制备低色木质素的方法技术

本公开涉及一种生产颜色稳定的浅色木质素的方法。所述方法包括：使木质素组合物与具有约5％至约70％有效氯的次氯酸盐组合物反应；以及使次氯酸盐处理过的木质素与浓度为约5％至约50％的过氧化氢反应以产生浅色木质素，其中所述木质素组合物包括磺化木质素、木质素磺酸盐中的至少一种或两者。

Preparation of low color lignin

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备低色木质素的方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月7日提交的美国申请第62/582,746号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及用于磺化木质素和木质素磺酸盐的新型降色工艺。更具体地，本公开涉及通过使用磺化木质素或木质素磺酸盐(例如，封端的或未封端的磺化木质素和/或木质素磺酸盐)的氧化过程实现的木质素降色。
技术介绍
磺化木质素在硫酸盐制浆工艺中产生。硫酸盐工艺利用氢氧化钠用于消化木片，随后进行硫化钠处理，以生产水溶性磺化木质素。在亚硫酸盐制浆工艺中还产生木质素磺酸盐。亚硫酸盐制浆工艺是一种酸性工艺，其中亚硫酸被用于消化纸浆以产生水溶性木质素磺酸盐。硫酸盐制浆工艺和亚硫酸盐制浆工艺的苛刻条件产生了强烈着色的木质素产品。尽管磺化木质素和木质素磺酸盐具有优异的分散性能，但这些木质素产品的深色已经严重地限制了它们的应用。尽管在研究在木质素加工期间发色团形成方面做出了巨大努力，但原因和机理仍未被完全理解。然而，通常认为，木质素附着的儿茶酚结构在氧化后变成更深颜色的邻醌。因此，防止或破坏邻醌的形成一直是多项研究的焦点，这些研究旨在解决在木质素加工期间发色团的形成。部分地封端游离酚羟基可以减少一些颜色的形成，但它不能充分地解决在加工期间观察到的发色团的形成。例如，美国专利第3,672,817号声称通过用烯化氧或含卤素的烷基醇封端酚羟基来减少多达44％的木质素颜色。此外，美国专利第3,763,139号声称通过用氯甲烷磺酸盐、氯甲烷膦酸盐和2-氯乙醇封端酚羟基来降低木质素的颜色。因此，据称封端木质素(即，具有酚基团的木质素，其已经被试剂诸如硫酸二烷基酯、烯烃氧化物或含卤素的烷基或乙酸酯封端)使随后的漂白过程更有效且不可逆，因为封端反应消除了用于重新形成醌类发色团的潜在路径，其被认为与木质素中发色团的形成有关。若干种部分封端的磺化木质素产品已经被生产并且是可商购的，例如由英格威(INGEIVITY)(北查尔斯顿，南卡罗莱纳州)生产的REAXLS和REAX825E，它们具有比未封端的磺化木质素例如REAX85A(英格威)更低的颜色。然而，对于多种应用来说，封端的木质素的颜色尚未被充分降低。一些人已经利用封端木质素作为用于氧化处理的起始材料，以进一步降低木质素的颜色。例如，美国专利第4,184,845号描述了一种两步工艺，所述工艺声称通过以下将磺化碱性木质素和木质素磺酸盐的颜色降低至少80％：(1)对木质素中的大部分游离酚羟基基团进行封端，随后(2)用空气、分子氧或过氧化氢氧化。然而，该工艺需要与氧气或空气的高压氧化反应。当扩大工艺用于商业生产时，这增加了额外的操作成本和额外的复杂性。美国专利第4,454,066号描述了类似的两步工艺，但在第二步中使用二氧化氯作为氧化试剂。该出版物声称在磺化木质素和木质素磺酸盐中实现超过90％的降色。二氧化氯是一种强有力的漂白剂，通常用于木浆漂白中，但它必须原位产生。例如，亚氯酸钠可以与氯气反应以产生二氧化氯：2NaClO2+Cl2→2ClO2+2NaCl。然而，如果不小心处理，则二氧化氯可能会爆炸性地分解成氯和氧。因此，上述两步工艺为实验室规模的实验和商业规模的生产创造了潜在的危险条件。因此，需要一种安全且更有效的降低木质素颜色的方法，例如一种利用更安全和更有效的氧化试剂的工艺。
技术实现思路
本公开描述了令人惊讶和出乎意料的发现，即用于木质素磺酸盐和/或磺化木质素的独特的顺序氧化工艺能够降低颜色，从而有效地产生颜色稳定的浅色木质素。因此，本公开的一个方面提供一种生产浅色木质素的方法，所述方法包含：使木质素组合物与具有约5％至约70％有效氯的次氯酸盐(ClO-)组合物反应；以及使次氯酸盐处理过的木质素与浓度为约5％至约50％的过氧化氢(H2O2)反应以产生浅色木质素，其中木质素组合物包括磺化木质素、木质素磺酸盐中的至少一种或两者。本公开的方法可以用于降低封端的和未封端的木质素磺酸盐以及封端的和未封端的磺化木质素的颜色。在一些实施例中，以下中的至少一个：使木质素组合物与次氯酸盐组合物反应包括将木质素组合物、含有木质素组合物的反应混合物中的至少一种或两者调节至pH<约7，或温度<约100℃，或两者；使次氯酸盐处理过的木质素反应包括将次氯酸盐处理过的木质素、含有次氯酸盐处理过的木质素的反应混合物中的至少一种或两者调节至pH>约7，或温度<约100℃，或两者；或者它们的组合。在进一步的实施例中，所述方法进一步包含过滤次氯酸盐处理过的木质素以除去在反应期间形成的盐。在某些实施例中，所述方法进一步包含过滤浅色木质素以除去在反应期间形成的盐。在另一个实施例中，所述方法进一步包含喷射次氯酸盐处理过的木质素。在其它实施例中，以下中的至少一个：喷射持续进行至少约1小时(例如，约1小时至约5小时)；喷射是氮气喷射或空气喷射；或者它们的组合。在特定的实施例中，次氯酸盐组合物包括次氯酸钠盐、次氯酸钾盐、次氯酸钙盐、次氯酸镁盐或其组合中的至少一种。在另外的实施例中，与木质素组合物反应的次氯酸盐组合物的量为木质素组合物重量的约10％至约250％。在一些实施例中，与次氯酸盐处理过的木质素反应的过氧化氢的量为木质素组合物重量的约10％至约250％。在进一步的实施例中，用盐酸、磷酸、硫酸、乙酸或其组合中的至少一种来调节pH<约7。在一个实施例中，用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁或其组合中的至少一种来调节pH>约7。在某些实施例中，木质素组合物包括封端的磺化木质素或木质素磺酸盐。在其它实施例中，木质素组合物包括未封端的磺化木质素或木质素磺酸盐。在一个实施例中，木质素组合物是具有约1％至约60％w/v磺化木质素或木质素磺酸盐的水溶液。在另外的实施例中，所述方法进一步包含以下中的至少一个：浓缩低色木质素；干燥低色木质素；或两者。在特定的实施例中，低色木质素被喷雾干燥。在一些实施例中，相对于未处理的封端木质素组合物，包含封端木质素磺酸盐或封端磺化木质素的封端木质素组合物的颜色降低约80％至约99％。在其它实施例中，相对于未处理的未封端的木质素组合物，包含未封端的木质素磺酸盐或未封端的磺化木质素的未封端的木质素组合物的颜色降低约70％至约99％。在某些实施例中，浅色木质素在高达约150℃的温度下是颜色稳定的。在一个实施例中，浅色木质素在从约8至约10的pH范围内是颜色稳定的。在其它实施例中，以下中的至少一个：将次氯酸盐组合物缓慢地加入到木质素组合物中；将过氧化氢缓慢地加入到次氯酸盐处理过的木质素中；或它们的组合物。本公开的进一步方面提供通过本公开的方法生产的浅色木质素。具体实施方式现在将在下文中更全面地描述本公开，但是并未示出本公开的所有实施例。虽然已经参考示例性的实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产浅色木质素的方法，所述方法包含：/n使木质素组合物与具有约5％至约70％有效氯的次氯酸盐组合物反应；以及/n使次氯酸盐处理过的木质素与浓度为约5％至约50％的过氧化氢反应以产生所述浅色木质素，/n其中所述木质素组合物包括磺化木质素、木质素磺酸盐中的至少一种或两者，并且其中所述浅色木质素与未处理的木质素或起始木质素相比颜色更浅。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171107 US 62/582,7461.一种生产浅色木质素的方法，所述方法包含：
使木质素组合物与具有约5％至约70％有效氯的次氯酸盐组合物反应；以及
使次氯酸盐处理过的木质素与浓度为约5％至约50％的过氧化氢反应以产生所述浅色木质素，
其中所述木质素组合物包括磺化木质素、木质素磺酸盐中的至少一种或两者，并且其中所述浅色木质素与未处理的木质素或起始木质素相比颜色更浅。


2.根据权利要求1所述的方法，其中以下中的至少一种：
(i)在使所述木质素组合物与次氯酸盐组合物反应的步骤之前，将至少一种pH调节至小于7，将温度调节至小于约100℃，或两者；
(ii)使所述木质素组合物与次氯酸盐组合物反应的步骤包括将pH调节至小于7、将温度调节至小于约100℃中的至少一个或两者；
(iii)使所述次氯酸盐处理过的木质素与过氧化氢反应的步骤包括将pH调节到大于7至小于约14，将温度调节至小于约100℃中的至少一个，或两者；或者
(iv)它们的组合。


3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包含过滤所述次氯酸盐处理过的木质素以除去在反应期间形成的盐的步骤。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，进一步包含过滤所述浅色木质素以除去在反应期间形成的盐的步骤。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，进一步包含喷射所述次氯酸盐处理过的木质素的步骤。


6.根据权利要求5所述的方法，其中以下中的至少一个：
喷射持续进行至少约1小时(例如，约1小时至约5小时)；
喷射是氮气喷射或空气喷射；或者
它们的组合。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述次氯酸盐组合物包括钠盐、钾盐、钙盐、镁盐或其组合中的至少一种。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中与所述木质素组合物反应的所述次氯酸盐组合物的量为所述木质素组合物重量的约10％至约250％。


9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中与所述次氯酸盐处理过的木质素反应的过氧化氢的量为所述木质素组合物重量的约10％至约250％。


10.根据权利要求2-9中任一项所述的方法，其中(i)、(ii)或两者用盐酸、磷酸、硫酸、乙酸或其组合中的至少一种进行。


11.根据权利要求2-10中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，万贵桂，
申请(专利权)人：英格维蒂南卡罗来纳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US