[发明专利]获得低分子木质素(NML)的方法

说明书

本发明涉及由木质纤维素材料通过碱萃取来获得NML，和将它转化成树脂或者塑料的方法。

与原油短缺相关联，作为化学产品和燃料的起始材料的可再生原材料木质纤维素(秸秆、木材、废纸等)变得非常重要。木质纤维素由超结构交联的聚合物主要成分纤维素、半纤维素和木质素组成，其经常占该原材料的大约85-90%。

生物化学平台的生物精炼厂的任务是裂解作为聚合物存在的组分并分离成各产品流以及将它们进一步加工成高价值产品。这样的生物精炼厂的盈利主要取决于其可获自所述产物流的新创造的价值。这又受到各产物流的纯度和性能的巨大影响，因为下游分离方法可能是困难的和昂贵的。因此，尽可能选择性裂解各主要成分的方法会被认为是理想的。为此目的，有利的是将萃取NML的步骤置于生物精炼方法开始时。

木质素作为石化生产的芳烃的替代品具有非常大的经济意义。所获得的木质素的应用可能性又强烈取决于其化学组成，但尤其取决于所获得的木质素馏分的分子量。取决于制备方法，木质素会表现出非常不同的性能。

通过最近开发的Lignoboost方法(P.Tomani，2009，The LignoboostProcess，NWBC-2009 The 2^nd Nordic Wood Biorefinery Conference，芬兰赫尔辛基，2009年9月2-4日，181-188)，可以从牛皮纸浆的稠液中分离木质素，并且可以商业使用。此外，由此减轻了回收锅炉的负担，这能提高纸浆厂的生产能力。由此产生的硫酸盐木质素有时是高度浓缩的，这归因于在煮沸时发生的再聚合反应，此外包含了大约2%的硫醇基团形式的硫并特别适于热利用。但是，它作为化学原料的应用范围是非常有限的，这归因于硫醇基团引起的气味。由传统的亚硫酸盐方法可以获得木质素磺酸盐，由于它们的水溶性，其可以用于某些应用中。在这两种木质素中，硫含量都是不利的。

但是，对于塑料-和树脂制造中的应用来说，尤其需要无硫的低分子木质素馏分，优选具有高纯度的。

无硫木质素主要来源于有机溶胶法、苏打制浆或者生物精炼方法。

其中，在生物精炼厂用于分解木质纤维素的方法中，尤其可强调碱法，其制浆原理主要是除去木质素。根本的化学原理是碱性水解，通过该水解使木质素和半纤维素之间的结合以及乙酸-半纤维素酯解离。

这样的方法描述在Avgerinos & Wang (1983)，Biotechnology and Bioengineering，第 XXV卷，67-83中。更详细地，在US4395543中要求保护一种木质纤维素的分解方法，其中所用的萃取液由水、40-75%的醇组成，并且pH值是11到14。另外，由该专利得知，在乙醇浓度增加到最高100%时，释放的木质素的量将接近于零。此外公开了，随醇浓度升高到100%，所释放的糖的量也接近于零。没有描述该方法中所释放的木质素的分子量。

令人惊讶地，在一些用乙醇碱性分解的研究中已经显示，分解参数不仅对于所萃取的木质素的量，而且对其分子量具有决定性的影响。特别是通过选择碱性水溶液中的醇浓度，可以由木质纤维素材料例如木质纤维素选择性获得NML，或者影响所萃取的木质素的分子大小，由此令人惊讶地已证实，如此制备的无硫NML特别适于转化成树脂或者塑料。

在一方面中，本发明提供使用木质纤维素材料制备树脂或者塑料的方法，该方法的特征在于

a) 用水性萃取液在12-14的pH值下处理木质纤维素材料，所述萃取液具有70%v/v-95%v/v，特别是75%v/v-85%v/v的C_1-4-醇，特别是乙醇或异丙醇的含量，由此获得低分子木质素(NML)的水溶液，和

b) 将根据a)获得的低分子木质素转化成树脂或者塑料。

通过本发明提供的方法在此也称作“根据本发明的方法”。

例如，已经令人惊讶地发现，在水性醇溶液中，在70℃的温度和大约13的pH值下，由小麦秸秆在30分钟后中就已可萃取出大约16%的NML(基于总木质素计)，如果该水溶液中的醇含量为80%v/v。如果在上面的条件下醇含量升高到高于85%，则所萃取的NML的量将降低。在此，令人惊讶地，所获得的木质素具有非常低的分子量(Mw1340，Mn850)，和具有非常窄的分子量分布(Pd1.58)。