成果報告書詳細
管理番号20140000000018
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 グリーン・サステイナブルケミカルプロセス基盤技術開発 化学品原料の転換・多様化を可能とする革新グリーン技術の開発 バイオマスの化成品転換のための熱化学反応技術基盤の構築とそれに基づく脂肪族、芳香族ポリマー製造プロセスの開発
公開日2014/1/25
報告書年度2010 - 2012
委託先名住友ベークライト株式会社 三菱レイヨン株式会社 国立大学法人京都大学
プロジェクト番号P09010
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約バイオマス由来の成分を、熱化学変換のみで高機能部材に変換する技術を軸に、植物由来原料から化合物を合成するプロセスの開発及び高機能化部材製造プロセスの開発に資する熱化学変換基盤技術を確立することを目的に、[1] バイオマスの熱化学変換基盤技術の開発、[2] 亜臨界水による木粉・樹皮からのリグニン樹脂の高効率製造プロセスの開発、[3] 接触酸化による乳酸類からのピルビン酸類およびアクリレート系モノマー・ポリマーの高効率製造技術開発を実施した。研究項目[1]では、成分分離したリグニンの低分子化法を草本系や広葉樹に適用し、バイオマス種によらず抽出リグニンから樹脂原料へ8割以上の高収率で転換した。また、中間化成品の製造としては、抽出リグニンから二段階の酸化によって重量基準で約6割の有機酸を回収する手法を開発した。セルロースを酸化改質し、HMFや有機酸への収率を倍増させる転換法を見出し、バイオマスから60%の収率で有用化学物質を回収するという最終目標を達成した。また、バイオマス由来原料から酸化・還元反応により高機能部材に変換するための気液スラグマイクロリアクターを用いて物質移動係数やスラグ長さの推定・制御に成功するとともにフローマイクロリアクターを用いたアクリル系モノマーのアニオン重合・ラジカル重合系を構築した。研究項目[2]では、木質バイオマスから連続的にリグニン水溶液を製造するプロセスを開発することを目的に、高温高圧水処理(300℃/9MPa)による杉木粉からの低分子リグニンの高効率分離プロセスを検討した。木粉粒径の微細化、スラリーの高濃度化、均一化検討により、固形分濃度15%での連続安定処理および低分子リグニン収率≧40%を達成した。反応器のインターナル構造の最適化、高温濾過器の設置により、高温高圧下で効率的に低分子リグニンの分離が可能であることを実証した。副生物のグルコースの水熱反応条件を最適化し、レボグルコサンを収率≧45%の目標を達成した。さらに、高温高圧水中への水素添加により、リグニンからのモノマー分子への変換・分離を実現した。また、杉木粉の300℃/9MPaの亜臨界水熱処理により得られた低分子リグニンは、重量平均分子量1,000以下、軟化温度105℃以下の目標を達成し、フェノール樹脂同等の溶融成形性が得られた。低分子リグニンの硬化剤としてメチロールメラミン系化合物を適用することにより、積層材料の成形性を高め、積層板の曲げ強度125MPa(JIS K6912:≧98MPa)、メラミン化粧板の耐煮沸性(JIS K6903:≦17%)の目標物性を達成した。亜臨界水熱処理で副生する不溶残渣を充填材として利用することにより、材料物性とバイオマス樹脂転換率(≧20%)の目標を達成した。研究項目[3]では、原料にバイオマス由来の化合物である乳酸エステルから、効率的にアクリレートモノマー・ポリマーを製造するためにマイクロリアクターを用い検討した。ピルビン酸エステル合成では、ラボスケール(1本流路)での収率80%に対し、ベンチスケール(435本流路)では収率30%であった。アクリレートモノマーの合成では、ラボスケール(1本流路)での収率80%に対し、ベンチスケール(80本流路)では収率77%とほぼ同等の結果を得た。マイクロリアクターで合成したアクリレートモノマーを精製し、樹脂を合成した結果、既存のPMMAより耐熱性の高い樹脂を得た。また、ベンチ結果をもとに乳酸エステルからアクリレートモノマーまで収率86%となる製造プロセスを構築した。
英文要約With focusing on the technology for converting materials from biomass to high-function compounds using only thermochemical conversion, this project aims at developing a process for producing compounds from inedible biomass and fundamental technology of thermochemical conversion required for developing such process. For this purpose, [1] fundamental technologies for thermochemical conversion from biomass to chemical compounds, [2] continuous process producing lignin solution from woody biomass and thermosetting lignin-derived resins by sub-critical water treatments and [3] processing technologies for producing acrylate monomer and polymer from lactic ester as cellulose derivative have been developed. In the investigation on [1], isolated lignin solution was depolymerized into the low molecular weight less than 1000 under hydrothermal condition for three types of biomass. This depolymerized lignin satisfied the properties for resin materials. And the two-step oxidation process in which valuable chemicals were recovered with the total yield of as much as 60% was developed. In the investigation on [2], as results of batch experiments, the yield of low molecular lignin under conditions of 300°C/9MPa was over 50%. By means of woody biomass grinding to make fine powder, continuous process of 15% water-biomass slurry was achieved. Additionally, using high temperature filtration system and solubility changing by temperature control, high and low molecular lignin are efficiently separated in the continuous process. The new thermal reaction system successfully produced levoglucosan with over 45% yield. By using subcritical water process (300°C/9MPa), the softening point of low molecular lignin was lowered under 105°C, the moldability of lignin was improved as that of phenolic resins. Paper-base lignin laminates and their related melamine decorative sheets satisfied JIS K6912 and JIS K6903 requirements, demonstrating the possibility of their use in laminated materials. Furthermore, by utilization of insoluble byproduct of subcritical water process, biomass utilization factor for resin material was raised to 20% in laminated materials. In the investigation on [3], the vanadium oxychloride-catalysed oxidation of lactate ester to pyruvate ester has been studied in a 400-channel gas-liquid slug flow microreactor system. The purpose of this study was to investigate the productivity of the system, in order to estimate its scale-up potential. As a result of a series of bench-scale operations, the desired performance, 50% yield at 75°C, was attained at a flow of 28 L/h. The acid-catalysed acetylation of pyruvate ester to synthesis acetoxyacrylate ester has also been studied in a lab-scale microreactor. Thus continuous and stable production of acetoxyacrylate ester has been demonstrated with improved yield compared to the conventional batch reaction.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る