木質(zhì)素應(yīng)用綜述.doc

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1、表面活性劑堿木素性能及應(yīng)用研究進(jìn)展作者:陽(yáng)湘榮堿木素是堿法制漿黑液(包括燒堿法和硫酸鹽法)的主要成分。廠家對(duì)黑液治理一般有兩種方法:一種是對(duì)黑液進(jìn)行堿回收;另一種是開發(fā)黑液木素產(chǎn)品。前種方法黑液經(jīng)濃縮燃燒,雖然能回收蒸煮液中的氫氧化鈉和利用熱值,但對(duì)木素來(lái)說(shuō)卻是一種低值利用方式,且設(shè)備投資大。后一種方法通過(guò)對(duì)堿木素進(jìn)行改性,開發(fā)黑液木素產(chǎn)品,提高其應(yīng)用附加值,是合理利用堿木素的好方法,同時(shí)也是大規(guī)模利用造紙黑液、緩解并最終根除造紙黑液污染的根本出路。1堿木素的結(jié)構(gòu)特性和反應(yīng)性能堿木素在結(jié)構(gòu)特性方面有許多不同于原木素之處,如平均相對(duì)分子質(zhì)量較低、有明顯的相對(duì)分子質(zhì)量多分散性、大量的紫丁香基

2、和少量的愈創(chuàng)木基及羥苯基、含量較高的甲氧基、酚羥基和含量較低的醇羥基等。堿木素的結(jié)構(gòu)特性與蒸煮所用原料及蒸煮工藝有關(guān),每一個(gè)C9單位中含官能基分子數(shù)不同,典型的針葉木堿木素化學(xué)式為:C9H8.5O2.1S0.11(OCH3)0.8(CO2H)0.2。堿木素相對(duì)分子質(zhì)量小,其重均相對(duì)分子質(zhì)量為2000~3000(木素磺酸鹽一般為20000~50000)。由于木素本身的多分散性以及蒸煮過(guò)程中的木素分子降解方式和降解程度的差異,堿木素成分復(fù)雜,相對(duì)分子質(zhì)量分布從幾百到上百萬(wàn),不同相對(duì)分子質(zhì)量的堿木素在結(jié)構(gòu)特性和反應(yīng)性能上也有所不同,因此工業(yè)上常利用超濾設(shè)備按相對(duì)分子質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)分離。隨著堿木素

3、級(jí)分相對(duì)分子質(zhì)量的提高,甲氧基、酚羥基及多分散性依次降低,羰基隨級(jí)分相對(duì)分子質(zhì)量的提高而提高。為了使堿木素具有某些特定的物化性能,常對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性。改性反應(yīng)可以是親電或親核的,也可是自由基型的。常用的改性方法有磺化、胺基化、羥烷基化、烷基化、烷氧基化、接枝共聚等。文獻(xiàn)報(bào)道:通過(guò)對(duì)分級(jí)后麥草堿木素的化學(xué)特性研究發(fā)現(xiàn),堿木素分級(jí)改善了分子的均一性,但對(duì)反應(yīng)性能的影響不大,必要時(shí)可對(duì)堿木素進(jìn)行分級(jí)。通過(guò)改性反應(yīng),在木素中接入親水或親油基團(tuán)、改變相對(duì)分子質(zhì)量大小,可提高其水溶性和表面活性,極大地拓寬了堿木素的應(yīng)用范圍。2堿木素的應(yīng)用2.1 作為表面活性劑2.1.1 減水劑木素磺酸鹽是建筑業(yè)中應(yīng)

4、用最廣的混凝土普通減水劑。根據(jù)報(bào)道,木質(zhì)素磺酸鈣經(jīng)過(guò)改性后,各項(xiàng)性能已接近現(xiàn)在廣泛使用的萘系高效減水劑的水平,具有高效、緩凝、低塌落度損失、高強(qiáng)等優(yōu)良的綜合性能,為木素的高附加值利用提供了一條良好的途徑。堿木素在中性條件下不溶于水,不是表面活性劑,但經(jīng)磺化后可變成高分子表面活性劑木素磺酸鹽,而目前磺化堿木素減水劑報(bào)道較少,其性能也有待進(jìn)一步提高。人們通過(guò)對(duì)堿木素分級(jí)、交聯(lián)反應(yīng)、縮合反應(yīng)等方法改變磺化堿木素空間結(jié)構(gòu)、增大相對(duì)分子質(zhì)量、引進(jìn)官能團(tuán),極大地提高了木素減水劑的性能。胡企才等發(fā)現(xiàn)堿木素減水劑的減水機(jī)理與木素的極性吸附、引氣性有關(guān)。近年報(bào)道的SQ引氣減水劑是一種以麥草堿法黑液為原料,

5、經(jīng)過(guò)磺化并添加松香胺皂和水泥活化劑制成的液態(tài)產(chǎn)品,摻量為0.2%時(shí)砂漿減水率為19.9%,砂漿流動(dòng)度為(190±5)mm。2.1.2 分散劑磺化后的堿木素還可制得分散劑,如以Fe2+、Cu2+為催化劑,堿木素與氯氣、硝酸、高錳酸鉀或過(guò)氧化氫發(fā)生氧化反應(yīng),或通過(guò)復(fù)配的方法提高其分散性。如磺化硫酸鹽木素與非離子型表面活性劑(如平平加、乳化劑OP、勻染劑012)復(fù)配,可獲得效果良好的分散劑。華南理工大學(xué)對(duì)木素進(jìn)行分級(jí),通過(guò)對(duì)黑液磺化、過(guò)濾純化、抑糖、蒸發(fā)濃縮、脫水、調(diào)pH值等方法,以相對(duì)分子質(zhì)量較低的堿木素制取分散劑,亦收到較好效果。在堿性條件下先將木素降解成一定長(zhǎng)度的分子,再聚合成特定結(jié)構(gòu)的

6、分散劑。將磺化硫酸鹽木素低相對(duì)分子質(zhì)量級(jí)分與甲醛交聯(lián)反應(yīng),或與氨水反應(yīng)生成磺甲基化木素磺酸銨,均可得到高效且熱穩(wěn)定性好的分散劑。Noll將含有56g苯酚、120g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的甲醛、2.4gNaOH和150g水的混合物在60~65℃反應(yīng)2h,生成低度交聯(lián)產(chǎn)物,然后加入900g磺化堿木素(磺化度0.46)和15gNaOH。在100℃反應(yīng)1h,得到磺化度約為0.43的產(chǎn)物,該產(chǎn)物的分散性優(yōu)于未經(jīng)處理的磺化堿木素。同時(shí),由于相對(duì)分子質(zhì)量的提高,熱穩(wěn)定性也增強(qiáng)了。木素由于本身的可燃燒性及復(fù)配后良好的分散性,復(fù)配后可作為優(yōu)選輸送水煤漿的分散劑;如用來(lái)活化磷礦礦漿時(shí),可降低礦漿流動(dòng)起點(diǎn)水分,同時(shí)

7、可簡(jiǎn)化普鈣流程。2.1.3 水處理劑在水處理方面,磺化堿木素可用作緩蝕劑、防銹劑、阻垢劑等。用作絮凝劑的平均相對(duì)分子質(zhì)量偏低,可以通過(guò)羥甲基化、與低級(jí)脂肪族醛聚合、氧化縮聚提高其相對(duì)分子質(zhì)量。木素磺酸鹽分子的酚羥基具有很好的表面活性,酚羥基、醇羥基、羰基的氧原子具有未共用的電子對(duì),易與介質(zhì)中的多價(jià)金屬離子產(chǎn)生螯合作用,因而能夠吸附在金屬表面保護(hù)金屬。為了增強(qiáng)木素分子的反應(yīng)活性,先用堿處理以增加其酚基,然后胺烷化增加鏈長(zhǎng),再用雙酯試劑

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