改性木质素磺酸盐分散剂及制备方法和在水煤浆中的应用

摘要

本发明涉及改性木质素及制备方法和应用技术领域，是一种改性木质素磺酸盐分散剂及制备方法和在水煤浆中的应用，该改性木质素磺酸盐分散剂按下述方法得到：将亚硫酸钠溶解于水中得溶液1；将丙酮加入溶液1中反应得溶液2；向溶液2中加入木质素，进行恒温反应得溶液3；升高溶液3的反应温度，并在升温过程中加甲醛，温度达到80℃至110℃时甲醛滴加完成；之后恒定温度反应得脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂。本发明采用了接枝磺化的方式，制备出高分子量和高磺酸基含量的木质素分散剂，从而提高了木质素分散剂的分散性，其对水煤浆具有较好的分散降粘效果。

说明书

技术领域

本发明涉及改性木质素及制备方法和应用技术领域，是一种改性木质素磺酸盐分散剂及制备方法和在水煤浆中的应用；所述改性木质素磺酸盐分散剂即为脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂。

背景技术

木质素是自然界中最丰富的芳香族聚合物，也是唯一能提供可再生芳香族化合物的自然资源，在自然界中的含量仅次于纤维素。工业硫酸盐木质素占现阶段工业木质素的比例很大，其结构复杂、纯度低、反应活性低以及异质性(宽相对分子量分布)等特点极大地限制了木质素的应用。相比于木质素磺酸盐，碱木质素水溶性差且容易发生聚集，分子量小，且化学反应活性低，极大地限制了其工业应用。木质素磺酸盐的分子量和磺酸基含量是影响分散性能的主要因素，分子量较大的木质素磺酸盐组分具有较强的分散性，磺化改性提高了木质素磺酸钙的吸附和分散性能，然而，高分子量和高磺酸基含量的木质素分散剂的合成较为困难。

目前比较常用的解决办法是采用小分子磺化剂改性的方法提高木质素的磺酸基团含量，但是这种方法的局限在于：磺酸基团含量和分子量的增加受到木质素上活性位点数目的限制，因此提高有限；因此需要寻找新的方法来实现木质素分子量和磺酸基团含量的进一步提升，进而实现其分散性和成浆浓度的提高。

发明内容

本发明提供了一种改性木质素磺酸盐分散剂及制备方法和在水煤浆中的应用，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有技术难以合成高分子量和高磺酸基含量的木质素分散剂的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种改性木质素磺酸盐分散剂，其化学结构式如下：

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述改性木质素磺酸盐分散剂按下述方法得到：在30℃至60℃的温度下，将所需量亚硫酸钠溶解得溶液1；将所需量丙酮加入溶液1中恒温反应得溶液2；将所需量木质素加入溶液2中，温度升到60℃至80℃并恒温反应得溶液3；将所需量甲醛加入溶液3中，在加料的过程中，溶液3温度升高，控制加入甲醛过程中溶液3的温度在80℃至90℃以下，甲醛加入完成后，将温度提高到80℃至110℃并恒温反应得到改性木质素磺酸盐分散剂。

进一步，所述木质素与所述亚硫酸钠的质量比100:96至100:24。

进一步，所述木质素与所述丙酮的质量比为100：124至100:31。

进一步，所述木质素是由麦草硫酸盐浆黑液、蔗渣硫酸盐法制浆黑液、针叶木硫酸盐法制浆黑液中的一种以上分离纯化而得。

进一步，所述甲醛与所述丙酮的质量比为50：100至200:100。

进一步，所述甲醛采用甲醛溶液，甲醛溶液的质量百分比为37％。

进一步，所述溶液1的温度为30℃至60℃。

进一步，所述反应得到溶液2的温度为30℃至60℃，反应时间为10min至100min。

进一步，所述反应得到溶液3的反应温度为60℃至80℃，反应时间为30min至300min。

进一步，所述反应得到改性木质素磺酸盐分散剂的反应温度为80℃至110℃，反应时间为2h至8h。本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种技术方案之一所述改性木质素磺酸盐分散剂的制备方法，按下述方法进行：：在30℃至60℃的温度下，将所需量亚硫酸钠溶解得溶液1；将所需量丙酮加入溶液1中恒温反应得溶液2；将所需量木质素加入溶液2中，温度升到60℃至80℃并恒温反应得溶液3；将所需量甲醛加入溶液3中，在加料的过程中，溶液3温度升高，控制加入甲醛过程中溶液 3的温度在80℃至90℃以下，甲醛加入完成后，将温度提高到80℃至110℃并恒温反应得到改性木质素磺酸盐分散剂。

本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种技术方案之一所述改性木质素磺酸盐分散剂在水煤浆中的应用。

本发明采用了接枝磺化的方式，制备出高分子量和高磺酸基含量的木质素分散剂(即脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂)，从而提高了木质素分散剂的分散性，其对水煤浆具有较好的分散降粘效果。

附图说明

附图1为本发明实施例1制备的脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂与木质素的红外光谱对比图。

附图1中，Lignin表示木质素，G表示脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液。

该改性木质素磺酸盐分散剂按下述制备方法得到：在30℃至60℃的温度下，将所需量亚硫酸钠溶解得溶液1；将所需量丙酮加入溶液1中恒温反应得溶液2；将所需量木质素加入溶液2中，温度升到 60℃至80℃并恒温反应得溶液3；将所需量甲醛加入溶液3中，在加料的过程中，溶液3温度升高，控制加入甲醛过程中溶液3的温度在80℃至90℃以下，甲醛加入完成后，将温度提高到80℃至110℃并恒温反应得到脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂。

所述木质素与所述亚硫酸钠的质量比100:96至100:24。

所述木质素与所述丙酮的质量比为100：124至100:31。

所述甲醛与所述丙酮的质量比为50：100至200:100。

所述甲醛采用甲醛溶液，甲醛溶液的质量百分比为37％。

所述溶液1的温度为30℃至60℃。

所述反应得到溶液2的温度为30℃至60℃，反应时间为10min至100min。

所述反应得到溶液3的反应温度为60℃至80℃，反应时间为30min至300min。

所述反应得到脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂的反应温度为80℃至110℃，反应时间为2h至8h。

本发明中所述木质素可以为现有普通市售的木质素，还可以由麦草硫酸盐浆黑液、蔗渣硫酸盐法制浆黑液、针叶木硫酸盐法制浆黑液中的一种以上分离纯化而得。

制得的脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂的化学结构式如下：

本发明脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂的制备方法，采用接枝磺化的方式，制备出高分子量和高磺酸基含量的木质素分散剂，从而提高了木质素分散剂的分散性。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

该脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂按下述制备方法得到：

(1)将9.6g亚硫酸钠溶解在装有控温电热装置、电动搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝器的反应烧瓶中，溶解过程中溶液的温度保持在30℃。

(2)待溶液澄清后，加入12.4g丙酮，在30℃下反应10min。

(3)然后在反应器中加入10g木质素粉；温度升高至60℃，再维持30min。

(4)6.2g的甲醛通过滴注漏斗进入反应器。在加料过程中，溶液温度自动升高，应控制在80℃以下。采用强回流冷凝器，减少丙酮和低分子量中间体的损失，加入甲醛溶液后，将温度提高到80℃，继续反应2h，得到的脂肪族改性的木质素磺酸盐分散剂(简称G-1)。

实施例1制备的脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂与木质素的红外光谱对比图如图1所示，从图1 可以看出本发明所述制备方法可以制备脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂。

实施例2:

该脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂按下述制备方法得到：

(1)将2.4g亚硫酸钠溶解在装有控温电热装置、电动搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝器的反应烧瓶中。溶解过程中溶液的温度保持在30℃。

(2)待溶液澄清后，加入3.1g丙酮，在30℃下反应100min。

(3)然后在反应器中加入10g木质素粉；温度升高至60℃，再维持300min。

(4)6.2g甲醛通过滴注漏斗进入反应器。在加料过程中，溶液温度自动升高，应控制在80℃以下。采用强回流冷凝器，减少丙酮和低分子量中间体的损失，加入甲醛溶液后，将温度提高到80℃，继续反应8h，得到的脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂(简称G-2)。

实施例3:

该脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂按下述制备方法得到：

(1)将7g亚硫酸钠溶解在装有控温电热装置、电动搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝器的反应烧瓶中。溶解过程中溶液的温度保持在60℃。

(2)待溶液澄清后，加入10g丙酮，在60℃下反应10min。

(3)然后在反应器中加入10g木质素粉；温度升高至80℃，再维持30min。

(4)6g甲醛通过滴注漏斗进入反应器。在加料过程中，溶液温度自动升高，应控制在90℃以下。采用强回流冷凝器，减少丙酮和低分子量中间体的损失，加入甲醛溶液后，将温度提高到110℃，继续反应2h，得到脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂(简称G-3)。

实施例4:

该脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂按下述制备方法得到：

(1)将5g亚硫酸钠溶解在装有控温电热装置、电动搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝器的反应烧瓶中。溶解过程中溶液的温度保持在60℃。

(2)待溶液澄清后，加入8g丙酮，在60℃下反应100min。

(3)然后在反应器中加入10g木质素粉；温度升高至80℃，再维持300min。

(4)8g甲醛通过滴注漏斗进入反应器。在加料过程中，溶液温度自动升高，应控制在90℃以下。采用强回流冷凝器，减少丙酮和低分子量中间体的损失，加入甲醛溶液后，将温度提高到110℃，继续反应8h，得到脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂(简称G-4)。

实施例5:

该脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂按下述制备方法得到：

(1)将3g亚硫酸钠溶解在装有控温电热装置、电动搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝器的反应烧瓶中。溶解过程中溶液的温度保持在40℃。

(2)待溶液澄清后，加入6g丙酮，在40℃下反应70min。

(3)然后在反应器中加入10g木质素粉；温度升高至65℃，再维持200min。

(4)8g甲醛通过滴注漏斗进入反应器。在加料过程中，溶液温度自动升高，应控制在85℃以下。采用强回流冷凝器，减少丙酮和低分子量中间体的损失，加入甲醛溶液后，将温度提高到90℃，继续反应6h，得到脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂(简称G-5)。

实施例6:

该脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂按下述制备方法得到:

(1)将4g亚硫酸钠溶解在装有控温电热装置、电动搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝器的反应烧瓶中。溶解过程中溶液的温度保持在50℃。

(2)待溶液澄清后，加入4g丙酮，在50℃下反应30min。

(3)然后在反应器中加入10g木质素粉；温度升高至75℃，再维持100min。

(4)7g甲醛通过滴注漏斗进入反应器。在加料过程中，溶液温度自动升高，应控制在85℃以下。采用强回流冷凝器，减少丙酮和低分子量中间体的损失，加入甲醛溶液后，将温度提高到100℃，继续反应3h，得到的脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂(简称G-6)。

实施例7：将实施例制得的G-6用于水煤浆制备中，制浆实验采用实验室干法制浆，先预设制浆浓度，计算出煤样、水和G-6添加剂的质量，本发明中，G-6加入量为干煤粉质量的0.5wt％，将三者混合后用JJ-1型电动搅拌器搅拌10min，制备出水煤浆样品，并以未加入本发明所述分散剂的水煤浆作为空白对照组。考察水煤浆的性能，水煤浆的性能主要是考察浆体的成浆浓度、粘度、流动性及其稳定性，其结果见表1。

通过表1可知，相比于空白对照组，加入G-6后的水煤浆的粘度下降，成浆浓度高，说明本发明所述脂肪族改性木质素磺酸盐分散剂对水煤浆具有较好的分散降粘效果。

实施例6制得的G-6废热分子量和磺酸基含量分别为25700Da和2.48mmol/g，均比木质素磺酸钠高约100％。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

表1