專利名稱：一種高分子材料化學固沙劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料化學固沙劑的制備方法。
背景技術：
造紙黑液是把植物體內能夠用來造紙的纖維素提取分離后，剩下的黑色液 體。造紙黑液是由有機物和無機物兩大部分組成，有機物一般占70%,無機物占 30%左右，有機物的主要成份是木質素、半纖維素和纖維素的降解物，其中木質 素約占固體物含量的30%左右，無機物主要是無機鈉鹽。以造紙黑液為原料， 提取出其中的木質素或者木質素磺酸鹽合成化學固沙材料，不僅可以減少造紙廢 液對環(huán)境的污染，而且可以變廢為寶，為防風固沙提供一種價格低廉的固沙材料。
造紙制漿的方法有化學法和高得率法，高得率法主要是機械的方法，化學制 漿法包括堿法和亞硫酸鹽法，堿法包括石灰法、燒堿法、蔬酸鹽法和預水解堿法， 堿法制漿廢液中主要成份是不溶于水的木質素；亞硫酸鹽制漿法包括酸性亞硫酸 氫鹽法和中性、堿性亞硫酸鹽法，亞硫酸鹽制漿廢液中的主要成份是溶于水的木 質素磺酸鹽。目前，以造紙廢液為原料合成化學固沙材料，多數(shù)是以亞硫酸鹽制 漿造紙廢液為原料，從中提取水溶性的木質素磺酸鹽，再對木質素磺酸鹽以乙烯 基類單體，如丙烯酸、丙烯酰胺等接枝改性，合成化學固沙材料。美國專利(USP No. 4,303,438)用丙烯酸對木質素磺酸鹽接枝改性，產物可以作為土壤改良劑， 具有提高土壤團聚度，抵御風蝕的性能。國內發(fā)明專利(公開號CN 1422932A) 直接以亞硫酸鹽制漿廢液為原料，通過乙烯基類單體對其進行化學改性，合成沙 土改良劑。
我們曾以中性亞硫酸鹽制漿廢液為原料(國內發(fā)明專利，申請?zhí)?200710188572.7)，提取其中的木質素磺酸鹽，然后對木質素磺酸鹽用醛類化合 物和不飽和酯、酸或酰胺進行接枝改性，合成了高分子材料固沙劑。但以堿法制 漿廢液中不溶于水的木質素成份為原料，合成化學固沙材料，僅有一件國內發(fā)明 專利(公開號CN 1445335A)，由木質素在一定的條件下與醛類化合物反應， 再添加少量交聯(lián)劑后與尿素縮合，制得化學固沙劑。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于利用堿法造紙制漿廢液中的木質素成份，合成一種水溶性和 固沙效果更好，成本較低，可降解的化學固沙材料。
本發(fā)明以堿性造紙制漿廢液為原料，通過酸析法提取其中的木質素成份，然 后對木質素用甲醛和亞硫酸鹽或亞硫酸氫鹽進行磺甲基化改性，再對木質素磺甲 基化改性產物以乙烯基類單體，如丙烯酸，進行接枝共聚改性，合成木質素高分 子材料化學固沙劑。
一種高分子材料化學固沙劑的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下三 個步驟
A. 以堿性造紙制漿廢液為原料，通過酸析法提取其中的木質素成份；
B. 在堿性條件下，以甲醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉，對A步驟所得木質素 成份進行磺甲基化改性，充入1 4MPa的氮氣，在溫度為120 160'C的條件下， 反應1.0 2.5h，反應完成后，將反應物濃縮干燥，得到木質素磺甲基化改性產 物；
C. 以B步驟所得的木質素磺甲基化改性產物為原料，用丙烯酸單體對其進 行接枝改性，在反應液溫度為20 5(TC時，加入氧化還原引發(fā)劑引發(fā)反應，氧 化還原引發(fā)劑選自過氧化氫水溶液和硫酸亞鐵，反應完成后，將反應物濃縮干燥， 得到化學改性的木質素固沙劑。
本發(fā)明所述的步驟A中，酸析時所用的無機酸是20wt。/。的硫酸或鹽酸，其 用量為造紙廢液的10% 30wt%。
本發(fā)明所述的步驟B中，在堿性條件下反應，其pH值范圍是10 13，對 木質素進行改性時，所用原料為37wt。/。的甲醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉，其中 甲醛用量為木質素重量的50% 90%，亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉用量為木質素重量 的60% 85%。
本發(fā)明所述的步驟C中，丙烯酸用量為木質素重量的50% 180%，過氧化 氫水溶液用量為木質素磺甲基化改性產物質量的10% 50%，硫酸亞鐵用量為木 質素磺甲基化改性產物質量的0.7%~2.0%。
將步驟C所得的化學改性后的木質素固沙劑溶解于水中，配制成質量百分 數(shù)為0.75% 3.0%的水溶液，均勻噴灑于沙盤表面，干燥后沙盤表面形成致密的固結層，固結層約有1 5mm厚，風洞實驗測試結果表明具有較好的抗風蝕性能。
本發(fā)明所制備的高分子材料固沙劑的特點是以堿性造紙制漿廢液為原料，
經過酸析提取其中的有用成份木質素，然后對木質素進行磺甲基化及以丙烯酸單 體進行接枝改性，是一種新型的高分子固沙材料，該材料固沙效果好，具有一定 的吸濕、保水等功能。
具體實施例方式
為了進一步說明本發(fā)明，列舉實施例如下 實施例1:
100mL堿性制漿廢液中加入20。/。 (wt)的硫酸溶液20mL，在50。C的條件下 水浴保溫30min，然后離心分離，水洗，在80'C的烘箱中干燥，研磨，得到棕色 粉末狀物質5.03克。
2.0克木質素溶解在20mL水中，加入一定量5%的氫氧化鈉水溶液和4mL37% (wt)的甲醛水溶液，再加入1.5克亞硫酸鈉，使反應液pH值為12，充入1.5MPa 氮氣，在15(TC的條件下反應1.5h，反應完成后，把反應液在空氣中直接濃縮干 燥，得到棕色粉末狀物質3.95克。
2.5克木質素磺甲基化產物溶解在10 mL水中，加入3mL丙烯酸，用10%硫 酸調節(jié)溶液的pH值，在溫度為3(TC時加入0.9 mL30y。(w/v)的雙氧水和0.02克 的硫酸亞鐵，在50'C時保溫10min，然后在卯。C下反應30min，得到產物的粘度 在2(TC時是293mPa's，把反應物直接在空氣中濃縮、干燥、研磨后得到棕色粉 末3.76克，即得一類高分子材料化學固沙劑。 實施例2:
100mL堿性制漿廢液中加入20。/。 (wt)的鹽酸溶液20mL，在50。C的條件下 水浴保溫30min，然后離心分離，水洗，在80'C的烘箱中干燥，研磨，得到棕色 粉末狀物質4.85克。
2.0克木質素溶解在20mL水中，加入一定量5%的氫氧化鈉水溶液和4mL37% (wt)的甲醛水溶液，然后加入1.5克亞硫酸氫鈉，使反應液pH值為lO，充入 1.5MPa氮氣，在15(TC的條件下反應1.5h，反應完成后，把反應液在空氣中直 接濃縮干燥，得到棕色粉末3.61克。
2.5克木質素磺甲基化產物溶解在10 mL水中，加入2.5mL丙烯酰酸，用10%硫酸調節(jié)溶液的pH值，在溫度為30'C時加入1.2mL的雙氧水和0.03克的硫酸 亞鐵，在50。C時保溫10min，然后在90'C下反應30min，得到產物的粘度在20'C 時是324mPa，s，把反應物直接在空氣中濃縮、干燥、研磨后得到棕色粉末4.38 克，即得高分子材料化學固沙劑。 實施例3:
將合成的木質素固沙劑溶解在水中，分別配制成濃度為1.5%， 2.0%, 3.0% (wt)的水溶液噴灑在直徑為90mm，深度為10mm的沙盤中，每個沙盤中噴灑 固沙劑水溶液45mL，把噴好固沙劑溶液的沙盤放置在室溫下直到溶液完全被吸 收后，再放入烘箱中，在80。C烘干8小時。然后對固沙樣品進行抗風蝕性能測 試。測試結果顯示，當木質素固沙劑濃度為3.0%時，以卯度角的方向對沙盤吹 挾沙風，在風速為10m/s的情況下，耐磨蝕時間可達2個小時以上，耐磨蝕率是 0.0265g/miivm2，未出現(xiàn)風蝕現(xiàn)象。
權利要求
1、一種高分子材料化學固沙劑的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下三個步驟A.以堿性造紙制漿廢液為原料，通過酸析法提取其中的木質素成份；B.在堿性條件下，以甲醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉，對A步驟所得木質素成份進行磺甲基化改性，充入1～4MPa的氮氣，在溫度為120～160℃的條件下，反應1.0～2.5h，反應完成后，將反應物濃縮干燥，得到木質素磺甲基化改性產物；C.以B步驟所得的木質素磺甲基化改性產物為原料，用丙烯酸單體對其進行接枝改性，在反應液溫度為20～50℃時，加入氧化還原引發(fā)劑引發(fā)反應，氧化還原引發(fā)劑選自過氧化氫水溶液和硫酸亞鐵，反應完成后，將反應物濃縮干燥，得到化學改性的木質素固沙劑。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于所述的步驟A中，酸析時所用的 無機酸是20wt。/。的硫酸或鹽酸，其用量為造紙廢液的10% 30wt%。
3、 如權利要求l所述的方法，其特征在于所述的歩驟B中，在堿性條件下 反應，其pH值范圍是10 13，對木質素進行改性時，所用原料為37wt。/。的甲 醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉，其中甲醛用量為木質素重量的50% 90%，亞硫酸 鈉或亞硫酸氫鈉用量為木質素重量的60% 85%。
4、 如權利要求l所述的方法，其特征在于所述的步驟C中，丙烯酸用量為 木質素重量的50% 180%，過氧化氫水溶液用量為木質素磺甲基化改性產物質 量的10% 50%，硫酸亞鐵用量為木質素磺甲基化改性產物質量的0.7%~2.0%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高分子材料化學固沙劑的制備方法。該方法通過酸析法從堿性造紙制漿廢液中提取木質素，以甲醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉對木質素進行磺甲基化改性，再以丙烯酸對磺甲基化木質素進行接枝共聚改性，合成新型高分子材料固沙劑。該方法不僅解決造紙廢液對環(huán)境的污染問題，而且合成的固沙劑具有水溶性、施工方便、成本低廉、可降解、保水、保濕、有利于植物生長的特點。
文檔編號C09K17/32GK101619219SQ20081015028
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權日2008年7月3日
發(fā)明者王來來, 董治寶, 趙水俠 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所