[发明专利]木质素磺酸盐接枝共聚物分散剂及其制备工艺和应用

说明书

技术领域

本发明属于精细化工、环境友好材料及分散剂领域，特别涉及聚羧酸系木质素磺酸盐接枝共聚物分散剂及其制备工艺及应用。 

背景技术

木质素主要来源于制浆造纸工业中的副产物，而近年来由于生物炼制乙醇技术的快速发展与应用也导致大量新品种工业木质素产生。工业木质素按其所含元素的不同可分为含硫木质素和无硫木质素2类，按其产生的工艺不同可分为磺化木质素（木质素磺酸盐）、牛皮纸木质素、碱木质素、有机溶胶木质素和生物质炼制木质素5类。木质素最大的优点是原料丰富、价格便宜、易于加工，可大大降低木质素磺酸盐的生产成本，同时为造纸黑液的高值化利用开辟了一条有效途径，具有广阔的市场前景和显著的经济效益。木质素分子中含有酚羟基，酚羟基的邻位还有游离的空位，因此具有一定的活性。据报道，木质素可以用来生产混凝土外加剂、水煤浆添加剂、分散剂、胶黏剂、水处理剂、吸附剂、酚醛树脂和降粘剂等等，是很多化工产品的可再生原材料。

分散剂是陶瓷、粉末冶金、混凝土、印染、水煤浆、涂料等行业材料生产中的关键外加剂。传统使用的分散剂一般有木质素磺酸盐、氨基磺酸盐、三聚氰胺磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物及脂肪族系列产品。聚羧酸系分散剂是一种新型的、绿色环保高性能产品，具有掺量低，减水率高，分散流动性保持性能良好以及分子结构可设计性等优点，能有效地克服传统分散剂的缺点与不足。目前，聚羧酸系分散剂在混凝土减水剂行业上应用广泛，从过去重大工程、重点部位逐步向一般重大工程、普通工程的应用，由高强度等级、特殊功能混凝土逐步向普通混凝土的应用发展。在国外，聚羧酸系减水剂的研究已有相当长的历史，其中日本是研究和应用聚羧酸系减水剂最多也是最成功的国家；在我国，聚羧酸系减水剂的研究较晚，但聚羧酸系减水剂在近几年内得到了快速的发展，已有数种自制产品投入市场，但总的性能不是太好，而且稳定性较差。管学茂等（CN 1948209A，2007）以固体酸SO₄^2-/ZrO₂为催化剂，通过聚乙二醇与马来酸酐在80～90 ℃、减压条件下酯化，然后与马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠在引发剂的条件下共聚得到聚羧酸减水剂。王万金等（CN 101575403A，2009）先将酯化大单体、不饱和羧酸单体、阻聚剂、引发剂和链转移剂在聚合前混合均匀形成均化体，再将均化体采用单一滴加的方式加入聚合釜得到聚羧酸系产品。吕生华等（CN 101538351A，2009）以玉米淀粉、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯进行共聚反应获得聚羧酸产品。Shin-ichi Akimoto等（US 5142036，1989）采用烯醚基聚氧乙烯与马来酸酐或其衍生物共聚，以羧酸为侧链，烷氧基为主链合成聚羧酸系高性能减水剂。Edward T. Shawl等（US 5985989，1999）人将丙烯酸、链转移剂、引发剂的混合液逐步滴加到甲氧基聚乙二醇-2000的水溶液中，于60 ℃反应45 min后，升温到120 ℃在氮气保护下不断除去水分，加入催化剂升温到165 ℃反应1 h，进一步反应得到聚羧酸系分散剂。Tsubakimoto 等（US 4870120，1989）发明的关于带有磺酸基、羧基、聚氧化烯基等基团的聚羧酸系分散剂。

但是在实际应用中，聚羧酸系分散剂也出现了很多问题，如：高温环境下保坍性不足；温度敏感性强，适应温度范围窄；在不同季节施工，混凝土保坍性相差甚远；功能性产品较少，很难满足实际需要；黏度高，在高掺合材、低水胶比材料配制中，其黏度太高；对砂石集料的含泥量敏感性强。并且从2007年以来，石油价格不断攀升，聚羧酸系分散剂的主要原材料聚乙二醇单甲醚价格上涨了近30%，这给聚羧酸系分散剂的生产应用带来更大的挑战。因此迫切需要开发一种成本相对低廉，原材料来源丰富、价格低廉，而性能相当的（或能改善其缺点的）聚羧酸系分散剂，来满足实际应用行业的需求。