[发明专利]分散染料用低沾污性木质素系分散剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种分散染料用分散剂；特别是涉及一种分散染料用低沾污性木质素系分散剂及其制备方法与应用；属于生物质资源化利用技术领域。

背景技术

分散染料作为合成纤维的主要染料之一，在印染工业中有着广泛的用途与巨大的需求。但分散染料属于水不溶性染料，在研磨加工以及上染过程中需要添加大量的分散剂使染料稳定、均匀地分散，以提高其分散和上染性能。因此，染料分散剂在商品染料的加工和使用过程中起着至关重要的作用。

目前，分散染料球磨用分散剂主要有萘磺酸甲醛缩合物和木质素磺酸盐两大类。萘磺酸甲醛缩合物染料分散剂对纤维沾污轻、对偶氮染料还原破坏率低但其耐高温稳定性差，且其来源于石油工业，原料受限，随着石油资源的逐渐枯竭，其成本越来越高。而木质素磺酸盐类染料分散剂主要来自纸浆造纸工业的副产品，原料来源广，可再生同时成本较低，近年来受到了越来越多的关注。

木质素是自然界中含量仅次于纤维素的第二大生物质资源，全世界每年生成超过5000万吨的工业木质素，但超过95％的木质素仍以“黑液”形式直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。因此对木质素的开发和利用具有巨大的经济效益和社会效益。工业木质素主要来源于造纸制浆工业产生的废液，按照制浆工艺分为酸法制浆废液中的木质素磺酸盐和碱法制浆黑液中的碱木质素。酸法制浆工艺因为产生大量的废酸、废水对环境污染严重而逐渐被遗弃，造纸工业以碱法制浆为主，从而使得碱木质素产量占工业木质素比重90％以上，但碱木质素因水溶性较差利用率很低，因此对碱木质素改性利用具有重要的经济和环境意义。当前对碱木质素应用的一个重要方面即是对其磺化改性用作染料分散剂。用于染料分散剂时，木质素通过吸附于染料颗粒后利用空间位阻和静电斥力达到分散染料颗粒的目的。早在1909年，人们发现木质素磺酸盐亚硫酸废液固形物可作为分散剂用于染料加工中。当前染料分散剂的用量随着染料产量的增加保持持续增长的势头，尤其木质素系染料分散剂以其原料来源丰富、价格低廉且易降解等无可替代的优势在今后的染料分散剂领域中将占据越来越大的市场份额。

但木质素系染料分散剂仍存在自身的一些局限性，其中一个重要方面即是木质素对纤维进行吸附造成染色织物的沾污，尤其磺化碱木质素因其在磺化过程中造成更多的木质素酚羟基氧化为醌型结构而加重颜色，使得其对纤维的沾污较木质素磺酸盐更为严重。

木质素对纤维的沾污受多方面因素的影响。朱德仁(朱德仁.浅谈木质素磺酸盐分散剂对纤维的沾污作用及影响因素.染料与染色,1984,27(5):48-52.)提出通过提高木质素分子量或提高木质素磺化度等方法均可以减轻沾污。

一般认为木质素对纤维的沾污主要是由木质素酚羟基氧化为醌型结构加重颜色以及木质素酚羟基与纤维的酰胺键和羟基间形成氢键吸附造成的。目前已经有许多研究学者针对封闭木质素酚羟基以减轻其沾污问题展开了一系列的研究。徐龙杰等(徐龙杰,李永雕,朱德仁.浅谈木质素分散剂的颜色与对纤维的沾污作用.染料与染色,2011,48(6):45-47.)利用氧化和还原使木质素醌型结构变成芳香酸以及破坏双键和苯环形成的共轭以减轻木质素的颜色来减弱沾污。美国专利US4184845公开一种通过减轻木质素颜色以减轻对纤维沾污的方法。首先将1000g木质素溶于水中后添加2～10mol封闭试剂(含卤素烷基醇、含卤素磺酸盐或含烷基的酯化物等)并在一定温度下反应，使木质素酚羟基封闭，然后将封闭酚羟基后的木质素与氧化剂(空气、氧气或过氧化氢)在50至200pa压力下、pH值11.0左右反应以氧化木质素发色基团，得到了低色度木质素。美国专利US3672817采用含七个碳原子以上的烯化氧、含卤素烷基醇以及碳酸亚烃酯等封闭木质素酚羟基以减弱木质素对纤维的沾污。美国专利US4001202公开了一种利用环氧氯丙烷封闭木质素酚羟基同时提高木质素分子量的方法来降低其沾污性能。美国专利US4355996公开一种通过二价金属盐和硼酸盐封闭木质素酚羟基以减弱木质素对偶氮染料还原能力以及减轻对纤维沾污的方法。此方法将二价金属离子如Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Cr²⁺、Mn²⁺和硼酸盐加入到磺化木质素水溶液中，通过二价金属盐和硼酸盐与木质素酚羟基间反应生成螯合物和酯的形成机制来减轻木质素对纤维的吸附沾污。