KR19980024583A - Processes for preparing high activity sulfonated lignin dye dispersants and dye mixtures containing the same high activity sulfonated lignin dye dispersants and the same - Google Patents
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Abstract
염료 케익과 염료 분산제로 이루어진 개선된 염료 혼합물들에 염료 분산제는 증가된 활량과 개선된 열안정성의 술폰화 또는 술포메틸화 리그닌으로 이루어진 것을 나타내었고 그 분산제 들은 술폰화 및 술포메틸화 리그닌의 저분자량 요소의 실질적 제거에 의해 제조되는 것을 나타내었다. 분산제의 저분자량 부분의 배제는 3,000 미만의 분자량을 가지고 있는 분자들의 실질적 부분을 제거하기 위한 술폰화 또는 술포메틸화 리그닌의 분별에 의해 이루어진다. 대신으로, 황산염 또는 소오다, 목재 펄프법으로부터 회수된 리그닌의 경우에, 리그닌은 술폰화 또는 술포메틸화 이전에 3000 미만의 분자량을 가지고 있는 분자들의 실질적 부분이 제거되기 위하여 리그닌은 분별될 것이다.Dye dispersants in improved dye mixtures consisting of dye cakes and dye dispersants have been shown to consist of sulfonated or sulfomethylated lignin of increased activity and improved thermal stability and the dispersants of low molecular weight elements of sulfonated and sulfomethylated lignin It is shown to be prepared by substantial removal. Exclusion of the low molecular weight portion of the dispersant is by fractionation of sulfonated or sulfomethylated lignin to remove substantial portions of molecules having a molecular weight of less than 3,000. Instead, in the case of sulfate or soda, lignin recovered from the wood pulp process, lignin will be fractionated so that substantial portions of molecules having molecular weights less than 3000 prior to sulfonation or sulfomethylation are removed.
Description
본 발명은 염료 분산제들로써 유용한 새로운 그리고 개선된 술폰화 리그닌들과 술폰화 리그닌들의 활량 및 열안정성을 개선시키는 방법에 관한 것이다.The present invention is directed to methods for improving the activity and thermal stability of new and improved sulfonated lignins and sulfonated lignins useful as dye dispersants.
염료 혼합물들은 일반적으로 염료들 및 분산제 및/또는 희석제의 염료 케익으로 이루어진다. 이 염료 혼합물들은 자연섬유와 합성섬유 모두를 염색하는데 널리 사용된다. 염료 혼합물에서 분산제는 세가지 기본적 기능을 한다; (1) 그것은 염료 입자를 미세 크기로 줄이는데 도움을 준다; (2) 그것은 분산하는 매개체를 함유한다; 그리고 (3) 그것은 희석제로 사용된다.Dye mixtures generally consist of dye cakes and dye cakes of dispersants and / or diluents. These dye mixtures are widely used to dye both natural and synthetic fibers. Dispersants in dye mixtures have three basic functions; (1) it helps to reduce dye particles to fine size; (2) it contains a dispersing medium; And (3) it is used as a diluent.
염료 분산제들은 일반적으로 두가지 주요 형태중 하나이다: (1) 나무, 지푸라기, 옥수수 줄기, 바가스 기타 등등과 같은 리그노셀룰로오스 물질을 리그닌으로부터 셀룰로오스 또는 펄프를 분리하여 제조하는 목재펄프 산업으로 부터의 술폰화 리그닌들(아황산염 펄프 법이든 크래프트 펄프법을 경유하여) 또는 (2) 섬유 산업으로 부터의 나프탈렌 술폰산염들. 본 발명은 술폰화 리그닌 염료의 분산제들에 관한 것이다. 아황산염(또는 중아황산염) 목재펄프법 리그닌은 흑액으로 알려진 배출펄프액으로부터 리그노술폰산염으로 회수된다; 그런데 크래프트(또는 황산염) 목재펄프법 리그닌은 흑액으로부터 리그닌의 나트륨염(IndulinR마크로 Westvac Corporation에 의해 매매된 제품들)으로 회수된다.Dye dispersants are generally one of two main forms: (1) sulfonation from the woodpulp industry, which manufactures lignocellulosic materials, such as wood, straw, corn stalks, vargas and the like, by separating cellulose or pulp from lignin. Lignin (either sulfite pulp method or via kraft pulp method) or (2) naphthalene sulfonates from the textile industry. The present invention relates to dispersants of sulfonated lignin dyes. Sulfite (or bisulfite) woodpulp method Lignin is recovered as lignosulfonate from discharged pulp liquor known as black liquor; The craft (or sulfate) woodpulp method lignin is recovered from the black liquor to the sodium salt of lignin (products sold by Westvac Corporation under the Indulin R macro).
이 회수된 리그닌은 염료 분산제들(PolyfonR, KraftsperseR및 ReaxR마크로 Westvaco Corporation에 의해 매매된 제품들)로 사용을 위하여 술폰화 또는 술포메틸화된다. 여기에 사용된 것으로 용어 술폰화 리그닌들은 일반적으로 상기에 기술된 것처럼 리그노술폰산염들, 술폰화리그닌들 또는 술포메틸화 리그닌들 말하는 것으로 사용될 것이다.The recovered lignin dye dispersants for use in the (R Polyfon, Kraftsperse R and R marks Westvaco Reax the products for sale by the Corporation) is methylated sulfonated or sulfo. As used herein, the term sulfonated lignin will generally be used to refer to lignosulfonates, sulfonated lignins or sulfomethylated lignin as described above.
염료 혼합물들에서 분산제들로 술폰화리그닌들을 사용하는 이점들은 (1) 유용성이 있다는 것과 (2) 주위 온도와 고온에서 많은 염료계에 좋은 조합성 및 현저한 분산성을 포함하는 훌륭한 물리적 성질을 가지고 있다. 그러나 그것들이 아황산염 리그닌들이든 크래프 술폰화 리그닌들이든지 리그닌들을 분산제들로 사용하는데는 많은 단점들이 있다. 이 부정적인 요소들은 리그닌들이 사용된 것의 섬유 염색(마른 분말형태에 리그닌은 갈색이기 때문이다.)과 열안정성(염색과정은 고온에서 행해지기 때문이다.)을 포함한다. 이 불리한 성질들은 염색 제조자에게는 성가신 것이고 이 단점들을 극복하기 위해서는 많은 시도가 이루어져 왔다.The advantages of using sulfonated lignin as dispersants in dye mixtures have excellent physical properties, including (1) availability and (2) good combination and remarkable dispersibility for many dye systems at ambient and elevated temperatures. . However, there are many drawbacks to using lignin as a dispersant, whether they are sulfite lignin or craft sulfonated lignin. These negative factors include fiber staining of the lignin used (because the lignin is brown in the dry powder form) and thermal stability (since the dyeing process is performed at high temperatures). These disadvantageous properties are cumbersome for dye manufacturers and many attempts have been made to overcome these drawbacks.
수많은 기술적 발전들은 새로운 방법과, 염료 분산제들로써 희망하는 술폰화 리그닌들을 만드는 그 성질들에 어떠한 주요 불리 효과들도 동시에 야기하지 않고, 염료 분산제로 그런 물질들을 사용하는 부정적인 면을 감소시키는 술폰화 리그닌을 변성시키는 방법들을 낳았다. US. 특허 No. 4,001,202에서는 리그닌을 에피할로히드린과 반응시킴에 의해 염료 분산제로 유용한 개선된 섬유 염색성을 가지고 있는 술폰화 리그닌은 제조하는 방법을 기술했다. 또한 U.S. 특허 No. 4,338,091에서는 변성된 리그닌을 아황산나트륨 및 알데히드와 반응시킨 것을 교시했다; 리그닌은 이티온산나트륨으로 전처리함으로써 변성되어 왔다.Numerous technological advances have denatured sulfonated lignin, reducing the negative side of using such materials as dye dispersants without causing any major adverse effects on the new methods and their properties of making the desired sulfonated lignin with dye dispersants at the same time. It gave birth to ways. US. Patent No. In 4,001,202 a sulfonated lignin having improved fiber dyeability useful as a dye dispersant by reacting lignin with epihalohydrin is described. Also U.S. Patent No. 4,338,091 teaches reacting denatured lignin with sodium sulfite and aldehydes; Lignin has been denatured by pretreatment with sodium ethionate.
염료 분산제들로 그것들을 더 적합하게 만드는 리그닌을 반응시키는 것 또는 변성시키는 첨가된 구체예들에는 U.S. 특허 No. 4,184,845, 4,131,564, 3,156,520, 3,094,515, 3,726,850, 2,680,113 및 3,769,272가 포함된다. 예로든 기술은 기술의 양상을 보여주는 것이지만 리그닌 변성을 모두 포함하는 경향이 있지 않다는 것을 의미한다.Additional embodiments for reacting or denaturing lignin which make them more suitable with dye dispersants are described in U.S. Pat. Patent No. 4,184,845, 4,131,564, 3,156,520, 3,094,515, 3,726,850, 2,680,113 and 3,769,272. The example technique shows an aspect of the technique but does not tend to include all of the lignin denaturation.
비록 상기에 술폰화 리그닌들의 처리와 제조에 관한 방법이 염색하는 동안 약간의 이점을 제공하였지만 어떠한 것도 특허청구된 방법에 따라 만들어진 개선된 생성물들에 의해 획득된 개선을 가지고 있는 생성물을 제조하지는 못해 왔다.Although the above method for the treatment and preparation of sulfonated lignin has provided some advantages during dyeing, none has been able to produce a product with improvements obtained by improved products made according to the claimed method. .
염색 과정 동안 단지 염료는 섬유의 친밀부가 되는 섬유 위에 고갈된다. 배출액에 남아 있는 리그닌과 다른 염색 보조제는 첫 번째 및 두 번째 폐처리 설비에서 연속적으로 처리되는 것이 필요하다. 비록 리그닌은 자연물질이지만 리그노 술폰산염들은 비교적 생물 분해성이 없는 것으로 고려되고(석유산업으로 부터의 합성 분산제 보다는 더 생물 분해성이 있기는 하지만), 그것들은 종종 염료공장 또는 당국의 폐수처리 설비의 용량을 초과하기 때문에 환경상으로 불리한 것으로 보여진다.During the dyeing process only the dye is depleted over the fibers becoming intimate parts of the fibers. Lignin and other dyeing aids remaining in the effluent need to be treated continuously in the first and second waste treatment plants. Although lignin is a natural substance, lignosulfonates are considered relatively non-biodegradable (although they are more biodegradable than synthetic dispersants from the petroleum industry), and they are often the capacity of dye plants or authorities' wastewater treatment facilities. It appears to be environmentally disadvantageous because it exceeds.
이 과제의 한가지 해법은 리그닌 분산제들의 염료 분산 활량을 증가시키는 것일 것이다. (용어 활량은 효과적으로 작용하기에 필요한 분산제의 상대적인 양을 말한다. 수행하는데 필요한 분산제가 적어질수록 그것의 활량은 많다; 반면에 수행하는데 필요한 분산제가 많아질수록 그것의 활량은 낮은 것이다.) 그런 증가된 활량은 염색하는데 필요한 첨가량를 감소시키고 그것에 의해 존재하는 폐수처리 문제를 감소시킬 것이다.One solution to this task would be to increase the dye dispersion activity of the lignin dispersants. (The term vigor refers to the relative amount of dispersant needed to function effectively. The less dispersant needed to perform, the higher its activity; on the other hand, the more dispersant required to perform, the lower its activity.) The increased activity will reduce the amount of additive needed to dye and thereby reduce the wastewater treatment problems present.
그래서 개선된 성질들의 술폰화 리그닌들을 제공하여 염료 분산제들로써 그것들의 유용성을 높이는 것이 본 발명의 일반적인 목적이다.It is therefore a general object of the present invention to provide sulfonated lignin of improved properties to increase their usefulness as dye dispersants.
본 발명의 특별한 목적은 술폰화 리그닌 분산제들의 활량을 증가시키는 것이다.A special object of the present invention is to increase the amount of sulfonated lignin dispersants.
본 발명의 또다른 목적은 술폰화 리그닌을 함유하는 염료 조제약의 열안정성을 개선시키는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for improving the thermal stability of dye preparations containing sulfonated lignin.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 본 발명의 다음의 자세한 설명으로 보여줄 것이다.Other objects, features and advantages of the invention will be set forth in the following detailed description of the invention.
도 1은 연속적으로 술폰화되고 염료분산제로써 Disperse Orang 30 염료가 사용된 리그닌의 여러 가지 분자량 부분들로 이루어진 열안정성 데이터의 그래프도이다.1 is a graphical representation of thermal stability data consisting of various molecular weight moieties of lignin that are continuously sulfonated and using Disperse Orang 30 dye as a dye dispersant.
도 2는 연속적으로 술폰화되고 염료 분산제로써 Disperse Red 167:1 염료가 사용된 리그닌의 여러 가지 분자량 부분들로 이루어진 열안정성 데이터의 그래프도이다.FIG. 2 is a graphical representation of thermal stability data consisting of various molecular weight moieties of lignin that were continuously sulfonated and used Disperse Red 167: 1 dye as the dye dispersant.
도 3은 Disperse Red 167:1 염료를 사용하여 두 개의 리그닌의 술폰화 분자량 부분들과 그것들의 조합의 상대적 염료 분산제의 활량 들로 이루어진 것에 대한 열안정성 데이터의 그래프도이다.FIG. 3 is a graphical representation of thermal stability data for the disulfide molecular weight portions of two lignins using the Disperse Red 167: 1 dye and the relative dye dispersants of their combinations.
도 4는 Disperse Orange 30 염료를 사용하여 술폰화 리그닌 염료 분산제들과 상업적 술폰화 리그닌 염료 분산제의 상대적 분자량 부분들로 이루어진 것에 대한 열안정성 데이터의 바아(bar) 그래프도이다.FIG. 4 is a bar graph of thermal stability data for the composition of the relative molecular weight portions of sulfonated lignin dye dispersants and commercial sulfonated lignin dye dispersants using Disperse Orange 30 dye.
도 5는 Disperse Red 167:1 염료를 사용하여 술폰화 리그닌 염료 분산제들과 상업적 술폰화 리그닌 염료 분산제의 상대적 분자량 부분들로 이루어진 것에 대한 열안정성 데이터의 바아(bar) 그래프도이다.FIG. 5 is a bar graph of thermal stability data for the composition of the relative molecular weight portions of sulfonated lignin dye dispersants and commercial sulfonated lignin dye dispersants using Disperse Red 167: 1 dye.
도 6은 Disperse Blue 79:1 염료를 사용하여 술폰화 리그닌 염료 분산제들과 상업적 술폰화 리그닌 염료 분산제의 상대적 분자량 부분들로 이루어진 것에 대한 열안정성 데이터의 바아(bar) 그래프도이다.FIG. 6 is a bar graph of thermal stability data for the composition of the relative molecular weight portions of sulfonated lignin dye dispersants and commercial sulfonated lignin dye dispersants using Disperse Blue 79: 1 dye.
도 7은 Disperse Blu 60 염료를 사용하여 술폰화 리그닌 염료 분산제들과 상업적 술폰화 리그닌 염료 분산제의 상대적 분자량 부분들로 이루어진 것에 대한 열안정성 데이터의 바아(bar) 그래프도이다.FIG. 7 is a bar graph of thermal stability data for the composition of the relative molecular weight portions of sulfonated lignin dye dispersants and commercial sulfonated lignin dye dispersants using Disperse Blu 60 dye.
도 8은 Disperse Orange 30 염료를 사용하여 술폰화 리그닌 염료 분산제의 특별한 분자량 부분의 여러 가지 첨가로 상업적(분별되지 않은) 술폰화 리그닌 염료 분산제와 비교되는 열안정성 데이터의 바아(bar) 그래프도이다.FIG. 8 is a bar graphical representation of thermal stability data compared to a commercial (unsorted) sulfonated lignin dye dispersant with various additions of specific molecular weight portions of the sulfonated lignin dye dispersant using Disperse Orange 30 dye.
도 9는 Disperse Red 167:1 염료를 사용하여 술폰화 리그닌 염료 분산제의 특별한 분자량 부분의 여러 가지 첨가로 상업적(분별되지 않은) 술폰화 리그닌 염료 분산제와 비교되는 열안정성 데이터의 바아(bar) 그래프도이다.FIG. 9 is a bar graph of thermal stability data compared to a commercial (unsorted) sulfonated lignin dye dispersant with various additions of a particular molecular weight portion of the sulfonated lignin dye dispersant using Disperse Red 167: 1 dye. to be.
도 10은 Disperse Blue 79:1 염료를 사용하여 술폰화 리그닌 염료 분산제의 특별한 분자량 부분의 여러 가지 첨가로 상업적(분별되지 않은) 술폰화 리그닌 염료 분산제와 비교되는 열안정성 데이터의 바아(bar) 그래프도이다.FIG. 10 is a bar graph of thermal stability data compared to a commercial (unclassified) sulfonated lignin dye dispersant with various additions of a particular molecular weight portion of the sulfonated lignin dye dispersant using Disperse Blue 79: 1 dye. to be.
도 11은 Disperse Blue 60 염료를 사용하여 술폰화 리그닌 염료 분산제의 특별한 분자량 부분의 여러 가지 첨가로 상업적(분별되지 않은) 술폰화 리그닌 염료 분산제와 비교되는 열안정성 데이터의 바아(bar) 그래프도이다.FIG. 11 is a bar graphical representation of thermal stability data compared to a commercial (unsorted) sulfonated lignin dye dispersant with various additions of specific molecular weight portions of the sulfonated lignin dye dispersant using Disperse Blue 60 dye.
본 발명의 요약Summary of the invention
염료 혼합물들에 염료 분산제들로써 유용한 술폰화 그리고 술포메틸화 리그닌들의 활량은 술폰화 그리고 적어도 술폰메틸화 리그닌의 저분자량 요소의 실질적 부분의 제거에 의해 리그닌의 열안정성의 개선과 함께 극적으로 증가될 수 있다. 바람직하게는 필수적으로 술폰화 및/또는 술포에틸화 리그닌의 저분자량 요소들 모두는 제거하는 것이다. 대신으로, 염료 분산제 성질에서 비슷한 개선은 적어도 흑액으로부터 회수된 리그닌의 저분자량 요소의 실질적 부분을 제거하고 연속적으로 고평균 분자량 리그닌 요소를 술폰화 또는 술포메틸화함으로 획득될 수 있다. 바람직하게는 필수적으로 리그닌의 저분자량 요소 모두를 제거하고 이어서 나머지 고평균 분자량 리그닌 물질을 술폰화 및/또는 술포메틸화시킨다.The amount of sulfonated and sulfomethylated lignin useful as dye dispersants in dye mixtures can be dramatically increased with the improvement of thermal stability of lignin by sulfonation and at least removal of a substantial portion of the low molecular weight component of sulfonmethylated lignin. Preferably essentially all of the low molecular weight elements of sulfonated and / or sulfoethylated lignin are removed. Instead, similar improvements in dye dispersant properties can be obtained by removing at least a substantial portion of the low molecular weight urea of lignin recovered from the black liquor and subsequently sulfonating or sulfomethylating the high average molecular weight lignin urea. Preferably essentially all of the low molecular weight elements of lignin are removed and the remaining high average molecular weight lignin material is sulfonated and / or sulfomethylated.
바람직한 구체예(들)의 기술Description of Preferred Embodiment (s)
리그닌은 대부분의 고식물들의 세포벽 폴리사카라이드에 결합된 무정형 페닐프로판 중합체이다. 리그닌이 무질서한 성질로 형성되어 있기 때문에 리그닌의 완전한 3차원 구조는 아직 공지되어 있지 않았다. 여러 가지 식물들로부터 리그닌 샘플들의 저하된 연구에도 불구하고 리그닌 중합체가 자유 라디칼 방법으로 식물 과산화효소에 의해 중합되는 코니페릴, 쿠마릴 및 시나필 알콜들로 주로 이루어져 있는 것이 보여져 왔고 그리고 이 자유 라디칼 반응은 그것들의 불규칙한 구조를 이끌어낸다.Lignin is an amorphous phenylpropane polymer bound to cell wall polysaccharides of most solids. Since lignin is formed in disordered properties, the complete three-dimensional structure of lignin is not yet known. Despite the degraded study of lignin samples from various plants, it has been shown that lignin polymers consist primarily of coniferyl, coumaryl and cinafil alcohols polymerized by plant peroxidase in the free radical method and this free radical reaction Elicit their irregular structure.
어떤 공지된 목재 펄프법으로부터 회수된 리그닌들은 본 발명의 방법에 사용될 것이다; 그러나 바람직하게는 자연 리그닌이 나트륨염으로 존재하는 크래프트 목재 펄프법으로부터 그것들을 얻는다. 크래프트 펄프법에서 목재는 다른 분자량의 회수될 수 있는 리그닌들의 범위를 주는 자연 리그닌을 여러 가지로 저하시키는 강 알칼리 효과를 나타낸다. (예를들어 실시예 1의 표 1의 하부 참조) 이 방법에서 회수된 리그닌들은 셀룰로오스로부터 분리되고 펄프액에 녹는 용해성이 있는 나트륨염을 형성한다. 리그닌은 리그닌염의 용해되지 않는 점까지 (∼pH 9-10) 흑액의 pH를 낮춤으로 흑액으로 알려진 배출 펄프액으로부터 회수된다.Lignins recovered from any known wood pulp method will be used in the method of the present invention; But preferably they are obtained from the kraft wood pulp method in which natural lignin is present as the sodium salt. In the kraft pulp process, wood exhibits a strong alkali effect that lowers the natural lignin in many ways, giving a range of lignin that can be recovered at different molecular weights. Lignins recovered in this process form soluble sodium salts that are separated from cellulose and are soluble in pulp liquid. Lignin is recovered from the discharged pulp solution known as black liquor by lowering the pH of the black liquor to the point where the lignin salt is not dissolved (˜pH 9-10).
리그닌 염을 함유하는 흑액의 pH 저하는 이산화탄소와 같은 산성물질의 도입에 의해 쉽게 이루어진다. 흑액에 산을 첨가하여 pH를 감소시키는 것에서 이온형태로 된 리그닌 분자 위에 페놀산기들이 그것들의 자유 페놀 또는 산 형태로 전환된다. 이 전환은 리그닌을 흑액에 불용성이 되도록 하고 그 결과 그것은 침전한다.The pH drop of black liquor containing lignin salt is easily achieved by the introduction of acidic substances such as carbon dioxide. In reducing the pH by adding acid to the black liquor, phenolic acid groups are converted to their free phenol or acid form on the lignin molecule in ionic form. This conversion renders lignin insoluble in the black liquor and as a result it precipitates.
이 침전법에 의해 흑액으로부터 회수된 알칼리 리그닌들은 수불용성 생성물이다. 본 발명이 향한 크래프트, 소오다 또는 다른 알칼리법으로부터 획득된 리그닌들은 술폰화 생성물로 회수되지 않지만 그런 물질과 중아황산염 또는 아황산염의 반응에 의해 연속적으로 술폰화될 것이다. 술폰화 리그닌은 적어도, 적당한 산성 및 고 pH 용액안에서 물에 녹을 수 있도록 하는 충분한 양의 술폰산기를 함유하는 어떤 리그닌이다. 리그닌이 술폰화 및/또는 술포메틸화된(표 2참조) 리그노술폰산염들(표 4참조) 또는 술폰산 리그닌들(표 1참조)로 회수된 아황산 리그닌들인 회수된 리그닌들 안에 항상 상당한 저분자량 부분이 존재한다.Alkali lignin recovered from the black liquor by this precipitation method is a water insoluble product. Lignins obtained from kraft, soda, or other alkali methods to which the present invention is directed will not be recovered as sulfonated products but will be sulfonated continuously by reaction of such materials with bisulfite or sulfite. Sulfonated lignin is any lignin that contains a sufficient amount of sulfonic acid groups to at least dissolve in water in a suitable acidic and high pH solution. Substantially low molecular weight moieties in recovered lignin that are lignin sulfonicated and / or sulfomethylated (see Table 2) lignosulfonates (see Table 4) or sulfonic lignins (see Table 1). This exists.
Dilling의 U.S. 특허 No. 4,551,151에서는 약 5,000 또는 그 미만의 분자량을 가지는 리그닌들은 연속적으로 술폰화된 어떤 리그닌 물질들의 염료 혼합물 열안정성 수행에 영향을 미친다는 것을 나타내었다. Dilling은 약 5,000 또는 그 미만의 분자량을 가지고 있는 리그닌의 거의 무시할 정도의 양은 고분자량 리그닌 생성물들과 함께 침전되지 않고 그래서 흑액과 함께 용액내에 남아 있는 pH에서 리그닌 염을 함유하는 알칼리 흑액의 산화를 교시했다.Dilling's U.S. Patent No. 4,551,151 showed that lignin having a molecular weight of about 5,000 or less affected the performance of the dye mixture thermal stability of certain sulfonated lignin materials in succession. Dilling teaches the oxidation of alkaline black liquor containing lignin salts at a pH that remains negligible with high molecular weight lignin products, with almost negligible amounts of lignin having a molecular weight of about 5,000 or less. did.
Dilling (U.S. 4,551,151) 연구법에 과제들중 하나는 산첨가를 경유한 흑액으로부터 리그닌의 유리는 양성자 첨가 위에 리그닌을 침전시키는 페놀산기의 이온화를 넓게 포함한다는 것이다. 산화 단계 동안 생성된 과도로 높은 전해질 농도의 결과로 염침전 또한 발생한다. 그것들의 크기 때문에 저분자량 부분은 양성자기의 수가 동일하다는 가정하에 고분자량 리그닌 보다 용액속에 더 오래 남아 있을 것이 틀림없다. pH 조절과 연이어 일어나는 여과를 토대로 한 저분자량 부분의 분리는 다른 이웃하는 작용성에 따라 변하는 산성을 가지고 있는 친수성 페놀의 최고의 수를 가진다. 이것은 단지 저분자량 리그닌들의 분리를 불가능하게 만드는 용해도-pH 관계를 많이 변화시킨다. 사실, 특허된 방법에 의해 저분자량 부분(5,000) 제거의 극대는 언제나 중간 분자량 부분의 상당 부분 제거를 포함한다. 희망하는 분산성에 이 물질의 긍정적 기여를 잃게 하는 것 외에 분리 공정은 매우 비효과적이고 그래서 비용면에서 불리하다.One of the challenges in the Dilling (U.S. 4,551,151) method is that the release of lignin from black liquor via acid addition broadly involves the ionization of phenolic acid groups that precipitate lignin over proton addition. Salt precipitation also occurs as a result of excessively high electrolyte concentrations generated during the oxidation step. Because of their size, the low molecular weight portion must remain in solution longer than high molecular weight lignin, assuming that the number of protons is the same. Separation of the low molecular weight moiety based on pH control followed by filtration has the highest number of hydrophilic phenols with acid that varies with other neighboring functionality. This only changes so much the solubility-pH relationship that makes the separation of low molecular weight lignin impossible. In fact, the maximum of low molecular weight moiety 5,000 removal by the patented method always involves removing a substantial portion of the middle molecular weight moiety. In addition to losing the positive contribution of this material to the desired dispersibility, the separation process is very ineffective and therefore disadvantageous in cost.
본 발명에서, Dilling (U.S. '151)에 의한 교시 처럼 흑액에서 특별한 리그닌 부분의 유리는 없다. 게다가 술폰화 및 술포메틸화 리그닌들이 분별들은 pH 조절에 의존하지 않는다.In the present invention, there is no particular lignin free in black liquor as taught by Dilling (U.S. '151). Moreover, the fractionation of sulfonated and sulfomethylated lignins does not depend on pH control.
이온화 침전 원리와 반대로, 본 발명의 분리는 분자 크기 분리만을 토대로 한다. 다양한 술폰화 아황산 리그닌들과 술포메틸화 및 술폰화 크래프트 리그닌으로부터 저분자량의 제거는 리그닌 안의 작용기의 방해 없이 일어나고 그래서 본 발명 방법은 차례로 매우 개선된 술폰화 리그닌 분산제 생성물을 제공하는 분리 방법에 있어서 거대한 발전이라는 것이 다음의 실시예들로부터 분명해 질 것이다. 본 발명 방법은 일반적으로 개선되고 고활량인 염료의 분산제를 제공할 뿐만아니라 특별한 염료계에 특별한 염료를 맞추는 분산제 제조기도 허용한다.In contrast to the ionization precipitation principle, the separation of the present invention is based only on molecular size separation. The removal of low molecular weight from various sulfonated sulfite lignins and sulfomethylated and sulfonated kraft lignin occurs without disturbing the functional groups in the lignin so that the present method in turn is a huge advance in the separation process providing a highly improved sulfonated lignin dispersant product. It will be apparent from the following examples. The process of the present invention not only provides a dispersant of generally improved and high active dyes, but also allows dispersant manufacturers to tailor a particular dye to a particular dye system.
종래의 리그닌 유리와 분리(즉, 산화, 응결 및 여과/경사) 위에, 종래의 리그닌-기재 염료 분산제를 개선시키는데에 다음 단계는 적당하게 리그닌을 술폰화시키는 것이다. 리그닌의 술폰화 정도는 수용성 용액안에 리그닌의 용해도와 그런 리그닌의 점도에 비례한다는 것을 언급할 것이다. 그래서 술폰화 리그닌의 용해도 측정은 그것의 술폰화 정도를 결정하는 한 방법이다.On separation (ie oxidation, condensation and filtration / tilting) with conventional lignin glass, the next step in improving conventional lignin-based dye dispersants is to sulfonate lignin as appropriate. It will be mentioned that the degree of sulfonation of lignin is proportional to the solubility of lignin in aqueous solutions and the viscosity of such lignin. So measuring the solubility of sulfonated lignin is one way to determine its degree of sulfonation.
리그닌을 술폰화 시키는 종래 방법들 중 하나는 아황산나트륨과 포름알데히드로 그런 리그닌을 반응시킴에 의해 알칼리 리그닌을 술포메틸화 시키는 것을 포함한다. 이 방법은 E. Adler et al. in U.S. 특허 No. 2,680,113에 기술되어 있다. 술포메틸화는 -CH2SO3H 기를 리그닌의 방향족 핵에 결합시키는 그런 방법으로 리그닌 분자의 방향족 핵 위에서 행해진다. 이런 술폰화제로 리그닌의 처리가 50℃에서, 200℃, 적당하게 80℃에서 170℃, 바람직하게는 100℃에서 160℃까지의 온도범위내에서 수행된다고 Alder가 교시했다. 무수 아황산나트륨으로 계산된, 사용된 아황산염의 양은 무수 리그닌 양의 약 10% 내지 100%로 다양할 것이고 알데히드의 양은 아황산염과 같은 양이거나 더 작은 즉, 무수 리그닌 물질의 양에 대하여 계산된 약 1%가 떨어진다. 그 처리는 알카리 용액에서 바람직하게 수행된다.One of the conventional methods of sulfonating lignin involves sulfomethylation of alkaline lignin by reacting sodium sulfite with formaldehyde such lignin. This method is described in E. Adler et al. in US Patent No. 2,680,113. Sulfomethylation is carried out on the aromatic nucleus of the lignin molecule in such a way that the -CH 2 SO 3 H group is bonded to the aromatic nucleus of the lignin. Alder taught that the treatment of lignin with such sulfonating agents is carried out at temperatures ranging from 50 ° C. to 200 ° C., suitably from 80 ° C. to 170 ° C., preferably from 100 ° C. to 160 ° C. The amount of sulfite used, calculated as anhydrous sodium sulfite, will vary from about 10% to 100% of the anhydrous lignin amount and the amount of aldehyde will be equal to or less than the sulfite, i.e. about 1% calculated for the amount of anhydrous lignin material. Falls. The treatment is preferably carried out in an alkaline solution.
알칸리 리그닌은 또한, 알칼리 리그닌이 물과 섞여 슬러리를 형성하는 술포메틸화가 이루어질 것이다. 슬러리에 술포메틸화제, 즉 아황산나트륨 및 포름알데히드를 첨가한다. 아황산나트륨 대 포름알데히드의 비는 약 1.1:0.1에서 약 2.5:1.0 까지 변동하고, 바람직한 범위는 약 1.3:0.8이다. 포름알데히드와 비교하여 아황산나트륨의 과량 첨가는 감소된 분자량을 가지고 있는 술폰화 리그닌 생성물을 얻는다고 알려져 왔다.Alkanri lignin will also be sulfomethylated in which alkali lignin mixes with water to form a slurry. To the slurry is added a sulfomethylating agent, ie sodium sulfite and formaldehyde. The ratio of sodium sulfite to formaldehyde varies from about 1.1: 0.1 to about 2.5: 1.0, with a preferred range of about 1.3: 0.8. Excessive addition of sodium sulfite compared to formaldehyde has been known to yield sulfonated lignin products with reduced molecular weight.
포름알데히드와 아황산나트륨을 화학양론적인 양으로 조합시켰을 때 거의 동시에 그것들은 히드록시 메탄 술폰에이트를 형성하고 그것들은 교대로 리그닌과 반응하여 술폰화 리그닌 유도체를 형성한다. 히드록시 메탄 술폰에이트 중간생성물은 희망하는 형태로 단지 90% 까지 존재하지만 반면에 항상 반응물 10%는 존재한다. 존재하는 반응물 10%를 가지는 것에 의한 문제는 포름알데히드가 술포메틸화되는 리그닌과 커플링 반응한다는 것이다. 그래서 가능한한 반응 혼합물안에 미반응 포름알데히드를 적은 양을 가지는 것이 이로울 것이다. 이것은 아황산나트륨 대 포름알데히드의 여러 가지 몰비에 의해 수행될 수 있다. 아황산나트륨 대 포름알데히드 몰비의 증가는 미반응 포름알데히드의 잔류량을 이용하여 히드록시 메탄 술폰에이트 중간 생성물의 양을 더 많이 생성시키는 결과를 낳았다. 아황산나트륨의 증가된 양은 중합도를 더 낮추어 결과적으로 저분자량을 가지고 있는 술폰화 리그닌을 야기시켰다.Almost simultaneously when formaldehyde and sodium sulfite are combined in stoichiometric amounts they form hydroxy methane sulfonate and they alternately react with lignin to form sulfonated lignin derivatives. The hydroxy methane sulfonate intermediate is present in the desired form only up to 90%, whereas always 10% of the reactants are present. The problem with having 10% of the reactants present is that the formaldehyde reacts with the lignin being sulfomethylated. So it would be advantageous to have as little unreacted formaldehyde in the reaction mixture as possible. This can be done by various molar ratios of sodium sulfite to formaldehyde. Increasing the sodium sulfite to formaldehyde molar ratio resulted in the use of the residual amount of unreacted formaldehyde to produce more amounts of hydroxy methane sulfonate intermediate. The increased amount of sodium sulfite lowered the degree of polymerization further, resulting in sulfonated lignin with low molecular weight.
추가의 술폰화 법에서, 침전된 리그닌을 바람직하게는 황산으로 산세척 처리하고 약 1.5에서 약 5.0까지 변하는 pH를 가지는 리그닌 물질을 제조하기 위하여 건조시킨다. 리그닌이 물과 조합하여 약 25% 고체의 슬러리를 형성할 때 리그닌은 침전된 형태로 이 pH 범위에서 존재한다. 만약 리그닌 슬러리의 pH가 5미만라면 pH는 수산화나트륨을 사용함으로 약 5.0까지 올라간다. 이 점에서 아황산나트륨은 약 7.0 내지 7.5의 범위까지 반응생성물의 초기 pH를 올리기 위해 첨가한다.In a further sulfonation method, the precipitated lignin is preferably pickled with sulfuric acid and dried to produce a lignin material having a pH that varies from about 1.5 to about 5.0. When lignin combines with water to form a slurry of about 25% solids, lignin is present in this pH range in precipitated form. If the pH of the lignin slurry is less than 5, the pH is raised to about 5.0 by using sodium hydroxide. At this point sodium sulfite is added to raise the initial pH of the reaction product in the range of about 7.0 to 7.5.
술폰화는 약 8.0 내지 약 9.2의 범위까지 슬러리의 pH를 올리는 포름알데히드의 첨가로 이루어진다. 그런 다음 슬러리는 약 130℃에서 약 175℃까지 범위의 온도, 바람직하게는 약 140℃의 온도에서 얻어진다. 그 온도는 약 30분에서 12시간까지 범위의 시간 동안 최고로 바람직하게는 약 2시간 동안 유지된다.Sulfonation consists of the addition of formaldehyde which raises the pH of the slurry to the range of about 8.0 to about 9.2. The slurry is then obtained at a temperature in the range from about 130 ° C. to about 175 ° C., preferably about 140 ° C. The temperature is maintained for a maximum of preferably about 2 hours for a time ranging from about 30 minutes to 12 hours.
낮은 pH와 낮은 온도의 사용은 두가지 이점이 있다. 하나는, 리그닌은 보통의 반응조건하 보다 이 조건에서 분해될 것 같지 않는다. 저 pH에서 술폰화가 일어난다는 사실은 결과의 술폰화 리그닌 생성물은 다른 방법으로 획득될 수 있는 것보다 낮은 pH를 소유할 것이라는 것을 의미한다.The use of low pH and low temperature has two advantages. For one, lignin is unlikely to degrade under these conditions than under normal reaction conditions. The fact that sulfonation occurs at low pH means that the resulting sulfonated lignin product will possess a lower pH than can be obtained by other methods.
술폰화 리그닌들이 염료 분산제들로 사용될 때 그런 리그닌의 pH는 약 4에서 약 8까지 변하는 것이 바람직하다. 만약 리그닌이 고 pH에서 술폰화된다면 결과의 술폰화 리그닌은 고 pH를 가질 것이다. 분산제로 그런 술폰화 리그닌을 사용하는 압착 케익 제조기를 위하여 염색 제조자는 부가적 손실을 전환시키는 저 pH까지 그런 리그닌에 산 첨가를 필요로 한다. 리그닌을 저 pH에서 술폰화시킴으로 분산제로써 적당한 술폰화 리그닌을 만드는데 산의 적은 사용이 필요하거나 아니면 전혀 산의 사용이 필요하지 않는 술폰화 리그닌이 획득된다.When sulfonated lignin is used as dye dispersants, the pH of such lignin preferably varies from about 4 to about 8. If lignin is sulfonated at high pH, the resulting sulfonated lignin will have a high pH. For compression cake makers that use such sulfonated lignin as a dispersant, dye manufacturers require acid addition to such lignin up to low pH, which converts additional losses. Sulfonation of lignin at low pH results in sulfonated lignin, which requires little or no acid to make the proper sulfonated lignin as a dispersant.
이것이 본 발명의 방법이 향한 아황산염 또는 알칼리 펄프법의 상기 술폰화 및 술포메틸화 리그닌 뿐만아니라 다른 이전 기술의 술폰화 리그닌의 전부이다. 개선된 술폰화 또는 술포메틸화 리그닌 염료 분산제들은 분자량 3,000 미만, 바람직하게는 10,000 미만를 나타내는 술폰화 또는 술포메틸화 리그닌들 부분의 필수적인 제거에 의해 제공된다. 술폰화 또는 술포메틸화는 리그닌 분자량의 미미한 양을 증가시키므로 황산염, 소오다 또는 다른 알칼리 펄프법으로부터 회수된 리그닌의 경우에 본 발명의 개선된 리그닌 분산제들은 3,000 미만 (바람직하게는 10,000 미만)의 분자량을 가지고 있는 분자들의 실질적 부분을 제거한 회수된 리그닌의 분별와 그런 다음 연속적으로 잔류 고분자량의 리그닌 부분을 술폰화 및/또는 술포메틸화 시킴으로 또한 제공될 것이다. 이 저분자량 부분의 부재는 필수적으로 리그닌 분산제의 평균 분자량을 증가시키지만 본 발명의 혼합물은 평균 분자량의 특별한 범위로 한정되지 않는다. 왜냐하면 평균 분자량의 증가는 이 저분자량 부분의 부재 보다 다른 것들로부터 초래될 수 있기 때문이다.This is all of the sulfonated and sulfomethylated lignins of the sulfite or alkaline pulp process to which the process of the present invention is directed, as well as the sulfonated lignin of other prior art. Improved sulfonated or sulfomethylated lignin dye dispersants are provided by the necessary removal of portions of sulfonated or sulfomethylated lignin that exhibit a molecular weight of less than 3,000, preferably less than 10,000. Since sulfonation or sulfomethylation increases a slight amount of lignin molecular weight, the improved lignin dispersants of the present invention in the case of lignin recovered from sulfate, soda or other alkaline pulp methods have molecular weights of less than 3,000 (preferably less than 10,000). It will also be provided by fractionation of the recovered lignin from which substantial portions of the molecules are removed, followed by sulfonation and / or sulfomethylation of the remaining high molecular weight lignin portion. The absence of this low molecular weight moiety essentially increases the average molecular weight of the lignin dispersant but the mixtures of the present invention are not limited to a particular range of average molecular weights. This is because an increase in average molecular weight can result from others than the absence of this low molecular weight moiety.
이 저분자량 부분의 제거(또는 적어도 실질적 제거)의 방법 또는 수단은 중요하지 않다. 본 발명의 주 과제는 단지 저분자량 부분을 필수적으로 없앤 개선된 술폰화 리그닌 염료 분산제에 관한 것이다. 상이한 결과를 가져올 수 있는 분자량 결정의 여러 방법 때문에 본 발명은 한의 여과에 의해 결정된 것으로써 분자량 3,000 미만 분자들의 실질적 부재로 특징지워진(또는 바람직하게는 분자량 10,000미만 분자들의 실질적 부재로 특징지워진) 개선된 술폰화(또는 술포메틸화) 리그닌 염료 분산제에 관한 것이다. 특히, 여기서 기술된 작업에 사용된 한외 여과는 Amicon (또는 비슷한) 한외 여과 단위로 3,000 분자량 막(또는 아주 바람직하게는 10,000 분자량 막)을 통과하는 한외 여과이다. 실시예 1에 기술된 것처럼 한외 여과에 의해 제공된 저 분자량 부분 안에 술폰화 리그닌의 존재는 겔 삼투 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정된다. 디스크 막들을 사용한 장치들은 실험실 규모에 적당하고 반면에 나사선 막들을 사용한 장치들은 고 처리량을 허용하고 대규모 공정에 바람직하다.The method or means of removing (or at least substantially removing) this low molecular weight moiety is not critical. The main subject of the present invention relates to an improved sulfonated lignin dye dispersant which essentially eliminates only the low molecular weight portion. Because of the various methods of molecular weight determination that can lead to different results, the invention is characterized by substantial filtration as determined by single filtration and (or preferably characterized by substantial absence of molecules of less than 10,000 molecular weight) as determined by Han filtration. A sulfonated (or sulfomethylated) lignin dye dispersant. In particular, the ultrafiltration used in the operations described herein is ultrafiltration through a 3,000 molecular weight membrane (or very preferably 10,000 molecular weight membrane) in Amicon (or similar) ultrafiltration units. The presence of sulfonated lignin in the low molecular weight moiety provided by ultrafiltration as described in Example 1 is determined by gel osmosis chromatography (GPC). Devices using disk membranes are suitable for laboratory scale while devices using threaded membranes allow for high throughput and are desirable for large scale processes.
본 발명의 개선된 염료 혼합물을 야기하는 염료와 조합하기 위하여 리그닌/술폰화 리그닌의 저분자량 부분을 제거하는 또는 실질적으로 없애는 한가지 대안 방법은 가역 삼투법을 포함할 것이다. 리그닌/술폰화 리그닌의 저분자량 부분을 실질적으로 감소시키는 또다른 대안 방법은 (a) 술폰화 및/또는 술포메틸화에 의해 따르는 리그닌 물질 아니면 (b) 술폰화 및/또는 술포메틸화 리그닌의 저분자량 부분을 가교결합시키는 것을 포함할 것이다. 또한, 전-가교결합에 의해 저분자량 부분의 크기를 감소시킴에 의해 연속적 분리에서 생성물 손실을 최소화시킬 것이다.One alternative method of removing or substantially eliminating the low molecular weight portion of lignin / sulfonated lignin to combine with the dyes resulting in the improved dye mixture of the present invention will include reversible osmosis. Another alternative method of substantially reducing the low molecular weight portion of lignin / sulfonated lignin is (a) a lignin substance followed by sulfonation and / or sulfomethylation or (b) a low molecular weight portion of sulfonated and / or sulfomethylated lignin. Crosslinking. It will also minimize product loss in continuous separation by reducing the size of the low molecular weight moiety by pre-crosslinking.
본 발명대로 제조된 술폰화 리그닌은 분산제들로 염료 혼합물들에 사용될 수 있다. 그런 분산제의 필요 양은 특별한 염료 케익, 염료가 될 물질 및 희망하는 효과에 따라 변할 것이다. 염료를 만드는데 사용된 분산제 혼합물의 적당한 양을 결정하는 가장 중요한 요소는 사용된 특별한 염료 케익이다. 일반적으로 이 양은 염료에 따라 변할 것이다.Sulfonated lignin prepared according to the invention can be used in dye mixtures as dispersants. The required amount of such dispersant will vary depending on the particular dye cake, the material to be dye and the desired effect. The most important factor in determining the proper amount of dispersant mixture used to make the dye is the particular dye cake used. Generally this amount will vary with the dye.
다음은 단지 실시예들이고 발명의 한계로 형성된 것은 아니다.The following are only examples and are not intended to limit the invention.
실시예 1Example 1
도포와 관계된 염료안의 리그닌의 구조-성질-성능의 관계를 확인하기 위하여 크래프트 목재 펄프법의 흑액(IndulinRA)로부터 저 pH 침전에 의해 회수된 리그닌은 한외 여과에 의해 5개의 분자량 부분들로 분별했다. 분별를 Amicon 나사선 막들을 사용한 Amicon RA 2000 한외 여과단위 위에 수행했다. pH는 50% NaOH를 가지고 11로 조절하였고 고체는 10%로 조절하였다. Indulin을 각각 100K, 30K, 10K 및 3K 막들을 통하여 여과하였다. 각각의 부분들을 배출 흐름이 깨끗해질 때까지 씻어 냈다. 겔 삼투 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정된 부분들의 분자량 데이터를 표 1에 나타내었다.Lignin recovered by low pH precipitation from black liquor (Indulin R A) of kraft wood pulp method was fractionated into 5 molecular weight fractions by ultrafiltration in order to confirm the relationship between the structure-property-performance of lignin in dyes related to application. did. Fractionation was performed on Amicon RA 2000 ultrafiltration units using Amicon threaded membranes. pH was adjusted to 11 with 50% NaOH and solids to 10%. Indulin was filtered through 100K, 30K, 10K and 3K membranes respectively. Each part was washed until the discharge stream was clean. The molecular weight data of the parts determined by gel osmosis chromatography (GPC) are shown in Table 1.
표 1에 나타낸 부분들의 평균분자량들은 수용성 유동상(20:80의 아세토니트릴 대 0.1N의 질산나트륨 혼합물, pH 11.0)에서 % wt/wt 고체를 기준으로 농도 1㎎/㎖의 리그닌 샘플들을 제조함으로 결정했다. 리그닌 샘플들을 적어도 8시간 동안 평형이되도록 방치했고 분석 이전에 0.45 미크론 필터를 통하여 여과시켰다. 100㎕의 분별액을 40℃로 평형을 이룬 4개의 WatersRUltrahydragel의 칼럼들(1000, 500, 250 및 120Å)에 주입하였다. 피크를, WatersR모델 486 자외선 탑지기(UV486) 세트를 가지고 280NM까지 발견하였다. 폴리스티렌 술폰에이트의 폭이 좁은 표준을 교정 커브를 만드는데 사용하였다. 커브의 적합도는 강제 원점에 1차이다.The average molecular weights of the parts shown in Table 1 were obtained by preparing lignin samples at a concentration of 1 mg / ml based on% wt / wt solids in an aqueous fluidized bed (20:80 acetonitrile to 0.1 N sodium nitrate mixture, pH 11.0). decided. Lignin samples were allowed to equilibrate for at least 8 hours and filtered through a 0.45 micron filter prior to analysis. 100 μl of aliquot was injected into four Waters R Ultrahydragel columns (1000, 500, 250 and 120 mm 3) equilibrated to 40 ° C. Peaks were found up to 280 NM with a Waters R Model 486 UV Tower Keeper (UV486) set. A narrow standard of polystyrene sulfonate was used to create the calibration curve. The goodness of fit of the curve is primary to the forced origin.
다른 부분들을 1.1, 1.5 및 2.4 그램들의 산점에 대한 3개의 다른 정도로 각각 술폰화시켰다. 상기 처럼 용해도 측정기구로 효과적으로 술폰화 정도를 측정했다. 그래서 술폰화 정도를 용액의 리그닌의 침전(고체를 기준으로 0.175g이고 35g의 증류수로 희석시킴)을 개시시키는 것이 요구되는 10N의 황산의 양(그램)으로 측정했다. 3K 부분은 아마 측쇄 반응부분이 작기 때문에 술폰화되지 않지만 이 부분은 산점 1.5까지 술포메틸화된다. 일단 그 부분을 술폰화시키면 분자량에 현저한 변화는 없다.The other portions were sulfonated at three different degrees, respectively, for the 1.1, 1.5 and 2.4 gram scattering points. As described above, the degree of sulfonation was effectively measured using a solubility measuring instrument. Thus, the degree of sulfonation was determined by the amount of grams of 10 N sulfuric acid required to initiate precipitation of lignin in the solution (0.175 g based on solids and diluted with 35 g of distilled water). The 3K moiety probably is not sulfonated because the side chain reaction moiety is small, but this moiety is sulfomethylated up to a point 1.5. Once the moiety is sulfonated, there is no significant change in molecular weight.
다른 술폰화 부분의 열안정성은 소수성 염료(Disperse Red 167:1)와 친수성 염료(Disperse Orange 30)를 사용하여 패키지 염색(Werner Mathis로 부터의 Zeltex 패키지-염색 단위로 즉, 1L/min, 70℃-130℃, @ 2℃/min, 2bar의 용기 압력)에 의해 시험했다. 이 시험의 결과는 ReaxR85A (높은 열안정성을 나타내는 산업에 의해 간주된 종래의 술폰화 리그닌 염료 분산제)에 대한 결과와 비교하여 도 1 및 2에 그래프로 나타내었다.Thermal stability of the other sulfonated moieties was determined by package dyeing using hydrophobic dyes (Disperse Red 167: 1) and hydrophilic dyes (Disperse Orange 30) (Zeltex package-dyeing unit from Werner Mathis, ie 1 L / min, 70 ° C). -130 ° C, @ 2 ° C / min, vessel pressure of 2 bar). The results of this test are graphically shown in FIGS. 1 and 2 compared to the results for Reax R 85A (a conventional sulfonated lignin dye dispersant considered by industry showing high thermal stability).
10K 30K 및 30K 100K 부분은 가장 높은 열안정성을 가졌고 시험한 두 염료에서 표준, ReaxR85A과 같거나 보다 더 좋았다. 이 두 부분의 용해도는 열안정성에 아무런 영향을 끼치지 않았다.The 10K 30K and 30K 100K parts had the highest thermal stability and were equal to or better than the standard, Reax R 85A, in the two dyes tested. The solubility of these two parts did not affect the thermal stability.
100K 및 3K 10K 부분은 열안정성면에서 ReaxR85A와 같거나 보다 작았고 열안정성에 의존했다. Disperse Orange 30을 사용한 100K 부분의 열안정성은 첨예하게 저하되었고 용해도는 증가하였다. 이것은 모든 술폰화 정도에 대하여 열안정성이 ReaxR85A와 같은 친수성이 더한 염료, Disperse Red 167:1에서는 일어나지 않았다. 3K 10K 부분에서 열안정성은 두 염료시험에서 증가하는 용해도와 함께 감소하였다. 그러나 이 경향은 Disperse Red 167:1에서 더욱 명확하다. 가장 낮은 분자량 부분, 3K에서는 70℃에서 두 염료 시험에 실패했다.The 100K and 3K 10K portions were less than or equal to Reax R 85A in terms of thermal stability and were dependent on thermal stability. The thermal stability of 100K fraction using Disperse Orange 30 was sharply lowered and the solubility increased. This did not occur in all of the sulfonation degrees, in thermally stable dyes such as Reax R 85A, and in Disperse Red 167: 1. Thermal stability at 3K 10K fraction decreased with increasing solubility in both dye tests. However, this trend is more evident in Disperse Red 167: 1. At the lowest molecular weight fraction, 3K, two dye tests failed at 70 ° C.
또한 어떻게 30K 100K와 3K10K 부분의 50/50 하중이 잘 수행되는지 도 3에 나타낸 것이 흥미가 있다. 고분자량 리그닌의 활량이 이전 평가보다 훨씬 더 높고 저분자량 부분은 염색법에서 침전되지 않는다고 이 시험결과들로부터 결론 내릴 수 있다.It is also interesting to see in Figure 3 how the 50/50 loads of the 30K 100K and 3K10K sections perform well. It can be concluded from these test results that the activity of high molecular weight lignin is much higher than the previous assessment and the low molecular weight fraction does not precipitate in the staining method.
실시예 2Example 2
이 실시예는 ReaxR85A의 여러 가지 분자량 부분의 관계와 다른 소수성 및 친수성(Disperse Orange 30, Disperse Blue 79:1, Disperse Red 167:1 및 Disperse Blue 60)이 있는 4개의 염료를 가지고 염료 분산제 적용에서 리그닌의 열안정성을 말한다. ReaxR85A는 크래프트 목재 펄프의 회수된 리그닌을 술폰화시킴으로 제조된 황산나트륨화 리그닌이고 Westvaco Corporation에 의해 염료 분산제로 전 세계에 널리 매매된다. ReaxR85A의 양 변화를 질소의 60psi 하에서 50K, 10K, 3K, 1K 및 500 분자량 디스크 막들을 사용한 Amicon 한외 여과 용기에서 성공적으로 제거했다. 저분자량 물질의 퍼센트를 제거하였고 잔류 부분의 술폰화는 표 2에 나타내었다.This example applies a dye dispersant with four dyes having different hydrophobicity and hydrophilicity (Disperse Orange 30, Disperse Blue 79: 1, Disperse Red 167: 1 and Disperse Blue 60) and the relationship between the various molecular weight portions of Reax R 85A. Refers to the thermal stability of lignin. Reax R 85A is a sodium sulfate lignin prepared by sulfonating recovered lignin in kraft wood pulp and is widely marketed worldwide as a dye dispersant by Westvaco Corporation. The amount change of Reax R 85A was successfully removed from Amicon ultrafiltration vessels using 50K, 10K, 3K, 1K and 500 molecular weight disc membranes under 60 psi of nitrogen. The percentage of low molecular weight material was removed and the sulfonation of the residual portion is shown in Table 2.
여러 가지 ReaxR85A 부분들의 염료분산제 수행의 열안정성 측정들은 Werner Mathis로 부터의 패키지 염색 기구에서 1ℓ/min 유량으로 2℃/min으로 증가하는 70℃에서 130℃까지 범위의 온도 이상에서 2bar의 용기 압력으로 수행했고 분별되지 않은 ReaxR85A의 열안정성 수행과 비교하였다. 그런 비교 결과들은 도 4-7에 그래프로 나타내었다.Thermostability measurements of dye dispersant performance of various Reax R 85A sections were performed at Werner Mathis from a package of 2 bar vessels over a temperature range from 70 ° C to 130 ° C, increasing to 2 ° C / min at 1L / min flow rate. It was performed under pressure and compared to the thermal stability performance of the unclassified Reax R 85A. Such comparison results are shown graphically in FIGS. 4-7.
도 4-7에서 4개의 다른 염료에서 가장 높은 온도의 안정성이 3000미만 분자량 부분을 ReaxR85A로부터 제거했을 때 획득된다는 것을 지적했다. 미분 압력의 면적(y-축)은 열안정성을 지적한 것이고 면적이 커질수록 열안정성은 나빠졌다. 표 2는 분별 방법에서 30% 저분자량 리그닌과 무기염의 제거를 나타냈다. 도 4-7에서 또한 열안정성 개선이 떨어지기 전에 얼마나 많은 리그닌이 제거될 수 있는지에 대한 한계를 지적했다.In Figures 4-7 it was pointed out that the highest temperature stability in four different dyes was obtained when the molecular weight fraction less than 3000 was removed from Reax R 85A. The area of the differential pressure (y-axis) indicates thermal stability, and the larger the area, the worse the thermal stability. Table 2 shows the removal of 30% low molecular weight lignin and inorganic salts in the fractionation method. 4-7 also pointed out the limit on how much lignin can be removed before the thermal stability improvement drops.
도 8에서 Disperse Orange 30을 사용한 고분자량 부분의 첨가량을 40% 내지 45%로 감소시킬 수 있고 여전히 상업적, 한외 여과되지 않은 ReaxR85A의 열안정성과 같음을 나타냈다. Disperse Orange 30을 사용한 첨가량 연구는 도 8에는 포함되어 있지 않지만 3K와 10K 두 부분으로 수행하였고 두 부분의 결과는 같았다.In Figure 8 it can be seen that the addition of the high molecular weight portion with Disperse Orange 30 can be reduced to 40% to 45% and still equals the thermal stability of commercial, ultrafiltered Reax R 85A. The addition study using Disperse Orange 30 was not included in FIG. 8 but was performed in two parts, 3K and 10K, and the results of the two parts were the same.
같은 경향이 이 염료들로의 첨가량이 각각 70%, 50% 및 80%로 더 상당히 감소될 수 있는 것을 제외하고 Disperse Red 167:1, Disperse Blue 79:1 및 Disperse Blue 60 (각각 도 9-11)을 사용한 것에 보여졌다. (성질상 Disperse Red 167:1과 Disperse Blue 79:1은 소수성 염료들이고 반면에 Disperse Blue 60은 더 큰 친수성이다.) 분산 첨가량이 낮을수록 염색법을 완성하는데 첫 번째 및 두 번째 폐수처리 설비에서 처리가 필요한 비교적 생물 분해성이 없는 리그닌들의 양이 더 작게 되는 이익이 있었다.Disperse Red 167: 1, Disperse Blue 79: 1 and Disperse Blue 60 (Figs. 9-11, respectively), except that the same trend can be further reduced to 70%, 50% and 80%, respectively. ) Was shown. (Disperse Red 167: 1 and Disperse Blue 79: 1 are hydrophobic dyes, while Disperse Blue 60 is more hydrophilic in nature.) The lower the dispersion addition, the more complete the dyeing process. There was a benefit that the amount of relatively biodegradable lignin needed was smaller.
실시예 3Example 3
본 발명의 리그닌 염료 분산제 혼합물에 의해, 제공된 염료 색상도에서의 향상을 결정하기 위하여 상업적 ReaxR85A와 분자량 3,000 이하의 분자량 부분을 제거하는 한외 여과에 의해 분별된 ReaxR85A는 현산업 표준들과 연관하여 그것들의 비교 색상도를 비교하기 위해 열안정성 끓을 시험을 했다. 사용된 열안정성 끓음 시험은 200㎖의 증류수에 분산하는 1g의 염료(100%를 기준으로)를 포함했다. pH는 묽은 아세트산을 가지고 4.5로 조절하였다. 다음에 분산물을 100℃ (끓음)로 가열하였고 15분 동안 100℃로 유지시켰다. 가열된 분산물을 22인치 진공하에서 Whatman #4 여과시 꼭대기에 위치한 미리 중량을 잰 11㎝ Whatman #2 여과지를 통하여 여과시켰다. 평가는 #2 여과지에 잔류양을 기준으로 했다.By lignin dye dispersant mixture of the present invention, and commercially Reax R 85A and the molecular weight fractionation by ultrafiltration to remove the molecular weight portion of 3,000 or less Reax R 85A is the current industry standard, to determine the increase in the supplied dye color Were tested for thermostable boiling to compare their comparative chromaticities. The thermostable boiling test used included 1 g of dye (based on 100%) dispersed in 200 ml of distilled water. pH was adjusted to 4.5 with dilute acetic acid. The dispersion was then heated to 100 ° C. (boiling) and held at 100 ° C. for 15 minutes. The heated dispersion was filtered through a pre-weighted 11 cm Whatman # 2 filter paper placed on top of Whatman # 4 filtration under 22 inch vacuum. The evaluation was based on the amount remaining in the # 2 filter paper.
그 결과를 표 3에 나타내었다.The results are shown in Table 3.
열안정성의 끓음 시험이 개선된 색상도(현 산업표준 이상)와 비교되었을 때, 모든 표준 ReaxR85A 조제약들은 실패했고 모든 고분자량 ReaxR85A 조제약들은 높은 색상도로 열안정성 시험을 통과했다.When the thermal stability boiling test was compared with the improved color scheme (above the current industry standard), all standard Reax R 85A formulations failed and all high molecular weight Reax R 85A formulations passed the thermal stability test with high color.
실시예 4Example 4
이 실시예는 저분자량 부분을 제거시킨 아황산염 펄프 흑액으로부터 유도된 리그노술폰산염 분산제들을 사용함으로 획득된 염료 혼합물의 열안정성 개선을 보여준다. 시험된 모든 샘플들은 Borregaard에 의해 제조된 상업적 염료 분산제들이다. 각각의 샘플들의 저분자량 부분을 분자량 3,000 막을 사용하여 이전 실시예들 처럼 한외 여과로 제거하였다. 획득된 측정들을 표 4 미만에 나타내었다. 분자량 측정은 평균분자량이다; 산 점은 10N의 H2SO4로 결정하였고 마지막 칼럼은 같은 또는 비슷한 열안정성이 획득된 첨가량 퍼센트의 감소를 나타냈다.This example shows an improvement in the thermal stability of the dye mixture obtained by using lignosulfonate dispersants derived from sulfite pulp black liquor from which the low molecular weight portion has been removed. All samples tested were commercial dye dispersants made by Borregaard. The low molecular weight portion of each sample was removed by ultrafiltration as in the previous examples using a molecular weight 3,000 membrane. The measurements obtained are shown in Table 4 below. Molecular weight measurements are average molecular weights; The acid point was determined to be 10 N H 2 SO 4 and the last column showed a decrease in the percentage of addition obtained with the same or similar thermal stability.
비록 아황산염 펄프의 술폰화 리그닌의 유도된 38.4%로부터 52.1%까지 남은 저분자량 부분의 제거에도 불구하고 염료 혼합물의 열안정성이 같은 첨가량 수준으로 개선되었다. 놀랍게도, 예비 리그닌 물질의 표준 첨가량 보다 25%에서 70%까지 낮은 더욱 감소된 첨가량들은 염료 혼합물에 대하여 개선된 열안정성 값을 이끌어냈다.The thermal stability of the dye mixture was improved to the same addition level, despite the removal of the low molecular weight portion of sulfonated lignin from induced 38.4% to 52.1% of sulfite pulp. Surprisingly, the further reduced additions, which are 25% to 70% lower than the standard addition of preliminary lignin material, led to improved thermal stability values for the dye mixture.
반면에 리그닌 염료 분산제를 안에 무기염들과 매우 낮은 분자량의 리그닌 부분이 침전되지 않거나 희망하는 염료 분산성에 기여를 하지 않는다는 것이 의심스럽고 그것은 놀랍고 예상 밖의 일이다. 예를들면 리그닌 분산물질의 20% 만큼 적은 양(20%은 우선 저분자량 부분, 즉 3K, 바람직하게는 10K으로 나타냈다.)의 제거는 염료케익에 실질적으로 감소된 첨가량으로 개선된 염료의 열안정성(분리되지 않은 리그닌 염료분산제 이상으로)이 획득된 생성물의 개선을 이끌어낸다. 이 회수는 다음의 가능성을 이끌어 낸다.On the other hand it is doubtful that inorganic salts and very low molecular weight lignin portions in the lignin dye dispersant do not precipitate or contribute to the desired dye dispersibility, which is surprising and unexpected. For example, removal of as little as 20% of the lignin dispersion (20% first represented by the low molecular weight portion, i.e. 3K, preferably 10K) results in improved thermal stability of the dye with substantially reduced additions to the dye cake. (Beyond unseparated lignin dye dispersant) leads to an improvement in the obtained product. This recall leads to the following possibilities.
1. 낮은 첨가량은 분산제의 적은 양이 폐수처리 공정에 유입되어 환경상으로 더 유리한 리그닌을 만든다는 환경상의 견지에서 유리할 것이다; 그리고1. The low addition amount will be advantageous from an environmental point of view that a small amount of dispersant enters the wastewater treatment process, making lignin more favorable to the environment; And
2. 낮은 분산제 첨가량은 현존하는 표준 이상의 높은 색상도의 염료 조제약을 허용할 것이다. 이것은 저하된 리그닌 양을 염료로 대치시킬 수 있는 액체 조제약에 특히 유리할 것이고 그것에 의해 조제약의 색 값은 증가한다. 순효과는 제품 처리량과 섬유공장의 염료 제조기 및 재고품에 대한 출하 가격을 개선시키는 패키지에 더욱 효과적이다.2. The low dispersant addition will allow dye preparations of high colority to exceed existing standards. This would be particularly advantageous for liquid preparations that can replace the lowered lignin amount with a dye, thereby increasing the color value of the preparation. The net effect is more effective for packages that improve product throughput and shipping prices for dye factories and inventories in textile mills.
여기에서 여러 가지, 특별한 물질들 방법들, 및 실시예들은 참고로 본 발명을 기술하고 설명하는 동안 본 발명은 그 목적을 위하여 선택된 특별한 물질들, 물질들의 조합들 및 방법들에 한정되어 있지 않다고 이해하였다. 기술상에서 숙련된 그런 것들에 의해 평가될 것처럼 그런 자세한 수많은 이형들을 사용할 수 있다.While various, special materials methods, and embodiments herein are described and described with reference to the present invention, it is understood that the invention is not limited to particular materials, combinations and methods selected for that purpose. It was. Many such variants are available, as will be appreciated by those skilled in the art.
Claims (31)
Applications Claiming Priority (4)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100385580B1 (en) * | 2000-03-14 | 2003-05-27 | 조성웅 | Dispersant from Lignin |
-
1997
- 1997-09-12 KR KR1019970047004A patent/KR19980024583A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19970912 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |