木质纤维素衍生物组合物及其制造方法与流程

本公开涉及木质纤维素衍生物组合物及其制造方法。此外，本公开涉及包含木质纤维素衍生物组合物的成型体。

背景技术：

1、已知纤维素衍生物根据导入的取代基、分子量等显示出多种多样的物性。利用其物性，可以用于膜、纤维、涂料、食品、医药、化妆品等各种领域。

2、另一方面，近年来，由于对环境问题的关心高涨，要求开发源自生物质资源的材料来代替源自石油资源的材料。特别是，希望利用不与粮食竞争、不增加大气中二氧化碳的木质系生物质。

3、纤维素是木材等木质系生物质中所丰富地包含的生物资源。以往，提出了将从木材得到的纸浆作为原料纤维素，通过化学反应制造纤维素衍生物的方法。

4、例如，通过使各种烷基化剂与在碱条件下处理过的碱纤维素反应，可以得到在纤维素中的羟基上导入了烷基的纤维素醚。在专利文献1(特表2008-500426)中，作为现有技术介绍了“ullmann's encyclopedia of industrial chemistry”中记载的乙基纤维素的具体制造方法。

5、在专利文献1中介绍的现有技术中使用的化学反应中，需要纯度高的牛皮纸纸浆等纤维素原料。但是，木质系生物质中的纤维素通常以木质纤维素的形式存在，其具有与木质素和半纤维素复杂络合的高级结构。详细而言，作为直链高分子纤维素通过分子内和分子间氢键形成结晶结构而构成牢固的微原纤维，木聚糖、葡甘露聚糖等半纤维素与之缠绕，进而，作为不规则芳香族高分子的木质素填充在这些多糖类的基质的空隙中形成了牢固的复合体。为了从这样的木质系生物质得到纯度高的纤维素原料，需要复杂的纸浆化工序。专利文献1中介绍的制造方法存在起因于原料的环境负荷高的课题。此外，在从木质系生物质得到纤维素原料的工序中，木质素和半纤维素被除去，存在生物质整体未被利用的问题。

6、在非专利文献1(green chem.，2020,22,2909-2928)中，公开了通过使用甲基化剂在溶剂中对针叶树木材的锯屑进行甲基化而生成甲基化的纤维素、木质素和半纤维素的方法。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：日本特表2008-500426号公报

10、非专利文献

11、非专利文献1：green chem.，2020,22,2909-2928

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、非专利文献1的纤维素衍生物由于被甲基化剂醚化，因此不能得到良好的热成型性，作为材料的用途展开受到限制。此外，根据本发明人等的见解，在非专利文献1的反应条件下，即使将甲基化剂变更为其他烷基化剂也不能得到高分子量体，难以应用于成型体。

3、本公开的目的在于，提供由木质生物质中的纤维素、半纤维素和木质素得到的各种木质纤维素衍生物，特别是提供适合热成型的木质纤维素衍生物。本公开的另一目的在于，提供一种以木质生物质为原料，不经过环境负荷高的纸浆化工序，一步制造物性优异的木质纤维素衍生物的方法。

4、用于解决问题的方案

5、本公开的木质纤维素衍生物组合物包含含木质素骨架的化合物和含半纤维素骨架的化合物中的任一者或两者。该组合物还可以包含纤维素衍生物，其中纤维素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化。含木质素骨架的化合物是木质素或木质素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的木质素衍生物。含半纤维素骨架的化合物是半纤维素或半纤维素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的半纤维素衍生物。

6、木质纤维素衍生物组合物可以在全部构成成分中以超过0％且为50％以下的比例包含含木质素骨架的化合物。木质纤维素衍生物组合物可以在全部构成成分中以65％以上且95％以下的比例包含含半纤维素骨架的化合物。

7、在本公开的木质纤维素衍生物组合物中，烷基可以为乙基。

8、本公开的木质纤维素衍生物组合物，通过凝胶渗透色谱法测定而得到的数均分子量mn可以为30000以上，重均分子量mw可以为60000以上，分子量分布mw/mn可以为1.0以上且7.0以下。

9、本公开的木质纤维素衍生物组合物，通过差示扫描量热法求出的玻璃化转变温度可以为120℃以下，熔点可以为250℃以上。

10、本公开的木质纤维素衍生物组合物可以为以下任一方案。

11、(1)包含纤维素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的纤维素衍生物、和含木质素骨架的化合物，上述含木质素骨架的化合物为木质素、或木质素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的木质素衍生物，通过凝胶渗透色谱法测定而得到的数均分子量mn为30000以上且120000以下，重均分子量mw为60000以上且400000以下通过差示扫描量热法求出的玻璃化转变温度为120℃以下，熔点为250℃以上。

12、(2)包含含木质素骨架的化合物和含半纤维素骨架的化合物，含木质素骨架的化合物为木质素或木质素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的木质素衍生物，含半纤维素骨架的化合物为半纤维素或半纤维素中羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的半纤维素衍生物，通过凝胶渗透色谱法测定而得到的数均分子量mn为50000以上且65000以下，重均分子量mw为100000以上且300000以下，通过差示扫描量热法求出的玻璃化转变温度为120℃以下。

13、(3)包含含半纤维素骨架的化合物作为主要成分，含半纤维素骨架的化合物是半纤维素或半纤维素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的半纤维素衍生物，通过凝胶渗透色谱法测定而得到的数均分子量mn为2000以上且12000以下，重均分子量mw为2500以上且15000以下，通过差示扫描量热法求出的玻璃化转变温度为100℃以下。

14、本公开的成型体由上述任一项所述的木质纤维素衍生物组合物形成。

15、本公开的木质纤维素衍生物组合物的制造方法包括：(1)将包含木质纤维素原料生物质在溶剂中、在温度30℃～60℃下进行碱处理10小时～45小时的工序；(2)在碱处理过的原料生物质中添加烷基化剂，在温度40℃～55℃下反应30小时～120小时，由此使木质纤维素烷基化的工序；以及(3)对烷基化后的木质纤维素进行分级的工序。烷基化剂是碳原子数为2以上的卤代烷基。该烷基化剂可以为卤代乙基。

16、有益效果

17、在本公开的木质纤维素衍生物组合物和成型体中，根据组成分别表现出烷基化的纤维素衍生物、含木质素骨架的化合物、以及含半纤维素骨架的化合物的物性。该木质纤维素衍生物组合物可以应用于包括通过热成型的成型体在内的各种用途。

18、根据本公开的制造方法，可以以木质生物质为原料，不经过环境负荷高的工序，一步得到木质纤维素衍生物组合物。在该制造方法中，可以有效地利用以往废弃的木质素和半纤维素作为原料。

技术特征：

1.一种木质纤维素衍生物组合物，所述木质纤维素衍生物组合物包含：

2.根据权利要求1所述的木质纤维素衍生物组合物，其中，

3.根据权利要求1所述的木质纤维素衍生物组合物，其中，

4.根据权利要求1～3中任一项所述的木质纤维素衍生物组合物，其中，

5.根据权利要求1～4中任一项所述的木质纤维素衍生物组合物，其中，

6.根据权利要求1～4中任一项所述的木质纤维素衍生物组合物，其中，

7.根据权利要求1～6中任一项所述的木质纤维素衍生物组合物，其中，

8.根据权利要求1～7中任一项所述的木质纤维素衍生物组合物，其中，

9.根据权利要求1或2所述的木质纤维素衍生物组合物，其中，

10.一种木质纤维素衍生物组合物，所述木质纤维素衍生物组合物包含纤维素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的纤维素衍生物和含木质素骨架的化合物，

11.一种木质纤维素衍生物组合物，所述木质纤维素衍生物组合物包含纤维素中的羟基的一部分或全部被碳原子数为2以上的烷基醚化而成的纤维素衍生物、含木质素骨架的化合物、以及含半纤维素骨架的化合物，

12.一种木质纤维素衍生物组合物，所述木质纤维素衍生物组合物包含含半纤维素骨架的化合物作为主要成分，

13.一种成型体，所述成型体由权利要求1～11中任一项所述的木质纤维素衍生物组合物形成。

14.一种木质纤维素衍生物组合物的制造方法，所述制造方法是如权利要求1～12中任一项所述的木质纤维素衍生物组合物的制造方法，具有：

15.根据权利要求14所述的木质纤维素衍生物组合物的制造方法，其中，

技术总结木质纤维素衍生物组合物包含含木质素骨架的化合物和含半纤维素骨架的化合物中的任一者或两者。该组合物还可包含纤维素衍生物，其中纤维素中的部分或全部羟基被碳原子数为2以上的烷基醚化。该组合物的制造方法包括将包含木质纤维素的原料生物质在溶剂中进行碱处理的工序、在经过碱处理的原料生物质中添加烷基化剂使木质纤维素烷基化的工序以及将烷基化后的原料生物质进行分级的工序。该烷基化剂是碳原子数为2以上的卤代烷基。技术研发人员：上高原浩,北山健司,宫内优受保护的技术使用者：株式会社大赛璐技术研发日：技术公布日：2024/6/18