Lignosulfoniany

Lignosulfoniany (LS) są rozpuszczalnymi w wodzie anionowymi polimerami polielektrolitowymi : są produktami ubocznymi produkcji ścieru drzewnego przy użyciu roztwarzania siarczynowego . Większość delignifikacji w roztwarzaniu siarczynowym obejmuje kwaśne rozszczepianie eterowych , które łączą wiele składników ligniny . Sulfonowana lignina (SL) odnosi się do innych postaci produktów ubocznych ligniny, takich jak te pochodzące ze znacznie bardziej popularnego procesu Krafta , które zostały przetworzone w celu dodania grup kwasu sulfonowego. Oba mają podobne zastosowania i są często mylone ze sobą, przy czym SL jest znacznie tańszy. LS i SL występują jako sypkie proszki; pierwszy jest jasnobrązowy, a drugi ciemnobrązowy.

Lignosulfoniany mają bardzo szeroki zakres mas cząsteczkowych (są bardzo polidyspersyjne ). Zgłoszono zakres od 1000 do 140 000 Da dla lignosulfonianów drewna iglastego, przy niższych wartościach dla drewna twardego. Sulfonowana lignina Kraft ma zwykle mniejsze cząsteczki przy 2000–3000 Da. SL i LS są nietoksyczne, nie powodują korozji i ulegają biodegradacji . Do LS i SL można zastosować szereg dalszych modyfikacji, w tym utlenianie, hydroksymetylację, sulfometylację i ich kombinację.

Przygotowanie

Lignosulfoniany

Lignosulfoniany są odzyskiwane ze zużytych cieczy po roztwarzaniu (ług czerwony lub brązowy) z roztwarzania siarczynowego. Ultrafiltrację można również zastosować do oddzielenia lignosulfonianów od zużytej cieczy roztwarzającej. Dostępna jest lista AA numerów CAS dla różnych soli metali lignosulfonianu.

Elektrofilowe karbokationy ^powstające podczas rozszczepienia eteru reagują z jonami wodorosiarczynowymi (HSO ₃ − ), dając sulfoniany.

ROR' + H ⁺ → R ⁺ + R'OH

R ⁺ + HSO ₃ ⁻ → R-SO ₃ H

Głównym miejscem rozszczepienia eteru jest węgiel α (atom węgla przyłączony do pierścienia aromatycznego) bocznego łańcucha propylu (liniowy trzywęglowy). Następujące struktury nie określają struktury, ponieważ lignina i jej pochodne są złożonymi mieszaninami: celem jest przedstawienie ogólnego pojęcia o strukturze lignosulfonianów. Grupy R1 ⁱ R2 ^mogą być różnymi grupami występującymi w strukturze ligniny. Sulfonowanie zachodzi na łańcuchach bocznych, a nie na pierścieniu aromatycznym, jak w kwasie p-toluenosulfonowym .

Sulfonowana lignina Krafta

Lignina kraftowa z ługu czarnego, która jest produkowana w znacznie większych ilościach, może być przetwarzana na ligninę sulfonowaną. Ligninę najpierw wytrąca się przez zakwaszenie ługu CO2, _a następnie przemywa (istnieją inne metody izolacji). Reakcja z siarczynem sodu lub wodorosiarczynem sodu i aldehydem w środowisku zasadowym kończy sulfonowanie. Tutaj grupy kwasu sulfonowego kończą się na aromatycznym pierścieniu zamiast alifatycznego łańcucha bocznego.

Używa

LS i SL mają szeroki zakres zastosowań. Służą do stabilnego rozpraszania pestycydów , barwników , sadzy i innych nierozpuszczalnych ciał stałych i cieczy w wodzie. Jako spoiwo tłumi pylenie na drogach nieutwardzonych. Jest również humektantem i środkiem do uzdatniania wody . Chemicznie może być stosowany jako garbnik do garbowania skór oraz jako surowiec do różnych produktów.

środek dyspergujący

Największym pojedynczym zastosowaniem lignosulfonianów są plastyfikatory do produkcji betonu , gdzie umożliwiają wytwarzanie betonu z mniejszą ilością wody (dając mocniejszy beton) przy jednoczesnym zachowaniu zdolności betonu do płynięcia. Lignosulfoniany są również wykorzystywane podczas produkcji cementu , gdzie pełnią rolę środków wspomagających mielenie w młynach cementowych oraz jako deflokulant zaczynu surowcowego (zmniejszający lepkość zaczynu).

Lignosulfoniany stosowane są również do produkcji płyt gipsowo-kartonowych w celu zmniejszenia ilości wody potrzebnej do rozpłynięcia stiuku i utworzenia warstwy między dwoma arkuszami papieru. Zmniejszenie zawartości wody pozwala na suszenie płyt gipsowo-kartonowych w niższych temperaturach, oszczędzając energię.

Zdolność lignosulfonianów do zmniejszania lepkości zawiesin mineralnych ( deflokulacja ) jest wykorzystywana z korzyścią w płuczce wiertniczej , gdzie zastępuje kwasy garbnikowe z quebracho (drzewo tropikalne). Co więcej, lignosiarczany są badane pod kątem zastosowania we wzmocnionym odzysku ropy (EOR) ze względu na ich zdolność do zmniejszania IFT w piankach, co pozwala na lepszą wydajność wymiatania, a tym samym zwiększony współczynnik odzysku.

Spoiwo

Oprócz zastosowania jako dyspergatory, lignosulfoniany są również dobrymi środkami wiążącymi. Stosowane są jako spoiwa w papierze studziennym, płytach wiórowych, podłogach z linoleum, brykietach węglowych i drogach.

Stanowią również składnik pasty stosowanej do powlekania siatek ołowiowo-antymonowo-wapniowych lub ołowiowo-antymonowo-selenowych w akumulatorze kwasowo-ołowiowym .

Wodne roztwory lignosulfonianów są również szeroko stosowane jako nietoksyczny środek przeciwpyłowy na nieutwardzonych nawierzchniach drogowych, gdzie jest popularnie, choć błędnie, nazywany „sokiem drzewnym”. Drogi potraktowane lignosulfonianami można odróżnić od tych potraktowanych chlorkiem wapnia po kolorze: lignosulfoniany nadają nawierzchni ciemnoszary kolor, podczas gdy chlorek wapnia nadaje nawierzchni charakterystyczny brązowy lub brązowy kolor. Ponieważ lignosulfoniany nie polegają na wodzie, aby zapewnić swoje właściwości wiążące, są one bardziej przydatne w suchych miejscach.

Stosowany jako stabilizator gruntu .

Surowiec chemiczny

Utlenianie lignosulfonianów z drzew iglastych wytwarza wanilinę (sztuczny aromat waniliowy).

Siarczek dimetylu i sulfotlenek dimetylu (ważny rozpuszczalnik organiczny ) są wytwarzane z lignosulfonianów. Pierwszy etap obejmuje ogrzewanie lignosulfonianów z siarczkami lub siarką elementarną w celu wytworzenia siarczku dimetylu. Grupy metylowe pochodzą z eterów metylowych obecnych w ligninie. Utlenianie siarczku dimetylu dwutlenkiem azotu daje dimetylosulfotlenek (DMSO).

Inne zastosowania

Przeciwutleniające działanie lignosulfonianów jest wykorzystywane w paszach, kiszonkach i środkach zmniejszających palność.

Absorpcja UV lignosulfonianów jest wykorzystywana w filtrach przeciwsłonecznych i biopestycydach.

Lignosulfoniany są stosowane w rolnictwie jako analog substancji humusowych . Jako odżywka do gleby jest stosowana głównie w celu zwiększenia wchłaniania i zatrzymywania nawozów i innych składników odżywczych. Jest w stanie chelatować minerały, pozostając biodegradowalnym, co stanowi poprawę w porównaniu z EDTA . Dalsza hydroliza i utlenianie daje produkt jeszcze bardziej podobny do próchnicy , sprzedawany jako „lignohumat”.

Zobacz też

• Lignosulfonian sodu