木質素磺酸鈉

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木質素磺酸鈉是木質素磺酸鹽的一種。木質素是自然界中含量僅次於纖維素與甲殼素的天然高分子聚合物，全世界每年約可產生6 ×10¹⁴t ，它作為填充和黏結物質，能加強植物纖維素之間的相互作用，也是人們大規模提取利用植物纖維素所必須去除的成分。 ^[1]  木質素是由愈創木基、紫丁香基和對羥基苯丙烷3種基本結構單元以C—C鍵、C—O—C鍵等形式連接而成的聚酚類三維網狀空間結構高分子量聚合物。 ^[2] 

在造紙製漿過程中和生物乙醇生產過程中，木質素殘留在廢液中形成大量的工業木質素，其最廣泛的用途之一就是通過磺化改性轉化為木質素磺酸鹽，磺酸基團決定了其具有良好的水溶性，可以作為助劑廣泛應用在建築、農業和輕工等行業。 ^[2] 

木質素分子是由它的基本結構單元連接在一起的網狀分子，分子中含有甲氧基、羥基、羰基、酚羥基等官能團，因此，木質素可以進行多種化學反應如磺化、氧化、酚化、縮聚及接枝共聚等，這些反應途徑是木質素改性和開發利用的理論基礎。 ^[6] 

木質素磺酸鈉為棕褐色粉末或液體。無特殊異味。無毒，易溶於水及鹼液，遇酸沉澱，具有較強的分散能力。 ^[4] 

木質素磺酸鹽來源於酸法制漿工藝中的亞硫酸鹽法制漿，這工藝應用廣泛，是目前造紙工藝中佔統治地位的工藝，木質素磺酸鹽由於分子中磺酸基團的引入使它具有很好的水溶性，這大大提高了它的反應能力，因此，木質素磺酸鈉是來源豐富，應用廣範的工業木質素。 ^[6] 

根據木質素的植物來源不同，可以將木質素分為闊葉木木質素、針葉木木質素和禾本木質素。原木素是白色或接近無色的物質，但經過分離所得到的木質素的顏色發生了改變，所以商業木質素的顏色在淺黃褐色到深褐色之間。木本木質素一般為無定形粉末，相對密度一般為1.3-1.5g/cm³，木質素結構中沒有不對稱碳原子，所以木質素沒有光學活性，原木木質素不溶於水。 ^[6] 

不同來源的木質素磺酸鹽性質差別較大。木材木鈉和竹子木鈉的重均相對分子質量較大，麥草木鈉和蔗渣木鈉的重均相對分子質量較小；麥草木鈉和竹子木鈉的磺酸基含量較高，蔗渣木鈉的含量較低；四種木鈉的羧基含量相差不大；木材木鈉的酚羥基含量較高。即使來源相同的木質素磺酸鹽，相對分子質量不同，其結構特性不同、表面活性不同。從表面活性角度來看似乎相對分子質量越大越好，然而，從分散角度來看，分散相吸附表面活性物質後，其帶電性導致的靜電斥力在分散體系中處於主導位置，表明隨木質素磺酸鹽相對分子質量的增大，可離子化的帶電親水基團如磺酸跟和羧基等減少，從而導致分散性能變差。因此，要使木質素磺酸鹽具有良好的分散性，需要有合適的相對分子質量和荷電基團含量。 ^[8] 

將純化的木質素和 Na₂SO₃完全溶解在 pH 為13 的 NaOH溶液中，然後將溶液放入水熱反應釜中於165℃高温下反應 5h，得到產物木質素磺酸鈉溶液。木質素磺酸鈉的合成機理如圖1所示。 ^[3] 

目前，木質素系產品有超過200種，新產品也在不斷的開發出來。產品的產量和質量也有了極大的提高，應用領域也越來越多。木質素及其改性產物的應用主要在以下幾個方面： ^[5] 

（1）水泥、混凝土減水劑：木質素磺酸鹽用作減水劑是目前最廣泛的一種應用。1935年美國人E.W.SeriPture成功研製出以木質素磺酸鹽為主要成分的減水劑，從此人類開始了對木質素磺酸鹽減水劑的研究。木質素磺酸鹽用作水泥、混凝土減水劑不僅能夠大幅提供改善其流動性和可塑性，而且可大大降低有害孔隙，明顯增強抗壓強度。 ^[5] 

（2）分散劑、絮凝劑和緩蝕阻垢劑：木質素磺酸鹽是一種性能優良的陰離子表面活性劑，可以用作分散劑、絮凝劑等。 ^[5] 

（3）油田化學品：木質素磺酸鹽具有特殊的分子結構，在油田化學品中的應用十分廣泛，常常用作三次採油用表面活性劑、鑽井液處理劑和調配堵水劑等 。 ^[5] 

（4）合成樹脂：20世紀90年代以來，木質素常常被用作為一種合成高分子材料、樹脂和膠黏劑的一種基礎可再生性材料。 ^[5] 

（5）高分子材料：木質素及其衍生物能夠與聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚乙烯醇（PVA）等烯烴高分子材料共混，提高材料的穩定性、強度和抗光解等性能。劉春芳等將木質素磺酸鹽添加到橡膠中作為一種橡膠補強劑，能夠提高橡膠的力學性能。李海江等將水解木質素與天然橡膠複合，形成互穿網絡結構，再通過共沉澱法製得一種木質素—天然橡膠複合物。 ^[5] 

（6）農用助劑：木質素磺酸鈉不僅能夠作為一種農藥分散劑，而且能夠作為一種潤濕劑、絡合劑和增肥劑，廣泛的運用到農業的各個方面。 ^[5]