CN105017539A - 染料分散剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种染料分散剂的制备方法，包括：木质纤维素在催化剂的作用下蒸煮，得到纤维素和黑液；所述催化剂选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和二氧化硫中的一种或几种；黑液经改性得到染料分散剂。本发明通过在特定的催化剂的作用下碱性亚硫酸盐法蒸煮木质纤维素，而后用特定的改性得到的染料分散剂不仅沾色性能好、而且耐热稳定性好。实验结果表明：本发明制备方法制备得到的染料分散剂扩散性能为常温5级；耐热稳定性为120℃，5级以上；棉布沾污性能大于4级；涤纶沾污性能大于3级；40％固含量粘度为20～1000mp.s。

Description

染料分散剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物化工技术领域，尤其是涉及一种染料分散剂及其制备方法。

背景技术

染料组合物广泛应用于天然及合成纤维的染色，通常包含染料块和分散剂，分散剂的作用主要是作为稀释剂，能分散介质，且能有助于降低染料颗粒的粒径。

木质素磺酸盐是一种常用的染料分散剂，为网状大分子结构，其来源主要有：来源于木材制浆工业的磺化木质素(经亚硫酸制浆法或硫酸盐(kraft)制浆法)，具体的，通过对木质纤维素物质(如木材、稻草、玉米杆、甘蔗渣及类似物)进行处理，使木质素与纤维素或纸浆分离，得到磺化木质素；将木质素磺酸盐用作染料组合物的分散剂的优点有：原料来源广泛，且在室温以及高温下与许多染料具有很好的相容性以及分散性能。

现有技术中通过木质素黑液等制备的染料分散剂不仅沾色性能差，而且耐热稳定性差。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种染料分散剂的制备方法，本发明提供的染料分散剂的制备的方法制备得到的染料分散剂沾色性能好、耐热稳定性好。

本发明提供了一种染料分散剂的制备方法，包括：

木质纤维素在催化剂的作用下蒸煮，得到纤维素和黑液；所述催化剂选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和二氧化硫中的一种或几种；

黑液经改性得到染料分散剂。

优选的，所述催化剂催化剂的摩尔量(mmol)与所述木质纤维素的质量(g)比为0.1：1-2:1。

优选的，所述蒸煮pH值为8～12。

优选的，所述调节pH值为加入碱调节pH值，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或几种。

优选的，所述加碱量与所述木质纤维素的质量比为2～20：100。

优选的，所述蒸煮的温度为90～165℃。

优选的，所述改性剂为甲醛。

优选的，所述改性温度为50～160℃。

优选的，所述木质纤维素按照以下方法制备：

木质素原料在催化剂的作用下酸解，得到木质纤维素；所述催化剂包括非氧化性酸和亚硫酸盐；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸为亚硫酸。

本发明提供了一种染料分散剂，由上述权利要求任意一项的制备方法制备得到。

与现有技术相比，本发明提供了一种染料分散剂的制备方法，包括：木质纤维素在催化剂的作用下蒸煮，得到纤维素和黑液；所述催化剂选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和二氧化硫中的一种或几种；黑液经改性得到染料分散剂。本发明通过在特定的催化剂的作用下碱性亚硫酸盐法蒸煮木质纤维素，而后用特定的改性得到的染料分散剂不仅沾色性能好、而且耐热稳定性好。实验结果表明：本发明制备方法制备得到的染料分散剂扩散性能为常温5级；耐热稳定性为120℃，5级以上；棉布沾污性能大于4级；涤纶沾污性能大于3级；40％固含量粘度为20～1000mp.s。

具体实施方式

本发明提供了一种染料分散剂的制备方法，包括：

木质纤维素在催化剂的作用下蒸煮，得到纤维素和黑液；所述催化剂选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和二氧化硫中的一种或几种；

黑液经改性得到染料分散剂。

本发明对于所述木质纤维素的来源不进行限定，可以为常规的木糖渣或糠醛渣。优选采用以下方法制备：

木质素原料在催化剂的作用下酸解，得到木质纤维素；所述催化剂包括非氧化性酸和亚硫酸盐；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸为亚硫酸。

在本发明中，首先木质素原料在催化剂的作用下酸解，得到糖液。本发明对于所述的木质素原料不进行限定，优选选自玉米芯、芦苇、豆杆和棉杆中的一种或几种；更优选为玉米芯或芦苇；最优选为玉米芯。本发明的原料优选经过粉碎，本发明对于粉碎用的仪器或粉碎得到的目数不进行限定，本领域技术人员熟知的酸解粉碎的仪器和目数即可。

本发明所述催化剂包括非氧化性酸和亚硫酸盐；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸为亚硫酸。所述第二非氧化性酸优选选自磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种；所述第二非氧化性酸更优选选自磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的两种或两种以上；所述亚硫酸盐优选选自亚硫酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种。

在本发明中，所述非氧化性酸与木质素原料的质量比优选为(1～10)：100，更优选为(3～8)：100，最优选为(3～6)：100。所述第一非氧化性酸和第二非氧化性酸的质量比优选为(1～99)：(1～99)，更优选为(50～99)：(1～20)，最优选为(50～99)：(1～10)，最优选为(70～90)：(5～30)；所述亚硫酸盐与第一非氧化性酸的摩尔比优选为(1～10)：100，更优选为(2～7)：100，最优选为(3～4.5)：100。所述酸解反应的固液比优选大于2:1；更优选大于4:1；最优选大于5.5:1。所述酸解的温度优选为110～160℃，更优选为120～150℃，最优选为125～145℃。所述酸解的压力优选为0.2～0.7MPa，更优选为0.4～0.7MPa，最优选为0.5～0.7MPa。

所述酸解完毕后优选经过固液分离，得到糖液和糖渣，所述糖液可以用于去制备糠醛或木糖，所述糖渣优选经过第一次水洗，所述第一次水洗的温度优选为90～130℃，更优选为90～120℃，最优选为90～100℃。所述水洗的液固比优选为2:1～6:1，更优选为4：1～6:1，最优选为6:1～8:1；水洗后固液分离，得到糖液和糖渣，将糖液合并；将糖渣进行第二次水洗，所述第二次水洗的温度优选为70～110℃，更优选为70～100℃，最优选为70～90℃。所述水洗的液固比优选为2:1～6:1，更优选为4：1～6:1，最优选为6:1～8:1；水洗后固液分离，得到糖液和木质纤维素。

本发明得到的木质纤维素的指标优选可以为：

所述纤维素的质量百分含量优选为60％～70％，更优选为63％～68％，最优选为64％～67％；所述半纤维素的质量百分含量优选为0％～10％，更优选为1％～8％，最优选为3％～7％；所述木质素的质量百分含量优选为20％～30％，更优选为22％～28％，最优选为24％～27％；所述灰分优选为小于百分之五，更优选为小于百分之三，最优选为小于百分之二。

在本发明中，木质纤维素在催化剂的作用下蒸煮，得到纤维素和黑液。所述催化剂选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和二氧化硫中的一种或几种；所述催化剂的摩尔量(mmol)占所述木质纤维素的质量(g)比为0.1:1～2:1，更优选为0.4:1-1.3：1。所述反应体系酸解pH值优选为8～12，更优选为9～11，最优选为10～11；在本发明中，所述调节pH值优选为加入碱调节pH值，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或几种。可以调节pH值的常规碱均可，本发明对此不进行限定。本发明所述加碱量与所述木质纤维素的质量比优选为2～20：100，更优选为2～15：100，最优选为4～8：100。

在本发明中，所述蒸煮的温度优选为80～165℃，更优选为90～140℃，最优选为100～120℃，最最优选为103～117℃；本发明对反应的容器没有特殊限制，本领域公知的容器即可，如蒸煮锅、蒸球或一般的反应釜均可；本发明对反应的加热方式也没有特殊限制，直接加热或间接加热均可。本发明所述蒸煮反应中液固比优选为2～20:1，更优选为2～15:1，最优选为2～10:1。

将黑液经过固液分离，得到固体和液体；固体第一次水洗后固液分离得到固体和液体；所述第一次水洗的温度优选为30～80℃，更优选为30～60℃，最优选为30～50℃；所述第一次水洗的浆质量浓度优选为2％～10％，更优选为4％～8％，最优选为4％～6％；第一次水洗得到的固体经过第二次水洗固液分离得到粗纤维素和黑液；所述第二次水洗的温度优选为30～80℃，更优选为30～60℃，最优选为30～50℃；所述第二次水洗的浆浓度优选为2％～10％，更优选为4％～8％，最优选为4％～6％。

本发明对于所述固液分离所用的设备不进行限定，本领域技术人员熟知的板框、压榨机、双网挤浆机中的任意一种。

上述固液分离得到的液体可以用于逆流套洗，最后得到的液体合并，用于制备木质素磺酸盐。

上述分离得到的液体合并后浓缩，本发明浓缩后固含量优选为20％～60％，更优选为20％～40％。

浓缩后优选进行改性，得到染料分散剂。本发明所述改性剂优选为甲醛，所述改性温度优选为50～160℃，更优选为70～140℃，最优选为90～110℃。所述改性反应的时间优选为1～10h，更优选为2～6h，最优选为2～4h。

改性后优选经过喷雾干燥得到木质素磺酸盐。本发明对于所述喷雾干燥的设备不进行限定，本领域技术人员熟知的设备即可。所述进风温度优选为220～280℃，更优选为240～280℃，最优选为260～280℃；所述出风温度优选为90～130℃，更优选为90～120℃，最优选为90～110℃。

糖渣得到的木质素磺酸盐的产品指标为：1％水溶液pH值为9～10，还原糖占所述干物质的质量百分含量为小于等于4％，水不溶物占所述干物质的质量百分含量为小于等于0.03％，硫酸盐质量百分含量为2％～6％，磺化度为0.7～0.9，优选为0.8。

本发明提供了一种染料分散剂，由上述制备方法制备得到。

本发明提供了一种染料分散剂的制备方法，包括：木质纤维素在催化剂的作用下蒸煮，得到纤维素和黑液；所述催化剂选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和二氧化硫中的一种或几种；黑液经改性得到染料分散剂。本发明通过在特定的催化剂的作用下碱性亚硫酸盐法蒸煮木质纤维素，而后用特定的改性得到的染料分散剂不仅沾色性能好、而且耐热稳定性好。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的染料分散剂的制备方法进行详细描述。

实施例1

100g玉米芯粉碎，加入5g亚硫酸、5g磷酸、0.6g亚硫酸钠在110℃、0.4Mpa下水解，得到糖液；固液分离后，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到50g木质纤维素，经检测木质纤维素指标为：纤维素的质量百分含量为65％；半纤维素的质量百分含量为7％；木质素的质量百分含量为26％；灰分为2％。

取50g木质纤维素，加入4g亚硫酸钠，和0.5g氢氧化钠，调节pH值为8，120℃反应，得到纤维素和黑液，黑液固液分离得到固液和液体，固体在30℃、浆液质量浓度为4％的条件下水洗；固体再次固液分离，40℃水洗，固液分离，合并得到液体，将液体浓缩至固含量为20％，加入1g甲醛50℃改性反应6h，而后喷雾干燥，喷雾干燥进风温度为220℃，出风温度为90℃，得到染料分散剂。经检测，其中硫酸盐含量为5％，总还原物含量为3％，磺化度为0.7，1％水溶液pH值为9。

按照HG/T3507-2008的检测方法对染料分散剂的沾色性能和耐热稳定性进行检测，结果表明，其棉布沾污为3～4级，涤纶沾污为3级；耐热性能为150℃5级；扩散性能为常温5级。

实施例2

200g玉米芯粉碎，加入13g亚硫酸、3g草酸、1.1g亚硫酸钠在160℃、0.5Mpa下水解，得到糖液；固液分离后，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入六倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入四倍的90℃水洗，固液分离后得到105g木质纤维素，经检测木质纤维素指标为：纤维素的质量百分含量为65％；半纤维素的质量百分含量为7％；木质素的质量百分含量为26％；灰分为2％。

取105g木质纤维素，加入8g亚硫酸氢钠，和2gKOH，调节pH值为9，130℃反应，得到纤维素和黑液，黑液固液分离得到固液和液体，固体在50℃、浆液质量浓度为6％的条件下水洗；固体再次固液分离，50℃水洗，固液分离，合并得到液体，将液体浓缩至固含量为30％，加入2.5g甲醛70℃改性反应5h，而后喷雾干燥，喷雾干燥进风温度为220℃，出风温度为90℃，得到染料分散剂。经检测，其中硫酸盐含量为5％，总还原物含量为3％，磺化度为0.8，1％水溶液pH值为9。

按照HG/T3507-2008的检测方法对染料分散剂的沾色性能和耐热稳定性进行检测，结果表明，其棉布沾污为3～4级，涤纶沾污为3级；耐热性能为150℃5级；扩散性能为常温5级。

实施例3

300g玉米芯粉碎，加入10g亚硫酸、5g硫酸、1.3g亚硫酸钠在150℃、0.6Mpa下水解，得到糖液；固液分离后，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后得到160g木质纤维素，经检测木质纤维素指标为：纤维素的质量百分含量为65％；半纤维素的质量百分含量为7％；木质素的质量百分含量为26％；灰分为2％。

取160g木质纤维素，加入10g二氧化硫，和20g碳酸钠，调节pH值为10，140℃反应，得到纤维素和黑液，黑液固液分离得到固液和液体，固体在50℃、浆液质量浓度为6％的条件下水洗；固体再次固液分离，60℃水洗，固液分离，合并得到液体，将液体浓缩至固含量为40％，加入3g甲醛90℃改性反应4h，而后喷雾干燥，喷雾干燥进风温度为220℃，出风温度为90℃，得到染料分散剂。经检测，其中硫酸盐含量为5％，总还原物含量为3％，磺化度为0.9，1％水溶液pH值为10。

按照HG/T3507-2008的检测方法对染料分散剂的沾色性能和耐热稳定性进行检测，结果表明，其棉布沾污为3～4级，涤纶沾污为3级；耐热性能为150℃5级；扩散性能为常温5级。

实施例4

300g玉米芯粉碎，加入10g亚硫酸、5g醋酸、1.3g亚硫酸钠在150℃、0.6Mpa下水解，得到糖液；固液分离后，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后得到165g木质纤维素，经检测木质纤维素指标为：纤维素的质量百分含量为65％；半纤维素的质量百分含量为7％；木质素的质量百分含量为26％；灰分为2％。

取165g木质纤维素，加入17g亚硫酸钠和10.5g氢氧化钠调节pH值为11，120℃反应，得到纤维素和黑液，黑液固液分离得到固液和液体，固体在30℃、浆液质量浓度为4％的条件下水洗；固体再次固液分离，40℃水洗，固液分离，合并得到液体，将液体浓缩至固含量为50％，加入3g甲醛100℃改性反应4h，而后喷雾干燥，喷雾干燥进风温度为220℃，出风温度为90℃，得到染料分散剂。经检测，其中硫酸盐含量为5％，总还原物含量为3％，磺化度为0.9，1％水溶液pH值为10。

按照HG/T3507-2008的检测方法对染料分散剂的沾色性能和耐热稳定性进行检测，结果表明，其棉布沾污为3～4级，涤纶沾污为3级；耐热性能为150℃5级；扩散性能为常温5级。

实施例5

300g玉米芯粉碎，加入10g亚硫酸、2g醋酸、3g硫酸、1.3g亚硫酸钠在150℃、0.6Mpa下水解，得到糖液；固液分离后，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到165g木质纤维素，经检测木质纤维素指标为：纤维素的质量百分含量为65％；半纤维素的质量百分含量为7％；木质素的质量百分含量为26％；灰分为2％。

取165g木质纤维素，加入10g亚硫酸钠4g二氧化硫，和12g氢氧化钾，调节pH值为10，120℃反应，得到纤维素和黑液，黑液固液分离得到固液和液体，固体在40℃、浆液质量浓度为4％的条件下水洗；固体再次固液分离，50℃水洗，固液分离，合并得到液体，将液体浓缩至固含量为40％，加入3.5g甲醛110℃改性反应3h，而后喷雾干燥，喷雾干燥进风温度为220℃，出风温度为90℃，得到染料分散剂。经检测，其中硫酸盐含量为5％，总还原物含量为3％，磺化度为0.8，1％水溶液pH值为9。

按照HG/T3507-2008的检测方法对染料分散剂的沾色性能和耐热稳定性进行检测，结果表明，其棉布沾污为3～4级，涤纶沾污为3级；耐热性能为150℃5级；扩散性能为常温5级。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种染料分散剂的制备方法，包括：

木质纤维素在催化剂的作用下蒸煮，得到纤维素和黑液；所述催化剂选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和二氧化硫中的一种或几种；

黑液经改性得到染料分散剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂的摩尔量mmol与所述木质纤维素的质量比为0.1：1-2:1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蒸煮pH值为8～12。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述调节pH值为加入碱调节pH值，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加碱量与所述木质纤维素的质量比为2～20：100。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蒸煮的温度为90～165℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂为甲醛。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性温度为50～160℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木质纤维素按照以下方法制备：

木质素原料在催化剂的作用下酸解，得到木质纤维素；所述催化剂包括非氧化性酸和亚硫酸盐；所述非氧化性酸包括第一非氧化性酸和第二非氧化性酸；所述第一非氧化性酸为亚硫酸。

10.一种染料分散剂，由权利要求1～9任意一项的制备方法制备得到。