)アルキレングリコール鎖以外の置換基としてヒドロキシ基を有する芳香族(ポリ)アルキレングリコール化合物は、フェノール性水酸基を有することとなるが、後述するとおり、このようなフェノール性水酸基を有する化合物は、フェノール類に含まれるものとする。
芳香環として、ベンゼン環を有する芳香族(ポリ)アルキレングリコール化合物は、下記式(4);
The (poly) alkylene glycol compound is preferably a compound having a (poly) alkylene glycol chain and an aromatic ring. The specific example and the preferable form of the said aromatic ring are as above-mentioned. The (poly) alkylene glycol compound having an aromatic ring (hereinafter also referred to as an aromatic (poly) alkylene glycol compound) may be a compound having a structure consisting only of a (poly) alkylene glycol chain and an aromatic ring, (poly) A substituent other than the alkylene glycol chain may be bonded to an aromatic ring.
Examples of the substituent other than the (poly) alkylene glycol chain include an alkoxy group, an amino group, a sulfonic acid group, a carboxylic acid group and the like, and one of these substituents may be bonded to the aromatic ring, Two or more may be combined. For example, although an aromatic (poly) alkylene glycol compound having a hydroxy group as a substituent other than a (poly) alkylene glycol chain will have a phenolic hydroxyl group, as described later, it has such a phenolic hydroxyl group The compounds are included in phenols.
An aromatic (poly) alkylene glycol compound having a benzene ring as an aromatic ring is represented by the following formula (4):
(式中、R10は、水素原子又は−X2−(R2O)q−R3(以下、(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基ともいう)以外の置換基を表す。X2、R2、R3及びqは、上記式(2)と同様である。)で表すことができる。
上記R10が(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基以外の置換基である場合、該置換基の結合位置は特に制限されないが、(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基のメタ位であることが好ましい。
(Wherein, R 10 represents a hydrogen atom or a substituent other than -X 2- (R 2 O) q -R 3 (hereinafter, also referred to as a (poly) alkylene glycol chain-containing group) X 2 and R 2 , R 3 and q are the same as in the above formula (2).
When R 10 is a substituent other than the (poly) alkylene glycol chain-containing group, the bonding position of the substituent is not particularly limited, but is preferably the meta position of the (poly) alkylene glycol chain-containing group.
上記式(4)において、X2が酸素原子や硫黄原子である(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基は、フェノールの水酸基やチオフェノールのチオール基に(ポリ)アルキレングリコールを反応させること等で製造することができる。
上記式(4)において、X2が式(3−1)で表される2価の窒素原子含有基である(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基は、ジアルキルアミノフェニルアルカノールに(ポリ)アルキレングリコールを付加させること等で製造することができる。
上記式(4)において、X2が式(3−2)で表される2価の窒素原子含有基である(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基は、N−アルキルアニリンに(ポリ)アルキレングリコールを付加させること等で製造することができる。
上記式(4)において、X2が式(3−3)である構造の(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基は、フェノールの水酸基に対し、末端にエポキシ基を有する(ポリ)アルキレングリコールを反応させること等で製造することができる。
上記式(4)において、X2が式(3−4)である構造の(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基は、ベンジルアルコールとエチレンオキシドとを反応させること等で製造することができる。
芳香環として、ベンゼン環以外の構造を有する化合物についても、同様の方法により製造することができる。
In the above formula (4), a (poly) alkylene glycol chain-containing group in which X 2 is an oxygen atom or a sulfur atom is produced by reacting a (poly) alkylene glycol with a hydroxyl group of phenol or a thiol group of thiophenol be able to.
In the above formula (4), a (poly) alkylene glycol chain-containing group in which X 2 is a divalent nitrogen atom-containing group represented by the formula (3-1) is a dialkylaminophenyl alkanol with (poly) alkylene glycol It can be manufactured by adding or the like.
In the above formula (4), the (poly) alkylene glycol chain-containing group in which X 2 is a divalent nitrogen atom-containing group represented by the formula (3-2) is a (poly) alkylene glycol to N-alkylaniline It can be manufactured by adding or the like.
In the above formula (4), the (poly) alkylene glycol chain-containing group having a structure in which X 2 is the formula (3-3) is reacted with a (poly) alkylene glycol having an epoxy group at the end with respect to the hydroxyl group of phenol. Can be manufactured by
In the above formula (4), the (poly) alkylene glycol chain-containing group having a structure in which X 2 is a formula (3-4) can be produced by, for example, reacting benzyl alcohol with ethylene oxide.
A compound having a structure other than a benzene ring as an aromatic ring can also be produced by the same method.
上記(ポリ)アルキレングリコール化合物が芳香族(ポリ)アルキレングリコール化合物である場合、リグニンと芳香族(ポリ)アルキレングリコール化合物とは、芳香環の(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基のオルト位又はパラ位で結合することが好ましい。 When the above (poly) alkylene glycol compound is an aromatic (poly) alkylene glycol compound, lignin and the aromatic (poly) alkylene glycol compound are the ortho or para position of the (poly) alkylene glycol chain-containing group of the aromatic ring It is preferable to bind at
上記フェノール類としては、芳香環を有する化合物であって、芳香環の水素原子が水酸基で置換された化合物であれば特に制限されない。上記芳香環の具体例及び好ましい形態は上述のとおりである。なお、上記アミン化合物、カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物及び(ポリ)アルキレングリコール化合物のいずれかに該当する化合物であっても、フェノール性水酸基を有する化合物は、フェノール類に含まれるものとする。
上記フェノール類としては、例えば、フェノール、クレゾール、サリチル酸、ヒドロキシフェニル酢酸、ヒドロキシナフトエ酸、ヒドロキシナフタレン酢酸、ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ヒドロキシフェニルリン酸、(ポリ)アルキレングリコール含有フェノール性化合物等が挙げられる。
上記(ポリ)アルキレングリコール含有フェノール性化合物としては、フェノール性水酸基と(ポリ)アルキレングリコール鎖含有基とを有する限り特に制限されないが、例えば、上記式(4)で表される芳香族(ポリ)アルキレングリコール化合物のR10がヒドロキシ基である化合物等が挙げられる。
The phenol is not particularly limited as long as it is a compound having an aromatic ring and a hydrogen atom of the aromatic ring is substituted with a hydroxyl group. The specific example and the preferable form of the said aromatic ring are as above-mentioned. In addition, even if it is a compound applicable to any of the said amine compound, a carboxylic acid group containing compound, a sulfonic acid group containing compound, a phosphoric acid group containing compound, and a (poly) alkylene glycol compound, the compound which has phenolic hydroxyl group is It shall be included in phenols.
Examples of the above-mentioned phenols include phenol, cresol, salicylic acid, hydroxyphenylacetic acid, hydroxynaphthoic acid, hydroxynaphthaleneacetic acid, hydroxybenzenesulfonic acid, hydroxyphenyl phosphoric acid, and (poly) alkylene glycol-containing phenolic compounds.
The (poly) alkylene glycol-containing phenolic compound is not particularly limited as long as it has a phenolic hydroxyl group and a (poly) alkylene glycol chain-containing group, but, for example, an aromatic (poly) represented by the above formula (4) compound R 10 alkylene glycol compound is a hydroxy group, and the like.
上記第1の有機化合物としては、酸性又はアルカリ性のいずれか一方の条件において、リグニンとの反応性を有し、他方の条件においてはリグニン及び変性リグニンとの反応性が極めて低い化合物であることが好ましい。第1の有機化合物としてこのような化合物を用いることにより、第2工程において、反応溶液の液性の条件を変化させることにより、第2工程における第1の有機化合物が関与する副反応を抑制することができる。ここで、リグニン及び変性リグニンとの反応性が極めて低い化合物とは、これらを反応させたときの収率が1モル%未満となる化合物を指す。
上記リグニン及び変性リグニンとの反応性に関して、フェノール性水酸基を有する化合物は、酸性及びアルカリ性のいずれの条件下でも反応性を有するため、上記第1の有機化合物としては、フェノール性水酸基を有さない化合物、すなわち非フェノール性の化合物であることが好ましい。
The first organic compound is a compound having reactivity with lignin under either acidic or alkaline conditions and having extremely low reactivity with lignin and modified lignin under the other conditions. preferable. By using such a compound as the first organic compound, by changing the liquid conditions of the reaction solution in the second step, side reactions involving the first organic compound in the second step are suppressed. be able to. Here, a compound having extremely low reactivity with lignin and modified lignin refers to a compound having a yield of less than 1% by mole when these are reacted.
With regard to the reactivity with lignin and modified lignin, the compound having a phenolic hydroxyl group has reactivity under both acidic and alkaline conditions, and thus does not have a phenolic hydroxyl group as the first organic compound. Preferably they are compounds, ie non-phenolic compounds.
上記非フェノール性の化合物において、酸性条件下において、リグニンに対して反応性を有し、アルカリ性条件下での反応性が極めて低い有機化合物としては、(非フェノール性の)カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物及びリン酸基含有化合物及び(ポリ)アルキレングリコール化合物等が挙げられる。
上記非フェノール性の化合物において、アルカリ性条件下で、リグニンに対して反応性を有し、酸性条件下での反応性が極めて低い有機化合物としては、(非フェノール性の)アミン化合物等が挙げられる。
Among the above non-phenolic compounds, organic compounds having reactivity with lignin under acidic conditions and extremely low reactivity under alkaline conditions include (non-phenolic) carboxylic acid group-containing compounds, Examples thereof include sulfonic acid group-containing compounds, phosphoric acid group-containing compounds, and (poly) alkylene glycol compounds.
Among the above non-phenolic compounds, organic compounds having reactivity with lignin under alkaline conditions and having extremely low reactivity under acidic conditions include (non-phenolic) amine compounds and the like. .
上記第1の有機化合物としてアミン化合物、カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物及びリン酸基含有化合物等の極性基を有する化合物を用いる場合には、得られる変性リグニンの水溶性を向上させることができる。上記第1工程において、酸性又はアルカリ性のいずれか一方の条件下において水溶性が極めて低いリグニンを用いた場合にも、上記リグニンが水溶性となる酸性又はアルカリ性条件下において極性基を有する化合物を反応させることにより、第2工程において、第1工程とは逆の酸性又はアルカリ性条件下で変性リグニンに対して溶解性を付与することができ、第2の有機化合物と反応させることができる。ここで、酸性又はアルカリ性条件下で水溶性が極めて低いリグニンとは、リグニン10gを、25℃において、pH1の酸性水溶液又はpH12のアルカリ性水溶液100gに溶解した際に、不溶分が9g以上であるリグニンを指す。このようなリグニンに対して極性基を有する化合物を反応させた場合、得られた変性リグニン10gを、25℃において、pH1の酸性水溶液又はpH12のアルカリ性水溶液100gに溶解した際に、不溶分を0.5g未満とすることができる。
上記第1の有機化合物として好ましくは、アミン化合物、カルボン酸基含有化合物である。
When a compound having a polar group such as an amine compound, a carboxylic acid group-containing compound, a sulfonic acid group-containing compound and a phosphoric acid group-containing compound is used as the first organic compound, the water solubility of the resulting modified lignin is improved. be able to. In the first step, even when lignin having extremely low water solubility is used under either acidic or alkaline conditions, a compound having a polar group is reacted under acidic or alkaline conditions in which the lignin becomes water soluble. As a result, in the second step, solubility can be imparted to the modified lignin under acidic or alkaline conditions reverse to the first step, and it can be reacted with the second organic compound. Here, lignin having extremely low water solubility under acidic or alkaline conditions means lignin having an insoluble content of 9 g or more when 10 g of lignin is dissolved in 100 g of acidic aqueous solution of pH 1 or alkaline aqueous solution of
The above first organic compound is preferably an amine compound or a compound containing a carboxylic acid group.
上記第1工程において、リグニンと第1の有機化合物とを反応させる方法は、特に制限されないが、例えば、(1)又は(2)の方法が挙げられる。
(1)第1の有機化合物がリグニンと反応することができる反応性基を有している場合には、そのまま、リグニンと第1の有機化合物とを反応させる。これにより、リグニンと有機化合物とが反応性基を介して結合することとなる。
(2)リグニンと第1の有機化合物とを、リグニンと反応することができる反応性基を有する化合物(以下、反応性基含有化合物ともいう)を介して、反応させる。この場合、第1の有機化合物は、リグニンと反応することができる反応性基を有していてもいなくてもよい。また、リグニンと第1の有機化合物と反応性基含有化合物とを同時に反応させてもよく、第1の有機化合物又はリグニンと反応性基含有化合物とを予め反応させた後、得られた反応生成物とリグニン又は第1の有機化合物とを反応させてもよい。
The method for reacting lignin and the first organic compound in the first step is not particularly limited, and examples thereof include the methods of (1) or (2).
(1) When the first organic compound has a reactive group capable of reacting with lignin, the lignin and the first organic compound are reacted as they are. Thereby, lignin and an organic compound will couple | bond together via a reactive group.
(2) The lignin and the first organic compound are reacted via a compound having a reactive group capable of reacting with lignin (hereinafter, also referred to as a reactive group-containing compound). In this case, the first organic compound may or may not have a reactive group capable of reacting with lignin. Alternatively, lignin, the first organic compound and the reactive group-containing compound may be simultaneously reacted, or the reaction product obtained after the first organic compound or lignin and the reactive group-containing compound are reacted in advance The substance may be reacted with lignin or the first organic compound.
アルカリ性条件下で第1工程を行う場合、リグニンと第1の有機化合物との反応のpHは、アルカリ性領域である限り特に制限されないが、pH8〜14であることが好ましい。より好ましくはpH9〜13であり、更に好ましくはpH10〜13である。上記第1の有機化合物が酸性又は中性の化合物である場合には、塩基性物質を用いてpHを調節することができる。
上記第1の有機化合物が塩基性の化合物である場合、第1の有機化合物を添加することにより反応溶液のpHを塩基性領域とすることができるが、反応に使用する有機化合物以外の塩基性物質を用いてpHを調節してもよい。第1の有機化合物以外の塩基性物質としては、特に制限されないが、例えばナトリウム等のアルカリ金属の水酸化物等が挙げられる。反応溶液のpHは、pHメーター(pHメーターD−51:堀場製作所製)により測定することができる。
When the first step is performed under alkaline conditions, the pH of the reaction of lignin with the first organic compound is not particularly limited as long as it is in the alkaline region, but it is preferably
When the first organic compound is a basic compound, the pH of the reaction solution can be made a basic region by adding the first organic compound, but basicity other than the organic compound used for the reaction Substances may be used to adjust pH. The basic substance other than the first organic compound is not particularly limited, and examples thereof include hydroxides of alkali metals such as sodium and the like. The pH of the reaction solution can be measured by a pH meter (pH meter D-51: manufactured by Horiba, Ltd.).
酸性条件下で第1工程を行う場合、リグニンと第1の有機化合物との反応のpHは、酸性領域である限り特に制限されないが、pH0.1〜3であることが好ましい。より好ましくはpH0.5〜2である。上記第1の有機化合物が塩基性又は中性の化合物である場合には、硫酸等の酸を用いてpHを調節することができる。
上記第1の有機化合物が酸性の化合物である場合、第1の有機化合物を添加することにより反応溶液のpHを酸性領域とすることができるが、反応に使用する第1の有機化合物以外の酸を用いてpHを調節してもよい。反応溶液のpHは、pHメーター(pHメーターD−51:堀場製作所製)により測定することができる。
第2工程における第2の有機化合物が、酸性条件下における反応性が低い場合、第1工程をこのように酸条件下で行うことにより、第2の有機化合物を第1工程の開始時に添加していた場合であっても、第1工程では、第2の有機化合物とリグニンとの反応性が低いため、リグニンと第1の有機化合物との反応が進むこととなる。
When the first step is carried out under acidic conditions, the pH of the reaction of lignin with the first organic compound is not particularly limited as long as it is in the acidic region, but it is preferably pH 0.1 to 3. More preferably, it is pH 0.5-2. When the first organic compound is a basic or neutral compound, an acid such as sulfuric acid can be used to adjust the pH.
When the first organic compound is an acidic compound, the pH of the reaction solution can be made acidic by adding the first organic compound, but an acid other than the first organic compound used for the reaction The pH may be adjusted using The pH of the reaction solution can be measured by a pH meter (pH meter D-51: manufactured by Horiba, Ltd.).
When the second organic compound in the second step has low reactivity under acidic conditions, the second organic compound is added at the start of the first step by performing the first step in this way under acidic conditions. Even in this case, in the first step, the reaction between the lignin and the first organic compound proceeds because the reactivity between the second organic compound and the lignin is low.
上記第1工程において、リグニン1分子に対して有機化合物を少なくとも1つ導入することができる限り、リグニンに導入する有機化合物の量は特に制限されないが、第1工程において使用する有機化合物の重量は、リグニン1000gに対して、10〜5000gであることが好ましい。より好ましくは、20〜3000gであり、更に好ましくは、30〜1000gである。 In the first step, the amount of the organic compound to be introduced into lignin is not particularly limited as long as at least one organic compound can be introduced per lignin molecule, but the weight of the organic compound used in the first step is And preferably 10 to 5000 g per 1000 g of lignin. More preferably, it is 20 to 3000 g, still more preferably 30 to 1000 g.
上記第1工程において、反応性基含有化合物を用いる場合、反応性基含有化合物としては、リグニンと有機化合物とを結合させることができる限り特に制限されないが、反応性基として、アルデヒド基、水酸基、エポキシ基等を有する化合物が挙げられる。
上記反応性基含有化合物としては、アルデヒド化合物が好ましい。
上記アルデヒド化合物は、下記式(5);
R11−CHO (5)
(式中、R11は、水素原子又は1価の炭化水素基を表す。)で表されることが好ましい。上記反応性基含有化合物としてこのような構造の化合物を用いると、リグニン又は有機化合物に下記式(6);
When a reactive group-containing compound is used in the first step, the reactive group-containing compound is not particularly limited as long as lignin and an organic compound can be bound, but as a reactive group, an aldehyde group, a hydroxyl group, The compound which has an epoxy group etc. is mentioned.
As said reactive group containing compound, an aldehyde compound is preferable.
The aldehyde compound is represented by the following formula (5):
R 11- CHO (5)
(Wherein, R 11 represents a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group). When a compound having such a structure is used as the reactive group-containing compound, lignin or an organic compound is represented by the following formula (6);
(式中、R11は、式(5)のR11と同様である。)で表される基が導入された中間体を経て、リグニンと有機化合物とが2価の炭化水素基を介して結合した構造を有する変性リグニンを製造することができる。この場合、リグニンと有機化合物とがR11より炭素数が1多い2価の炭化水素基を介して結合した構造を有する変性リグニンとなる。すなわち、この場合、R11より炭素数が1多い2価の炭化水素基が上記式(1)における2価の連結基となる。式(6)中、R11としては、水素原子又は炭素数1〜17の炭化水素基が好ましい、より好ましくは、水素原子又は炭素数1〜3の炭化水素基であり、特に好ましくは、水素原子である。水素原子である場合、リグニンと有機化合物とがメチレン基を介して結合した構造の変性リグニンを製造することができる。
式(6)のR11が水素原子である場合、式(5)のアルデヒド化合物はホルムアルデヒドとなる。式(5)のR11が炭素数1〜3の炭化水素基である場合、式(5)のアルデヒド化合物は、それぞれアセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブタナールとなる。
(Wherein, R 11 is the same as R 11 is of formula (5).) Through an intermediate group is introduced, represented by the lignin and organic compounds through a divalent hydrocarbon group Modified lignin having a linked structure can be produced. In this case, a modified lignin having a structure in which lignin and an organic compound are bonded via a divalent hydrocarbon group having one more carbon number than R 11 is obtained. That is, in this case, a divalent hydrocarbon group having one more carbon atom than R 11 is a divalent linking group in the above formula (1). In formula (6), R 11 is preferably a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 17 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, particularly preferably hydrogen It is an atom. When it is a hydrogen atom, modified lignin having a structure in which lignin and an organic compound are linked via a methylene group can be produced.
When R 11 in Formula (6) is a hydrogen atom, the aldehyde compound of Formula (5) is formaldehyde. When R 11 in Formula (5) is a hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, the aldehyde compound of Formula (5) becomes acetaldehyde, propionaldehyde, and butanal, respectively.
上記第1工程において、リグニン、有機化合物及び反応性基含有化合物を同時に反応させる場合、使用する反応性基含有化合物の量は、有機化合物100モル%に対して、10〜500モル%であることが好ましい。より好ましくは、30〜300モル%であり、更に好ましくは、80〜150モル%である。 When the lignin, the organic compound and the reactive group-containing compound are simultaneously reacted in the first step, the amount of the reactive group-containing compound to be used is 10 to 500 mol% with respect to 100 mol% of the organic compound. Is preferred. More preferably, it is 30-300 mol%, More preferably, it is 80-150 mol%.
上記第1工程において、リグニン又は予め反応性基を導入したリグニンと、有機化合物又は予め反応性基を導入した有機化合物とを反応させる場合、反応温度は、20〜120℃であることが好ましい。より好ましくは、50〜90℃である。またこの場合の反応時間は、0.5〜40時間であることが好ましい。より好ましくは、1〜20時間である。
上記第1工程において、リグニン、有機化合物及び反応性基含有化合物を同時に反応させる場合、反応温度は、20〜120℃であることが好ましい。より好ましくは、50〜90℃である。
またこの場合の反応時間は、0.5〜40時間であることが好ましい。より好ましくは、1〜20時間である。
In the first step, in the case of reacting lignin or lignin in which a reactive group has been introduced in advance with an organic compound or an organic compound in which a reactive group has been introduced in advance, the reaction temperature is preferably 20 to 120 ° C. More preferably, it is 50-90 ° C. Moreover, it is preferable that the reaction time in this case is 0.5 to 40 hours. More preferably, it is 1 to 20 hours.
When the lignin, the organic compound and the reactive group-containing compound are simultaneously reacted in the first step, the reaction temperature is preferably 20 to 120 ° C. More preferably, it is 50-90 ° C.
Moreover, it is preferable that the reaction time in this case is 0.5 to 40 hours. More preferably, it is 1 to 20 hours.
上記第1工程における、リグニン若しくは予め反応性基を導入したリグニンと、有機化合物若しくは予め反応性基を導入した有機化合物との反応、又は、リグニン、有機化合物及び反応性基含有化合物との反応に用いる溶媒は、反応が進行する限り特に制限されず、水の他、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、ジオキサン、酢酸エチル、ジメチルスルホキシド等の有機溶媒も用いることができる。
上記溶媒の使用量としては、特に制限されないが、リグニン100質量%に対して、20〜10000質量%であることが好ましい。より好ましくは、100〜3000質量%であり、更に好ましくは、200〜2000質量%である。
In the reaction in the first step, lignin or lignin in which a reactive group has been introduced in advance with an organic compound or an organic compound in which a reactive group has been introduced in advance, or lignin, an organic compound and a compound containing a reactive group The solvent to be used is not particularly limited as long as the reaction proceeds, and in addition to water, organic solvents such as methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, dioxane, ethyl acetate and dimethyl sulfoxide can also be used.
The amount of the solvent used is not particularly limited, but is preferably 20 to 10000% by mass with respect to 100% by mass of lignin. More preferably, it is 100-3000 mass%, More preferably, it is 200-2000 mass%.
上記第1工程において、上記(2)の方法において、有機化合物又はリグニンと、反応性基含有化合物とを予め反応させる場合には、有機化合物と反応性基含有化合物とを予め反応させることが好ましい。 In the first step, in the case where the organic compound or lignin and the reactive group-containing compound are reacted in advance in the method of the above (2), it is preferable to react the organic compound and the reactive group-containing compound in advance .
上記有機化合物と反応性基含有化合物との反応は、酸性又はアルカリ性のいずれの条件下で行ってもよく、有機化合物及び反応性基含有化合物との反応性によって決めることが好ましい。上記反応を第1工程と同じ条件で行う場合には、反応生成物を含む反応溶液を第1工程においてそのまま用いることができるため、第1工程において酸性又はアルカリ性の条件を調整する工程を省略することができる。例えば、第1の有機化合物がアミン化合物であって、反応性基含有化合物がアルデヒド化合物である場合、アルカリ性条件下において、反応を行うことが好ましい。上記有機化合物と反応性基含有化合物との反応におけるpHについては、第1工程におけるpHについて述べたとおりである。 The reaction of the organic compound with the reactive group-containing compound may be carried out under either acidic or alkaline conditions, and is preferably determined depending on the reactivity with the organic compound and the reactive group-containing compound. When the above reaction is carried out under the same conditions as in the first step, the reaction solution containing the reaction product can be used as it is in the first step, so that the step of adjusting the acidic or alkaline conditions in the first step is omitted. be able to. For example, when the first organic compound is an amine compound and the reactive group-containing compound is an aldehyde compound, the reaction is preferably performed under alkaline conditions. The pH in the reaction of the organic compound with the reactive group-containing compound is as described for the pH in the first step.
上記有機化合物と反応性基含有化合物との反応において、使用する反応性基含有化合物の量は、有機化合物100モル%に対して、10〜300モル%であることが好ましい。より好ましくは、50〜200モル%であり、更に好ましくは、80〜120モル%である。 The amount of the reactive group-containing compound to be used in the reaction of the organic compound and the reactive group-containing compound is preferably 10 to 300 mol% with respect to 100 mol% of the organic compound. More preferably, it is 50-200 mol%, More preferably, it is 80-120 mol%.
上記有機化合物と反応性基含有化合物との反応の反応温度は、10〜60℃であることが好ましい。より好ましくは、20〜50℃である。
また反応時間は、0.5〜10時間であることが好ましい。より好ましくは、1〜4時間である。
上記有機化合物と反応性基含有化合物との反応に用いる溶媒は、特に制限されず、具体例及び好ましい例は、上述のとおりである。
It is preferable that the reaction temperature of reaction of the said organic compound and reactive group containing compound is 10-60 degreeC. More preferably, it is 20 to 50 ° C.
The reaction time is preferably 0.5 to 10 hours. More preferably, it is 1 to 4 hours.
The solvent used for the reaction of the organic compound and the reactive group-containing compound is not particularly limited, and specific examples and preferable examples are as described above.
上記第1工程において使用するリグニンは特に制限されず、針葉樹や広葉樹由来の木本系リグニンであってもよく、草本系リグニンであってもよい。また、蒸解方法も特に制限されず、アルカリ蒸解で得られるアルカリリグニン、クラフト蒸解で得られるクラフトリグニン、酢酸蒸解で得られる酢酸リグニン、サルファイト蒸解で得られるリグニンスルホン酸のいずれを用いてもよい。上記第1工程の反応溶液の液性(酸性又はアルカリ性)によって、使用するリグニンの種類を選ぶことが好ましい。例えば、第1工程をアルカリ性条件下で行う場合には、アルカリ性条件下で水溶性のリグニンを用いることが好ましい。この場合、アルカリ性条件下で水溶性であって、酸性条件下での水溶性が極めて低い場合には、上述したとおり、第1工程において極性基を有する有機化合物等を導入することによって、酸性条件下での水溶性を向上させることができる。このようなリグニンとしては、例えば、アルカリリグニン、クラフトリグニン及び酢酸リグニン等が挙げられる。 The lignin used in the first step is not particularly limited, and may be a woody lignin derived from a coniferous tree or a broadleaf tree, or may be a herbaceous lignin. In addition, the digestion method is also not particularly limited, and any of alkaline lignin obtained by alkaline digestion, kraft lignin obtained by kraft digestion, acetic acid lignin obtained by acetic acid digestion, and lignin sulfonic acid obtained by sulfite digestion may be used. . It is preferable to select the type of lignin to be used depending on the nature (acidic or alkaline) of the reaction solution of the first step. For example, when the first step is performed under alkaline conditions, it is preferable to use water-soluble lignin under alkaline conditions. In this case, when it is water-soluble under alkaline conditions and extremely low in water-solubility under acidic conditions, as described above, acidic conditions can be obtained by introducing an organic compound or the like having a polar group in the first step. Under water solubility can be improved. Examples of such lignin include alkali lignin, kraft lignin and acetic acid lignin.
上記リグニンが、酸性及びアルカリ性条件下で水溶性の場合には、第1工程を酸性又はアルカリ性のいずれの条件下でも行うことができ、第1の有機化合物の反応性を考慮して、酸性又はアルカリ性の条件を決めることができるため、好ましい。このような酸性及びアルカリ性条件下で水溶性のリグニンとしては、リグニンスルホン酸が挙げられる。 When the lignin is water-soluble under acidic and alkaline conditions, the first step can be carried out under either acidic or alkaline conditions, and in view of the reactivity of the first organic compound, it is acidic or It is preferable because the alkaline conditions can be determined. Water-soluble lignin under such acidic and alkaline conditions includes lignin sulfonic acid.
上記リグニンの重量平均分子量は特に限定されないが、例えば、重量平均分子量1000〜80000のリグニンを使用することが好ましい。より好ましくは、重量平均分子量1500〜70000のリグニンであり、更に好ましくは、重量平均分子量2000〜60000のリグニンである。
重量平均分子量は、GPC分析法を用い、後述する実施例に記載の条件により測定することができる。
Although the weight average molecular weight of the lignin is not particularly limited, for example, it is preferable to use lignin having a weight average molecular weight of 1000 to 80000. More preferably, it is lignin of the weight average molecular weight 1500-70,000, More preferably, it is a lignin of the weight average molecular weight 2000-60000.
The weight average molecular weight can be measured using GPC analysis under the conditions described in the examples described later.
本発明の製造方法の第2工程は、第1工程における反応生成物と第1工程の有機化合物とは異なる有機化合物(第2の有機化合物)とを反応させる工程である。第1工程をアルカリ性条件下で行う場合には、第2工程を酸性条件下で行い、第1工程を酸性条件下で行う場合には、第2工程をアルカリ性条件下で行う。 The second step of the production method of the present invention is a step in which the reaction product in the first step and the organic compound (second organic compound) different from the organic compound in the first step are reacted. When the first step is performed under alkaline conditions, the second step is performed under acidic conditions, and when the first step is performed under acidic conditions, the second step is performed under alkaline conditions.
上記第2の有機化合物としては、酸性又はアルカリ性条件において第1工程の反応生成物と反応することができ、かつ、第1の有機化合物と異なる化合物であれば特に制限されないが、例えば、アミン化合物、カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物、(ポリ)アルキレングリコール化合物及びフェノール類等が挙げられる。アミン化合物、カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物及び(ポリ)アルキレングリコール化合物の具体例及び好ましい例としては上述のとおりである。 The second organic compound is not particularly limited as long as it is a compound that can react with the reaction product of the first step under acidic or alkaline conditions and is different from the first organic compound, for example, an amine compound And carboxylic acid group-containing compounds, sulfonic acid group-containing compounds, phosphoric acid group-containing compounds, (poly) alkylene glycol compounds, and phenols. Specific examples and preferable examples of the amine compound, the carboxylic acid group-containing compound, the sulfonic acid group-containing compound, the phosphoric acid group-containing compound and the (poly) alkylene glycol compound are as described above.
上記フェノール類の具体例としては、上述のとおりである。
上記フェノール類として好ましくは、フェノール、クレゾール、サリチル酸、ヒドロキシフェニル酢酸である。
Specific examples of the above-mentioned phenols are as described above.
Preferred as the above-mentioned phenols are phenol, cresol, salicylic acid and hydroxyphenylacetic acid.
上記第1工程において、第1の有機化合物として(非フェノール性の)カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物、(ポリ)アルキレングリコール化合物のいずれかを用いて酸性条件下で反応を行う場合、第2の有機化合物としてアミン化合物又はフェノール類を用いることが好ましい。
上記アミン化合物は、アルカリ性条件下で、リグニン及び変性リグニンに対して反応性を有し、酸性条件下での反応性が極めて低いため、酸性条件下で行う第1工程の開始時に、第1の有機化合物、リグニン及び第2の有機化合物としてのアミン化合物を一括して反応系に添加することができる。
In the first step, any one of a (non-phenolic) carboxylic acid group-containing compound, a sulfonic acid group-containing compound, a phosphoric acid group-containing compound, and a (poly) alkylene glycol compound as the first organic compound is used under acidic conditions When the reaction is performed below, it is preferable to use an amine compound or a phenol as the second organic compound.
The above amine compound has reactivity with lignin and modified lignin under alkaline conditions and has extremely low reactivity under acidic conditions, so at the start of the first step carried out under acidic conditions, the first amine compound The organic compound, lignin and the amine compound as the second organic compound can be added to the reaction system at one time.
上記第1工程において、第1の有機化合物としてアミン化合物を用いてアルカリ性条件下で反応を行う場合、第2の有機化合物として(非フェノール性の)カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物、(ポリ)アルキレングリコール化合物及びフェノール類のいずれかを用いることが好ましい。
上記(非フェノール性の)カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物及び(ポリ)アルキレングリコール化合物は、酸性条件下で、リグニンに対して反応性を有し、アルカリ性条件下での反応性が極めて低いため、アルカリ性条件下で行う第1工程の開始時に、第1の有機化合物、リグニン及び第2の有機化合物としてのこれらの化合物を一括して反応系に添加することができる。
In the first step, when the reaction is carried out under alkaline conditions using an amine compound as the first organic compound, a (non-phenolic) carboxylic acid group-containing compound, a sulfonic acid group-containing compound as the second organic compound, It is preferable to use any of a phosphoric acid group-containing compound, a (poly) alkylene glycol compound and a phenol.
The (non-phenolic) carboxylic acid group-containing compound, the sulfonic acid group-containing compound, the phosphoric acid group-containing compound and the (poly) alkylene glycol compound are reactive to lignin under acidic conditions and alkaline conditions The first organic compound, lignin and these compounds as the second organic compound are collectively added to the reaction system at the start of the first step performed under alkaline conditions because the reactivity under the reaction is extremely low. Can.
上記フェノール類は、酸性及びアルカリ性条件下で、リグニン及び変性リグニンに対して反応性を有するため、第1工程の反応溶液の酸性又はアルカリ性の条件に応じて、第2工程の条件を決めることができる。 Since the above-mentioned phenols have reactivity with lignin and modified lignin under acidic and alkaline conditions, the conditions of the second step may be determined according to the acidic or alkaline conditions of the reaction solution of the first step. it can.
上記第1工程の反応生成物において、第2の有機化合物を結合させる反応サイトは、特に制限されず、第1工程において第1の有機化合物が結合したリグニン由来のベンゼン環の炭素原子であっても、第1の有機化合物が結合していないリグニン由来のベンゼン環の炭素原子であっても、上記式(1)における第1の有機化合物由来の原子であってもよい。好ましくは、上記第1の有機化合物由来の原子である。また、第1工程の反応生成物1分子中に反応サイトは、複数存在し、第1工程の反応生成物1分子に、複数の第2の有機化合物が反応しうるが、上記第2工程では、少なくとも1つの第2の有機化合物が反応することができればよく、第1工程の反応生成物に反応させる第2の有機化合物の数は特に制限されない。 In the reaction product of the first step, the reaction site to which the second organic compound is bonded is not particularly limited and is a carbon atom of a benzene ring derived from lignin to which the first organic compound is bonded in the first step Also, it may be a carbon atom of a benzene ring derived from lignin to which the first organic compound is not bonded, or an atom derived from the first organic compound in the above formula (1). Preferably, it is an atom derived from the first organic compound. Also, there are a plurality of reaction sites in one molecule of reaction product in the first step, and a plurality of second organic compounds may react with one molecule of reaction product in the first step, but in the second step The number of second organic compounds to be reacted with the reaction product of the first step is not particularly limited as long as at least one second organic compound can be reacted.
本発明のリグニン誘導体は、第2工程を行うことにより、上記反応サイトが下記式(7)又は(8)で表される構造を有することとなる。 By performing the second step, the lignin derivative of the present invention has a structure in which the reaction site is represented by the following formula (7) or (8).
(式中、R12は、水素原子、アルコキシ基又はベンゼン環に直接若しくは2価の連結基を介して結合した第1の有機化合物由来の基を表し、ベンゼン環に複数結合していてもよい。X3は、直接結合又はY1及びW1とは異なる2価の連結基を表す。W1は、第2の有機化合物由来の2価の連結基を表す。W2は、第2の有機化合物由来の基を表す。mは、−X3−W1−の繰り返しの数を表し、0〜200の数である。R1、X1、Y1、Z及びnは、上記式(1)のR1、X1、Y1、Z及びnと同様である。)
上記式(7)のR12におけるアルコキシ基、2価の連結基、第1の有機化合物由来の基は、上記式(1)におけるアルコキシ基、2価の連結基、第1の有機化合物由来の基と同様である。
X3が、Y1及びW1とは異なる2価の連結基である場合、2価の連結基の具体例及び好ましい例としては、上述のX1における2価の連結基と同様である。
mとして好ましくは0〜100であり、より好ましくは0〜50である。
(Wherein, R 12 represents a hydrogen atom, an alkoxy group, or a group derived from the first organic compound bonded to a benzene ring directly or via a divalent linking group, and a plurality of R 12 may be bonded to a benzene ring) .X 3 is .W 1 representing a divalent linking group that is different from the direct bond or Y 1 and W 1 are .W 2 that represents a divalent linking group derived from the second organic compound, the second M represents a number of repetition of -X 3 -W 1- and is a number from 0 to 200. R 1 , X 1 , Y 1 , Z and n each represent a group represented by the formula (II) It is the same as R 1 , X 1 , Y 1 , Z and n in 1 ).
The alkoxy group, divalent linking group and group derived from the first organic compound in R 12 in the above formula (7) are the alkoxy group in the above formula (1), divalent linking group and the first organic compound derived group It is the same as the group.
When X 3 is a divalent linking group different from Y 1 and W 1 , specific and preferable examples of the divalent linking group are the same as the divalent linking group in X 1 described above.
Preferably it is 0-100 as m, More preferably, it is 0-50.
リグニン由来のベンゼン環よりも第1工程において導入した第1の有機化合物由来の基に対しての方が、第2の有機化合物と反応性が高ければ、第2工程においては、上記式(8)で表される反応サイトを有するリグニン誘導体が主に生成する。上記式(8)で表される反応サイトを有するリグニン誘導体は、第1の有機化合物と第2の有機化合物とがリグニンに対して特定の位置で導入されているため、構造が制御されたリグニン誘導体となる。 In the second step, if the reactivity with the second organic compound is higher with respect to the group derived from the first organic compound introduced in the first step than the benzene ring derived from lignin, the above formula (8) A lignin derivative having a reaction site represented by) is mainly produced. The lignin derivative having a reaction site represented by the above formula (8) is a lignin whose structure is controlled because the first organic compound and the second organic compound are introduced at a specific position relative to lignin. It becomes a derivative.
本発明の第1工程及び第2工程における反応条件、リグニン、有機化合物の組合せとしては、例えば、以下の(a)及び(b)の組合せが好ましい。
(a)第1工程:リグニンとして、リグニンスルホン酸、アルカリリグニン、クラフトリグニン及び酢酸リグニンからなる群より選択される少なくとも1種を用い、第1の有機化合物として、アミン化合物を用い、アルカリ性条件下で反応を行う。
第2工程:第2の有機化合物として、(非フェノール性の)カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物、(ポリ)アルキレングリコール化合物及びフェノール類からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を用い、酸性条件下で反応を行う。
As a combination of reaction conditions, lignin and organic compound in the first step and the second step of the present invention, for example, a combination of the following (a) and (b) is preferable.
(A) First step: Using at least one selected from the group consisting of lignin sulfonic acid, alkali lignin, kraft lignin and acetic acid lignin as lignin, using an amine compound as the first organic compound, under alkaline conditions Do the reaction with
Second step: a second organic compound selected from the group consisting of (non-phenolic) carboxylic acid group-containing compounds, sulfonic acid group-containing compounds, phosphoric acid group-containing compounds, (poly) alkylene glycol compounds and phenols The reaction is carried out under acidic conditions using at least one compound.
(b)第1工程:リグニンとして、リグニンスルホン酸を用い、第1の有機化合物として、(非フェノール性の)カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物及び(ポリ)アルキレングリコール化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を用い、酸性条件下で反応を行う。
第2工程:第2の有機化合物として、アミン化合物又はフェノール類を用い、アルカリ性条件下で反応を行う。
(B) First step: using lignin sulfonic acid as lignin and (non-phenolic) carboxylic acid group-containing compound, sulfonic acid group-containing compound, phosphoric acid group-containing compound and (poly) as the first organic compound The reaction is carried out under acidic conditions using at least one compound selected from the group consisting of alkylene glycol compounds.
Second step: A reaction is performed under alkaline conditions using an amine compound or a phenol as a second organic compound.
上記(a)の場合、第1の有機化合物としてのアミン化合物は、酸性条件下での反応性が低いため、反応溶液を酸性とすることにより、第2工程においてアミン化合物が関与する副反応を抑制することができる。すなわち、第2工程において第1の有機化合物及び第2の有機化合物が、第1の工程の反応生成物に対して、ランダムに結合することを抑制することができ、構造が制御されたリグニン誘導体を得ることができる。
また、第2の有機化合物としては、アルカリ性条件下での反応性が低いため、(非フェノール性の)カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物及び(ポリ)アルキレングリコール化合物が好ましい。この場合、第1工程において、第2の有機化合物が関与する副反応が生じにくいため、第1工程の開始時に、第1の有機化合物、リグニン及び第2の有機化合物を一括して反応系内に添加することができる。
また、上記(a)の場合、アミン化合物によりリグニンに極性基を導入することで、リグニンに酸性条件下での水溶性を付与することができるため、酸性条件下での水溶性が極めて低いリグニンであっても使用することができる。
In the case of the above (a), the amine compound as the first organic compound has low reactivity under acidic conditions, so by making the reaction solution acidic, side reactions involving the amine compound in the second step It can be suppressed. That is, in the second step, it is possible to suppress that the first organic compound and the second organic compound are randomly bonded to the reaction product of the first step, and the lignin derivative whose structure is controlled. You can get
Further, as the second organic compound, since the reactivity under alkaline conditions is low, (non-phenolic) carboxylic acid group-containing compound, sulfonic acid group-containing compound, phosphoric acid group-containing compound and (poly) alkylene glycol Compounds are preferred. In this case, since the side reaction involving the second organic compound is unlikely to occur in the first step, at the start of the first step, the first organic compound, lignin and the second organic compound are collectively contained in the reaction system. Can be added to
Moreover, in the case of the above (a), by introducing a polar group into lignin with an amine compound, it is possible to impart water solubility to lignin under acidic conditions, so lignin having extremely low water solubility under acidic conditions Can even be used.
上記(b)の場合、第1の有機化合物としての(非フェノール性の)カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物及び(ポリ)アルキレングリコール化合物は、アルカリ性条件下での反応性が低いため、第2工程で反応溶液をアルカリ性とすることにより、第2工程においてこれらの化合物が関与する副反応を抑制することができる。すなわち、第2工程において第1の有機化合物及び第2の有機化合物が、第1の工程の反応生成物に対して、ランダムに結合することを抑制することができ、構造が制御されたリグニン誘導体を得ることができる。
また、第2の有機化合物としては、酸性条件下での反応性が低いアミン化合物であることが好ましい。この場合、第1工程において、第2の有機化合物が関与する副反応が生じにくいため、第1工程の開始時に、第1の有機化合物、リグニン及び第2の有機化合物を一括して反応系内に添加することができる。
In the case of the above (b), the (non-phenolic) carboxylic acid group-containing compound, the sulfonic acid group-containing compound, the phosphoric acid group-containing compound and the (poly) alkylene glycol compound as the first organic compound are under alkaline conditions In the second step, by making the reaction solution alkaline, side reactions involving these compounds can be suppressed in the second step. That is, in the second step, it is possible to suppress that the first organic compound and the second organic compound are randomly bonded to the reaction product of the first step, and the lignin derivative whose structure is controlled. You can get
The second organic compound is preferably an amine compound having low reactivity under acidic conditions. In this case, since the side reaction involving the second organic compound is unlikely to occur in the first step, at the start of the first step, the first organic compound, lignin and the second organic compound are collectively contained in the reaction system. Can be added to
上記第2工程を酸性又はアルカリ性条件において行う場合の反応溶液のpHは、上記第1工程における反応溶液のpHと同様である。 The pH of the reaction solution in the case where the second step is carried out under acidic or alkaline conditions is the same as the pH of the reaction solution in the first step.
上記第2工程において、第1工程の反応生成物と第2の有機化合物とを反応させる方法は、特に制限されないが、例えば、(3)又は(4)の方法が挙げられる。
(3)第2の有機化合物が第1工程の反応生成物と反応することができる反応性基を有している場合には、そのまま、第1工程の反応生成物と第2の有機化合物とを反応させる。これにより、第1工程の反応生成物と第2の有機化合物とが反応性基を介して結合することとなる。
(4)第1工程の反応生成物と第2の有機化合物とを、反応性基含有化合物を介して、反応させる。この場合、第2の有機化合物は、反応性基を有していてもいなくてもよい。また、第1工程の反応生成物と第2の有機化合物と反応性基含有化合物とを同時に反応させてもよく、第2の有機化合物又は第1工程の反応生成物と反応性基含有化合物とを予め反応させた後、得られた反応生成物と第1工程の反応生成物又は第2の有機化合物とを反応させてもよい。好ましくは、第1工程の反応生成物と第2の有機化合物と反応性基含有化合物とを同時に反応させることである。
上記反応性基含有化合物としては、第1工程において述べたとおりである。
上記第2工程におけるその他の反応条件についても、第1工程における反応条件と同様である。
The method for reacting the reaction product of the first step and the second organic compound in the second step is not particularly limited, and examples thereof include the methods (3) and (4).
(3) When the second organic compound has a reactive group capable of reacting with the reaction product of the first step, the reaction product of the first step and the second organic compound may be used as they are. React. As a result, the reaction product of the first step and the second organic compound are bonded via the reactive group.
(4) The reaction product of the first step and the second organic compound are reacted via the reactive group-containing compound. In this case, the second organic compound may or may not have a reactive group. In addition, the reaction product of the first step, the second organic compound and the reactive group-containing compound may be reacted simultaneously, and the second organic compound or the reaction product of the first step and the reactive group-containing compound The reaction product obtained may be reacted with the reaction product of the first step or the second organic compound. Preferably, the reaction product of the first step, the second organic compound and the reactive group-containing compound are reacted simultaneously.
The reactive group-containing compound is as described in the first step.
The other reaction conditions in the second step are the same as the reaction conditions in the first step.
本発明の製造方法により得られるリグニン誘導体は、重量平均分子量が1000〜100000であるものが好ましい。リグニン誘導体がこのような重量平均分子量を有するものであると、後述するセメント混和剤としてより好適なものとなる。リグニン誘導体の重量平均分子量は、より好ましくは、1500〜90000であり、更に好ましくは、2000〜80000である。
リグニン誘導体の重量平均分子量は、GPCを用い、後述する実施例に記載の条件により測定することができる。
The lignin derivative obtained by the production method of the present invention preferably has a weight average molecular weight of 1,000 to 100,000. When the lignin derivative has such a weight average molecular weight, it becomes more suitable as a cement admixture to be described later. The weight average molecular weight of the lignin derivative is more preferably 1,500 to 9,000, and still more preferably 2,000 to 8,000.
The weight average molecular weight of the lignin derivative can be measured using GPC under the conditions described in the examples described later.
本発明の製造方法により得られたリグニン誘導体は、リグニン由来の構造と、有機化合物由来の構造とを有することにより、セメント組成物に添加することでセメント組成物の流動性を高めることができ、セメント混和剤として好適に用いることができる。このような、本発明のリグニン誘導体を含むセメント混和剤もまた、本発明の1つであり、該セメント混和剤とセメントとを含むことを特徴とするセメント組成物もまた、本発明の1つである。
リグニン系セメント混和剤を用いた場合、セメント組成物中の連行空気量が多いことが問題点として挙げられる。これに対し、本発明の製造方法において使用する少なくとも1種の有機化合物が、アミン化合物等の極性基を有する場合には、本発明のリグニン誘導体が、極性基を有するため、極性基によりリグニンの親水性が向上し、連行空気量を低減することができる。
The lignin derivative obtained by the production method of the present invention can enhance the fluidity of the cement composition by adding it to the cement composition by having a lignin-derived structure and an organic compound-derived structure. It can be suitably used as a cement admixture. Such a cement admixture containing the lignin derivative of the present invention is also one of the present invention, and a cement composition comprising the cement admixture and a cement is also one of the present invention. It is.
When a lignin-based cement admixture is used, the problem is that the amount of entrained air in the cement composition is large. On the other hand, when at least one type of organic compound used in the production method of the present invention has a polar group such as an amine compound, the lignin derivative of the present invention has a polar group. The hydrophilicity is improved, and the amount of entrained air can be reduced.
上記セメント組成物としては、セメント、水、細骨材、粗骨材等を含むものが好適であり、セメントとしては、ポルトランドセメント(普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、及びそれぞれの低アルカリ形);各種混合セメント(高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント);白色ポルトランドセメント;アルミナセメント;超速硬セメント(1クリンカー速硬性セメント、2クリンカー速硬性セメント、リン酸マグネシウムセメント);グラウト用セメント;油井セメント;低発熱セメント(低発熱型高炉セメント、フライアッシュ混合低発熱型高炉セメント、ビーライト高含有セメント);超高強度セメント;セメント系固化材;エコセメント(都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰の1種以上を原料として製造されたセメント)等の他、これらに高炉スラグ、フライアッシュ、シンダーアッシュ、クリンカーアッシュ、ハスクアッシュ、シリカヒューム、シリカ粉末、石灰石粉末等の微粉体や石膏を添加したもの等が挙げられる。
上記骨材としては、砂利、砕石、水砕スラグ、再生骨材等以外に、珪石質、粘土質、ジルコン質、ハイアルミナ質、炭化珪素質、黒鉛質、クロム質、クロマグ質、マグネシア質等の耐火骨材等が挙げられる。
As the above cement composition, one containing cement, water, fine aggregate, coarse aggregate and the like is preferable, and as cement, Portland cement (normal, early strength, super early strength, moderate heat, sulfate resistance, And each low alkali type; various mixed cement (blast furnace cement, silica cement, fly ash cement); white portland cement; alumina cement; super rapid curing cement (1 clinker rapid curing cement, 2 clinker rapid curing cement, magnesium phosphate cement ; Cement for grout; Oil well cement; Low heat generation cement (low heat generation blast furnace cement, low heat generation blast furnace cement mixed with fly ash, cement containing high belite), super high strength cement, cement-based solidifying material, eco cement (urban waste) Seme manufactured using one or more of incineration ash and sewage sludge incineration ash as raw materials G) other such, these blast furnace slag, fly ash, cinder ash, clinker ash, husk ash, silica fume, silica powder, and a film obtained by adding a fine powder and gypsum limestone powder.
As the above-mentioned aggregate, in addition to gravel, crushed stone, granulated slag, regenerated aggregate and the like, silica, clay, zircon, high alumina, silicon carbide, graphitic, chromium, black, magnesia, etc. Fireproof aggregate etc. are mentioned.
上記セメント組成物の1m3あたりの単位水量、セメント使用量及び水/セメント比(質量比)としては、例えば、単位水量100〜185kg/m3、使用セメント量200〜800kg/m3、水/セメント比(質量比)=0.1〜0.7とすることが好適である。より好ましくは、単位水量120〜175kg/m3、使用セメント量250〜800kg/m3、水/セメント比(質量比)=0.2〜0.65とすることである。 The unit amount of water per 1 m 3 of cement composition, the amount of cement used and the water / cement ratio (mass ratio) are, for example, a unit water amount of 100 to 185 kg / m 3 , a cement amount of 200 to 800 kg / m 3 , water / It is preferable to set the cement ratio (mass ratio) to 0.1 to 0.7. More preferably, the unit water amount is 120 to 175 kg / m 3 , the cement amount used is 250 to 800 kg / m 3 , and the water / cement ratio (mass ratio) is 0.2 to 0.65.
本発明のセメント混和剤をセメント組成物に使用する場合、その配合割合としては、本発明のセメント混和剤の必須成分であるリグニン誘導体が、固形分換算で、セメント質量の全量100質量%に対して、0.01〜10質量%となるように設定することが好ましい。0.01質量%未満では性能的に充分とはならないおそれがあり、逆に10質量%を超えると、その効果は実質上頭打ちとなり経済性の面からも不利となるおそれがある。より好ましくは0.02〜8質量%であり、更に好ましくは0.05〜6質量%である。 When the cement admixture of the present invention is used in a cement composition, the lignin derivative, which is an essential component of the cement admixture of the present invention, is used in a total amount of 100% by mass of the cement mass in terms of solid content. It is preferable to set so as to be 0.01 to 10% by mass. If the amount is less than 0.01% by mass, the performance may not be sufficient. If the amount is more than 10% by mass, the effect may be substantially stopped, which may be economically disadvantageous. More preferably, it is 0.02-8 mass%, More preferably, it is 0.05-6 mass%.
本発明のリグニン誘導体の製造方法は、上述の構成よりなり、リグニンに対して2種以上の有機化合物を導入したリグニン誘導体であって、構造が制御されたリグニン誘導体が得られるため、リグニン誘導体の製造方法として工業的に好適に用いることができる。 The process for producing lignin derivatives according to the present invention is a lignin derivative having the above-described constitution, wherein two or more organic compounds are introduced to lignin, and a lignin derivative having a controlled structure is obtained. It can be used industrially suitably as a manufacturing method.
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail by way of the following examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, unless there is particular notice, "part" shall mean "weight part" and "%" shall mean "mass%."
<ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)>
リグニン誘導体の重量平均分子量は、以下の測定方法により測定した。
装置:Waters Alliance 2695(Waters社製)
解析ソフト:Empowerプロフェッショナル+GPCオプション(Waters社製)
カラム:TSKgel ガードカラムα(内径6.0×40mm)+α5000+α4000+α3000(各内径7.8×長さ300mm)(東ソー社製)
カラム温度:40℃
溶媒:100mMホウ酸水溶液14371gに水酸化ナトリウム29gとアセトニトリル3600gを混合した溶液
流速:1.0ml/min
試料導入量:100μl
試料濃度:0.5質量%
検出器:示差屈折率計(RI)検出器(Waters社製、Waters 2414)
較正曲線:標準物質として東ソー社製ポリエチレングリコール(Mp=300000、200000、107000、50000、27700、11840、6450、1470、1010、400)を使用し、Mpと溶出時間を基礎に3次式で作成
<Gel permeation chromatography (GPC)>
The weight average molecular weight of the lignin derivative was measured by the following measurement method.
Device: Waters Alliance 2695 (manufactured by Waters)
Analysis software: Empower Professional + GPC option (made by Waters)
Column: TSK gel guard column α (internal diameter 6.0 × 40 mm) + α5000 + α4000 + α3000 (each internal diameter 7.8 × length 300 mm) (manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40 ° C
Solvent: Solution obtained by mixing 29 g of sodium hydroxide and 3600 g of acetonitrile in 14371 g of 100 mM boric acid aqueous solution: 1.0 ml / min
Sample introduction amount: 100 μl
Sample concentration: 0.5 mass%
Detector: Differential Refractometer (RI) Detector (Waters, Waters 2414)
Calibration curve: Tosoh polyethylene glycol (Mp = 300000, 200,000, 107000, 50000, 27700, 11840, 6450, 1470, 1010, 400) is used as a standard substance, and is created in a cubic equation based on Mp and elution time
<キャピラリー電気泳動>
実施例で得られたアミン変性リグニン、リグニン誘導体の電荷特性は、以下の測定方法により測定した。
装置:P/ACE システムMDQ(ベックマン・コールター社製)
解析ソフト:32Karat(ベックマン・コールター社製)
カラム:フューズドシリカキャピラリーカラム P/N=338454(内径75μm×長さ500mm)(ベックマン・コールター社製)
カラム温度:25℃
電圧:20kV
溶媒:50mMホウ酸水溶液
試料濃度:2質量%
検出器:UV、Hgランプ210nm
<Capillary electrophoresis>
The charge characteristics of the amine-modified lignin and lignin derivative obtained in the examples were measured by the following measurement methods.
Device: P / ACE system MDQ (made by Beckman Coulter)
Analysis software: 32 Karat (manufactured by Beckman Coulter)
Column: Fused silica capillary column P / N = 338454 (inner diameter 75 μm × length 500 mm) (manufactured by Beckman Coulter Co.)
Column temperature: 25 ° C
Voltage: 20kV
Solvent: 50 mM boric acid aqueous solution sample concentration: 2% by mass
Detector: UV, Hg lamp 210 nm
<実施例1>
[反応1−1]:2−アミノエタノールとホルムアルデヒドとの反応
2−アミノエタノール181.0g及び脱イオン水28.5gをセパラブルフラスコへ仕込み、セパラブルフラスコを40℃に昇温し、撹拌しながら37%ホルムアルデヒド液240.5gを1時間かけて滴下した。反応系のpHは10.8であった。滴下終了後、40℃でさらに1時間撹拌し、2−(ヒドロキシメチル)アミノエタノール(2HMAE)を得た。
Example 1
[Reaction 1-1]: Reaction of 2-aminoethanol with formaldehyde
181.0 g of 2-aminoethanol and 28.5 g of deionized water were charged into a separable flask, the separable flask was heated to 40 ° C., and 240.5 g of a 37% formaldehyde solution was added dropwise over 1 hour while stirring. The pH of the reaction system was 10.8. After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred at 40 ° C. for 1 hour to obtain 2- (hydroxymethyl) aminoethanol (2HMAE).
[反応1−2]:2HMAEとリグニンスルホン酸との反応
リグニンスルホン酸ナトリウム(重量平均分子量48830、ALDRICH製)6.0g、脱イオン水 32.8g、30%NaOH水溶液 0.4g及び反応1−1で得られた2−(ヒドロキシメチル)アミノエタノールの溶液0.8gをセパラブルフラスコへ仕込み、セパラブルフラスコを70℃に昇温し、6時間撹拌した。反応系のpHは11.0であった。その後、冷却し、アミン変性リグニン(1)を得た。得られた生成物(アミン変性リグニン(1))の重量平均分子量は45600であった。
[Reaction 1-2]: Reaction of 2 HMAE with lignin sulfonic acid 6.0 g of sodium lignin sulfonate (weight average molecular weight 48830, manufactured by ALDRICH), 32.8 g of deionized water, 0.4 g of 30% aqueous NaOH solution, and reaction 1- 0.8 g of the solution of 2- (hydroxymethyl) aminoethanol obtained in 1 was charged into a separable flask, and the separable flask was heated to 70 ° C. and stirred for 6 hours. The pH of the reaction system was 11.0. Thereafter, it was cooled to obtain amine-modified lignin (1). The weight average molecular weight of the obtained product (amine-modified lignin (1)) was 45,600.
[反応1−3]:アミン変性リグニンとPhO−EO20との反応
反応1−2で得られたアミン変性リグニン(1)水溶液36.0g、PhO−EO20(フェノールのエチレンオキシド20モル付加物)3.6g、及び37%ホルムアルデヒド水溶液0.9gをセパラブルフラスコへ仕込み、そこに硫酸1.1gを添加して反応系内をpH=1に調整した。次にセパラブルフラスコを100℃に昇温し、6時間攪拌した。その後、セパラブルフラスコを室温まで冷却し、30%水酸化ナトリウム水溶液を用いて反応液をpH=10に調整し、リグニン誘導体(1)を得た。得られた生成物(リグニン誘導体(1))の重量平均分子量は51200であった。
[Reaction 1-3]: Reaction of amine-modified lignin with PhO-
<実施例2>
[反応2−1]:2HMAEとクラフトリグニンとの反応
クラフトリグニン(重量平均分子量17700、ALDRICH製)48.0g、脱イオン水 138.8g、30%NaOH水溶液 16.8g及び反応1−1で得られた2−(ヒドロキシメチル)アミノエタノールの溶液36.4gをセパラブルフラスコへ仕込み、セパラブルフラスコを70℃に昇温し、6時間撹拌した。反応系のpHは11.0であった。その後、冷却し、アミン変性リグニン(2)を得た。得られた生成物(アミン変性リグニン(2))の重量平均分子量は24800であった。
Example 2
[Reaction 2-1]: Reaction of 2HMAE with Kraft lignin 48.0 g of kraft lignin (weight-average molecular weight 17700, manufactured by ALDRICH), 138.8 g of deionized water, 16.8 g of a 30% aqueous solution of NaOH and reaction 1-1 The solution (36.4 g) of the solution of 2- (hydroxymethyl) aminoethanol was charged into a separable flask, and the separable flask was heated to 70 ° C. and stirred for 6 hours. The pH of the reaction system was 11.0. Then, it cooled and obtained amine modification | denaturation lignin (2). The weight average molecular weight of the obtained product (amine-modified lignin (2)) was 24,800.
[反応2−2]: アミン変性リグニン(2)とPhO−EO20との反応
反応2−1で得られたアミン変性リグニン(2)水溶液26.7g、PhO−EO20(フェノールのエチレンオキシド20モル付加物)12.4g、及び37%ホルムアルデヒド水溶液3.1gをセパラブルフラスコへ仕込み、そこに硫酸3.0gを添加して反応系内をpH=1に調整した。次にセパラブルフラスコを100℃に昇温し、6時間攪拌した。その後、セパラブルフラスコを室温まで冷却し、30%水酸化ナトリウム水溶液を用いて反応液をpH=10に調整し、リグニン誘導体(2)を得た。得られた生成物(リグニン誘導体(2))の重量平均分子量は35100であった。
[Reaction 2-2]: Reaction of amine-modified lignin (2) with PhO-
上記反応1−2で得られたアミン変性リグニン(1)及び反応1−3で得られたリグニン誘導体(1)のキャピラリー電気泳動の結果を図1に、反応2−1で得られたアミン変性リグニン(2)及び反応2−2で得られたリグニン誘導体(2)のキャピラリー電気泳動の結果を図2に示す。図1及び図2には、これらの他、それぞれリグニンスルホン酸ナトリウム、クラフトリグニンの電気泳動の結果も示している。チオ尿素は電荷のない基準物質である。電気泳動測定で保持時間が長いほど陰イオン性が高いことを意味する。反応1−2及び反応2−1で得られたアミン変性リグニン(1)及び(2)は反応前のリグニンスルホン酸ナトリウム又はクラフトリグニンよりも陰イオン性が低い側へシフトしており、この結果から、電荷のない2−アミノエタノールがリグニンに付加していることが確認された。また、反応1−3及び反応2−2で得られたリグニン誘導体(1)及び(2)はそれぞれ、アミン変性リグニン(1)又は(2)よりもさらに陰イオン性が低い側へシフトしており、この結果から、電荷のないPhO−EO20がアミン変性リグニン(1)及び(2)に付加していることが確認された。 The results of capillary electrophoresis of the amine-modified lignin (1) obtained in the above reaction 1-2 and the lignin derivative (1) obtained in the reaction 1-3 are shown in FIG. 1, and the amine modification obtained in the reaction 2-1 The results of capillary electrophoresis of lignin (2) and the lignin derivative (2) obtained in reaction 2-2 are shown in FIG. In addition to these, FIGS. 1 and 2 also show the results of electrophoresis of sodium lignin sulfonate and kraft lignin, respectively. Thiourea is an uncharged reference material. The longer the retention time in electrophoresis measurement, the higher the anionicity. The amine-modified lignin (1) and (2) obtained in Reaction 1-2 and Reaction 2-1 is shifted to a lower anionic side than sodium lignin sulfonate before reaction or Kraft lignin, and this result From these results, it was confirmed that uncharged 2-aminoethanol was added to lignin. In addition, lignin derivatives (1) and (2) obtained in Reaction 1-3 and Reaction 2-2 respectively shift to a lower side of anionicity than amine-modified lignin (1) or (2). It was confirmed from this result that uncharged PhO-EO20 was added to amine-modified lignin (1) and (2).
実施例1〜2で製造したリグニン誘導体について、以下の方法によりモルタル試験を行った。リグニン誘導体未添加のものを比較例1として同様に試験を行った。結果を表1に示す。 About the lignin derivative manufactured in Examples 1-2, the mortar test was done with the following method. A test was conducted in the same manner as Comparative Example 1 with no lignin derivative added. The results are shown in Table 1.
<モルタル試験>
モルタル試験は、温度が20℃±1℃、相対湿度が60%±15%の環境下で行った。
モルタル配合は、C/S/W=500/1350/250(g)とした。
ただし、
C:普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)
S:セメント強さ試験用標準砂(セメント協会製)
W:試料と消泡剤のイオン交換水溶液
とし、Wについては消泡剤MA−404(BASFジャパン社製)を各試料の固形分に対して40質量%加え、更にイオン交換水を加えて所定量とし、充分に均一溶解させた。表1において、各試料の添加量は、セメント質量に対する各試料の固形分の質量%で表されている。
モルタルの調製はJIS−R5201−1997に準拠して次のように行った。ホバート型ミキサー(型番N−50;ホバート社製)を用い、C、Wを投入し、1速で30秒間混練した。更に1速で混練しながら、Sを30秒かけて投入した。
S投入終了後、2速で30秒間混練した後、ミキサーを停止し、15秒間モルタルの掻き落としを行い、その後、75秒間静置した。75秒間静置後、更に2速で60秒間混練を行い、モルタルを調製した。
得られたモルタルを混練容器からポリエチレン製1L容器に移し、スパチュラで左右各10回かき混ぜた後、直ちにフロー測定板(30cm×30cm)に置かれたミニスランプコーン(JISマイクロコンクリートスランプコーン、上端内径50mm、下端内径100mm、高さ150mm)に半量詰めて15回突き棒で突き、更にモルタルをミニスランプコーンのすりきりいっぱいまで詰めて15回突き棒で突き、最後に不足分を補い、ミニスランプコーンの表面をならした。その後、最初にミキサーを始動させてから5分30秒後にミニスランプコーンを垂直に引き上げ、広がったモルタルの直径(最も長い部分の直径(長径)及び前記長径に対して90度をなす部分の直径)を2箇所測定し、その平均値をモルタルフロー値とした。なお、モルタルフロー値は、数値が大きいほど流動性が高いこと、すなわち施工性が良好であることを示し、分散剤としての評価においては、分散性能が優れていることを示す。
Mortar test
The mortar test was performed under the environment of a temperature of 20 ° C. ± 1 ° C. and a relative humidity of 60% ± 15%.
The mortar composition was C / S / W = 500/1350/250 (g).
However,
C: Ordinary portland cement (made by Pacific Cement Co., Ltd.)
S: Standard sand for cement strength test (made by Cement Association)
W: Ion exchange aqueous solution of sample and antifoaming agent is added. For W, 40% by mass of antifoaming agent MA-404 (manufactured by BASF Japan Ltd.) is added to the solid content of each sample, and ion exchange water is further added. It was determined quantitatively and dissolved sufficiently uniformly. In Table 1, the addition amount of each sample is represented by mass% of the solid content of each sample with respect to the cement mass.
Preparation of the mortar was performed as follows according to JIS-R5201-1997. C and W were charged using a Hobart type mixer (Model No. N-50; manufactured by Hobart Co., Ltd.), and kneading was performed for 30 seconds at one speed. Further, while kneading at one speed, S was charged over 30 seconds.
After the addition of S, after kneading for 30 seconds at 2nd speed, the mixer was stopped, the mortar was scraped off for 15 seconds, and then left to stand for 75 seconds. After standing for 75 seconds, kneading was further carried out at 2nd speed for 60 seconds to prepare a mortar.
The obtained mortar is transferred from the kneading container to a 1-L polyethylene container, and after stirring 10 times each with the spatula, a mini slump cone (JIS micro concrete slump cone) immediately placed on a flow measurement plate (30 cm × 30 cm), upper end inner diameter 50mm, lower end inner diameter 100mm, height 150mm) half stuffing and thrusting with 15 sticks, mortar is further stuffed until the fullness of mini slump cones and pokes with 15 sticks, finally compensates for the shortage, mini slump cones Smoothed the surface of the. Then, 5 minutes and 30 seconds after the mixer was first started, the mini slump cone is pulled up vertically, and the diameter of the spread mortar (the diameter of the longest portion (long diameter) and the diameter of the portion 90 ° to the long diameter 2) was measured, and the average value was made into the mortar flow value. The mortar flow value indicates that the larger the numerical value, the higher the fluidity, that is, the better the workability, and the evaluation as a dispersant indicates that the dispersion performance is excellent.
上記結果から、本発明の方法で得られたリグニン誘導体をセメント添加剤として用いることにより、セメント組成物の流動性が向上し、良好な施工性を提供できる。 From the above results, by using the lignin derivative obtained by the method of the present invention as a cement additive, the fluidity of the cement composition is improved, and good workability can be provided.
Claims (2)
該製造方法は、リグニンと有機化合物とを反応させる第1工程と、第1工程の反応生成物と第1工程の有機化合物とは異なる有機化合物とを反応させる第2工程とを含み、
該第1工程及び第2工程は、一方を酸性条件下で、他方をアルカリ性条件下で行い、
第1工程及び第2工程における反応条件、リグニン、有機化合物の組合せが、下記(a)又は(b)のいずれかの組合せであることを特徴とするリグニン誘導体の製造方法。
(a)第1工程:リグニンとして、リグニンスルホン酸、アルカリリグニン、クラフトリグニン及び酢酸リグニンからなる群より選択される少なくとも1種を用い、第1の有機化合物として、アミン化合物を用い、アルカリ性条件下で反応を行う。
第2工程:第2の有機化合物として、カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物、(ポリ)アルキレングリコール化合物及びフェノール類からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を用い、酸性条件下で反応を行う。
(b)第1工程:リグニンとして、リグニンスルホン酸を用い、第1の有機化合物として、カルボン酸基含有化合物、スルホン酸基含有化合物、リン酸基含有化合物及び(ポリ)アルキレングリコール化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を用い、酸性条件下で反応を行う。
第2工程:第2の有機化合物として、アミン化合物又はフェノール類を用い、アルカリ性条件下で反応を行う。 A method for producing lignin derivatives, comprising
The production method includes a first step of reacting lignin with an organic compound, and a second step of reacting a reaction product of the first step with an organic compound different from the organic compound of the first step.
First step and the second step, one under acidic conditions, are performed by the alkaline conditions of the other,
A method for producing a lignin derivative, wherein the combination of reaction conditions, lignin and organic compound in the first step and the second step is any combination of the following (a) or (b) :
(A) First step: Using at least one selected from the group consisting of lignin sulfonic acid, alkali lignin, kraft lignin and acetic acid lignin as lignin, using an amine compound as the first organic compound, under alkaline conditions Do the reaction with
Second step: at least one compound selected from the group consisting of carboxylic acid group-containing compounds, sulfonic acid group-containing compounds, phosphoric acid group-containing compounds, (poly) alkylene glycol compounds and phenols as the second organic compound The reaction is carried out under acidic conditions using
(B) First step: A group comprising a carboxylic acid group-containing compound, a sulfonic acid group-containing compound, a phosphoric acid group-containing compound and a (poly) alkylene glycol compound as the first organic compound using lignin sulfonic acid as lignin The reaction is carried out under acidic conditions using at least one compound selected from the group consisting of
Second step: A reaction is performed under alkaline conditions using an amine compound or a phenol as a second organic compound.
The method for producing a lignin derivative according to claim 1, wherein the lignin is a water-soluble lignin under acidic and alkaline conditions.
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