[发明专利]一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用

说明书

本发明公开了一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用，以木质素为原料，通过微波辅助碱活化、金属氧化物催化降解木质素得到降解产物，并以降解产物为原料，利用氨基磺酸类单体、醛类、尿素、异氰酸酯类进行分子重整和化学修饰等反应制得相对分子质量Mn为6000～30000的分散剂。本发明的方法降解木质素简单高效、得到的降解产物分子量小，并且用降解产物制得的分散剂具有良好的分散性能，同时兼具增强和稳定性能，能用于陶瓷添加剂、混凝土减水剂、染料分散剂和水煤浆添加剂等诸多领域，推广应用前景广阔。

技术领域

本发明属于分散剂技术领域，具体涉及一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用。

背景技术

随着世界经济和工业的发展，石油煤炭等不可再生资源储量越来越少，以及生态环境问题的日益突出，利用可再生的生物质资源制取燃料和化学品已成为未来发展趋势。木质素、纤维素和半纤维素是植物组织中的重要组分^[1]，是重要的生物质资源。其中，木质素在自然界中的分布广泛，含有丰富独特的苯丙烷结构，是潜在的苯酚生产原料^[2]，同时也是制浆造纸工业的主要副产物，但目前大于95%的工业木质素只是简单作为废料处理，如燃烧获取低等级热量，利用率极低，浪费了大量资源。

木质素主要是由3种基本结构单元（芥子醇、松柏醇、香豆醇）构成的一类复杂酚类高聚物^[3]。木质素大分子中虽然有不少活性官能团，诸如芳香基、甲氧基和羟基等，可是其整体活性不高，高质化领域有限。木质素经过降解反应可以得到酚类、醇类、酸类和烃类等重要的化工原料^[4]。即使不同木质素的单体聚合类型都不一样，但仍有规律可循，它大致是由2/3的醚键与1/3的缩合键连接形成，因此，降解的难易度取决于总体的醚化和缩合程度^[5]。目前，木质素的降解方法都是通过将木质素中的化学键弱化、断裂，或者产生一些易于反应的基团或活性位点，增加木质素的反应活性，从而使木质素的重均分子量降低、反应空间位阻降低，达到降解的目的^[6]。目前木质素的降解主要采用化学降解法，而其中又以水热降解、氧化降解和液化降解三种最为常用^[7]。但是这些方法普遍存在降解效率低、反应条件苛刻、成本高等缺陷。专利CN201710045540.5报道了一种高效低污染制备毛竹木质素单酚化合物的方法，是将天然毛竹首先用酶解/温和酸解法分离出木质素，然后选用乙酸酐为乙酰化剂，以过氧乙酸为降解剂处理木质素得到单酚化合物。该方法低污染，得到了高得率、保留芳环结构的木质素低分子降解产物，但是需要用到复杂的乙酰化预处理。专利CN201710067650.1报道了一种利用氨络合物催化木质素降解制备单酚化合物的方法，利用金属盐和氨水在碱性条件下形成稳定的氨络合物溶液，并在过氧化剂下实现氧化降解，但是整体反应时间长，需使用高压条件。

近几年来，对于木质素降解产物的高质化利用研究，目前主要有聚氨酯泡沫材料、酚醛树脂、环氧树脂、胶黏剂、生物燃料等，在分子助剂如分散剂等方面有应用的潜力，但研究很少。Xue等^[8]在异丙醇-水混合物中，以NaOH为催化剂降解玉米芯木质素，并用降解产物替代多元醇制备生物质基硬质聚氨酯泡沫。由于木质素自身结构的高度复杂性，绝大多数关于木质素降解的文献报道的单酚化合物的收率一般为10%左右。因此提高木质素降解效率并且定向转化木质素，让其在制备新的高附加值产品具备更大优势，这将极大地改善了木质素的资源化途径，对后续的工业化生产提供理论指导意义。

现有关于木质素降解的技术工艺整体反应时间长，有的需使用高温高压条件、特殊溶剂以及贵金属催化剂，成本较高，甚至存在二次污染。本专利以木质素为原料，对其进行降解改性成低分子量的降解产物，便于后续分子重整和化学修饰，并且产物含有丰富的酚羟基，化学反应活性高，有利于制备分散剂产品，应用于陶瓷添加剂、混凝土减水剂、染料分散剂和水煤浆添加剂等领域，能降低成本，拓宽木质素的利用途径，对社会经济的可持续发展意义重大。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种利用木质素降解产物制备分散剂的方法和应用。本发明制备分散剂的工艺简单、成本低廉、且适用于工业化生产。