リグノスルホン酸塩

リグニンスルホン酸（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]亜硫酸パルプ化における脱リグニンのほとんどは、リグニンの多くの成分を結びつけるエーテル結合の酸分解を伴います。^[2]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、よく混同されています。 ^[3] LSとSLはどちらも流動性のある粉末で、前者は薄茶色で後者は暗褐色です。^[1]

リグノスルホン酸の分子量は非常に広範囲です（非常に多分散です）。針葉樹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とより小さな分子になる傾向があります。 ^[1] SLとLSは、非毒性、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、およびそれらの組み合わせなど、さまざまなさらなる修飾が適用される場合があります。^[3]

リグノスルホン酸塩は、亜硫酸パルプ化からの使用済みパルプ化液（赤液または茶液）から回収されます。限外濾過法も、使用済みパルプ化液からリグノスルホン酸塩を分離するために使用できます。^[1]リグノスルホン酸塩のさまざまな金属塩のCAS番号のリストが利用可能です。^[4]

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（芳香族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一般的な概念を示すことです。R ¹および R ^{2基は、リグニンの構造に見られるさまざまな基である可能性があります。スルホン化は、} p-トルエンスルホン酸のように芳香族環ではなく、側鎖で発生します。

黒液からのクラフトリグニンは、はるかに大量に生産されており、スルホン化リグニンに加工される可能性がある。リグニンは、まず液体をCO2で酸性化して沈殿させ、_次に洗浄する（分離には他の方法もある）。塩基性環境下で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反応させることで、スルホン化が完了する。ここで、スルホン酸基は脂肪族側鎖ではなく芳香族環上に配置される。^[3]

LSとSLには幅広い用途があります。農薬、染料、カーボンブラック、その他の不溶性固体や液体を水中に安定して 分散させるために使用されます。 バインダーとして、未舗装道路のほこりを抑制します。また、保湿剤や水中処理剤としても使用されます。^{[5]化学的には、}革をなめすためのタンニンとして、またさまざまな製品の原料として 使用できます。

リグニンスルホン酸塩の最大の用途はコンクリート製造時の可塑剤です^[1]。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（より強いコンクリートを製造）することができます。リグニンスルホン酸塩はセメント製造時にも使用され、セメント工場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 粘度を下げる）としても機能します。

リグノスルホン酸塩は石膏ボードの製造にも使用され、石膏を流動させて 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。水分含有量が減ると、石膏ボードを乾燥するための窯の温度を低くすることができ、エネルギーを節約できます。

リグノスルホン酸塩には鉱物スラリーの粘度を下げる（解膠作用）能力があり、石油掘削 泥水で有利に利用されており、ケブラチョ（熱帯樹木）のタンニン酸の代わりとして使用されています。さらに、リグノ硫酸塩は泡の界面張力を下げる能力があり、掃引効率を改善して回収率を高めることができるため、石油増進回収（EOR） での使用が研究されています。

リグノスルホン酸塩は分散剤として使用されるほか、優れた結合剤としても使用されます。紙、パーティクルボード、リノリウム床材、石炭練炭、道路などの結合剤として使用されます。

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、舗装されていない道路表面の非毒性の粉塵抑制剤としても広く使用されており、誤って「樹液」と呼ばれています。リグノスルホン酸で処理された道路は、塩化カルシウムで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道路表面を濃い灰色にし、塩化カルシウムは道路表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提供するために水に依存しないため、乾燥した場所でより有用になる傾向があります。

土壌安定剤として使用される。^[6]

針葉樹から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生成される。最初のステップでは、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する。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する。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）が生成される。^[1]

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。

リグニン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使用されています。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] EDTAと比較して、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、}腐植にさらに似た製品が生成され、「リグノフメート」として販売されています。^[9]

• リグニンスルホン酸ナトリウム