Preparation of Pure Cellulose Substrate from Low-Grade Woods by Autohydrolysis

저급목재의 자기가수분해 전처리에 의한 고순도 셀룰로오스 기질의 제조

This study was performed to produce the high reactive lignin zero substrates from autohydrolyzed wood resources. In chemical compositions of used raw-materials, there were significant differences between two species, Japanese larch (Larix leptolepis) and oak (Quercus mongolica) woods. Japanese larch contained 25 to 3.5 times higher amounts of extractives than oak wood, which is mainly derived from high content of arabinogalactan in Japanese larch wood. Oak wood has 5% lower lignin content and 3% higher holocellulose and pentosans than larch wood. Concerned to changes in wood components during autohydrolysis pretreatment at 22 kg/cm² steaming pressure for 5~60 min, glucose content was constant during pretreatment, while hemicellulose and lignin were abruptly changed. Hemicellulose fraction was decreased significantly and lignin contents increased because of its condensation reaction with hemicellulose degradation products. The pH of hydrolyzates during pretreatment was decreased, reached upto pH 3 and since then leveled off. In the case of oak wood, same tendency was observed as in Japanese larch. Autohydrolysis followed by sodium chlorite and sulfite or bisulfite pretreatment was very effective in delignification of the substrates. In particular, two-stage delignification of autohydrolyzed woods with alkali and O₂-alkali resulted in very low lignin content substrates, such as 0~0.2% lignin substrate.

본 연구는 자기가수분해전처리를 통하여 반응성이 높은 고순도 셀룰로오스기질을 제조하기 위하여 수행되었다. 공시재의 일반 화학조성은 일본잎갈나무와 신갈나무간에 큰 차이가 있음을 알 수 있었다. 추출물함량은 일본잎갈나무가 신갈나무보다 상당량 많았다. 특히 냉·온수 추출물함량은 2.5~3.5배 많았다. 이러한 추출물함량의 큰 차이는 일본잎갈나무에는 arabinogalactan이 많이 함유되어 있기 때문인 것으로 사료된다. 리그닌함량은 신갈나무가 잎갈나무바다 5% 정도 낮았으며, 그 대신 홀로셀룰로오스 및 펜토산함량이 각각3% 정도 높은 값으로 나타났다. 22 kg/cm² 수증기압력에서 5~60분간의 자기가수분해 전처리과정에서 glucose 함량에는 변화가 없었으나, hemicellulose 및 lignin 함량은 급력한 변화를 보였다. 전처리과정에서 가수분해물의 pH는 3까지 저하되었으며, 이러한 경향은 신갈나무 및 일본잎갈나무에서 동일하게 나타났다. Sodium chlorite 및 sulfite 혹은 bisulfite 전처리 후 자기가수분해가 리그닌함량이 낮은 고순도셀룰로오스기질의 제조에 효과적이었다. 특히 자기가수분해처리재를 알칼리 및 산소-알칼리 2단처리함으로서 0~0.2%의 리그닌함량을 가지는 고순도기질을 제조할 수 있었다.