HK1255675B - Process for partial delignification and filling of a lignocellulosic material, and composite structure able to be obtained by this process - Google Patents

Claims (15)

1. Behandlungsverfahren einer Struktur aus lignocellulosehaltigem Material, wobei das lignocellulosehaltige Material vorzugsweise Holz ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

   (1) zumindest einen Schritt zum Einweichen der Struktur des lignocellulosehaltigen Materials mit einem Fluid, um mindestens 40 und höchstens 85 Gew.-% des im Material vorhandenen Lignins zu lösen;

   (2) zumindest einen Schritt zum Waschen der aus Schritt (1) resultierenden Struktur mit mindestens einem organischen Fluid, um das gelöste Lignin, das aus dem Einweichschritt (1) resultiert, zu entfernen, um eine teilweise delignifizierte Struktur zu erzeugen;

   (3) zumindest einen Schritt zum Füllen der teilweise delignifizierten Struktur aus dem Waschschritt (2) mit mindestens einer Füllstoffverbindung, um eine teilweise delignifizierte gefüllte Struktur herzustellen; und

   (4) zumindest einen Schritt zum Fertigstellen der teilweise delignifizierten gefüllten Struktur, die aus dem Füllschritt (3) resultiert, um eine Verbundmaterialstruktur zu erhalten, die aus einem dreidimensionalen Netzwerk von umgewandelter Füllstoffverbindung gebildet wird, die in ein Cellulose- und Lignin-Netzwerk integriert ist.
2. Behandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die lignocellulosehaltige Materialstruktur ein Endelement, ein Ausbauelement oder ein Hauptbauelement ist.
3. Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Fluid des Einweichschritts (1) ausgewählt ist aus:

   - einer wässrigen Lösung, die eine Mischung aus Natriumchlorid und Natriumhydroxid umfasst, oder einer wässrigen Flüssigkeit, die Monoethanolamin umfasst, oder einer basischen Lösung, die KOH umfasst;

   - einer wässrigen Lösung, die eine Mischung aus Essigsäure und Wasserstoffperoxid umfasst, oder einer Säurelösung, die HBr, H₂SO₄ oder H₃PO4 umfasst;

   - einem Fluid, das mindestens ein Enzym umfasst, gegebenenfalls in Gegenwart mindestens einer ionischen Flüssigkeit oder in Gegenwart mindestens einer ionischen Flüssigkeit und mindestens eines Co-Lösungsmittels;

   - einer reinen ionischen Flüssigkeit;

   - einer ionischen Flüssigkeit, die ein oder mehrere Enzyme in Lösung enthält;

   - einer ionischen Flüssigkeit, die mit mindestens einem mit der ionischen Flüssigkeit mischbaren Lösungsmittel vermischt ist;

   - einer ionischen Flüssigkeit, die mit mindestens einem mischbaren Lösungsmittel gemischt ist, das ein oder mehrere Enzyme in Lösung enthält;

   - einem Zweiphasensystem, dessen eine Phase aus einer ionischen Flüssigkeit besteht, die rein oder mit mindestens einem mischbaren Lösungsmittel gemischt ist, und die andere Phase aus einem überkritischen Fluid besteht;

   - einem Zweiphasensystem, dessen eine Phase aus einer ionischen Flüssigkeit besteht, die rein oder mit mindestens einem mischbaren Lösungsmittel gemischt ist, und die andere Phase aus einem überkritischen Fluid besteht, das ferner ein oder mehrere Enzyme in Lösung in der Phase, die die ionische Flüssigkeit enthält, enthält; und

   - jeder Lösung einer reinen Verbindung oder eines Gemisches von Verbindungen, die mindestens ein Enzym enthalten; und Mischungen davon.
4. Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dem Einweichschritt ein Vorbehandlungsschritt vorausgeht, der zumindest einen Teilschritt des Vorweichens einer Struktur aus lignocellulosehaltigem Material mit mindestens einem organischen Fluid umfasst; gefolgt von mindestens einem Teilschritt zum Vorwaschen der Struktur, die aus dem Teilschritt des Vorweichens resultiert, mit mindestens einem organischen Fluid, um gelöste Verbindungen, die aus dem Teilschritt zum Vorweichen resultieren, zu entfernen.
5. Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das organische Fluid des Waschschritts (2) eine Flüssigkeit ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ethanol, Hexan, Isopropanol, Heptan und Mischungen derselben besteht.
6. Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die Füllstoffverbindung des Füllschrittes (3) unter den Druck- und Temperaturbedingungen des Füllschrittes (3) in einem flüssigen Zustand befindet, um den Füllschritt (3) durch Eintauchen der teilweise delignifizierten Struktur in das flüssige Polymer oder Copolymer durchzuführen.
7. Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Füllstoffverbindung des Füllschritts (3) ein polymerisierbares Monomer ist, das in einer Monomerlösung unter den Druck- und Temperaturbedingungen des Füllschritts (3) vorhanden ist, wobei die Monomerlösung ferner zumindest einen Katalysator umfasst.
8. Behandlungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Monomerlösung des Füllschritts (3) mindestens ein Monomer umfasst, das ausgewählt ist aus :

   - Monomeren auf Erdölbasis, einschließlich Methacrylate; Phthalate; Nitrile; Styrol und Styrolderivate; Vinylverbindungen; Ethylenverbindungen; Butadien; Isopren; und

   - biobasierten Monomeren einschließlich Terpene; Glycerin und Glycerinderivate, die nach Reaktion mit mindestens einem von Epichlorhydrin, Propandiolisomeren und Glykolsäure erhalten wurden; Zuckerderivate; Furfuralderivate; Milchsäure- und Ameisensäurederivate; Rizinusölmonomere; Hydroxyalkansäuren; Bioethylen; Bioethylenglykol; Bio-Propylen; Bio-1,4-Butandiol; Ligninderivate; und Mischungen davon.
9. Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das in dem organischen Fluid aus dem Waschschritt (2) gewonnene gelöste Lignin in einem Ligninveredelungsverfahren zur Herstellung eines Baumaterials oder eines in der Luftfahrt verwendeten Materials oder eines Verpackungsmaterials oder eines Biokraftstoffs oder einer pharmazeutischen Verbindung oder einer chemischen Verbindung verwendet wird.
10. Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das lignocellulosehaltige Material Weichholz ist und 50 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 75 Gew.-% des in der Struktur vorhandenen Lignins während des Einweichschritts (1) gelöst werden.
11. Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das lignocellulosehaltige Material Hartholz ist und 40 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 55 Gew.-% des in der Struktur vorhandenen Lignins während des Einweichschritts (1) gelöst werden.
12. Verbundmaterialstruktur (62), umfassend Lignin, Hemicellulose, Cellulose und mindestens eine Füllstoffverbindung, wobei die Struktur durch Ausführen des Behandlungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhalten wird, wobei das Verbundmaterial ein dreidimensionales Netzwerk von umgewandelter Füllstoffverbindung (59) bildet, die in eine Struktur (44', 45, 47, 46) aus Cellulose und Lignin integriert ist.
13. Materialstruktur nach Anspruch 12, wobei die Struktur im Wesentlichen lichtdurchlässig ist.
14. Materialstruktur nach einem der Ansprüche 12 und 13, wobei die Struktur ein Endelement, ein Ausbauelement oder ein Hauptbauelement ist.
15. Teil, umfassend mindestens eine Verbundmaterialstruktur (62) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Teil ein Möbelstück oder ein Möbelteil, ein Bauelement, ein Automobilteil oder ein Flugzeugteil ist.