專利名稱：生物質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的分解方法
生物質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的分解方法纖維素是最常見的天然聚合物。木材中的纖維素纖維通過木質(zhì)素 結(jié)合在一起，因此這是一個(gè)天然復(fù)合材料問題。鑒于木材的工業(yè)用途，具體地講不僅在于造紙，而且在于分離出木材中有價(jià)值的其它成分，所以采用一種經(jīng)濟(jì)有效和環(huán)保的方法，將 木材的纖維素纖維與木質(zhì)素分離開是十分必要的。已知某些降解木材天然結(jié)構(gòu)的可選方法，具體地講是將木質(zhì)素和 纖維素纖維相互分離的方法，其中某些已在工業(yè)中廣泛應(yīng)用并且眾所 周知?？梢酝ㄟ^一些不同的技術(shù)，如機(jī)械、化學(xué)、熱化學(xué)或熱轉(zhuǎn)化方法， 對(duì)木材和其它纖維素基材料作進(jìn)一步處理。通過不同的化學(xué)技術(shù)、機(jī) 械技術(shù)或者通過這些技術(shù)聯(lián)用，能夠?qū)⒗w維素從木材中分離出來(lái)。纖 維素最重要的應(yīng)用是造紙，此外纖維素衍生物可制成例如粘膠和人造 纖維。在硫酸鹽法中，由氫氧化鈉和硫化鈉組成的所謂白堿，用在木片 的蒸煮中。因此，當(dāng)木質(zhì)素降解和溶解，而且纖維素纖維分離到其各 自的纖維相中時(shí)，就形成了所謂的黑液。在這一方法中，蒸煮在高溫 高壓下進(jìn)行，并且需要的蒸煮時(shí)間較長(zhǎng)。將黑液在多級(jí)蒸發(fā)器中濃縮 并且燃燒產(chǎn)生能量。形成碳酸鈉和-琉化鈉和少量的>^危酸鈉。而且在此 工藝中，碳酸鈉被轉(zhuǎn)變成氫氧化鈉，至此可再生原始的白堿。硫酸鹽 法是纖維素生產(chǎn)中的最主要技術(shù)。在亞硫酸鹽法中，活性含硫化合物是二氧化碌u、重亞碌u酸根離子 和亞硫酸根離子。根據(jù)蒸煮的酸度，可分為酸性亞硫酸鹽法、亞硫酸 氬鹽法、中性亞硫酸鹽法和堿性亞硫酸鹽法。亞辟b酸鹽法的缺點(diǎn)是其 中使用了含硫化合物，這從環(huán)境觀點(diǎn)看是有疑問的。在熱碾磨法中，通過機(jī)械剪切和高溫，用木材來(lái)生產(chǎn)纖維質(zhì)。該 工藝所需的能耗高，但木材中的木質(zhì)素仍滯留在產(chǎn)物中。在所謂有機(jī)溶膠法中使用了有機(jī)溶劑。這些工藝尤其可參見下列參考出版物Gullichsen ja Fogelholm， Chemical pulping (化學(xué)法制漿)， TAPPI 1999。所謂Alcdl法在溫度大約190-200°C,使用乙醇和水混合物蒸煮 纖維素。在Organocell法中，在溫度160-180°C，在曱醇和堿混合物中進(jìn) 行蒸煮。曱酸結(jié)合過氧曱酸已成功地應(yīng)用于所謂Milox法。 木質(zhì)素是富含酚的高分子量、交聯(lián)聚合物。因此，從木質(zhì)中分離出木質(zhì)素不僅僅是物理溶解過程，而且是將交聯(lián)的木質(zhì)素分子部分降解為更小的溶解碎片的問題。根據(jù)本發(fā)明，有時(shí)木質(zhì)素的部分降解也是有益的。 現(xiàn)有技術(shù)水平的缺點(diǎn)被認(rèn)為在于相當(dāng)苛刻的條件，進(jìn)而依賴于應(yīng)用的技術(shù)，高溫、高壓、蒸煮時(shí)間長(zhǎng)和由此而來(lái)的高能耗。而且，環(huán)境方面，例如使用了含硫化合物，在考慮現(xiàn)有技術(shù)水平基礎(chǔ)上，仍然是要開發(fā)的重要方面。發(fā)明描述現(xiàn)在已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)纖維素基生物材料，例如木片或其它 適當(dāng)?shù)哪静男问郊訜崽幚?，例如在主要或唯一成分為乳酸、乳酸水?液、低聚乳酸或多聚乳酸的溶液中煮沸或回流時(shí)，生物材料、特別是 木材的天然結(jié)構(gòu)，可部分或完全降解，從而獲得纖維素基生物材料， 例如木材部分或完全降解為塑化形式，或者考慮到將主要成分木質(zhì)素 和纖維素彼此分離開，以使木質(zhì)素部分或完全溶解，而纖維素纖維卻 保持以纖維狀態(tài)分散在溶液中。具體地講，本發(fā)明令人驚奇的事實(shí)在于，蒸煮纖維素的條件相當(dāng)溫和，發(fā)現(xiàn)在溫度80-180°C、優(yōu)選在溫度130-160°C，在混合的容器 中進(jìn)行就足夠了，不需過壓，也不需任何額外成分。為了加速處理， 可使用過壓甚至更高溫度，而且，已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)分離纖維和木質(zhì) 素所需的處理時(shí)間相當(dāng)短，通常應(yīng)用l-3小時(shí)蒸煮時(shí)間，已能收到良 好效果。因此，可以預(yù)見，應(yīng)用本發(fā)明的方法具有極大的潛力。該方法能 夠獲得基于封閉循環(huán)、節(jié)能和利用生物質(zhì)基原材料的回收方法，特別 是用于例如木材和木材成分等生物質(zhì)的纖維素技術(shù)。達(dá)到節(jié)能的事實(shí)在于，可在常壓下或僅使用輕微的過壓進(jìn)行有利 地蒸煮而。而且，事實(shí)在于所需的溫度水平相當(dāng)?shù)?，從而?jié)約了大量 能量。使用乳酸分離木材成分和內(nèi)含物并將它們轉(zhuǎn)化為液化形式的重 要優(yōu)勢(shì)在于不使用含硫化合物。除制造纖維素的需求外，本發(fā)明的方法還能應(yīng)用于分離和回收有 價(jià)值的木材成分。其中提及的樺木醇、半纖維素、木質(zhì)素、木酚素只 是提及的少部分之一。環(huán)境方面在本發(fā)明的方法中是重要的。也就是乳酸可由某些生物 質(zhì)基粗糖材料源通過發(fā)酵產(chǎn)生。因此，它解決了利用一年生原材料的 技術(shù)和方法。乳酸以L型和D型兩種立體結(jié)構(gòu)形式存在，此外還存在 其混合物或外消旋乳酸形式。以本發(fā)明觀點(diǎn)看，所有提及的乳酸形式 都可使用。還值得關(guān)注的是通常乳酸以水溶液形式出現(xiàn)，但相反地， 隨著水的去除，乳酸開始首先聚合成低聚物，然后聚合成更高分子量 的多聚物。聚合作用是一種天然的和容易發(fā)生的現(xiàn)象，但能夠用適當(dāng) 的催化劑如用辛酸錫加速。在適當(dāng)?shù)臈l件下，乳酸還形成二聚體或原 則上還能作為本發(fā)明應(yīng)用成分的丙交酯。本發(fā)明的方法還能夠生產(chǎn)基于封閉循環(huán)的纖維素，因此能在蒸煮 后，將乳酸分離出來(lái)，并在該工藝中循環(huán)使用。本發(fā)明某些優(yōu)選的實(shí)施方式和工藝如

圖1中的方塊圖所示，代表本發(fā)明一種可能的應(yīng)用形式。然而不排除其它的工業(yè)應(yīng)用和可能性。 在圖1中，將乳酸、乳酸水溶液或低聚乳酸(l)進(jìn)料到已攪拌的反應(yīng)器(3)中，該反應(yīng)器的溫度接近混合物的沸點(diǎn)，通常130-140°C。將 生物質(zhì)、優(yōu)選木片(2)也進(jìn)料到該反應(yīng)器中，使得乳酸溶液和木片的質(zhì) 量比大約是1份生物質(zhì)質(zhì)量和4份乳酸成分質(zhì)量。將已混合的罐的溫 度提高到14(TC并繼續(xù)攪拌4-5小時(shí)。將木質(zhì)素從其他生物質(zhì)中溶解 出來(lái)形成的黑質(zhì)沿管道(4)泵送到過濾裝置(5)。在過濾段，分離纖維性 的纖維素質(zhì)。也可用水和乳酸溶液洗滌纖維素質(zhì)。將纖維素質(zhì)沿管道 (6)轉(zhuǎn)移到干燥段(7),由此得到干纖維質(zhì)終產(chǎn)物(8)。從過濾裝置得到的濾過物，除含有乳酸成分外，還含有已溶解的 木質(zhì)素成分。將濾過物沿管道(9)泵入沉淀罐(10),在此用水將溶解的 木質(zhì)素沉淀形成固體粉末。通過過濾(11)可將木質(zhì)素分離和回收(12)，并能將含乳酸水溶液沿 管道(13)再循環(huán)至濃縮(14),為了沉淀(10)木質(zhì)素，將此處產(chǎn)生的水沿 管道(15)移除，并且濃縮的乳酸沿管道(16)進(jìn)一步再循環(huán)到反應(yīng)器(3) 中。本發(fā)明的某些優(yōu)選應(yīng)用形式是這樣的，在蒸煮過程中，在木材天 然結(jié)構(gòu)降解的同時(shí)，當(dāng)乳酸低聚合和多聚合時(shí)，將水從混合物導(dǎo)離。 從而最終得到木質(zhì)素、纖維素纖維和多聚乳酸的混合物。除了應(yīng)用成分混合物外，這樣的結(jié)構(gòu)，即乳酸已反應(yīng)和聚合到木 質(zhì)素中或選擇性地與纖維素的化學(xué)OH基團(tuán)反應(yīng)，隨后也可優(yōu)先應(yīng)用 聚合作用?？蛇M(jìn)一步將隨后得到的多聚乳酸和木材成分的合成物官能化，例 如在可交聯(lián)反應(yīng)成分的協(xié)助下交聯(lián)，以得到有用的可塑形技術(shù)特性。此外，我們還令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法，能夠在一個(gè)較寬 的濃度范圍內(nèi)，將大量森林工業(yè)的副產(chǎn)品-固體粉末形式的木質(zhì)素， 溶解于乳酸中。甚至將超過80%重量的木質(zhì)素溶解到88%的乳酸水溶 液中。此外，將乳酸和木質(zhì)素一起加熱縮合，可能的話加入催化劑，例如辛酸錫時(shí)，可產(chǎn)生聚合結(jié)構(gòu)。實(shí)施例 實(shí)施例1 蒸煮硬木材料蒸煮含水乳酸和硬木片。在裝有回流冷凝器和磁力攪拌器的100ml圓底燒瓶中進(jìn)行蒸煮。用附有溫度探頭(EKT 3001)的Heidolph 加熱板(MR 3001K)進(jìn)行加熱和磁力攪拌。將40g乳酸(88%水溶液， 97.5%重量)和lg(2.5。/。重量)木片加到圓底燒瓶中。將該容器浸入溫度 為100。C的油浴中和以200rpm的速度開始攪動(dòng)。溫度快速"l是升到 115°C，保持此溫度回流混合物4小時(shí)。將油浴溫度提升到145°C，再 保持此溫度4小時(shí)。相應(yīng)地，燒瓶的內(nèi)部溫度是125°C。得到的木質(zhì) 素已基本溶解的深色溶液就是終產(chǎn)物。此時(shí)木材材料已可塑。實(shí)施例2 蒸煮硬木材料蒸煮更大成分比率的含水乳酸和硬木片。與實(shí)施例l一樣進(jìn)行蒸 煮，除了下列成分量，并在整個(gè)蒸煮時(shí)間將油浴溫度保持在145。C以 外。將50g乳酸(88%水溶液，85%重量)和10g木片(15。/。重量)加入圓 底燒瓶中，并回流該混合物5小時(shí)。得到的深色漿粕就是終產(chǎn)物，至 此木料中的木質(zhì)素為液化狀態(tài)，并且明顯地單獨(dú)檢測(cè)到纖維素纖維。實(shí)施例3 蒸煮硬木材料蒸煮含水乳酸和硬木片并用頂部攪拌器(Heidolph RZR2102控制) 混合。在一個(gè)裝有回流冷凝器和頂部攪拌器的250ml反應(yīng)器中進(jìn)行蒸 煮。將150g乳酸(88。/。水溶液，85。/。重量)和30g木片(15。/。重量)力口到容 器中。將該容器浸入浴中并當(dāng)攪拌器為23.5 Ncm時(shí)，以70rpm速率 開始混合。當(dāng)混合到18.6Ncm時(shí)，快速提升溫度到145°C。在1小時(shí)后，混合速度提升到140rpm，在此將該混合物煮沸10小時(shí)。得到的 深色漿粕就是終產(chǎn)物，至此，木質(zhì)素溶解到各自的液相中并且纖維素 纖維分散到各自相的溶液中。實(shí)施例4蒸煮稀乳酸溶液和樺木片。按實(shí)施例3進(jìn)行蒸煮，除了下列成分 量和在整個(gè)蒸煮過程中，油浴溫度是130。C以外。相應(yīng)地，燒lf瓦的內(nèi) 部溫度是103。C。將額外的水加到乳酸水溶液中，使得乳酸/水的比率 是50:50。將30g樺木片加到乳酸/水混合物中。煮沸10小時(shí)后，得到 的淺褐色漿粕混合物是已軟化的纖維質(zhì)。實(shí)施例5蒸煮稀乳酸溶液和樺木片。按實(shí)施例3進(jìn)行蒸煮，除了下列成分 量和在整個(gè)蒸煮過程中，油浴溫度是125。C以外。相應(yīng)地，燒jfe的內(nèi) 部溫度是102。C。將水加到乳酸水溶液中，使得乳酸/水的比率是30:70。 將30g樺木片加到乳酸/水混合物(150g)中?；亓髟摶旌衔?0小時(shí)，其 后，纖維已軟化并且游離木質(zhì)素已溶解在液相中，然而比實(shí)施例4中 蒸煮的明顯要少。通過吸濾法能容易地從液相中分離出纖維。實(shí)施例6重復(fù)實(shí)施例5的蒸煮，除了用作蒸煮液的乳酸/水混合物的比率為 20:80以外?；亓骱螅玫降幕旌衔锸且衍浕睦w維。只有少量木質(zhì) 素已溶解在液相中。干燥纖維質(zhì)的重量已減少了大約20%重量。實(shí)施例7 過濾使用水泵和布氏漏斗，將實(shí)施例3的茶褐色熱混合物在濾紙上通 過吸濾法過濾，最終，用熱乳酸-水混合物洗滌濾紙上的木材質(zhì)。濾過 物顏色為茶褐色，而分離的^:纖維素質(zhì)顏色為淺褐色。蒸煮后，留下15g (50%重量)含精纖維的干燥纖維素質(zhì)。實(shí)施例8重復(fù)實(shí)施例7的過濾，除在結(jié)束時(shí)用丙酮洗滌纖維質(zhì)幾次外，當(dāng) 游離木質(zhì)素更好溶解到濾過液中時(shí)，得到更純的纖維質(zhì)就是終產(chǎn)物。實(shí)施例9纖維的壓縮模塑法將纖維質(zhì)進(jìn)行壓縮模塑成為板。用研桿將實(shí)施例3的纖維質(zhì)在研 缽中研磨，最終在120。C，將該纖維質(zhì)在臺(tái)式壓力機(jī)(EnerpacP142液 壓手泵和West 6100溫度調(diào)節(jié)器)中進(jìn)行壓縮模塑成為板，厚度5mm, 所使用的處理溫度為120°C。得到的紙樣纖維素材料就是終產(chǎn)物。實(shí)施例10將10g松木片和40g 88%乳酸水溶液加入燒杯。將溫度提升到 140-160。C并用磁力攪拌器混合該混合物。維持這些條件3小時(shí)。蒸煮15分鐘后，已發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素的分離。在蒸煮結(jié)束時(shí)，發(fā)現(xiàn)形 成深色粘性質(zhì)，至此當(dāng)木質(zhì)素溶解時(shí)，木材顆粒已溶解，并且纖維已^v木料中分離出來(lái)。實(shí)施例11重復(fù)實(shí)施例10的實(shí)驗(yàn)，僅有的區(qū)別是，現(xiàn)在整個(gè)時(shí)間中溫度為 130-140。C并且蒸煮時(shí)間為4小時(shí)。在蒸煮過程中，將替換已除去的水， 使得質(zhì)量密度保持恒定并保持低粘度。發(fā)現(xiàn)木料軟化，木質(zhì)素溶解到液相中和纖維素纖維從木料中分離 出來(lái)。最終，當(dāng)木質(zhì)素溶解和纖維素纖維彼此分開時(shí)，木材顆粒完全 消失。實(shí)施例12重復(fù)實(shí)施例10的實(shí)驗(yàn)，僅有的區(qū)別是，當(dāng)仍剩有木料，但木質(zhì) 素部分溶解時(shí)，終止蒸煮。讓質(zhì)冷卻，用實(shí)驗(yàn)室研磨器研磨，此時(shí)， 可用光學(xué)顯微鏡(Olympus AHBS)明顯地檢測(cè)到木材天然結(jié)構(gòu)的降解 和纖維素纖維的分離。實(shí)施例13將竹子植物的莖機(jī)械碾壓成片。在裝有回流冷凝器和磁力攪拌器 的100ml圓底燒瓶中進(jìn)行蒸煮。將8g (15%重量)竹片和40ml乳酸和 水的溶液(88%水溶液，85%重量)裝入圓底燒瓶。將該容器浸入油浴并 以200rpm的速度開始磁力攪拌。將溫度提升到145°C，回流該混合物 IO小時(shí)，其后發(fā)現(xiàn)竹子的天然結(jié)構(gòu)和纖維素分離到各自的分散相，可 以進(jìn)行過濾、洗滌和干燥。最后，按起始重量計(jì)，留下85%重量已洗 滌和干燥的纖維質(zhì)，即15%重量的木質(zhì)素在蒸煮過程中已釋放出來(lái)。實(shí)施例14重復(fù)實(shí)施例13的實(shí)驗(yàn)，除了使用的生物質(zhì)是麥桿顆粒外。將40g 燕麥麥桿和800g乳酸(88。/。水溶液)加入圓底燒^l中。將燒^f瓦浸入到溫 度為100。C的油浴中。將油浴溫度提升到130。C，并在內(nèi)部溫度為124°C 回流該混合物5小時(shí)，記錄到木材天然結(jié)構(gòu)的降解和纖維素纖維的分 離?？蓪⒗w維成分分離和回收。紙漿用乳酸和水洗滌。用顯微鏡檢驗(yàn) (Olympus AHBS)發(fā)現(xiàn)已將纖維彼此分開。洗滌過的紙漿的K值是43.6。實(shí)施例15 在低聚乳酸中蒸煮將5g木片和50ml 88%乳酸水溶液(其中含有0.01%辛酸錫作為催化劑)加到100ml燒杯中。將該混合物從溫度130。C開始穩(wěn)定加熱。從 該混合物中除去水。立即可發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素從木料中溶解出來(lái)。三小時(shí)后可獲得黑色粘性 物質(zhì)，至此木質(zhì)素已溶解并且乳酸已發(fā)生低聚化和多聚化。實(shí)施例16重復(fù)實(shí)施例15的蒸煮，除用不同的成分量和不同的條件外。將 170g乳酸(88%水溶液，95%重量)和8g硬木片以及O.Olg辛酸錫加到 250ml反應(yīng)器中。該反應(yīng)器裝有頂部攪拌器、有冷凝器的圓底燒瓶和 氮?dú)膺M(jìn)口管。將反應(yīng)器浸入油浴中，以120rpm的速度開始混合，并 用管將干燥氮?dú)鈱?dǎo)入。在一小時(shí)內(nèi)將溫度提升到140°C,并以10°C/h 的速率提升到180°C,并在此溫度再保持7小時(shí)。將整個(gè)反應(yīng)期間形 成的水收集到蒸餾瓶中。得到的在高溫下為粘性液體的黑色、堅(jiān)硬和 易碎的低聚樹脂就是終產(chǎn)物。實(shí)施例17木質(zhì)素溶解到乳酸中將15g含水乳酸(88。/。水溶液)加到鋁盤中，然后在溫度IO(TC時(shí)開 始逐漸加入粉末狀木質(zhì)素。乳酸立即染成深顏色。^提升溫度并加入更 多的木質(zhì)素，最終溫度為180°C，加入的木質(zhì)素量大約是80%重量。 在提高的溫度下得到的糊狀硬質(zhì)就是終產(chǎn)物。顯微鏡觀察可見木質(zhì)素 已溶入乳酸中。實(shí)施例18乳酸與木質(zhì)素的低聚作用重復(fù)實(shí)施例16的實(shí)驗(yàn)，除了下列的成分和成分量外將68.2g乳 酸(88%水溶液)和0.01%重量的辛酸錫加到100ml圓底燒瓶中，并將 40g木質(zhì)素逐漸加到攪動(dòng)中的容器中。乳酸與木質(zhì)素的比率是60:40?？偡磻?yīng)時(shí)間是6小時(shí)。得到的可用過氧化物交聯(lián)和官能化的硬的、易 碎的低聚樹脂就是終產(chǎn)物。實(shí)施例19低聚乳酸的最終官能化將實(shí)施例18得到的產(chǎn)物(55g,90。/。重量)浸入溫度為IO(TC的油浴， 并將該質(zhì)加熱到130°C。開始攪動(dòng)和導(dǎo)入氮?dú)饬鳎尤?.1g(10。/。重量) 曱基丙烯酸酐。將混合物維持在這些條件下3小時(shí)。得到的在提高的 溫度下可用過氧化物交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硬的、易碎的樹脂就是終產(chǎn) 物。實(shí)施例20 回收木質(zhì)素將實(shí)施例7過濾后得到的蒸煮液，用水稀釋以沉淀木質(zhì)素殘留物。 以1:3 (蒸煮液:水)的比率加水沉淀大部分木質(zhì)素。將木質(zhì)素通過吸濾 過濾出來(lái)并在提高的溫度下干燥到恒定重量。木質(zhì)素是非常精細(xì)的褐 色粉末并緩慢過濾。稀釋的濾過物是透明的并且為橙色。實(shí)施例21進(jìn)行實(shí)施例20的實(shí)驗(yàn)。然而，在過濾前，在提高的溫度下處理 沉淀的木質(zhì)素。將木質(zhì)素在70-80。C處理20分鐘。結(jié)果是木質(zhì)素凝結(jié) 并且容易通過過濾回收。實(shí)施例22 蒸煮液的再利用進(jìn)行實(shí)施例l的蒸煮反應(yīng)，除條件不同外。將三批樺木在相同的 乳酸液中蒸煮，期間無(wú)木質(zhì)素沉淀。每批蒸煮以1:4 (木材:88%乳酸) 的比率，在124-126。C煮沸6小時(shí)。每一事例中都發(fā)現(xiàn)木材的去木質(zhì) 素作用。然而，在第二次蒸煮和第三次蒸煮中發(fā)現(xiàn)，由于纖維素材料中棒狀物(未溶解木材)的量增加而使該去木質(zhì)素作用稍微降低。因?yàn)?木質(zhì)素含量增加的原因，第二次蒸煮和第三次蒸煮中的蒸煮液的粘性 更高些。將得到的漿粕用熱乳酸溶液和水洗滌幾次。第一次蒸煮和第二次蒸煮得到的漿粕的K值分別是46.9和51.5。實(shí)施例23 漿粕的額外洗涂在溫度6(TC,進(jìn)一步用2。/。NaOH溶液洗滌由實(shí)施例14得到的洗 滌過的漿粕10分鐘。最后，用水洗滌該漿粕。證實(shí)用稀NaOH溶液 洗滌最好，因?yàn)闈{粕的K值降低到17.3。實(shí)施例24蒸煮亞麻植物(化學(xué)浸漬法)進(jìn)行實(shí)施例l的蒸煮，除了用下列成分量和條件外。將35g已剪 切的亞麻植物和525g乳酸(5%水溶液)力口到圓底燒瓶中，相應(yīng)的麻桿: 液體比率為1:15。將該燒瓶浸入溫度115。C的油浴，在此維持5小時(shí)。 相應(yīng)地，反應(yīng)器的內(nèi)部溫度大約是IO(TC。在提高的溫度下漚麻后， 亞麻皮軟化并且木質(zhì)素和果膠質(zhì)成分溶解或分散到液體中。用機(jī)械處 理能容易地從莖中分離出亞麻纖維。亞麻纖維為淺色。實(shí)施例25進(jìn)行實(shí)施例l的蒸煮，除了用下列成分量和條件外。將20g已剪 切的亞麻植物和400g乳酸(0.1%水溶液)加到圓底燒瓶中，相應(yīng)的麻桿: 液體比率為1:20。將該燒瓶浸入溫度115。C的油浴，在此維持5小時(shí)。 相應(yīng)地，反應(yīng)器的內(nèi)部溫度大約是100°C。在提高的溫度下漚麻后， 亞麻皮軟化并且木質(zhì)素和果膠質(zhì)成分溶解或分散到液體中。用機(jī)械處 理能容易地從莖中分離出亞麻纖維。實(shí)施例26蒸煮廢木材進(jìn)行實(shí)施例1的蒸煮，除了用下列成分量和條件外。將100g樹 樁顆粒和500g乳酸(88%水溶液)力口到圓底燒瓶中，相應(yīng)的木材:液體比 率為1:5。將該燒瓶浸入溫度140。C的油浴，在此維持18小時(shí)。相應(yīng) 地，反應(yīng)器的內(nèi)部溫度是125°C。發(fā)現(xiàn)發(fā)生了部分去木質(zhì)素作用。該 蒸煮液顏色為茶褐色并且樹樁顆粒已軟化和降解。然而，需要更苛刻的條件才能達(dá)到所需的去木質(zhì)素作用程度。實(shí)施例27 乳酸注入到木材中將30g樺木片和300g乳酸(20%水溶液)在烤箱中以溫度IO(TC單 獨(dú)預(yù)處理10分鐘。然后，將該熱樺木片浸入到熱乳酸溶液，并放回 烤箱中?？鞠涞膲毫p低到250mbar。在15分鐘內(nèi)逐步將真空釋放到 常壓。結(jié)果是，該乳酸溶液滲透到樺木片并且該碎片柔軟些了。在生產(chǎn)化學(xué)機(jī)械質(zhì)中，可將機(jī)械剪切力施加到已軟化的碎片。用 乳酸溶液軟化碎片有望降低工藝能耗。實(shí)施例28 漂白纖維質(zhì)將實(shí)施例3得到的10g樺木漿浸入到稀過氧化氫溶液中。將該混 合物加熱到60。C并維持5小時(shí)。隨后，該纖維材料膨脹并且顏色變淺 C從褐色到淺黃色)。另外，該纖維不及未漂白的纖維質(zhì)硬但更巻曲些。
權(quán)利要求
1.用于分解纖維素基生物質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)并將其轉(zhuǎn)化為塑化狀態(tài)或部分或完全液化狀態(tài)的方法和工藝技術(shù)，其特征在于通過使用乳酸、乳酸水溶液、二聚乳酸、低聚乳酸或其混合物，部分或完全地降解所述結(jié)構(gòu)和部分或完全地溶解所述成分。
2. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于該方法可用于從生物質(zhì)、優(yōu) 選從例如木材中分離出木質(zhì)素，得到其液化形式。
3. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于該方法可用于用生物質(zhì)、優(yōu) 選用例如木質(zhì)來(lái)生產(chǎn)纖維素纖維。
4. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于該方法可在溫度60-250。C、 優(yōu)選在溫度110-160。C，在常壓至50巴過壓下實(shí)施。
5. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于水與乳酸成分的比率是99.9% 重量/0.1%重量至0.1%重量/99.9%重量。
6. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于木質(zhì)素溶解但可通過加水沉 淀出來(lái)，而木纖維不溶解但能將它們回收。
7. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于除化學(xué)處理外，機(jī)械剪切力 能夠施加于所述生物質(zhì)。
8. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述乳酸成分可在所述工藝 中循環(huán)重復(fù)利用。
9. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于乳酸化學(xué)降解生物質(zhì)、通常 是木材的木質(zhì)素。
10. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于乳酸與木質(zhì)素或纖維素或 兩者中的官能團(tuán)起化學(xué)反應(yīng)，形成酯鍵，并且乳酸另外進(jìn)一步低聚化 或多聚化，以及這一合成物也能交聯(lián)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
11. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于利用所獲得的纖維可以生 產(chǎn)生物質(zhì)纖維、優(yōu)選木纖維的所有代表產(chǎn)品，例如纖維素質(zhì)、液體纖 維素、紙、紙板、卡紙板，然而不排除其他的纖維應(yīng)用方面。
12. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于被降解的生物質(zhì)可以是不 同種類的木質(zhì)例如軟木質(zhì)或硬木質(zhì)、谷草類、甘蔗渣、亞麻、草蘆、 廢木材、竹或源于一些剛提及的不同于谷草類植物的生物質(zhì)，然而不 排除其他類似的生物質(zhì)基原材料。
13. 權(quán)利要求1的方法，其特征在于利用該方法能夠?qū)⒛静母?成分例如木質(zhì)素、半纖維素、木酚素、樺木醇等轉(zhuǎn)化成與纖維素纖維 分離的液體狀態(tài)。
14. 乳酸、含乳酸水溶液、低聚乳酸、多聚乳酸、丙交酯或其混 合物在降解木材天然結(jié)構(gòu)、液化或塑化生物質(zhì)、分離和回收生物質(zhì)成 分和回收纖維狀纖維素成分中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，其中所述方法將乳酸、乳酸水溶液、丙交酯、低聚乳酸、多聚乳酸或其混合物用于降解纖維素基生物質(zhì)，例如木材的天然結(jié)構(gòu)，再轉(zhuǎn)化為塑化狀態(tài)或部分液化狀態(tài)，使得能夠分離、回收、化學(xué)修飾或通過進(jìn)一步處理循環(huán)使用生物質(zhì)的纖維素纖維和其它成分。
文檔編號(hào)C08H8/00GK101283143SQ200680037281
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月10日
發(fā)明者J·V·塞帕拉 申請(qǐng)人:Jvs-聚合物公司