リグノスルホン酸塩
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リグノスルホン酸塩（LS）は水溶性のアニオン性高分子電解質ポリマーで、亜硫酸パルプ化による木材パルプ製造の副産物です。[ 1 ] LSは、エマルジョン安定化剤や分散剤、未舗装道路の粉塵抑制剤、水処理などに使用されます。[ 2 ]
リグノスルホン酸の分子量は非常に広範囲にわたります（非常に多分散性が高い）。針葉樹由来のリグノスルホン酸では1,000～140,000 Daの範囲が報告されており、広葉樹由来ではより低い値が報告されています。スルホン化クラフトリグニンは、2,000～3,000 Daと比較的小さな分子量を持つ傾向があります。 [ 1 ] SLとLSは無毒、非腐食性、生分解性です。LSとSLには、酸化、ヒドロキシメチル化、スルホメチル化、およびこれらの組み合わせなど、様々な修飾を施すことができます。[ 3 ]
準備
亜硫酸パルプ化における脱リグニンのほとんどは、リグニンの多くの構成要素を結びつけるエーテル結合の酸性切断を伴います。[ 4 ]スルホン化リグニン（SL）は、より一般的なクラフトプロセスから得られるものなど、スルホン酸基を付加するように処理された他の形態のリグニン副産物を指します。この2つは用途が似ており、SLの方がはるかに安価であるため、よく混同されます。 [ 3 ] LSとSLはどちらも流動性のある粉末として現れ、前者は薄茶色、後者は暗褐色です。[ 1 ]
リグノスルホン酸塩
リグノスルホン酸塩は、亜硫酸パルプ化の際に使用される廃パルプ液（赤液または褐液）から回収されます。限外濾過法を用いて、廃パルプ液からリグノスルホン酸塩を分離することもできます。[ 1 ]リグノスルホン酸塩の様々な金属塩のCAS番号のリストが利用可能です。[ 5 ]
エーテル分解中に生成される求電子性カルボカチオンは亜硫酸水素イオン (HSO 3 − ) と反応してスルホン酸塩を生成します。
- ROR' + H + → R + + R'OH
- R + + HSO 3 − → R-SO 3 H
エーテル分解の主な部位は、プロピル（直鎖状炭素3個）側鎖のα炭素（芳香環に結合した炭素原子）です。リグニンとその誘導体は複雑な混合物であるため、以下の構造は構造を特定していません。目的は、リグニンスルホン酸の構造の概要を示すことです。R 1およびR 2基は、リグニンの構造に見られる様々な基です。スルホン化は、 p-トルエンスルホン酸のように芳香環ではなく、側鎖で起こります。
スルホン化クラフトリグニン
黒液から得られるクラフトリグニンは、生産量がはるかに多く、スルホン化リグニンに加工することができます。リグニンはまず、黒液をCO2で酸性化することで沈殿させ、その後洗浄します（分離には他の方法もあります）。亜硫酸ナトリウムまたは亜硫酸水素ナトリウムとアルデヒドを塩基性環境下で反応させることでスルホン化が完了します。この反応では、スルホン酸基は脂肪族側鎖ではなく芳香環に付加されます。[ 3 ]
用途
化学的には、LSは革なめし用のタンニンとして、また様々な製品の原料として 使用されます
分散剤
リグノスルホン酸塩の最大の用途は、コンクリート製造における可塑剤です。[ 1 ]リグノスルホン酸塩は、コンクリートの流動性を維持しながら、より少ない水でコンクリートを製造（より強固なコンクリートを製造）することを可能にします。リグノスルホン酸塩はセメント製造時にも使用され、セメントミルでの粉砕助剤として、また原料スラリーの解膠剤（スラリーの 粘度を低下させる）として機能します
リグノスルホン酸塩は、石膏ボードの製造にも使用され、スタッコを流動化させ、2枚の紙の間に層を形成するために必要な水の量を減らします。水分含有量の減少により、石膏ボードを乾燥する際の窯の温度を低く抑えることができ、エネルギーを節約できます。
リグノスルホン酸塩は鉱物スラリーの粘度を低下させる（解膠作用）という特性があり、石油掘削泥水においてケブラチョ（熱帯樹木）由来のタンニン酸の代替として利用されています。さらに、リグノ硫酸塩は泡沫の界面張力を低下させ、掃引効率を向上させ、ひいては回収率を向上させることから、石油増進回収（EOR）への利用も研究されています。
バインダー
リグノスルホン酸塩は分散剤としての用途に加え、優れたバインダーでもあります。上質紙、パーティクルボード、リノリウム床材、練炭、道路などのバインダーとして使用されています
これらは、鉛蓄電池の鉛・アンチモン・カルシウムまたは鉛・アンチモン・セレンのグリッドをコーティングするために使用されるペーストの成分も形成します。
リグノスルホン酸水溶液は、未舗装路面の非毒性防塵剤としても広く使用されており、誤解はあるものの「樹液」と呼ばれることもあります。リグノスルホン酸処理された道路は、塩化カルシウム処理された道路と色で区別できます。リグノスルホン酸は路面を濃い灰色に着色しますが、塩化カルシウムは路面に独特の黄褐色または茶色を与えます。リグノスルホン酸は結合特性を得るために水を必要としないため、乾燥した地域でより有用である傾向があります。
化学原料
針葉樹由来のリグニンスルホン酸の酸化により、バニリン（人工バニラ香料） が生成されました
ジメチルスルフィドとジメチルスルホキシド（重要な有機溶媒）は、リグニンスルホン酸塩から製造されます。第一段階として、リグニンスルホン酸塩を硫化物または元素硫黄と加熱してジメチルスルフィドを生成します。メチル基はリグニン中に存在するメチルエーテルに由来します。ジメチルスルフィドを二酸化窒素で酸化すると、ジメチルスルホキシド（DMSO）が生成されます。[ 1 ]
その他の用途
リグニンスルホン酸塩の抗酸化作用は、飼料、サイレージ、難燃剤に利用されています
リグノスルホン酸塩の紫外線吸収性は日焼け止めや生物農薬に利用されています。
リグノスルホン酸は、農業において腐植物質の類似物として用いられています。土壌改良剤としては、主に肥料やその他の栄養素の吸収と保持を高めるために使用されます。[ 7 ]リグノスルホン酸は、 EDTAに比べて生分解性を維持しながらミネラルをキレート化することができます。[ 8 ]さらに加水分解と酸化を行うと、腐植質にさらに似た生成物が生成され、「リグノフメート」として販売されています。[ 9 ]
参考文献
- ^ a b c d e f Lebo, Stuart E. Jr.; Gargulak, Jerry D.; McNally, Timothy J. (2015). 「リグニン」.カーク・オスマー化学技術百科事典.カーク・オスマー化学技術百科事典. John Wiley & Sons, Inc. pp. 1– 26. doi : 10.1002/0471238961.12090714120914.a01.pub3 . ISBN 978-0-471-23896-6。
- ^ Barbara A. Tokay (2000). 「バイオマス化学物質」. Ullmann's Encyclopedia Of Industrial Chemistry . doi : 10.1002/14356007.a04_099 . ISBN 978-3527306732。
- ^ a b c Aro, Thomas; Fatehi, Pedram (2017年5月9日). 「リグノスルホン酸およびスルホン化リグニンの製造と応用」 . ChemSusChem . 10 (9): 1861–1877 . Bibcode : 2017ChSCh..10.1861A . doi : 10.1002/cssc.201700082 . PMID 28253428
- ^ E. Sjöström (1993). 『木材化学：基礎と応用』Academic Press .
- ^ 「リグノスルホネートのCAS番号一覧」 。 2007年10月15日閲覧。
- ^ Ta'negonbadi, Bahram; Noorzad, Reza (2017年9月). 「リグノスルホネートを用いた粘土質土壌の安定化」. Transportation Geotechnics . 12 : 45–55 . Bibcode : 2017TranG..12...45T . doi : 10.1016/j.trgeo.2017.08.004 .
- ^ヴルツァー、ゲルヒルト K.;ヘッテガー、ヒューバート。ビショフ、ロバート H.ファクラー、カリン。ポットハスト、アンティエ。トーマス・ローゼナウ（2022年2月23日）。 「リグノスルホン酸塩の農業利用」。ホルツフォルシュング。76 (2): 155–168 .土井: 10.1515/hf-2021-0114。S2CID 245021537。
- ^チェスキ、マリア T.;ベネディクト、アナ。エルナンデス・アパオラザ、ルルド。ルセナ、フアン・J. (2016 年 11 月 28 日) 「石灰質土壌におけるインゲン植物 (Phaseolus vulgaris L 'Negro Polo') に亜鉛を供給する EDTA シャトル効果とリグノスルホン酸塩の直接効果」。植物科学のフロンティア。7 : 1767.土井: 10.3389/fpls.2016.01767。PMC 5147430。PMID 28018367。
- ^ヤキメンコ, オルガ; ステパノフ, アンドレイ; パツァエワ, スヴェトラーナ; クンジュア, ダリア; オシポワ, オレシア; グラッドコフ, オレグ (2021年7月3日). 「リグノフメート®合成の技術的プロセスにおけるフミン様物質の形成と時間的関数」 . Separations . 8 (7): 96. doi : 10.3390/separations8070096 .
参照
