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1、表面活性剂碱木素性能及应用研究进展作者：阳湘荣碱木素是碱法制浆黑液(包括烧碱法和硫酸盐法)的主要成分。厂家对黑液治理一般有两种方法:一种是对黑液进行碱回收;另一种是开发黑液木素产品。前种方法黑液经浓缩燃烧,虽然能回收蒸煮液中的氢氧化钠和利用热值,但对木素来说却是一种低值利用方式,且设备投资大。后一种方法通过对碱木素进行改性,开发黑液木素产品,提高其应用附加值,是合理利用碱木素的好方法,同时也是大规模利用造纸黑液、缓解并最终根除造纸黑液污染的根本出路。1碱木素的结构特性和反应性能碱木素在结构特性方面有许多不同于原木素之处,如平均相对分子质量较低、有明显的相对分子质量多分散性、大量的紫丁香基
2、和少量的愈创木基及羟苯基、含量较高的甲氧基、酚羟基和含量较低的醇羟基等。碱木素的结构特性与蒸煮所用原料及蒸煮工艺有关,每一个C9单位中含官能基分子数不同,典型的针叶木碱木素化学式为:C9H8.5O2.1S0.11(OCH3)0.8(CO2H)0.2。碱木素相对分子质量小,其重均相对分子质量为2000～3000(木素磺酸盐一般为20000～50000)。由于木素本身的多分散性以及蒸煮过程中的木素分子降解方式和降解程度的差异,碱木素成分复杂,相对分子质量分布从几百到上百万,不同相对分子质量的碱木素在结构特性和反应性能上也有所不同,因此工业上常利用超滤设备按相对分子质量进行分级分离。随着碱木素
3、级分相对分子质量的提高,甲氧基、酚羟基及多分散性依次降低,羰基随级分相对分子质量的提高而提高。为了使碱木素具有某些特定的物化性能,常对其进行化学改性。改性反应可以是亲电或亲核的,也可是自由基型的。常用的改性方法有磺化、胺基化、羟烷基化、烷基化、烷氧基化、接枝共聚等。文献报道:通过对分级后麦草碱木素的化学特性研究发现,碱木素分级改善了分子的均一性,但对反应性能的影响不大,必要时可对碱木素进行分级。通过改性反应,在木素中接入亲水或亲油基团、改变相对分子质量大小,可提高其水溶性和表面活性,极大地拓宽了碱木素的应用范围。2碱木素的应用2.1 作为表面活性剂2.1.1 减水剂木素磺酸盐是建筑业中应
4、用最广的混凝土普通减水剂。根据报道,木质素磺酸钙经过改性后,各项性能已接近现在广泛使用的萘系高效减水剂的水平,具有高效、缓凝、低塌落度损失、高强等优良的综合性能,为木素的高附加值利用提供了一条良好的途径。碱木素在中性条件下不溶于水,不是表面活性剂,但经磺化后可变成高分子表面活性剂木素磺酸盐,而目前磺化碱木素减水剂报道较少,其性能也有待进一步提高。人们通过对碱木素分级、交联反应、缩合反应等方法改变磺化碱木素空间结构、增大相对分子质量、引进官能团,极大地提高了木素减水剂的性能。胡企才等发现碱木素减水剂的减水机理与木素的极性吸附、引气性有关。近年报道的SQ引气减水剂是一种以麦草碱法黑液为原料,
5、经过磺化并添加松香胺皂和水泥活化剂制成的液态产品,掺量为0.2%时砂浆减水率为19.9%,砂浆流动度为(190±5)mm。2.1.2 分散剂磺化后的碱木素还可制得分散剂,如以Fe2+、Cu2+为催化剂,碱木素与氯气、硝酸、高锰酸钾或过氧化氢发生氧化反应,或通过复配的方法提高其分散性。如磺化硫酸盐木素与非离子型表面活性剂(如平平加、乳化剂OP、匀染剂012)复配,可获得效果良好的分散剂。华南理工大学对木素进行分级,通过对黑液磺化、过滤纯化、抑糖、蒸发浓缩、脱水、调pH值等方法,以相对分子质量较低的碱木素制取分散剂,亦收到较好效果。在碱性条件下先将木素降解成一定长度的分子,再聚合成特定结构的
6、分散剂。将磺化硫酸盐木素低相对分子质量级分与甲醛交联反应,或与氨水反应生成磺甲基化木素磺酸铵,均可得到高效且热稳定性好的分散剂。Noll将含有56ｇ苯酚、120g质量分数为30%的甲醛、2.4gNaOH和150g水的混合物在60～65℃反应2h,生成低度交联产物,然后加入900ｇ磺化碱木素(磺化度0.46)和15gNaOH。在100℃反应1ｈ,得到磺化度约为0.43的产物,该产物的分散性优于未经处理的磺化碱木素。同时,由于相对分子质量的提高,热稳定性也增强了。木素由于本身的可燃烧性及复配后良好的分散性,复配后可作为优选输送水煤浆的分散剂;如用来活化磷矿矿浆时,可降低矿浆流动起点水分,同时
7、可简化普钙流程。2.1.3 水处理剂在水处理方面,磺化碱木素可用作缓蚀剂、防锈剂、阻垢剂等。用作絮凝剂的平均相对分子质量偏低,可以通过羟甲基化、与低级脂肪族醛聚合、氧化缩聚提高其相对分子质量。木素磺酸盐分子的酚羟基具有很好的表面活性,酚羟基、醇羟基、羰基的氧原子具有未共用的电子对,易与介质中的多价金属离子产生螯合作用,因而能够吸附在金属表面保护金属。为了增强木素分子的反应活性,先用碱处理以增加其酚基,然后胺烷化增加链长,再用双酯试剂
