木质素磺酸钠

木质素磺酸钠(木钠)
木质素磺酸钠sodium ligninsulfonate是一种天然高分子聚合物，具有很强的分散性，由于分子量和官能团的不同而具有不同程度的分散性，是一种表面活性物质，能吸附在各种固体质点的表面上，可进行金属离子交换作用，也因为其组织结构上存在各种活性基，因而能产生缩合作用或与其他化合物发生氢键作用。

印染工业中使用的分散剂-NNO 即是以木质素磺酸钠为主要原料复配的。

阴离子表面活性剂。

是木浆与二氯化硫水溶液和亚硫酸盐反应产物，是生产纸浆的副产物，一般为4-羟基-3-甲氧基苯的多聚物。

由于木材种类不同，磺化反应的差异，木质素磺酸盐的分子量由200到10000不等，化学结构尚未确定。

一般说低分子木质素磺酸盐，多为直链，在溶液中缔合在一起；高分子木质素磺酸盐多为支链，在水介质中显示出聚合电介的行为。

粗制的木质素磺酸盐大量用于在动物饲料的粒化，精制木质素磺酸盐用于石油钻井泥浆的分散剂；矿石浮选剂，矿泥、染料、农药的分散剂；对重金属，尤其是铁、铜、亚锡离子有较好的螯合能力，是有效的螯合剂。

木质素磺酸钠是一种天然高分子聚合物，具有很强的分散性，由于分子量和官能团的不同而具有不同程度的分散性，是一种表面活性物质，能吸附在各种固体质点的表面上，可进行金属离子交换作用，也因为其组织结构上存在各种活性基，因而能产生缩合作用或与其他化合物发生氢键作用。

印染工业中使用的分散剂-NNO 即是以木质素磺酸钠为主要原料复配的。

木质素磺酸钠的用途：
木质素磺酸钠(木钠)是竹子制浆过程提取物,经过浓缩改性反应并喷雾干燥而成。

产品为浅黄色(棕色)自由流动性粉末,易溶于水,化学性质稳定,长期密封储存不分解。

木质素系列产品是一种表面活性剂，可以通过改性、加工、复配等方法生产多个产品，主要用于树脂、橡胶、染料、农药、陶瓷、水泥、沥青、饲料、水处理、水煤浆、混凝土、耐火材料、油田钻井、复合肥料、冶炼、铸造、粘合剂。

通过实验证明，木质素磺酸盐防止沙土化土壤十分有效，还可以做沙漠固定沙剂。

本产品系改性木质素磺酸钠，其质量标准如下：木质素磺酸钠含量45-50%还原物含量＜8%水不溶物含量＜1.5%PH值(1%水溶液)7-9含水量＜5%细度120目筛余≤4%。

主要性能有：
1、混凝土减水剂：系粉状低引气性缓凝减水剂，属于阴离子表面活性物质，对水泥有吸附及分散作用，能改善混凝土各种物理性能。

减少用水13%以上，改善砼的和易性，并能大幅度降低水泥水化初期水化
热，可复配成早强剂、缓凝剂、防冻剂、泵送剂等，与萘系高效减水剂复配后制成的液体外加剂基本没有沉淀产生。

2、水煤浆添加剂：在制备水煤浆过程中加入本产品，能提高高磨机产量、维持制浆系统状况正常、降低制浆电耗，使水煤浆提高浓度，在气化过程中，氧耗、煤耗下降，冷煤气效率提高，并能使水煤浆降低粘度且达到一定的稳定性和流动性。

3、耐火材料及陶瓷坯体增强剂：在大规格墙地砖及耐火砖制造过程中，可以使坯体原料微粒牢固粘结起来，可使干坯强度提高20%—60%以上。

4、染料工业和农药加工的填充剂和分散剂：在用作还原染料及分散染料的分散剂和填充剂时，可使染料色力增高，着色更均匀，缩短染料研磨的时间；在农药加工中可作为填充剂、分散剂和悬浮剂，大大提高可湿性粉剂的悬浮率和润湿性能。

5、作为粉状和颗粒状物料的粘结剂：用于铁矿粉、铅锌矿粉、粉煤、焦碳粉的压球；铸铁、铸钢砂型的压制；泥砖墙地砖等挤压成型；矿料的成球方面可获得强度高、稳定性好、润滑模具等良好效果。

6、在钻井中用作稀释分散剂、降粘剂；改进原油输送中的流动性，降低能耗。

在石油产品中，作为洁净剂、分散剂、高碱性添加剂、防锈剂、抗静电剂、乳化降粘剂、消蜡防蜡剂等。

分散剂
分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。

可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂。

分散剂的作用是使用润湿分散剂减少完成分散过程所需要的时间和能量，稳定所分散的颜料分散体，改性颜料粒子表面性质，调整颜料粒子的运动性，具体体现在以下几个方面： 缩短分散时间，提高光泽，提高着色力和遮盖力，改善展色性和调色性，防止浮色发花，防止絮凝，防止沉降。

造纸黑液制取木素磺酸钠的实验研究
引言
以植物纤维资源为主要原料的造纸工业是我国重要的轻工产业，是典型的用水大户，总排水量仅次于化工工业和冶金工业[1]。

其排放废水污染主要来自化学制浆过程中产生的蒸煮废液，俗称“黑液”。

每生产1ｔ纸浆要排出黑液约10ｔ。

黑液是一个组分复杂的体系，其中70%的固体物为有机物，包括木质素、聚糖类、腐殖酸和纤维素降解产物
等;30%的固体物为无机物，包括游离的钠盐和含硅的化合物等，其中的木质素、聚糖类、腐殖酸等物质均属活性物质[2]。

木质素是造纸黑液的主要成分，它是以苯丙烷的衍生物为结构单元通过Ｃ—O键和Ｃ—Ｃ链连接而成的天然高分子化合物，具有超分子特性和高比表面积，含有大量的功能基团，如酚羟基、甲氧基、苄式羟基、羰基、羧基、乙烯基等[3]，易于发生羟甲基化、磺化、羧基化、烷基化等各种化学反应[4]。

利用木质素具有酚羟基的性质，稍加酸化、磺化处理，就可制成含木质素磺酸盐的复杂混合物，可稍加处理或直接用作纯度要求不高的水煤浆添加剂[5]。

本研究立足于造纸黑液资源化，探讨了诸相关因素对木浆造纸黑液中木素磺化的影响。

1　实验材料与方法
1．1　实验材料实验用黑液取自吉林纸业股份有限公司制浆车间，该公司所用造纸原料为被子植物(阔叶木)，其黑液中木素主要由愈创木基和紫丁香基丙烷构成[4]。

该公司化学浆采用碱法制浆，黑液成分见表1。

1 。

2　试验仪器LD5-2A低速离心机;250ｍL压力反应釜;85-Z 恒温磁力搅拌器;XMZ型数字显示仪;节点温度计。

1 。

3　工艺过程
工艺流程见图1。

1 。

4　条件控制
反应釜温度110℃～130℃;反应时间1h;压力2 0×105PA;反应体系Ph 值6 0左右;NA2SO3质量分数为21%;粗木素70g/L。

实验在以上基础条件下进行，初步获得了生产工业用表面活性剂的工艺参数。

2　结果与讨论
2 。

1　温度对磺化产率的影响
由图2可知，随着温度的升高，磺化产率增加。

温度升高，具有足够蒸发动能的分子的百分数增加了，结果出现较高的蒸发速率，使釜内的蒸汽压力急剧增加，从而在一定程度上使反应液体积压缩，反应物浓度增加。

根据化学反应碰撞理论，发生反应须同时满足两个条件，即最低的能量限度和适当的方位。

升高反应温度则反应分子具有更大的平均动能，分子碰撞更为有效而频繁，这是温度在小于120℃时反应速率迅速增加的原因。

温度稍升高，就足可使具有引起反应的碰撞所需的最小能量的分子数所占的比例增大很多，这是使木素磺酸钠产率提高的主要原因[6]。

其次，反应液体黏度(指单位面积的液层以单位速度流过相隔单位距离的固定液面时所需的切线力，N/(ｍ2·S))也是一个重要的影响因素。

根据液体黏度经验公式[7～12]:η=AｅB/Ｔ(A，B为常数)，温度升高使反应液体黏度降低，木素分子及水解产生的hSO-3在反应釜内运动更为自由，有利于它们之间发生碰撞，使有效碰撞频率增加。

2。

2　压力与磺化产率的相关性该试验通过向反应釜中注入N2以提高釜内压力。

从图3可以看出，在P<2 0×105PA时，随着釜内压力的增加磺化产率明显增加。

这是因为压力的增大会使反应液体积有一定程度的减小，使反应物浓度增大，有利于反应的进行。

但由于整个过程不涉及气相的反应，液体的可压缩性很小[13]，所以当P>2 0×105PA 时，压力不再是影响反应的关键因素，产率变化幅度整体较小。

2 。

3　时间与磺化产率的关系从图4可见，随着反应时间的增长，木素磺酸钠产率增加。

这符合一般化学反应规律即反应时间越长，反应物分子接触碰撞的几率就越大，产率越高。

随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度不断增加，且生成物的存在阻碍了反应物间的碰撞，使反应速率下降。

在反应进行15h后，曲线趋于平缓，磺化产率无明显变化。

2。

4　Ph值对磺化产率的影响由图5可以看出，随着反应体系Ph值增大，木素磺酸钠产率增加。

在一定范围内随着Ph值的升高，析出的木素颗粒直径减小，也就是说反应物分子间接触面积增大，有利于磺化反应的进行。

此外，Ph值的高低直接影响到磺化反应体系的酸度。

由于反应中NA2SO3首先水解为NAhSO3，在酸性范围内，Ph值越高，酸度越小，越有利于NA2SO3水解，从而促进反应的进行，使磺化产率提高。

2 。

5　木素浓度与磺化产率的相关性从图6可以看出，木素磺酸钠产率随粗木素浓度的增加基本呈下降趋势。

粗木素质量浓度小于52 5g/L范围内随着木素浓度增大，溶出的木素增多，因而磺化产率稍有上升;当粗木素质量浓度大于52 5g/L时，反应体系木素溶出受该酸度条件下木素的溶解度限制，多呈颗粒态存在，使反应体系黏度增加，不利于反应物的运动碰撞，因而产率随木素含量增大而下降。

该条件下反应的最佳粗木素的质量浓度为52 5g/L。

2 6　NA2SO3量与磺化产率的关系从图7可见，随着NA2SO3质量分数的增大，木素磺酸钠产率迅速增加。

以NA2SO3为磺化剂的磺化反应属于亲核取代反应[17]。

该反应过程中NA2SO3首先水解为NAhSO3，在一定的条件下与木素作用发生磺化。

根据化学反应基本规律，反应物浓度越大，反应进行得越迅速、越彻底。

在木素含量一定的情况下，NA2SO3浓度越高，水解后为反应体系提供的hSO-3越多，hSO-3的增多大大提高了其与木素的碰撞接触，加快了反应速率。

但NA2SO3加入量过大将造成产品的灰分增高，同时过高的NA2SO3用量不仅增加成本，而且会污染环境[4]。

3　结论
(1)在100℃～120℃范围随着反应温度的升高磺化产率增加;当温度高于120℃时产率无明显变化，至140℃时仅增加1 。

6%，可见120℃是反应的经济温度。

(2)当P>2 0×105PA时对产率的影响甚微;釜内自成压一般可达(1 5～2 0)×105PA，因此压力应以釜内自成压为主。

(3)反应1 5h基本达到最大产率;在酸性条件下磺化产率随着Ph 值增大而提高。

(4)随木质素浓度升高磺化产率基本呈下降趋势，反应体系木质素质量浓度以52 。

5g/L为佳。

(5)磺化试剂与绝干木素比例的增加有利于产率的提高，但考虑产品灰分及环境影响等因素，其比例以21%为宜。