一种改性木质素基分散剂及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种改性木质素基分散剂及其制备工艺，其主要是先采用碱性氧化的方式对造纸制浆黑液进行预处理，提高黑液中木质素的活性并去除制浆黑液中还原性物质，再采用羟基化改性，增加黑液中木质素的磺化位点及聚合位点，并采用酚化改性，进一步提高黑液中木质素反应活性及产品的耐温性能，最后通过磺化和聚合改性，来提高改性木质素产品的分散性能，并有效控制了产品分子量。本改性木质素基分散剂主要用于染料工业用分散剂、钻井液用降粘剂，也可作为水煤浆添加剂及陶瓷添加剂。
【专利说明】一种改性木质素基分散剂及其制备工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于木质素基分散剂领域，具体涉及一种改性木质素基分散剂及其制备工 艺。
【背景技术】
[0002] 在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。制 浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1. 4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素 副产品。目前，我国的制浆造纸工业以碱法和亚硫酸盐法制浆废液为主，有些大型的制浆造 纸企业利用碱回收技术将制浆黑液燃烧后回收碱液来消除制浆黑液的污染，但该方法造成 木质素资源的巨大浪费。而中小型制浆造纸厂则将制浆黑液直接排放，进而造成严重的环 境污染。"十二五"规划明确指出要减少新增污染物排放量促进非化石能源发展，到2015年， 非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%。以制浆造纸废液为原料，将其中的木质素通 过一系列的物理化学改性方法研制改性木质素基分散剂并将其应用于染料分散剂、钻井液 降粘剂、混凝土减水剂、水煤浆添加剂及陶瓷添加剂等领域，不仅能降低成本，拓宽和提高 木质素的利用价值，提高其附加值，还可以解决中小型造纸厂废液污染的难题，同时满足开 发可再生资源、发展循环经济、走可持续发展道路的要求，具有重要的社会和环境意义。
[0003] 木质素分子结构复杂且缺乏强亲水性官能团，同时可发生反应的高活性位置不 足，故其水溶性和化学反应性能不良，限制了回收木质素的应用范围和使用价值。通过物理 化学的改性方法，在木质素结构中引入高活性基团，优化木质素的结构性能，提高其产品的 应用价值，已经成为木质素利用研究关注的焦点。对制浆造纸废液回收的木质素进行化学 改性的方法有：氧化、羟甲基化、酚化、磺化、聚合、接枝共聚、缩合和脱甲基化等。木质素结 构中的许多部位可发生氧化反应，臭氧、高锰酸钾、二氧化氯、高锰酸钾、过氧化氢、过氧化 氢/Fe 2+等都可以与木质素发生氧化反应。但是目前大部分木质素分散剂高分分散稳定性 能较差，并且应用领域单一，因此寻找一种有效的木质素改性方法，制备适应性强的改性木 质素基产品，是碱木素得以充分利用并解决环境污染问题的关键所在。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种改性木质素基分散剂，该方法生产成本 低，所制备的分散剂具有良好的分散和耐温性能，可以用于染料工业用分散剂、填充剂和钻 井液用降粘剂，也可作为水煤浆添加剂、混凝土减水剂及陶瓷添加剂，用途广泛。
[0005] -种改性木质素基分散剂，包含下述原料组分：
[0006] 造纸制浆黑液 33,3-43.6wt%; pH 调节剂 1.0-3.2 wt%; 双氧水 0.7-2.0 wt%； 甲醛 11.0-16.2 wt%; 酚和/或衍生物 4.3-6.9 wt% 磺化剂 8.0-9.6 wt%; 余量为水
[0007] 进一步，优选的，所述造纸制浆黑液选自竹子、曲柳、芒杆、杨木、桉木、桦木、马尾 松中的一种或几种通过碱法或硫酸盐法制备得到，固含量为40. 0-60. 0%，其中木质素含量 为 20-35%，密度为 1.05-1.088/11^
[0008] 优选的，所述的pH调节剂为硫酸、葡萄糖酸、氯乙酸中一种或多种的混合物。
[0009] 优选的，所述的磺化剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵的一种或多种的混合 物。
[0010] 优选的，所述的酚及其衍生物为苯酚、对甲酚、间甲酚、双酚S、双酚A的一种或多 种的混合物。
[0011] 进一步，所述改性木质素基分散剂的水不溶物< 〇. 5,总还原物含量< 0. 2,硫酸 盐含量彡3. 0,相对分子量Mn :5000-20000, pH :8-10。
[0012] 一种改性木质素基分散剂及其制备工艺包括以下步骤：
[0013] (1)先将造纸制浆黑液加入反应器后，在40-60°C的温度下，加入pH调节剂将反应 体系的pH值调至10. 5-11. 5,然后加入双氧水，在40-60°C反应0. 5h-l. Oh ;
[0014] (2)往步骤（1)的反应体系中加入甲醛，在90-95°C反应0.5-1. Oh;
[0015] (3)往步骤⑵的反应体系中加入酚和/或酚的衍生物，在95-KKTC反应 1. 0-2. Oh ；
[0016] (4)往步骤⑶的反应体系中加入磺化剂，在100_105°C反应2. 0-3. Oh ;
[0017] (5)降温至90-95°C，往步骤⑷的反应体系中加入甲醛反应3. 0?4. Oh ;降温出 料，干燥即得所述的改性木质素基分散剂。
[0018] 进一步，所述的干燥采用喷雾干燥进行。
[0019] 进一步，所采用的喷雾干燥设备进口温度为300-330°C，出口温度为100-1KTC， 干粉回收率大于95%。
[0020] 本发明产品使用时，可以粉剂直接掺加，也可配成水溶液使用。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：
[0022] (1)本发明首先采用碱性氧化的方式对制浆黑液进行预处理，提高了黑液中木质 素的活性并去除了制浆黑液中还原性物质，然后采用羟基化改性，增加了黑液中木质素的 磺化位点及聚合位点，再采用酚化改性，引入酚羟基，进一步提高黑液中木质素反应活性及 产品的耐温性能，最后通过磺化和聚合改性，来提高改性木质素产品的分散性能，并有效控 制了产品分子量。
[0023] (2)所制备的改性木质素基分散剂产品具有良好分散、络合、耐温等多种性能，用 途广泛，主要用于染料工业用分散剂和钻井液用降粘剂，也可作为水煤浆添加剂、混凝土减 水剂及陶瓷添加剂。
[0024] (3)所制备的改性木质素基分散剂产品具有颜色浅，味道好，无不溶水颗粒，较低 的还原糖含量及综合性能指标好等优点。
[0025] (4)整个制备过程不会出现木质素絮凝、沉降，生产过程无"三废"（废水、废气、废 渣），因此是清洁化、环境友好工艺。
[0026] (5)本发明的生产工艺简单，生产原料易得，生产周期短，反应温和，所需设备为常 规设备，便于进行工业化大生产。
【具体实施方式】
[0027] 下面详细描述本发明的实施例，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域 内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商 者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0028] 表1实施例1-6中各组分含量（wt% )
[0029]
【权利要求】
1. 一种改性木质素基分散剂，包含下述原料组分： 造纸制浆黑液 33.3-43.6wt%; pH调节剂 1.0-3.2wt%； 双％t水 0.7-2.0wt%; 甲醛 11.0-16.2wt%; 酚和/或衍生物 4.3-6.9wt% 磺化剂 8.0-9.6wt%; 余量为水
2. 根据权利要求1所述的改性木质素基分散剂，其特征在于：所述造纸制浆黑液选自 竹子、曲柳、芒杆、杨木、桉木、桦木、马尾松中的一种或几种通过碱法或硫酸盐法制备得到， 固含量为40. 0-60. 0%，其中木质素含量为20-35%，密度为1. 05-1. 08g/mL。
3. 根据权利要求1所述的改性木质素基分散剂，其特征在于：所述的pH调节剂为硫 酸、葡萄糖酸、氯乙酸中一种或多种的混合物。
4. 根据权利要求1所述的改性木质素基分散剂，其特征在于：所述的磺化剂为亚硫酸 钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵的一种或多种的混合物。
5. 根据权利要求1所述的改性木质素基分散剂，其特征在于：所述的酚及其衍生物为 苯酚、对甲酚、间甲酚、双酚S、双酚A的一种或多种的混合物。
6. 根据权利要求1所述的改性木质素基分散剂，其特征在于：所述改性木质素基分散 剂的水不溶物彡〇. 5,总还原物含量彡0. 2,硫酸盐含量彡3. 0,相对分子量Mn: 5000-20000， pH:8-10。
7. 制备权利要求1-6的改性木质素基分散剂的方法，包括以下步骤： (1) 先将造纸制浆黑液加入反应器后，在40-60°C的温度下，加入pH调节剂将反应体系 的pH值调至10. 5-11. 5,然后加入双氧水，在40-60°C反应0? 5h-l.Oh; (2) 往步骤（1)的反应体系中加入甲醛，在90-95°C反应0? 5-1.Oh; (3) 往步骤（2)的反应体系中加入酚和/或酚的衍生物，在95-KKTC反应1. 0-2.Oh; (4) 往步骤（3)的反应体系中加入磺化剂，在100-105°C反应2. 0-3.Oh; (5) 降温至90-95°C，往步骤⑷的反应体系中加入甲醛反应3.0?4.Oh;降温出料， 干燥即得所述的改性木质素基分散剂。
8. 根据权利要求7所述的制备权利要求1-6的改性木质素基分散剂的方法，其特征在 于：所述的干燥采用喷雾干燥进行。
9. 根据权利要求7所述的制备权利要求1-6的改性木质素基分散剂的方法，其特征在 于：所采用的喷雾干燥设备进口温度为300-330°C，出口温度为100-1KTC，干粉回收率大 于 95%。
【文档编号】C10L1/32GK104474966SQ201410844089
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】陈珍喜, 郑福尔, 刘剑锋, 刘明华, 王伟锋, 苏千德 申请人:福建清源科技有限公司