(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、木材を原料として、香料、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、分散剤、接着剤等の原料として利用できるバニリン、バニリン酸、シリンガアルデヒド、シリンガ酸、アセトバニロン、アセトシリンゴン等の芳香族モノマーを高収率で得られる簡便な製造方法を提供することである。【解決手段】  木材をソーダ蒸解する工程において、キノン化合物を木材絶乾重量当たり０．００１〜１０質量％添加し、かつ蒸解開始後に酸素を添加し、その後に空気を添加してソーダ蒸解する工程を含む方法により、芳香族モノマーを製造する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材をソーダ蒸解する工程において、キノン化合物を木材絶乾重量当たり０．００１〜１０質量％添加し、かつ蒸解開始後に酸素を添加し、その後に空気を添加してソーダ蒸解する工程を含む、芳香族モノマーの製造方法。
【請求項２】
酸素を蒸解開始時から１０〜２４０分間添加した後、蒸解終了まで空気を添加する、請求項１記載の芳香族モノマーの製造方法。
【請求項３】
液比を５．０以上としてソーダ蒸解する、請求項１ないし２記載の芳香族モノマーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材をソーダ蒸解する工程から排出される黒液中のリグニン分解物より、芳香族モノマーを製造するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油の代替としてリグニンを分解して、フェノール樹脂、エポキシ樹脂の原料となる芳香族モノマーを製造することが検討されている。リグニンは木材中に多量に存在するが、抽出するためには酸、アルカリ、あるいは有機溶媒を使用する化学処理、粉砕等の機械的処理が必要である。例えば、サルファイト蒸解法では、酸性亜硫酸塩と亜硫酸の混液を加えて、１３０〜１４５℃で蒸煮し木材中のリグニンをリグニンスルホン酸塩として溶出し（例えば、特許文献１）、クラフト蒸解法では、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）と硫化ソーダ（Ｎａ２Ｓ）を主成分とする薬品を加えて、１５０〜１６０℃程度で蒸解して、クラフトリグニンとして溶出する。しかしながら、これらの方法にて得られるリグニンは化学的に変性されており、分子内に硫黄元素を含むため、樹脂用途としては好ましくない。そこで、苛性ソーダ等のアルカリ水溶液を加えてリグニンを溶出することが検討されている（特許文献２）。
【０００３】
また、抽出されたリグニンを効率よく分離することも重要である。例えば、クラフト蒸解法等で得られる黒液を酸性化してリグニンを沈殿させて脱水し、リグニン濾過ケーキを洗浄してリグニンを得ることが開示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８９９８６号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０８８０３号公報
【特許文献３】特表２００８−５１３５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の方法で得られるリグニンは分子量が高く、芳香族モノマーを得るためにはさらに分解処理を行う必要があり、工程が増加するためコストの面で不利であった。
【０００６】
本発明の課題は、木材から芳香族モノマーを高収率で、かつ簡便な製造方法により得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、木材をソーダ蒸解する工程において、蒸解開始後に酸素を添加し、その後蒸解終了まで空気を添加してソーダ蒸解を行うことにより、芳香族モノマーを効率的に製造できることを見出した。本発明の主な構成は以下の通りである。
（１）  木材をソーダ蒸解する工程において、キノン化合物を木材絶乾重量当たり０．００１〜１０質量％添加し、かつ蒸解開始後に酸素を添加し、その後に空気を添加してソーダ蒸解する工程を含む、芳香族モノマーの製造方法。
（２）  酸素を蒸解開始時から１０〜２４０分間添加した後、蒸解終了まで空気を添加する、（１）記載の芳香族モノマーの製造方法。
（３）  液比を５．０以上としてソーダ蒸解する、（１）ないし（２）記載の芳香族モノマーの製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、木材を原料として、芳香族モノマーを効率的に製造することが可能となる。また、同時に低分子量のリグニン、及びパルプを製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、木材をソーダ蒸解する工程において、キノン化合物を木材絶乾重量当たり０．００１〜１０質量％添加し、かつ酸素を添加した後に空気を添加してソーダ蒸解する工程を含む、芳香族モノマーの製造方法である。以下に、本発明を具体的に説明する。
【００１０】
ソーダ蒸解工程
原料の木材としては、広葉樹、針葉樹のいずれもが使用できる。具体的には、広葉樹としては、ブナ、シナ、シラカバ、ポプラ、ユーカリ、アカシア、ナラ、イタヤカエデ、センノキ、ニレ、キリ、ホオノキ、ヤナギ、セン、ウバメガシ、コナラ、クヌギ、トチノキ、ケヤキ、ミズメ、ミズキ、アオダモ等が例示される。針葉樹としては、スギ、エゾマツ、カラマツ、クロマツ、トドマツ、ヒメコマツ、イチイ、ネズコ、ハリモミ、イラモミ、イヌマキ、モミ、サワラ、トガサワラ、アスナロ、ヒバ、ツガ、コメツガ、ヒノキ、イチイ、イヌガヤ、トウヒ、イエローシーダー（ベイヒバ）、ロウソンヒノキ（ベイヒ）、ダグラスファー（ベイマツ）、シトカスプルース（ベイトウヒ）、ラジアータマツ、イースタンスプルース、イースタンホワイトパイン、ウェスタンラーチ、ウェスタンファー、ウェスタンヘムロック、タマラック等が例示される。
【００１１】
木材は、蒸解液と共に蒸解釜へ投入され、ソーダ蒸解に供する。また、１ベッセル液相型、１ベッセル気相／液相型、２ベッセル液相／気相型、２ベッセル液相型などの蒸解型式なども特に限定はない。すなわち、本願のアルカリ性水溶液を含浸し、これを保持する工程は、従来の蒸解液の浸透処理を目的とした装置や部位とは別個に設置してもよい。好ましくは、蒸解を終えた未晒パルプは蒸解液を抽出後、ディフュージョンウォッシャーなどの洗浄装置で洗浄する。木材の形態としては、チップ、紛体等、特に限定されない。
【００１２】
ソーダ蒸解工程は、木材チップをソーダ蒸解液とともに耐圧性容器に入れて行うことができるが、容器の形状や大きさは特に制限されない。木材チップと蒸解液の液比（薬液容量／木材チップ固形分重量）は、１．０Ｌ／ｋｇ以上４０Ｌ／ｋｇ以下とすることができ、１．５Ｌ／ｋｇ以上３５Ｌ／ｋｇが好ましく、２．０Ｌ／ｋｇ以上３０Ｌ／ｋｇ以下がさらに好ましい。液比が１．０Ｌ／ｋｇ未満ではリグニンの分解が不十分で、得られる芳香族モノマーの収率が低くなる。また、液比が４０Ｌ／ｋｇを超えても得られる芳香族モノマーの収率の向上は頭打ちとなる。
【００１３】
また、本発明のソーダ蒸解においては、蒸解開始後に酸素を添加して行うことが必要である。酸素の添加は、流通式の蒸解釜中に酸素を吹き込んで加圧する方法が挙げられ、酸素圧としては０．０１〜１ＭＰａが好ましい。酸素は蒸解開始後から１０〜２４０分間添加することが好ましく、２０〜１８０分間添加することがさらに好ましい。また、酸素は分割して添加してもよく、蒸解中に酸素圧が低下しないように適宜分割添加してもよい。
【００１４】
さらに、本発明においては酸素を添加した後に空気を蒸解終了まで添加することが必須である。空気圧としては０．０１〜１ＭＰａが好ましい。酸素を添加した後に空気を添加することにより芳香族モノマーを効率的に製造することが可能となり、同時にパルプを高収率で製造することが可能となる。
【００１５】
また、本発明のソーダ蒸解においては、キノン化合物を絶乾木材当たり０．００１〜１０質量％添加する必要があり、０．０１〜７質量％添加することが好ましい。キノン化合物の添加量が０．００１質量％未満であると黒液中に得られる芳香族モノマーの収率が十分ではない。また、キノン化合物の添加量が１０質量％を超えてもさらなる芳香族モノマーの収率の向上は認められない。
【００１６】
使用されるキノン化合物はいわゆる公知の蒸解助剤としてのキノン化合物、ヒドロキノン化合物又はこれらの前駆体であり、これらから選ばれた少なくとも１種の化合物を使用することができる。これらの化合物としては、例えば、アントラキノン、ジヒドロアントラキノン（例えば、１，４−ジヒドロアントラキノン）、テトラヒドロアントラキノン（例えば、１，４，４ａ，９ａ−テトラヒドロアントラキノン、１，２，３，４−テトラヒドロアントラキノン）、メチルアントラキノン（例えば、１−メチルアントラキノン、２−メチルアントラキノン）、メチルジヒドロアントラキノン（例えば、２−メチル−１，４−ジヒドロアントラキノン）、メチルテトラヒドロアントラキノン（例えば、１−メチル−１，４，４ａ，９ａ−テトラヒドロアントラキノン、２−メチル−１，４，４ａ，９ａ−テトラヒドロアントラキノン）等のキノン化合物であり、アントラヒドロキノン（一般に、９，１０−ジヒドロキシアントラセン）、メチルアントラヒドロキノン（例えば、２−メチルアントラヒドロキノン）、ジヒドロアントラヒドロアントラキノン（例えば、１，４−ジヒドロ−９，１０−ジヒドロキシアントラセン）又はそのアルカリ金属塩等（例えば、アントラヒドロキノンのジナトリウム塩、１，４−ジヒドロ−９，１０−ジヒドロキシアントラセンのジナトリウム塩）等のヒドロキノン化合物であり、アントロン、アントラノール、メチルアントロン、メチルアントラノール等の前駆体が挙げられる。これら前駆体は蒸解条件下ではキノン化合物又はヒドロキノン化合物に変換する可能性を有している。
【００１７】
ソーダ蒸解液は、木材絶乾重量当たりの水酸化ナトリウムの添加率を１５〜２００質量％とすることが好ましい。水酸化ナトリウムの添加率が１５質量％未満であるとリグニンの分解が不十分で芳香族モノマーの収率が低下し、２００質量％を超えても芳香族モノマーの収率のさらなる向上は期待できない。
【００１８】
ソーダ蒸解は、１４０〜１８０℃の温度範囲で行うことが好ましく、１５０〜１７０℃がより好ましい。温度が低過ぎると黒液中へのリグニン分解物の溶出が不十分であり、温度が高過ぎると溶出したリグニンが過度に分解し、後工程での回収が困難になる。また、本発明における蒸解時間とは、蒸解温度が最高温度に達してから温度が下降し始めるまでの時間であるが、蒸解時間は、６０分以上６００分以下が好ましく、１２０分以上３６０分以下がさらに好ましい。蒸解時間が６０分未満ではリグニン分解物の溶出が不十分であり、６００分を超えても溶出するリグニンの量は頭打ちとなる。
【００１９】
また、本発明におけるソーダ蒸解は、Ｈファクター（Ｈｆ）を指標として、処理温度及び処理時間を設定することができる。Ｈファクターとは、蒸解過程で反応系に与えられた熱の総量を表す目安であり、下記の式によって表わされる。Ｈファクターは、チップと水が混ざった時点から蒸解終了時点まで時間積分することで算出する。本発明においては、Ｈファクターは２５０〜２５００が好ましい。Ｈファクターが２５０未満では芳香族モノマーの収率が低下し、２５００を超えても芳香族モノマーの収率は頭打ちとなる。
【００２０】
Ｈｆ＝∫exp（43.20−16113／Ｔ）ｄｔ
［式中、Ｔはある時点の絶対温度を表す］
得られた黒液中には芳香族モノマーが含有されており、例えば、バニリン、バニリン酸、シリンガアルデヒド、シリンガ酸、アセトバニロン、アセトシリンゴンが得られる。
【００２１】
本発明においては、蒸解後に得られた未漂白（未晒）パルプは、必要に応じて、種々の処理に供することができる。例えば、蒸解後に得られた未漂白パルプに対して、漂白処理を行うことができる。また、得られたパルプは製紙用途に使用することが可能であり、これを原料として糖類を製造することも可能である。
【００２２】
本発明により黒液中に生成された芳香族モノマーは、沈殿、抽出、蒸留、再結晶、吸着材など公知の方法によって目的とする芳香族モノマーを分離精製することができる。
【００２３】
蒸留としては、例えば、減圧蒸留、保護ガス雰囲気下の蒸留、又は水蒸気蒸留等が挙げられる。
【００２４】
また、芳香族モノマーは、抽出によって分離精製することができる。黒液中に形成された芳香族モノマーを分離するために、黒液に有機溶媒を添加して混合する（液体−液体抽出）。有機溶媒としては、水不混和性有機溶媒、例えば、ヘキサン若しくはオクタン等の5〜12の炭素原子を有する炭化水素、ジクロロメタン若しくはクロロホルム等の1〜10の炭素原子を有する塩素化炭化水素、ジエチルエーテル若しくはジイソプロピルエーテル等の2〜10の炭素原子を有する脂肪族エーテル、環状エーテル又はエチルエタノアート等の脂肪族エステル等が挙げられる。あるいは芳香族モノマーを分離するために、有機溶媒以外にも超臨界状態の二酸化炭素を添加して混合する方法が挙げられる。
【００２５】
また、黒液中の芳香族モノマーは、塩基性吸着剤、特にアニオン交換体を用いた処理によって、黒液から分離・精製することができる。アニオン交換体に吸着された芳香族モノマーは、酸、好ましくは、有機溶媒又は水性有機溶媒混合物中の鉱酸又は有機酸の希釈溶液で処理することによって、遊離することができる。
【００２６】
黒液中には、芳香族モノマーの他に溶解したリグニン分解物も含まれているので、例えば、下記の方法にてリグニン分解物を分離することができる。本発明にて、得られるリグニン分解物は分子量が８００〜２５００程度であり、熱硬化性樹脂、分散剤、接着剤として利用できる。また、さらに低分子化することによりフェノール樹脂原料やエポキシ樹脂原料として利用することができる。
【００２７】
黒液に酸及び／又は二酸化炭素を添加して、リグニン分解物を沈殿させる工程
ソーダ蒸解後に得られる黒液に酸及び／又は二酸化炭素を添加して、黒液のｐＨを１〜９、好ましくは２〜８に調整することにより、黒液中に溶解しているリグニン分解物を沈殿させることが可能となる。この工程は２回以上繰り返して行ってもよい。ｐＨ９を超えた場合、リグニン分解物の沈殿物が十分に生成せず、ｐＨ１未満ではリグニン分解物が分解してしまい沈殿物の回収率が低下する。使用する酸は無機酸でも有機酸でもよい。無機酸としては、硫酸、亜硫酸、塩酸、硝酸、亜硝酸、リン酸、炭酸等が挙げられ、硫酸が好ましい。また、二酸化塩素発生装置から排出される残留酸を使用してもよい。有機酸としては、酢酸、乳酸、蓚酸、クエン酸、ギ酸等が挙げられる。なお、黒液はｐＨを調整する前に、エバポレーターなどを用いて濃縮することができ、固形分は１０質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上５０質量％以下であることがより好ましい。
【００２８】
黒液のｐＨを１〜９に調整する際の温度は室温〜１００℃が好ましい。１００℃を超えるとリグニンが縮合するので、リグニン分解物の分子量が高くなる。
【００２９】
また、前述のｐＨを１〜９に調整する工程に先立って、二酸化炭素を添加してｐＨを７〜９に調整する工程を設けることが好ましい。処理温度としては、特に限定されないが、８０℃程度が好ましい。二酸化炭素を加える方法は特に限定されないが、大気圧下で吹き込む方法、あるいは密閉容器中で二酸化炭素を吹き込んで加圧（０．１〜１ＭＰａ）する方法がある。二酸化炭素としては、純粋な二酸化炭素ガスでもよいが、焼却炉、ボイラーなどから排出される燃焼排ガス、石灰焼成工程などから発生する二酸化炭素を含むガスを用いることもできる。
【００３０】
また、必要に応じて凝集剤を添加して、リグニン分解物の沈殿を促進させてもよい。凝集剤としては、硫酸バンド、塩化アルミ、ポリ塩化アルミ、ポリアミン、ＤＡＤＭＡＣ、メラミン酸コロイド、ジンアンジアジド等が挙げられる。
【００３１】
生成した沈殿物を脱水・洗浄して分取する工程
酸及び／又は二酸化炭素を添加してｐＨを１〜９に調整する工程にて得られたリグニン分解物の沈殿物は脱水し、水で洗浄する。沈殿物を脱水・洗浄するための装置としては、フィルタープレス、ドラムプレス、遠心脱水装置、吸引濾過装置等を使用することができる。洗浄する際に使用する水のｐＨは１〜９、温度は室温〜８０℃が好ましい。
【００３２】
また、前述の二酸化炭素を添加してｐＨを１〜９に調整する工程後においても、沈殿物を同様に脱水・洗浄する。
【００３３】
本発明で得られる芳香族モノマーは、香料、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、分散剤、接着剤の原料として利用できる。
【実施例】
【００３４】
以下に実施例にて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の％は特に断らない限り質量％を示す。
【００３５】
［実施例１］
１０Ｌ容の流通式オートクレーブにスギのチップ絶乾量３００ｇを入れ、水酸化ナトリウムを９０％（対チップ絶乾重量）、テトラヒドロアントラキノン（１，４−ジヒドロ−９，１０−ジヒドロキシアントラセンジナトリウム、川崎化成工業株式会社製、商品名：ＳＡＱ）を０．０２％（対チップ絶乾重量）、液比１５となるように蒸解薬液を添加して、蒸解温度１７０℃で４時間、Ｈファクター＝４０００でソーダ・ＡＱ蒸解を行い、パルプと黒液を得た。この際、蒸解開始から８０分間、酸素圧０．１ＭＰａ（酸素添加量５Ｌ／分、毎分２％（チップ絶乾重量））となるように酸素を添加し、その後空気圧０．１ＭＰａ（空気添加量５Ｌ／分、毎分２％（チップ絶乾重量））となるように空気を蒸解終了まで添加した。
【００３６】
［比較例１］
１０Ｌ容の流通式オートクレーブにスギのチップ絶乾量３００ｇを入れ、水酸化ナトリウムを９０％（対チップ絶乾重量）、テトラヒドロアントラキノン（１，４−ジヒドロ−９，１０−ジヒドロキシアントラセンジナトリウム、川崎化成工業株式会社製、商品名：ＳＡＱ）を０．０２％（対チップ絶乾重量）、液比１５となるように蒸解薬液を添加して、蒸解温度１７０℃で４時間、Ｈファクター＝４０００でソーダ・ＡＱ蒸解を行い、パルプと黒液を得た。この際、蒸解開始から終了まで酸素圧０．１ＭＰａ（酸素添加量５Ｌ／分、毎分２％（チップ絶乾重量））となるように酸素を添加した。
【００３７】
［比較例２］
１０Ｌ容の流通式オートクレーブにスギのチップ絶乾量３００ｇを入れ、水酸化ナトリウムを９０％（対チップ絶乾重量）、テトラヒドロアントラキノン（１，４−ジヒドロ−９，１０−ジヒドロキシアントラセンジナトリウム、川崎化成工業株式会社製、商品名：ＳＡＱ）を０．０２％（対チップ絶乾重量）、液比１５となるように蒸解薬液を添加して、蒸解温度１７０℃で４時間、Ｈファクター＝４０００でソーダ・ＡＱ蒸解を行い、パルプと黒液を得た。この際、蒸解開始から終了まで、空気圧０．１ＭＰａ（空気添加量５Ｌ／分、毎分２％（チップ絶乾重量））となるように空気を添加した。
【００３８】
［比較例３］
１０Ｌ容の流通式オートクレーブにスギのチップ絶乾量３００ｇを入れ、水酸化ナトリウムを９０％（対チップ絶乾重量）、テトラヒドロアントラキノン（１，４−ジヒドロ−９，１０−ジヒドロキシアントラセンジナトリウム、川崎化成工業株式会社製、商品名：ＳＡＱ）を０．０２％（対チップ絶乾重量）、液比１５となるように蒸解薬液を添加して、蒸解温度１７０℃で４時間、Ｈファクター＝４０００でソーダ・ＡＱ蒸解を行い、パルプと黒液を得た。この際、蒸解開始から８０分間、空気圧０．１ＭＰａ（空気添加量５Ｌ／分、  毎分２％（チップ絶乾重量））となるように空気を添加し、その後酸素圧０．１ＭＰａ（酸素添加量５Ｌ／分、  毎分２％（チップ絶乾重量））となるように酸素を蒸解終了まで添加した。
【００３９】
実施例及び比較例で得られた黒液中の芳香族モノマーの収率を下記の方法にて測定した。また、パルプの総収率、精選収率、粕率を下記の方法にて測定した。結果は表１に示した。
【００４０】
＜芳香族モノマーの測定＞
・分析装置：高速液体クロマトグラフ LcSolution Multi-PDA
・使用カラム：Shim-pack VP-ODS 150ｍｍ（長さ）×4.6ｍｍ（直径）
・溶離液：0.1%ギ酸：アセトニトリル=9：1の混合溶液
・流速：0.1％ギ酸が0.9ｍｌ/min、アセトニトリルが0.1ｍｌ/min
・検出：UV検出器(280ｎｍ)
標品（バニリン、バニリン酸、4-ヒドロキシベンズアルデヒド、アセトグアイアコン）を用いて各濃度の標準液を作製し、上記条件で測定し得られたピーク面積と濃度から検量線を作製した。次に、溶離液を用いて適宜希釈した黒液を、上記条件で測定した。得られたバニリン、バニリン酸、4-ヒドロキシベンズアルデヒド、アセトグアイアコンに該当するピーク面積と上記検量線から得られた濃度を、黒液中の芳香族モノマー濃度とした。芳香族モノマー濃度と蒸解の際の液比から芳香族モノマー収率を計算した。
【００４１】
＜総収率＞
蒸解前の木材チップの絶乾重量と蒸解後に得られた未漂白パルプの絶乾重量より算出した。
【００４２】
＜精選収率、粕率の測定＞
パルプの精選収率、粕率は８カットのフラットスクリーンを通過したものをパルプ重量（Ａ）と、通過しなかったパルプ重量（Ｂ）から次式で計算した。
精選収率＝１００×Ａ／（Ａ＋Ｂ）
粕率    ＝１００×Ｂ／（Ａ＋Ｂ）
【００４３】
【表１】
2019173237.tif 000002
【００４４】
表１に示されるように、実施例による方法によれば、芳香族モノマーを高収率で製造することが可能で、得られるパルプは粕が少なく精選収率が高かった。