一种以碱木质素改性制备表面活性剂的方法
【专利摘要】本发明涉及一种以碱木质素改性制备表面活性剂的方法，属于木质素利用【技术领域】。该方法以工业生产中的废弃物碱木质素为原料，先与十二烷基缩水甘油醚、N,N-二甲基苄胺在二甲亚砜中反应，然后与氯磺酸反应，产物经中和、透析得到木质素表面活性剂。该发明有效利用了工业生产中的废弃物木质素，有利于环境保护，同时反应条件温和，不需要高温高压条件，反应条件易于控制和调整，因此反应工艺简单，生产设备相对简易，产品成本低，具有很好的工业应用前景。本方法制备的木质素表面活性剂的表面张力达29.17mN/m，满足工业生产和日用洗涤的活性要求。
【专利说明】一种以碱木质素改性制备表面活性剂的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以碱木质素改性制备表面活性剂的方法，属于木质素利用【技术领域】。
技术背景
[0002]木质素作为自然界储量丰富的可再生资源，其年产量仅次于纤维素，是最丰富的天然芳香族高分子。目前，木质素主要来源于化学法制浆、生物乙醇加工、有机溶剂制浆等。工业加工中木质素主要以燃烧的形式供给热量，利用价值较低，若将富含木质素的废液排放，则浪费资源，同时废水处理成本巨大。通过分子设计及结构改性，可改变木质素本身的性质，制备出具有高附加值的化学品，实现木质素的高效利用，不仅具有重要的生态效益，同时还具有重大的经济效益。
[0003]木质素具有大分子结构。其分子量大，分子量分布宽，缺乏亲水性和亲油性官能团。碱木质素分散在水中时，很少能产生润湿、乳化、凝聚、增溶、起泡或者消泡的作用，不能用做表面活性剂使用。通过对木质素进行适当改性，调整木质素中亲水基团和亲油基团的含量和比例，可提高木质素的表面活性。中国发明专利CN102503990A对碱木质素在高温150~350°C条件下进行催化降解，得到液化木质素，然后对液化产物采用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵进行改性，制备得到木质素表面活性剂。该过程需要在高温高压条件下进行，操作成本较高。中国发明专利CN103254882A对碱木质素进行氧化、磺化、胺化、烷基化反应制备表面活性剂，反应工艺复杂，路线较长，其中磺化反应需要在高温(150~20(TC)条件下反应。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种以碱木质素改性制备表面活性剂的方法，改进已有表面活性剂的制备方法，以碱木质素为原料，通过引入长链烷烃提高木质素的亲油性，通过磺化反应增加木质素的亲水性，以制备具有两亲性的木质素表面活性剂。
[0005]本发明提出的以碱木质素改性制备表面活性剂的方法，包括以下步骤:
[0006](I)将重量比为1:1:0.2的碱木质素、十二烷基缩水甘油醚、N，N-二甲基苄胺加入到二甲亚砜中，控制碱木质素与二甲亚砜的质量体积比为1:20，升温至90~120°C，反应5小时，用盐酸溶液调节PH值为2，减压蒸馏除去其中的二甲亚砜，所得产物使用水和石油醚洗涤后60°C干燥24小时，得到改性木质素；
[0007](2)取上述改性木质素溶解于二氯甲烷得到第一溶液，改性木质素与二氯甲烷的质量体积比为1:20 ;取氯磺酸溶解于二氯甲烷得到第二溶液，氯磺酸与二氯甲烷的质量体积比为1:10，向第一溶液中逐滴加入第二溶液，使改性木质素与氯磺酸的质量比1:(0.5~2)，进行磺化反应，磺化反应温度为0°C，磺化反应时间为0.5~2小时，反应结束后，用氢氧化钠溶液调节PH值为8，搅拌I小时，采用截留分子量为3000Da的透析袋透析，保留液在-50°C下冷冻干燥24小时，得到木质素表面活性剂。[0008]本发明提出的以碱木质素改性制备表面活性剂的方法，其优点是:
[0009](I)本发明的以碱木质素改性制备表面活性剂的方法，实现了碱木质素的合理利用，同时降低木质素废液排放引起的污染问题，有利于环境保护。
[0010](2)本发明方法制备的表面活性剂，和已有技术中采用卤代烷烃改性木质素磺酸盐所制备的产物相比，已有方法制备的表面活性剂，其表面张力36mN/m，本发明方法制备的表面活性剂，其表面张力可降低至29.17mN/m,因此本发明制备的表面活性剂的表面活性有了显著提高。
[0011](3)本发明制备表面活性剂的方法，其反应条件温和，不需要高温高压条件，反应条件易于控制和调整，因此反应工艺简单，生产设备相对简易，产品成本低，具有很好的工业应用前景。
[0012](4)本发明方法制备木质素表面活性剂，以废弃物碱木质素为原料，制备的表面活性剂可用于工业及日用洗涤，减少了石油基表面活性剂的用量，因此本发明方法节约了能源。
【具体实施方式】
[0013]本发明提出的以碱木质素改性制备表面活性剂的方法，包括以下步骤:
[0014](I)将重量比为1:1:0.2的碱木质素、十二烷基缩水甘油醚、N，N-二甲基苄胺加入到二甲亚砜中，控制碱木质素与二甲亚砜的质量体积比为1:20 (g/mL)，升温至90~120°C，反应5小时，用盐酸溶液调节pH值为2，减压蒸馏除去其中的二甲亚砜，所得产物使用水和石油醚洗涤后60°C干燥24小时，得到改性木质素；
[0015](2)取上述改性木质素溶解于二氯甲烷得到第一溶液，改性木质素与二氯甲烷的质量体积比为1:20 (g/mL);取氯磺酸溶解于二氯甲烷得到第二溶液，氯磺酸与二氯甲烷的质量体积比为1:10 (g/mL)，向第一溶液中逐滴加入第二溶液，使改性木质素与氯磺酸的质量比1: (0.5~2)，进行磺化反应，磺化反应温度为0°C，磺化反应时间为0.5~2小时，反应结束后，用氢氧化钠溶液调节pH值为8，搅拌I小时，采用截留分子量为3000Da的透析袋透析，保留液在_50°C下冷冻干燥24小时，得到木质素表面活性剂。
[0016]下面介绍本发明方法的实施例:
[0017]实施例1:
[0018](I)将8g碱木质素、8g十二烷基缩水甘油醚、1.6g队^二甲基苄胺加入到1601^二甲亚砜中，升温至120°C反应5小时，用盐酸溶液调节pH值为2，减压蒸馏除去其中的二甲亚砜，所得产物使用水和石油醚洗涤后60°C干燥24小时得到改性木质素；
[0019](2)取上述Ig改性木质素溶解于20mL 二氯甲烷得到第一溶液，取2g氯磺酸溶解于20mL 二氯甲烷得到第二溶液。控制第一溶液温度为0°C，向第一溶液中逐滴加入第二溶液进行磺化反应，反应2小时后用氢氧化钠溶液调节pH为8,搅拌I小时。之后采用截留分子量为3000Da的透析袋透析，保留液在_50°C下冷冻干燥24h得到木质素表面活性剂。
[0020](3)将上述表面活性剂配制成浓度为0.1%的水溶液，在室温下使用JK99B型自动表面张力仪采用吊片法测定表面张力，检测结果表明表面张力为29.87mN/m，较0.1%十二烷基苯磺酸钠水溶液的表面张力36.37mN/m低，表明所合成的木质素表面活性剂具有较好的表面活性。[0021]实施例2:
[0022](I)将8g碱木质素、8g十二烷基缩水甘油醚、1.6g N, N- 二甲基苄胺加入到160mL二甲亚砜中，升温至110°C反应5小时，用盐酸溶液调节pH值为2，减压蒸馏除去其中的二甲亚砜，所得产物使用水和石油醚洗涤后60°C干燥24小时得到改性木质素；
[0023](2)取上述Ig改性木质素溶解于20mL 二氯甲烷得到第一溶液，取2g氯磺酸溶解于20mL 二氯甲烷得到第二溶液。控制第一溶液温度为0°C，向第一溶液中逐滴加入第二溶液进行磺化反应，反应2小时后用氢氧化钠溶液调节pH为8,搅拌I小时。之后采用截留分子量为3000Da的透析袋透析，保留液在_50°C下冷冻干燥24h得到木质素表面活性剂。
[0024](3)将上述表面活性剂配制成浓度为0.1%的水溶液，在室温下使用JK99B型自动表面张力仪采用吊片法测定表面张力，检测结果表明表面张力为29.90mN/m，较0.1%十二烷基苯磺酸钠水溶液的表面张力36.37mN/m低，表明所合成的木质素表面活性剂具有较好的表面活性。
[0025]实施例3:
[0026](I)将8g碱木质素、8g十二烷基缩水甘油醚、1.6g N，N-二甲基苄胺加入到160mL二甲亚砜中，升温至120°C反应5小时，用盐酸溶液调节pH值为2，减压蒸馏除去其中的二甲亚砜，所得产物使用水和石油醚洗涤后60°C干燥24小时得到改性木质素；
[0027](2)取上述Ig改性木质素溶解于20mL 二氯甲烷得到第一溶液，取0.5g氯磺酸溶解于20mL 二氯甲烷得到第二溶液。控制第一溶液温度为0°C，向第一溶液中逐滴加入第二溶液进行磺化反应，反应0.5小时后用氢氧化钠溶液调节pH为8,搅拌I小时。之后采用截留分子量为3000Da的透析袋透析，保留液在_50°C下冷冻干燥24h得到木质素表面活性剂。
[0028](3)将上述表面活性剂配制成浓度为0`.1%的水溶液，在室温下使用JK99B型自动表面张力仪采用吊片法测定表面张力，检测结果表明表面张力为32.10mN/m，较0.1%十二烷基苯磺酸钠水溶液的表面张力36.37mN/m低，表明所合成的木质素表面活性剂具有较好的表面活性。
[0029]实施例4:
[0030](I)将8g碱木质素、8g十二烷基缩水甘油醚、1.6g N, N- 二甲基苄胺加入到160mL二甲亚砜中，升温至95°C反应5小时，用盐酸溶液调节pH值为2，减压蒸馏除去其中的二甲亚砜，所得产物使用水和石油醚洗涤后60°C干燥24小时得到改性木质素；
[0031](2)取上述Ig改性木质素溶解于20mL 二氯甲烷得到第一溶液，取2g氯磺酸溶解于20mL 二氯甲烷得到第二溶液。控制第一溶液温度为0°C，向第一溶液中逐滴加入第二溶液进行磺化反应，反应2小时后用氢氧化钠溶液调节pH为8,搅拌I小时。之后采用截留分子量为3000Da的透析袋透析，保留液在_50°C下冷冻干燥24h得到木质素表面活性剂。
[0032](3)将上述表面活性剂配制成浓度为0.1%的水溶液，在室温下使用JK99B型自动表面张力仪采用吊片法测定表面张力，检测结果表明表面张力为30.20mN/m，较0.1%十二烷基苯磺酸钠水溶液的表面张力36.37mN/m低，表明所合成的木质素表面活性剂具有较好的表面活性。
[0033]本发明方法的实施例中，使用的碱木质素由山东龙力生物科技股份有限公司生产。
【权利要求】
1.一种以碱木质素改性制备表面活性剂的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)将重量比为1:1:0.2的碱木质素、十二烷基缩水甘油醚、N，N-二甲基苄胺加入到二甲亚砜中，控制碱木质素与二甲亚砜的质量体积比为1:20，升温至90~120°C，反应5小时，用盐酸溶液调节PH值为2，减压蒸馏除去其中的二甲亚砜，所得产物使用水和石油醚洗涤后60°C干燥24小时，得到改性木质素； (2)取上述改性木质素溶解于二氯甲烷得到第一溶液，改性木质素与二氯甲烷的质量体积比为1:20 ;取氯磺酸溶解于二氯甲烷得到第二溶液，氯磺酸与二氯甲烷的质量体积 比为1:10，向第一溶液中逐滴加入第二溶液，使改性木质素与氯磺酸的质量比1: (0.5~2)，进行磺化反应，磺化反应温度为0°C，磺化反应时间为0.5~2小时，反应结束后，用氢氧化钠溶液调节PH值为8，搅拌I小时，采用截留分子量为3000Da的透析袋透析，保留液在-50°C下冷冻干燥24小时，得到木质素表面活性剂。
【文档编号】C08H7/00GK103755973SQ201410020439
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】李明飞, 陈昌洲, 边静, 孙润仓 申请人:北京林业大学