[发明专利]回收天然木质素衍生物的方法

说明书

技术领域

本公开涉及从木质纤维素原料中回收天然木质素衍生物的方法，回收的天然木质素衍生物及其工业应用。更具体地，本公开涉及回收具有特定化学特性的天然木质素衍生物的方法及天然木质素衍生物的用途、工艺、方法和组合物。

背景技术

天然木质素是天然存在的非结晶复杂交联有机大分子，其构成全部植物生物质的必需的结构性组分。木质素的化学结构在如下意义上是不规则的：即不同的结构单元(例如，苯基丙烷单元)彼此不以任何有规则的顺序连接。已知天然木质素包含许多的甲氧基化程度各异的两种单木质醇单体(反-松柏醇和反-芥子醇)和第三种非甲氧基化单木质醇(反-对羟基肉桂醇)。这些单木质醇的多种组合包含具有类苯基丙烷结构的三种结构单元，即分别是紫丁香基单木质醇、紫丁香基单木质醇和对羟苯基单木质醇，这三种结构单元通过特定键聚合以形成天然木质素大分子。

制浆期间从木质纤维素生物质中提取天然木质素通常导致木质素片段化成具有不规则组分的许多混合物。另外，木质素片段可以与制浆过程中使用的任何化学品反应。因此，生成的木质素部分可以被称作木质素衍生物和/或技术性木质素。由于难以阐明并表征这类复杂的分子混合物，通常根据使用的木质纤维素植物材料以及从木质纤维素植物材料中生成和回收它们的方法来描述木质素衍生物，即硬木木质素、软木木质素和一年生纤维木质素。

天然木质素在化学制浆过程中部分解聚成可溶于制浆液中并随后与纤维素纸浆分离的木质素片段。含有木质素片段和多糖片段和其他可提取物的制浆后液，根据化学制浆过程，常称作“黑液”或“废液”。这类液体通常被视为副产物，并且常见做法是消耗它们，从而除了回收蒸煮用化学品外还回收某些能量值。然而，还可能从这些液体中沉淀和/或回收木质素衍生物。用来分离纤维素纸浆与其他木质纤维素组分的每种类型的化学制浆过程产生的木质素衍生物在物理化学特性、生物化学特性和结构特性上非常不同。

鉴于木质素衍生物可从再生生物质来源中获得，在某些工业工艺中对利用这些衍生物存在兴趣。例如，通过有机溶剂提取法如法(奥塞尔(Alcell)是加拿大不列颠哥伦比亚省本拿比市的利尼奥勒创新有限公司(LignolInnovationsLtd.,Burnaby,BC,CA)的注册商标)获得的木质素衍生物已经被用于橡胶产品、摩擦材料、胶粘剂、树脂、塑料、沥青、水泥、铸模树脂、农产品和油田产品中。但是，提取的木质素衍生物、尤其在制浆和造纸中使用的传统制浆法中分离的那些木质素衍生物的大规模商业应用是有限的，原因在于例如其化学特性及功能特性的不一致性。这种不一致性可能是例如由于原料供应和具体提取/生成/回收条件的变化。这些问题因如下情况而进一步复杂化：由多种提取方法产生的木质素衍生物的分子结构的复杂性和难以对回收的木质素衍生物的结构均一性和完整性进行可靠的例行分析。例如，已知木质素衍生物具有抗氧化特性(例如CatignaniG.L.,CarterM.E.,木质素的抗氧化性能(AntioxidantPropertiesofLignin),食品科学杂志(JournalofFoodScience),第47卷,第5期,1982年,第1745页；PanX.等人.农业化学与食品化学杂志(J.Agric.FoodChem.),第54卷,第16期,2006,第5806-5813页)，但是迄今，这些特性是高度可变的，导致木质素衍生物作为抗氧化剂的工业应用棘手。

热塑性塑料和热固性塑料被广泛用于各种目的。热塑性塑料的例子包含聚酯类、聚碳酸酯类、聚乳酸酯类、聚乙烯类、聚苯乙烯类、聚酰胺类、聚乙酸酯类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯类等。聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯代表一个庞大市场，每年世界上共计超过一亿公吨。在生产期间，加工某些热塑性塑料和利用其物理和化学特性可以不利地受多种因素，例如暴露于热、紫外辐射、光、氧、机械应力或存在杂质的影响。显然，缓和或避免这些问题是有利的。此外，增加材料的再循环利用已经导致解决这些问题的需求增长。

由自由基、暴露于紫外辐射、热、光引起的降解和环境污染物是不良作用的常见的原因。热塑性树脂中经常包含稳定剂如抗氧化剂、抗臭氧剂或紫外阻断剂，目的在于辅助生产工艺并延长产品使用寿命。稳定剂和抗氧化剂的常见例子包括胺类、酚类、苯酚链烷、亚磷酸盐等。这些添加物经常具有与其使用相关的不良或甚至不可接受的环境问题、健康和安全性问题、经济问题和/或处置问题。另外，某些稳定剂/抗氧化剂可降低产品的生物可降解性。