一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用，以木质素为原料，通过微波辅助碱活化、金属氧化物催化降解木质素得到降解产物，并以降解产物为原料，利用氨基磺酸类单体、醛类、尿素、异氰酸酯类进行分子重整和化学修饰等反应制得相对分子质量Mn为6000～30000的分散剂。本发明专利技术的方法降解木质素简单高效、得到的降解产物分子量小，并且用降解产物制得的分散剂具有良好的分散性能，同时兼具增强和稳定性能，能用于陶瓷添加剂、混凝土减水剂、染料分散剂和水煤浆添加剂等诸多领域，推广应用前景广阔。

A Method for Preparing Dispersant from Lignin Degradation Products and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用
本专利技术属于分散剂
，具体涉及一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用。
技术介绍
随着世界经济和工业的发展，石油煤炭等不可再生资源储量越来越少，以及生态环境问题的日益突出，利用可再生的生物质资源制取燃料和化学品已成为未来发展趋势。木质素、纤维素和半纤维素是植物组织中的重要组分[1]，是重要的生物质资源。其中，木质素在自然界中的分布广泛，含有丰富独特的苯丙烷结构，是潜在的苯酚生产原料[2]，同时也是制浆造纸工业的主要副产物，但目前大于95%的工业木质素只是简单作为废料处理，如燃烧获取低等级热量，利用率极低，浪费了大量资源。木质素主要是由3种基本结构单元（芥子醇、松柏醇、香豆醇）构成的一类复杂酚类高聚物[3]。木质素大分子中虽然有不少活性官能团，诸如芳香基、甲氧基和羟基等，可是其整体活性不高，高质化领域有限。木质素经过降解反应可以得到酚类、醇类、酸类和烃类等重要的化工原料[4]。即使不同木质素的单体聚合类型都不一样，但仍有规律可循，它大致是由2/3的醚键与1/3的缩合键连接形成，因此，降解的难易度取决于总体的醚化和缩合程度[5]。目前，木质素的降解方法都是通过将木质素中的化学键弱化、断裂，或者产生一些易于反应的基团或活性位点，增加木质素的反应活性，从而使木质素的重均分子量降低、反应空间位阻降低，达到降解的目的[6]。目前木质素的降解主要采用化学降解法，而其中又以水热降解、氧化降解和液化降解三种最为常用[7]。但是这些方法普遍存在降解效率低、反应条件苛刻、成本高等缺陷。专利CN201710045540.5报道了一种高效低污染制备毛竹木质素单酚化合物的方法，是将天然毛竹首先用酶解/温和酸解法分离出木质素，然后选用乙酸酐为乙酰化剂，以过氧乙酸为降解剂处理木质素得到单酚化合物。该方法低污染，得到了高得率、保留芳环结构的木质素低分子降解产物，但是需要用到复杂的乙酰化预处理。专利CN201710067650.1报道了一种利用氨络合物催化木质素降解制备单酚化合物的方法，利用金属盐和氨水在碱性条件下形成稳定的氨络合物溶液，并在过氧化剂下实现氧化降解，但是整体反应时间长，需使用高压条件。近几年来，对于木质素降解产物的高质化利用研究，目前主要有聚氨酯泡沫材料、酚醛树脂、环氧树脂、胶黏剂、生物燃料等，在分子助剂如分散剂等方面有应用的潜力，但研究很少。Xue等[8]在异丙醇-水混合物中，以NaOH为催化剂降解玉米芯木质素，并用降解产物替代多元醇制备生物质基硬质聚氨酯泡沫。由于木质素自身结构的高度复杂性，绝大多数关于木质素降解的文献报道的单酚化合物的收率一般为10%左右。因此提高木质素降解效率并且定向转化木质素，让其在制备新的高附加值产品具备更大优势，这将极大地改善了木质素的资源化途径，对后续的工业化生产提供理论指导意义。现有关于木质素降解的技术工艺整体反应时间长，有的需使用高温高压条件、特殊溶剂以及贵金属催化剂，成本较高，甚至存在二次污染。本专利以木质素为原料，对其进行降解改性成低分子量的降解产物，便于后续分子重整和化学修饰，并且产物含有丰富的酚羟基，化学反应活性高，有利于制备分散剂产品，应用于陶瓷添加剂、混凝土减水剂、染料分散剂和水煤浆添加剂等领域，能降低成本，拓宽木质素的利用途径，对社会经济的可持续发展意义重大。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用。本专利技术制备分散剂的工艺简单、成本低廉、且适用于工业化生产。为了实现上述的目的，本专利技术的技术方案为：一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法，包括以下步骤：（1）木质素降解产物的制备：以木质素为原料，通过微波辅助碱活化、金属氧化物催化降解得到木质素降解产物；（2）分散剂的制备：将木质素降解产物通过分子重整和化学修饰后制备出分散剂。一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法中，所述步骤（1）木质素降解产物的制备，包括以下具体步骤：1）按质量比，把木质素、碱活化剂和金属氧化物催化剂悬浮于水中搅拌均匀；2）在反应温度为120～200℃、微波功率为200～400W下反应0.5～2h；3）待反应液冷却后，抽滤，除去固体残渣，即得木质素降解产物；所述步骤（2）分散剂的制备，包括以下具体步骤：1）在上述步骤（1）制备所得的木质素降解产物中加入单体，在50～70℃下反应30～50min后，缓慢加入交联剂，并在80～100℃条件下，进行搅拌反应2.5～4.5h，反应完成后，加入尿素和异氰酸酯继续缩合反应4h；2）将上述缩合反应完的液体产物调节pH值至9.5～10.5，降温至室温出料即制得分散剂。上述方法中，所述步骤（1）木质素降解产物的制备步骤中，按质量百分比之和为100%计，各组分添加的质量分数为：木质素8.0%～12.0%；碱活化剂4.0%～16.0%；催化剂0.1%～0.5%；水75.5%～85.6%；所述步骤（2）分散剂的制备步骤中，按质量百分比之和为100%计，各组分添加的质量分数为：单体7.5%～12.5%；木质素降解产物80.0%～86.0%；交联剂2.5%～6.25%；尿素1.25%～2.5%；异氰酸酯0.25%～1.25%。进一步的，所述木质素包括由竹子、玉米芯、玉米秸秆、蔗渣、棉花秸秆、稻草、麦草、曲柳、芒杆、杨木、芦苇、桉木、柞木、桦木、马尾松中的一种或几种通过溶剂提取、酶解、机械、亚硫酸盐法或碱法制得的有机溶剂木质素、酶解木质素、磨木木质素、硫酸盐木质素、磺酸盐木质素、碱木质素或天然木质素。进一步的，所述的碱活化剂为NaOH、KOH、LiOH、Na2CO3、K2CO3和NaAlO2中的一种或者任意比例的几种混合。进一步的，所述的催化剂为氧化锆、氧化钼、氧化锌、氧化钛、氧化铌中的一种或任意比例混合的几种。进一步的，所述的单体为氨基磺酸、对氨基苯磺酸、对氨基苯磺酸钠、环己基氨基磺酸钠、环己基氨基磺酸钙中的一种或任意比例混合的几种。进一步的，所述的交联剂为甲醛、乙醛、戊二醛、丙烯醛、三聚甲醛中的一种或任意比例混合的几种。上述方法制备所得分散剂的相对分子质量Mn为6000～30000。上述方法制备所得分散剂作为陶瓷添加剂、混凝土减水剂、染料分散剂和水煤浆添加剂的应用。本专利技术的有益效果为：通过对木质素进行微波辅助碱活化和金属氧化物催化降解改性，使其降解成小分子物质，降解工艺简单，周期短，降解率高；直接利用降解产物通过分子重整和化学修饰后制备分散剂，成本低，且制备的分散剂具备良好的减水、分散、增强等作用，能应用于陶瓷添加剂、混凝土减水剂、染料分散剂和水煤浆添加剂等领域；该方法通过有效利用可再生生物质资源木质素作为原料，原料来源广泛，成本低廉，具有重要的社会经济和环保意义。附图说明：图1：本专利技术利用木质素降解产物制备分散剂的方法的流程图。图2：实施例3制备所得分散剂的相对分子质量图。具体实施方式一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法，包括以下步骤：（1）木质素降解产物的制备：以木质素为原料，通过微波辅助碱活化、金属氧化物催化降解得到木质素降解产物；（2）分散剂的制备：将木质素降解产物通过分子重整和化学修饰后制备出分散剂。一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法中，所述步骤（1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）木质素降解产物的制备：木质素为原料，通过微波辅助碱活化、金属氧化物催化降解得到木质素降解产物；（2）分散剂的制备：将步骤（1）所得木质素降解产物通过分子重整和化学修饰后制备出分散剂。

【技术特征摘要】
1.一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）木质素降解产物的制备：木质素为原料，通过微波辅助碱活化、金属氧化物催化降解得到木质素降解产物；（2）分散剂的制备：将步骤（1）所得木质素降解产物通过分子重整和化学修饰后制备出分散剂。2.根据权利要求1所述的一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法，其特征在于：所述步骤（1）木质素降解产物的制备，包括以下具体步骤：1）按质量比，把木质素、碱活化剂和金属氧化物催化剂悬浮于水溶液中搅拌均匀；2）在反应温度为120～200℃、微波功率为200～400W下反应0.5～2h；3）待反应液冷却后，抽滤，去除固体残渣，即得木质素降解产物；所述步骤（2）分散剂的制备，包括以下具体步骤：1）在上述步骤（1）制备所得的木质素降解产物中加入单体，在50～70℃下反应30～50min后，缓慢加入交联剂，并在80～100℃条件下，进行搅拌反应2.5～4.5h，反应完成后，加入尿素和异氰酸酯继续缩合反应4h；2）将上述缩合反应完的液体产物调节pH值至9.5～10.5，降温至室温出料即制得分散剂。3.根据权利要求2所述的一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法，其特征在于：所述步骤（1）木质素的降解产物的制备步骤中，按质量百分比之和为100%计，各组分添加的质量分数为：木质素8.0%～12.0%；碱活化剂4.0%～16.0%；催化剂0.1%～0.5%；水75.5%～85.6%；所述步骤（2）分散剂的制备步骤中，按质量百分比之和为100%计，各组分添加的质量分数为：单体7.5%～12.5%；木质素降解产物80...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明华，黄映芳，吴敏雅，刘以凡，吕源财，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35