[发明专利]生物质天然结构的分解方法

说明书

纤维素是最常见的天然聚合物。木材中的纤维素纤维通过木质素结合在一起，因此这是一个天然复合材料问题。

鉴于木材的工业用途，具体地讲不仅在于造纸，而且在于分离出木材中有价值的其它成分，所以采用一种经济有效和环保的方法，将木材的纤维素纤维与木质素分离开是十分必要的。

已知某些降解木材天然结构的可选方法，具体地讲是将木质素和纤维素纤维相互分离的方法，其中某些已在工业中广泛应用并且众所周知。

可以通过一些不同的技术，如机械、化学、热化学或热转化方法，对木材和其它纤维素基材料作进一步处理。通过不同的化学技术、机械技术或者通过这些技术联用，能够将纤维素从木材中分离出来。纤维素最重要的应用是造纸，此外纤维素衍生物可制成例如粘胶和人造纤维。

在硫酸盐法中，由氢氧化钠和硫化钠组成的所谓白碱，用在木片的蒸煮中。因此，当木质素降解和溶解，而且纤维素纤维分离到其各自的纤维相中时，就形成了所谓的黑液。在这一方法中，蒸煮在高温高压下进行，并且需要的蒸煮时间较长。将黑液在多级蒸发器中浓缩并且燃烧产生能量。形成碳酸钠和硫化钠和少量的硫酸钠。而且在此工艺中，碳酸钠被转变成氢氧化钠，至此可再生原始的白碱。硫酸盐法是纤维素生产中的最主要技术。

在亚硫酸盐法中，活性含硫化合物是二氧化硫、重亚硫酸根离子和亚硫酸根离子。根据蒸煮的酸度，可分为酸性亚硫酸盐法、亚硫酸氢盐法、中性亚硫酸盐法和碱性亚硫酸盐法。亚硫酸盐法的缺点是其中使用了含硫化合物，这从环境观点看是有疑问的。

在热碾磨法中，通过机械剪切和高温，用木材来生产纤维质。该工艺所需的能耗高，但木材中的木质素仍滞留在产物中。

在所谓有机溶胶法中使用了有机溶剂。这些工艺尤其可参见下列参考出版物：Gullichsen ja Fogelholm，Chemical pulping(化学法制浆)，TAPPI 1999。

所谓Alcell法在温度大约190-200℃，使用乙醇和水混合物蒸煮纤维素。

在Organocell法中，在温度160-180℃，在甲醇和碱混合物中进行蒸煮。

甲酸结合过氧甲酸已成功地应用于所谓Milox法。

木质素是富含酚的高分子量、交联聚合物。因此，从木质中分离出木质素不仅仅是物理溶解过程，而且是将交联的木质素分子部分降解为更小的溶解碎片的问题。

根据本发明，有时木质素的部分降解也是有益的。

现有技术水平的缺点被认为在于相当苛刻的条件，进而依赖于应用的技术，高温、高压、蒸煮时间长和由此而来的高能耗。而且，环境方面，例如使用了含硫化合物，在考虑现有技术水平基础上，仍然是要开发的重要方面。

发明描述

现在已令人惊奇地发现，当纤维素基生物材料，例如木片或其它适当的木材形式加热处理，例如在主要或唯一成分为乳酸、乳酸水溶液、低聚乳酸或多聚乳酸的溶液中煮沸或回流时，生物材料、特别是木材的天然结构，可部分或完全降解，从而获得纤维素基生物材料，例如木材部分或完全降解为塑化形式，或者考虑到将主要成分木质素和纤维素彼此分离开，以使木质素部分或完全溶解，而纤维素纤维却保持以纤维状态分散在溶液中。

具体地讲，本发明令人惊奇的事实在于，蒸煮纤维素的条件相当温和，发现在温度80-180℃、优选在温度130-160℃，在混合的容器中进行就足够了，不需过压，也不需任何额外成分。为了加速处理，可使用过压甚至更高温度，而且，已令人惊奇地发现分离纤维和木质素所需的处理时间相当短，通常应用1-3小时蒸煮时间，已能收到良好效果。

因此，可以预见，应用本发明的方法具有极大的潜力。该方法能够获得基于封闭循环、节能和利用生物质基原材料的回收方法，特别是用于例如木材和木材成分等生物质的纤维素技术。

达到节能的事实在于，可在常压下或仅使用轻微的过压进行有利地蒸煮而。而且，事实在于所需的温度水平相当低，从而节约了大量能量。

使用乳酸分离木材成分和内含物并将它们转化为液化形式的重要优势在于不使用含硫化合物。

除制造纤维素的需求外，本发明的方法还能应用于分离和回收有价值的木材成分。其中提及的桦木醇、半纤维素、木质素、木酚素只是提及的少部分之一。