JPH11501946A - リグニンベースのポリオール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 パルプ化プロセスから直ちに得られる特定のリグニンは、ポリオール組成物としてイソシアネート系と反応してフォーム及びウレタンプラスチックを生成する。本発明によるリグニンの使用により、耐水性及び難燃性が改善され、十分な剛性を備えた製品が製造される。ナトリウムレベルを調整して、イソシアネートとヒドロキシを反応させると、適切な物性の製品を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 リグニンベースのポリオール 発明の背景 現在、フォーム(foam)及びウレタンプラスチックは、ポリオールを少なくとも ２以上の官能性を持つイソシアネートに反応させて生成されている。このポリオ ールは、少なくとも２以上の官能性を持つポリエステル分子である。このポリオ ールを、種々の分子量の分子を生成するように、プロピレンオキサイド又はエチ レンオキサイドにエチレングリコール又はグリセリンのような分子を反応させて 生成されるポリエーテルポリオールとすることもできる。このポリエーテルポリ オールは、二官能性又は多官能性イソシアネートと反応して固形プラスチック又 はフォームを生成する枝状(pendant)水酸基を有している。しかし、現在、硬い フォーム又はウレタンプラスチックを製造するには、一部のポリオールを一部の イソシアネートに反応させることが必要である。この理由は、イソシアネートが 芳香族のベンゼン環を含むのが通常であり、これがフォームを固くして大きな架 橋密度を有することになるからである。 また、大きな問題は、イソシアネートが高いレベルで存在すると、そのフォー ムが燃えたときに、分子中のイソシアネートから生じる多くの有毒ガスを発生さ せることである。この有毒な気体を低減することができれば、それだけで大きな 効果を奏することになる。 ポリオール部分の一部にリグニン分子を使用することによって、かなりの効果 を奏することが発見された。その１つは、系中のポリオール部分にリグニンを使 用することによって、イソシアネートの量を４０％以上も削減することができる ことにあり、しかも、硬いフォームを製造することができる。これによって、系 のイソシアネート部分から生じる有毒ガスの量を減らすことができる。 リグニン分子は、天然のフェノールタイプの分子であり、木、麦、砂糖黍、他 の天然の材料から得ることができる。リグニンの殆どは、一般に、紙を製造する パルプ化工程の副産物として生成され、燃やされて燃焼熱を生じる。米国でだけ でも、年間50000000ポンドのリグニンが燃やされ、それだけ燃焼熱を生じる。硫 酸塩パルプ化プロセス(Kraft pulping process)、硫酸塩パルプ化プロセス(sulf ite pulping process)、半機械式パルプ化プロセス、ソルベントプロセス、蒸気 爆気プロセス及び生物学的(biomass)パルプ化プロセスから得られたどのような リグニンでも使用することができる。 本発明の１つは、イソシアネート基に対してポリオール成分と同等に反応する ある種のリグニンを発見したことにあり、これらのリグニンは、系の最終の所定 の物性に応じて、系中において異なるレベルで使用される。 リグニン分子を使用することによって、フォームの耐水性能をかなり改善する ことができ、特定レベルのリグニンをウレタンフォームに使用したとき、そのウ レタンフォームは水に直接接したときでもその水に対して殆ど不浸透性を示すも のであった。現在、市場で販売されているポリオール性フォームはスポンジのよ うに水分を吸収する。ポリオール系の一部としてリグニンを使用する他の効果は 、ウレタンプラスチック製品の生成フォームすなわちウレタンフォームの難燃性 にある。これは、リグニンが天然の燃焼抑制材として働いているからである。し かし、本発明の大きな特徴の１つは、リグニン分子が、エチレンオキサイドから 生成されたポリエーテルポリオール中に直ちに溶解できることにある。 一般的にポリエーテルポリオールがプロピレンオキサイドから生成された場合 、その結果物のポリオールはリグニン分子を容易に溶解せず、殆どの場合、分離 層を生じて高品質のウレタンフォーム又はウレタンプラスチック製品を製造しな い。この観点から上記の点は非常に重要である。我々は、ポリオールの一部とし てエチレンオキサイドが、リグニンと混合され得ることを認めるに至った。 発見されたことは、従来のポリエーテルポリオールがある種のリグニンに対し て限界ぎりぎりの溶解性を有する場合であっても、イソシアネートがリグニンと ポリオールの混合物に加えられたとき、そのリグニンは層分離を起こす傾向にあ るため、高品質のフォーム又はウレタンプラスチック製品を製造することは非常 に困難であり、機械的強度のある製品を製造することは困難であることである。 また、本発明の大きな特徴の１つは、高品質のウレタンフォーム又はプラスチ ック材料を製造するためには、ナトリウムやカリウムのような他の苛性イオンの リグニン中の量が最終ウレタン製品の物性に大きな影響を与えることである。こ れは、水中にアルカリ性のｐＨを生じさせる材料が、ウレタン結合を生成するイ ソシアネートヒドロキシ反応の非常に強い触媒として働いてことから理解するこ とができる。従って、ナトリウムのレベルが高すぎると、ヒドロキシ基とイソシ アネートの反応が急に生じて、非常に粗悪な品質の製品を製造してしまう。本発 明の大きな特徴の１つとして、ナトリウムのレベルを十分に下げて、リグニンベ ースのポリオールをイソシアネートと反応させて、有用な製品が製造できるよう にすることである。また、高レベルのナトリウムイオン又はカリウムのような他 の無機イオンは、フォームを経時的に劣化させることにもなる。実施例Ｉ 熱と圧力を加えることのできる適切な容器内で、適切な混合機を使用して攪拌 しながら、必要であれば熱の高圧力を加えながら、ソルベントパルプ化プロセス から生成されたリグニン３００部と、ＷＬ−４４０（プロピレンオキサイドとエ チレンオキサイドの混合物から得られたポリエーテルポリオール）７００部とを 混合した。この混合物は、溶解速度を上げるために２００°Ｆまで加熱された。 黒い液体が生成するまで攪拌が続けられた。生成物は、１００°Ｆで１５３２セ ンチストークスの機械的粘度を有する液体であった。この粘性は、使用したリグ ニンによるものであると考えられる。実施例II 熱硬化性ウレタン製品を製造するために、実施例Ｉの樹脂溶液１．５部とルビ ネート(Rubinate)Ｒ1840（ＩＣＩ製品）とが混合され、型に入れられて硬化させ られた。型は圧力型であり、加熱できるものであった。そして、この型によって 非常に強度のあるプラスチックが製造される。製品の硬度は使用された特定のリ グニンによるものと考えられる。実施例III フォームを製造するために、実施例Ｉのリグニンベースのポリオール２部が水 ０．０５部及びルビネートＲ1840１部に混合され、次いで、所定の容器に入れら れた。そして、フリーライジングフォーム(free rising foam)が製造された。実施例IV 低密度フォームを製造するために、発泡剤が実施例Ｉのリグニンベースのポリ オールに混合された。その後、実施例Ｉのリグニンベースのポリオール２部が、 フォラン(Forane)141b（１，１ジクロロ−１−フロロエタン）０．６部に混合さ れ、次いで、この混合物がルビネートＲ1840１部に混合され、そして、適切な容 器に入れられ、低密度フリーラジングフォームが製造された。実施例Ｖ 実施例Ｉのリグニンベースのポリオール上にウレタンコーティングを形成する ために、実施例Ｉのリグニンベースのポリオール１部が、コーティング用途に応 じた適切なコーティング溶剤１部に混合された。次いで、この混合物が、ルビネ ートＲ1840１部に混合され、得られた混合物が種々の基質をコーティングするた めに使用された。得られた混合物の粘度は、最終コーティング用途に応じて適切 な溶媒により調整できるものであった。 クラフトリグニン又は他のタイプのリグニンを利用できることは当業者にとっ て自明である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ //(Ｃ０８Ｌ 71/02 97:00） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．リグニンをポリオールに混合してイソシアネートと迅速に反応するリグニン ポリオールを生成させた、フォーム、プラスチック又は他の有用な材料を製造す る組成物。 ２．リグニンと混合するために使用されるポリエーテルポリオールが、活性材料 の１つとして１％乃至１００％のエチレンジオキサイドを含んでいる、第１項の 組成物。 ３．ポリエーテルポリオールの混合物がリグニンと混合するために使用される、 第１項の組成物。 ４．ポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールの混合物がリグニンと混 合するために使用される、第１項の組成物。 ５．アミノ基を含むポリエーテルポリオールの混合物がリグニンと混合するため に使用される、第１項の組成物。 ６．使用されるリグニンが、ソルベントパルプ化プロセスから得たものである、 第１項の組成物。 ７．使用されるリグニンが、硫酸塩パルプ化プロセスから得たものである、第１ 項の組成物。 ８．リグニンが生物学プロセスから得たものである、第１項の組成物。 ９．リグニンが機械的パルプ化プロセスから得たものである、第１項の組成物。 10．リグニンが硫酸塩パルプ化プロセスから得られたリグノスルホナートである 、第１項の組成物。 11．ポリオールがＷＬ−４４０（エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドか ら得られたポリオール）である、第１項の組成物。 12．ポリオールがＷＬ−１５９０（ハンツマンケミカル(Huntsman Chemical)に よるエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドから得られたポリオール）であ る、第１項の組成物。 13．リグニンが硫酸塩パルプ化プロセスから得られたリグノスルホナートである 、第１項の組成物。 14．ポリオールがＷＬ−４００（エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドか ら得られたポリオール）である、第１項の組成物。 15．リグニンが半機械プロセスから得られたリグニンである、第１項の組成物。 16．使用されるリグニンが、好ましくは、２％未満の灰レベル(ash level)であ る、第１項の組成物。 17．使用されるリグニンが、好ましくは、１％未満のナトリウムを含む、第１項 の組成物。 18．使用されるリグニンが、好ましくは、1000000部当り５００部未満のナトリ ウムを含む、第１項の組成物。 19．リグニンが、好ましくは、２％未満の水溶性イオンを含む、第１項の組成物 。 20．製造されるフォーム又はウレタン製品の耐水性を改善するために、リグニン をポリオールに加えた、組成物。 21．ウレタンフォーム又はウレタン製品の難燃性を改善するために、リグニンを ポリオール系に加えた、組成物。 22．フォーム、プラスチック及びコーティングのような有用製品を製造するため にナトリウムレベルが十分に低くされており、リグニンベースのポリオールにお けるイソシアネートとヒドロキシ基の反応速度が調整可能である、第１項の組成 物。 23．リグニンベースのポリオールが、種々の基質のウレタンコーティングを製造 するために、適切な溶媒に混合されるとともに適切なイソシアネートに混合され ている、第１項の組成物。