CN101619219B

CN101619219B - 一种高分子材料化学固沙剂的制备方法

Info

Publication number: CN101619219B
Application number: CN2008101502851A
Authority: CN
Inventors: 王来来; 董治宝; 赵水侠
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: CN101619219A

Abstract

本发明公开了一种高分子材料化学固沙剂的制备方法。该方法通过酸析法从碱性造纸制浆废液中提取木质素，以甲醛和亚硫酸钠或亚硫酸氢钠对木质素进行磺甲基化改性，再以丙烯酸对磺甲基化木质素进行接枝共聚改性，合成新型高分子材料固沙剂。该方法不仅解决造纸废液对环境的污染问题，而且合成的固沙剂具有水溶性、施工方便、成本低廉、可降解、保水、保湿、有利于植物生长的特点。

Description

一种高分子材料化学固沙剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子材料化学固沙剂的制备方法。

背景技术

造纸黑液是把植物体内能够用来造纸的纤维素提取分离后，剩下的黑色液体。造纸黑液是由有机物和无机物两大部分组成，有机物一般占70％，无机物占30％左右，有机物的主要成份是木质素、半纤维素和纤维素的降解物，其中木质素约占固体物含量的30％左右，无机物主要是无机钠盐。以造纸黑液为原料，提取出其中的木质素或者木质素磺酸盐合成化学固沙材料，不仅可以减少造纸废液对环境的污染，而且可以变废为宝，为防风固沙提供一种价格低廉的固沙材料。

造纸制浆的方法有化学法和高得率法，高得率法主要是机械的方法，化学制浆法包括碱法和亚硫酸盐法，碱法包括石灰法、烧碱法、硫酸盐法和预水解碱法，碱法制浆废液中主要成份是不溶于水的木质素；亚硫酸盐制浆法包括酸性亚硫酸氢盐法和中性、碱性亚硫酸盐法，亚硫酸盐制浆废液中的主要成份是溶于水的木质素磺酸盐。目前，以造纸废液为原料合成化学固沙材料，多数是以亚硫酸盐制浆造纸废液为原料，从中提取水溶性的木质素磺酸盐，再对木质素磺酸盐以乙烯基类单体，如丙烯酸、丙烯酰胺等接枝改性，合成化学固沙材料。美国专利(USPNo.4,303,438)用丙烯酸对木质素磺酸盐接枝改性，产物可以作为土壤改良剂，具有提高土壤团聚度，抵御风蚀的性能。国内发明专利(公开号：CN 1422932A)直接以亚硫酸盐制浆废液为原料，通过乙烯基类单体对其进行化学改性，合成沙土改良剂。

我们曾以中性亚硫酸盐制浆废液为原料(国内发明专利，申请号：200710188572.7)，提取其中的木质素磺酸盐，然后对木质素磺酸盐用醛类化合物和不饱和酯、酸或酰胺进行接枝改性，合成了高分子材料固沙剂。但以碱法制浆废液中不溶于水的木质素成份为原料，合成化学固沙材料，仅有一件国内发明专利(公开号：CN 1445335A)，由木质素在一定的条件下与醛类化合物反应，再添加少量交联剂后与尿素缩合，制得化学固沙剂。

发明内容

本发明目的在于利用碱法造纸制浆废液中的木质素成份，合成一种水溶性和固沙效果更好，成本较低，可降解的化学固沙材料。

本发明以碱性造纸制浆废液为原料，通过酸析法提取其中的木质素成份，然后对木质素用甲醛和亚硫酸盐或亚硫酸氢盐进行磺甲基化改性，再对木质素磺甲基化改性产物以乙烯基类单体，如丙烯酸，进行接枝共聚改性，合成木质素高分子材料化学固沙剂。

一种高分子材料化学固沙剂的制备方法，其特征在于该方法依次包括以下三个步骤：

A.以碱性造纸制浆废液为原料，通过酸析法提取其中的木质素成份；

B.在碱性条件下，以甲醛和亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，对A步骤所得木质素成份进行磺甲基化改性，充入1～4MPa的氮气，在温度为120～160℃的条件下，反应1.0～2.5h，反应完成后，将反应物浓缩干燥，得到木质素磺甲基化改性产物；

C.以B步骤所得的木质素磺甲基化改性产物为原料，用丙烯酸单体对其进行接枝改性，在反应液温度为20～50℃时，加入氧化还原引发剂引发反应，氧化还原引发剂选自过氧化氢水溶液和硫酸亚铁，反应完成后，将反应物浓缩干燥，得到化学改性的木质素固沙剂。

本发明所述的步骤A中，酸析时所用的无机酸是20wt％的硫酸或盐酸，其用量为造纸废液的10％～30wt％。

本发明所述的步骤B中，在碱性条件下反应，其pH值范围是10～13，对木质素进行改性时，所用原料为37wt％的甲醛和亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，其中甲醛用量为木质素重量的50％～90％，亚硫酸钠或亚硫酸氢钠用量为木质素重量的60％～85％。

本发明所述的步骤C中，丙烯酸用量为木质素重量的50％～180％，过氧化氢水溶液用量为木质素磺甲基化改性产物质量的10％～50％，硫酸亚铁用量为木质素磺甲基化改性产物质量的0.7％～2.0％。

将步骤C所得的化学改性后的木质素固沙剂溶解于水中，配制成质量百分数为0.75％～3.0％的水溶液，均匀喷洒于沙盘表面，干燥后沙盘表面形成致密的固结层，固结层约有1～5mm厚，风洞实验测试结果表明具有较好的抗风蚀性能。

本发明所制备的高分子材料固沙剂的特点是：以碱性造纸制浆废液为原料，经过酸析提取其中的有用成份木质素，然后对木质素进行磺甲基化及以丙烯酸单体进行接枝改性，是一种新型的高分子固沙材料，该材料固沙效果好，具有一定的吸湿、保水等功能。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，列举实施例如下：

实施例1：

100mL碱性制浆废液中加入20％(wt)的硫酸溶液20mL，在50℃的条件下水浴保温30min，然后离心分离，水洗，在80℃的烘箱中干燥，研磨，得到棕色粉末状物质5.03克。

2.0克木质素溶解在20mL水中，加入一定量5％的氢氧化钠水溶液和4mL37％(wt)的甲醛水溶液，再加入1.5克亚硫酸钠，使反应液pH值为12，充入1.5MPa氮气，在150℃的条件下反应1.5h，反应完成后，把反应液在空气中直接浓缩干燥，得到棕色粉末状物质3.95克。

2.5克木质素磺甲基化产物溶解在10mL水中，加入3mL丙烯酸，用10％硫酸调节溶液的pH值，在温度为30℃时加入0.9mL30％(w/v)的双氧水和0.02克的硫酸亚铁，在50℃时保温10min，然后在90℃下反应30min，得到产物的粘度在20℃时是293mPa·s，把反应物直接在空气中浓缩、干燥、研磨后得到棕色粉末3.76克，即得一类高分子材料化学固沙剂。

实施例2：

100mL碱性制浆废液中加入20％(wt)的盐酸溶液20mL，在50℃的条件下水浴保温30min，然后离心分离，水洗，在80℃的烘箱中干燥，研磨，得到棕色粉末状物质4.85克。

2.0克木质素溶解在20mL水中，加入一定量5％的氢氧化钠水溶液和4mL37％(wt)的甲醛水溶液，然后加入1.5克亚硫酸氢钠，使反应液pH值为10，充入1.5MPa氮气，在150℃的条件下反应1.5h，反应完成后，把反应液在空气中直接浓缩干燥，得到棕色粉末3.61克。

2.5克木质素磺甲基化产物溶解在10mL水中，加入2.5mL丙烯酰酸，用10％硫酸调节溶液的pH值，在温度为30℃时加入1.2mL的双氧水和0.03克的硫酸亚铁，在50℃时保温10min，然后在90℃下反应30min，得到产物的粘度在20℃时是324mPa·s，把反应物直接在空气中浓缩、干燥、研磨后得到棕色粉末4.38克，即得高分子材料化学固沙剂。

实施例3：

将合成的木质素固沙剂溶解在水中，分别配制成浓度为1.5％，2.0％，3.0％(wt)的水溶液喷洒在直径为90mm，深度为10mm的沙盘中，每个沙盘中喷洒固沙剂水溶液45mL，把喷好固沙剂溶液的沙盘放置在室温下直到溶液完全被吸收后，再放入烘箱中，在80℃烘干8小时。然后对固沙样品进行抗风蚀性能测试。测试结果显示，当木质素固沙剂浓度为3.0％时，以90度角的方向对沙盘吹挟沙风，在风速为10m/s的情况下，耐磨蚀时间可达2个小时以上，耐磨蚀率是0.0265g/min·m²，未出现风蚀现象。

Claims

1.一种高分子材料化学固沙剂的制备方法，其特征在于该方法依次包括以下三个步骤：

B.在碱性条件下，以甲醛和亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，对A步骤所得木质素成份进行磺甲基化改性，充入1～4MPa的氮气，在温度为120～160℃的条件下，反应1.0～2.5h，反应完成后，将反应物浓缩干燥，得到木质素磺甲基化改性产物；对木质素进行改性时，所用原料为37wt％的甲醛和亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，其中甲醛用量为木质素重量的50％～90％，亚硫酸钠或亚硫酸氢钠用量为木质素重量的60％～85％；

C.以B步骤所得的木质素磺甲基化改性产物为原料，用丙烯酸单体对其进行接枝改性，在反应液温度为20～50℃时，加入氧化还原引发剂引发反应，氧化还原引发剂是过氧化氢水溶液和硫酸亚铁，反应完成后，将反应物浓缩干燥，得到化学改性的木质素固沙剂；其中丙烯酸用量为木质素重量的50％～180％，过氧化氢水溶液用量为木质素磺甲基化改性产物质量的10％～50％，硫酸亚铁用量为木质素磺甲基化改性产物质量的0.7％～2.0％。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤A中，酸析时所用的无机酸是20wt％的硫酸或盐酸，其用量为造纸废液的10％～30wt％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤B中，在碱性条件下反应，其pH值范围是10～13。