种新型用于染色的木质素磺酸盐分散剂

一种新型用于染色的木质素磺酸盐分散剂作者:STEPHEN Y. LIN,《木质化学》，美国可以公司，Rothschild, Wise 摘要：一种新的染色用分散剂已经用从可再生的森林资源中提取的来源最丰富的芳香族化合物——改性亚硫酸盐开发出来。这种分散剂在分散染料和还原染料染色体系中表现出独特的性能：高热稳定性、低纤维沾染率、较低的偶氮染料还原能力和低气泡趋势。由于有多样性和高性能价格比等特点，改性后的木质素磺酸盐对比石油产品中制得的合成染料分散剂有更多的选择空间。笔者已经测定了经化学法和分光光度法改进后的木质素磺酸盐类分散剂结构和性能的关系，并且对提高其性能的机理进行简要的讨论。

关键字：分散染料分散染色木质素磺酸盐还原染料木质素木质素磺酸盐类分散剂早在本世纪初就已熟为人知，最早关于亚硫酸盐在纺织印染中的应用的报道是在1909年。当时对印染用分散剂的要求并不严格，大量的使用过的废弃亚硫酸盐经简单的处理后被用于制造分散剂，并且被社会普遍接受。随着现代印染技术的出现与在高温条件下染色的分散染料和还原染料的发展，对高性能染色用分散剂的需求也越来越大。

普遍认为，理想的木质素染料分散剂，尤其是在分散染料或还原染料染色体系中，应该有以下特点：出色的热稳定性；较低的对偶氮染料的还原能力；小起泡趋势；低纤维沾染性；良好的砂磨（铣磨）效率；并且有令人满意的降低染料粘度的功能，提供一种令人满意的分散剂是一个极其困难的任务，因为实际上这种试剂要有理想的能力

平衡，而有些试剂和其他试剂的表现并不一致。举个例子，磺化的木质素分散剂有有益的热稳定性，但往往会沾染纤维并造成严重的偶氮染料还原。相反，有些木质素磺酸盐分散剂有相对较低的偶氮染料还原能力，但是热稳定性相当较差。通常，热稳定性和砂磨效率是成负相关的。

磺化木质素分散剂的偶氮染料还原能力和染色的性能已经被归因于邻苯二酚和其他木质素酚羟基。过去做出的许多改进这些性能的尝试的理论基础是阻断自由酚羟基（1，2）。提高木质素磺酸盐热稳定性的方法有：亚硫酸盐木质素和废牛皮纸木质素交联（3）；将亚硫酸盐木质素脱磺酸基不超滤（4）；在有空气或氧气的碱性介质中氧化，如香兰素的生产。以上所有手段中，木质素磺酸盐都脱去磺酸基且水溶性减小。此外，氧化处理总是使木质素磺酸盐变暗到强烈吸附纤维的程度使得木质素磺酸盐在纺织印染中的应用受限，该处理还会提高木质素磺酸盐对偶氮染料的还原能力。

本文介绍了一种新型木质素磺酸盐分散剂的性能特点并提出改进其性能的方法。改进后的性能特点有良好的加工效率、较高的热稳定性、降低偶氮染料还原能力并降低染料粘度。

实验

热稳定性实验

分散剂的热稳定性由和特定量的分散染料在2000转的砂洗装置中第一个洗去的10g来衡量。在磨铣过程中，混合溶液由醋酸缓冲液维持pH为8，磨

铣一直持续到粘度通过4号测试中的2号滤纸（第2号的瓦特曼滤纸变色是与瓦特曼第4号文件的相同）。一种含有3克的固体糊的染料用蒸馏水稀释到100mL并加热到70℃，搅拌一分钟，用标准的水和布氏漏斗通过15厘米瓦特曼第2号滤纸真空过滤，记录过滤所需的时间和留在滤纸上物质的重量。

分散剂作为干燥化合物的能力是通过喷雾干燥糊状物还测定的。喷雾干燥操作进口温度为120℃，出口温度为88℃，两个喷口喷出干燥粉末，然后换成掺有10mL蒸馏水的糊状物，稀释到100mL，将得到的混合物充分搅拌一分钟并通过和前面一样的瓦特曼2号滤纸，记录过滤时间和残留物重量。在100℃和135℃下的热稳定性，稀释后的糊状物用蒸汽加热15分钟并在压力锅

中135℃加热1.5小时。

泡沫化倾向测试

为了评估发泡趋势，将1g分散剂溶

解在100mL自来水中，用醋酸调节pH值

为5，将溶液转移到250mL容量瓶，连续

倾倒五次，然后立刻测量泡沫的高度（以

毫米为单位）。过一分钟和两分钟后分别

再次测量泡沫高度，如果泡沫在一分钟

内破掉，记下泡沫破掉的时间。

图1 磨铣效率和木质素磺酸盐

分散剂pH的关系，数据见表2 偶氮染料还原和纤维沾染

偶氮染料还原和纤维沾染过程在其他地方有详细说明（2）。

结果与讨论

新型分散剂

这种分散剂——复合改性木素磺酸盐A，是根据木质素加工技术专利（5）生产的。表1显示了功能基团和重均分子量的分析结果。和典型的牛皮纸木质素相比，化合物A有相近的酚羟基含量，但是分子量更高。和未改性的木质素相比，化合物A有更多的酚羟基含量和更大的相对分子量，但是磺化程度没有改变。

商业木质素分散剂

以下的木质素分散剂是用来和化合物A做对比研究的：样品1是纯化的木质素，样品2和样品3是从香兰素氧化过程中提取的脱去磺酸基的木质素，样品4是浓缩的木质素，样品5是低磺化的木质素，样品6是高磺化的木质素。所以的木质素分散剂都以盐的形式存在。

表1.木质素分析数据

比例a Ph-OH OCH

3比例 b

SO

3

OCH

3

重均分子量c

未改性的木质素0.32 0.68 8，500

化合物A 0.53 0.68 12，000

牛皮纸木质素 1.50 0 3，200

a酚羟基和甲氧基的比例由紫外电离光谱分析确定

b磺酸基和甲氧基的比例由硫含量分析确定

c重均分子量由凝胶渗透层析法确定

表2.染色分散剂沉淀pH数据

木质素分散剂沉淀pH 蓝79 棕1 黄54 样本1 0.1 700 -- 245

样本2 0.6 70 536 300

样本3 1.1 178 364 409

样本4 1.3 168 192 520

样本5 1.6 81 390 600

样本6 0.55 400 260 330 化合物A 0.6 70 58 250

浓缩萘磺酸盐无713 98 406

木质素沉淀pH是在4%浓度的溶液中测得的

热稳定性

和合成分散剂相比，在高温染色下的稳定性是某些木质素衍生分散剂重要而独特的特点。我们用四组分散染料测定了木质素分散剂的热稳定性。在测试中，一种染料在特定的染料/分散剂比和特定的染料浓度下磨铣，当通过四号实验的2号滤纸时，将染液用喷雾干燥法分别在70、100、135℃下干燥。稳定性用两个参数衡量：过滤时间和残留物重量。表3-表6是实验结果。

未修改木质素磺酸盐（样品1），如萘磺酸盐产品，在热稳定性方面有所不足。脱去磺酸基的木质素（样品2和3）和其他疏水化产品（样品4）一般热稳定性有所提高，牛皮纸低磺化木质素（样品5）在高温下也表现出色。在C.I.分散蓝3实验中可以看出木质素分散剂的亲水性和热稳定性之间存在某种相关性。也就是说，一个高