Lignosulfonater

Lignosulfonater (LS) är vattenlösliga anjoniska polyelektrolytpolymerer : de är biprodukter från produktionen av trämassa med sulfitmassaframställning . Mest delignifiering i sulfitmassaframställning involverar sur klyvning av eterbindningar , som förbinder många av beståndsdelarna i lignin . Sulfonerat lignin (SL) hänvisar till andra former av ligninbiprodukt, såsom de som härrör från den mycket mer populära Kraft-processen , som har bearbetats för att lägga till sulfonsyragrupper. De två har liknande användningsområden och förväxlas ofta med varandra, där SL är mycket billigare. LS och SL visas båda som fritt flytande pulver; den förra är ljusbrun medan den senare är mörkbrun.

Lignosulfonater har mycket breda intervall av molekylmassa (de är mycket polydispersa ). Ett intervall på från 1 000 till 140 000 Da har rapporterats för barrvedslignosulfonater med lägre värden rapporterade för lövträ. Sulfonerat kraftlignin tenderar att ha mindre molekyler vid 2 000–3 000 Da. SL och LS är giftfria, icke-frätande och biologiskt nedbrytbara . En rad ytterligare modifieringar kan tillämpas på LS och SL, inklusive oxidation, hydroximetylering, sulfometylering och en kombination därav.

Förberedelse

Lignosulfonater

Lignosulfonater utvinns från de förbrukade massavätskorna (röd eller brun lut) från sulfitmassaframställning. Ultrafiltrering kan också användas för att separera lignosulfonater från den förbrukade massavätskan. En AA-lista över CAS-nummer för de olika metallsalterna av lignosulfonat är tillgänglig.

De elektrofila karbokatjonerna som ^bildas under eterklyvningen reagerar med bisulfitjoner (HS03-) _för att ge sulfonater.

ROR' + H ⁺ → R ⁺ + R'OH

R ⁺ + HSO3 _- ^→ R-SO ₃ H

Det primära stället för eterklyvning är a-kolet (kolatom fäst vid den aromatiska ringen) i propylsidokedjan ( linjär tre kol). Följande strukturer specificerar inte strukturen eftersom lignin och dess derivat är komplexa blandningar: syftet är att ge en allmän uppfattning om strukturen av lignosulfonater. Grupperna R1 ^och R2 ^kan vara en mängd olika grupper som finns i strukturen av lignin. Sulfonering sker på sidokedjorna, inte på den aromatiska ringen som i p-toluensulfonsyra .

Sulfonerad kraftlignin

Kraftlignin från svartlut, som produceras i mycket större mängder, kan bearbetas till sulfonerat lignin. Ligninet fälls först ut genom att surgöra luten med CO ₂ och tvättas sedan (andra metoder för isolering finns). Reaktion med natriumsulfit eller natriumbisulfit och en aldehyd under en basisk miljö fullbordar sulfoneringen. Här hamnar sulfonsyragrupperna på den aromatiska ringen istället för den alifatiska sidokedjan.

Används

LS och SL har en mängd olika applikationer. De används för att stabilt sprida bekämpningsmedel , färgämnen , kimrök och andra olösliga fasta ämnen och vätskor i vatten. Som bindemedel dämpar det damm på oasfalterade vägar. Det är också ett fuktbevarande medel och en behandling i vatten . Kemiskt kan den användas som tannin för garvning av läder och som råvara för en mängd olika produkter.

Dispergeringsmedel

Den enskilt största användningen av lignosulfonater är som mjukgörare vid tillverkning av betong , där de tillåter betong att tillverkas med mindre vatten (ger starkare betong) samtidigt som betongens förmåga att flyta bibehålls. Lignosulfonater används också under tillverkningen av cement , där de fungerar som malningshjälpmedel i cementbruket och som ett avflockningsmedel för råblandningsslam (som minskar slurryns viskositet ).

Lignosulfonater används också för tillverkning av gipsskivor för att minska mängden vatten som krävs för att få stuckaturen att flyta och bilda skiktet mellan två pappersark. Minskningen av vattenhalten tillåter lägre ugnstemperaturer för att torka gipsskivorna, vilket sparar energi.

Förmågan hos lignosulfonater att minska viskositeten hos mineraluppslamningar ( deflockulering ) används med fördel i oljeborrslam , där den ersatt garvsyra från quebracho (ett tropiskt träd) . Vidare undersöks lignosulfater för användning i förbättrad oljeåtervinning (EOR) på grund av deras förmåga att minska IFT i skum, vilket möjliggör förbättrad svepeffektivitet och därmed ökad återvinningsfaktor.

Pärm

Förutom deras användning som dispergeringsmedel är lignosulfonater också bra bindemedel. De används som bindemedel i brunnpapper, spånskivor, linoleumgolv, kolbriketter och vägar.

De utgör också en beståndsdel av pastan som används för att belägga bly-antimon-kalcium- eller bly-antimon-selen-näten i ett bly-syra-batteri .

Vattenhaltiga lignosulfonatlösningar används också i stor utsträckning som ett giftfritt dammskyddsmedel för obelagda vägytor, där det populärt, om felaktigt, kallas "trädsaft". Vägar behandlade med lignosulfonater kan särskiljas från de som behandlats med kalciumklorid efter färg: lignosulfonater ger vägytan en mörkgrå färg, medan kalciumklorid ger vägytan en distinkt brun eller brun färg. Eftersom lignosulfonater inte är beroende av vatten för att ge sina bindningsegenskaper, tenderar de att vara mer användbara på torra platser.

Den används som jordstabilisator .

Kemiskt råmaterial

Oxidation av lignosulfonater från barrträd gav vanillin (konstgjord vaniljsmak).

Dimetylsulfid och dimetylsulfoxid (ett viktigt organiskt lösningsmedel ) framställs av lignosulfonater. Det första steget innefattar uppvärmning av lignosulfonater med sulfider eller elementärt svavel för att producera dimetylsulfid. Metylgrupperna kommer från metyletrar som finns i ligninet . Oxidation av dimetylsulfid med kvävedioxid ger dimetylsulfoxid (DMSO).

Andra användningsområden

Den antioxiderande effekten av lignosulfonater används i foder, ensilering och flamskyddsmedel.

UV-absorbansen av lignosulfonater används i solskyddsmedel och biobekämpningsmedel.

Lignosulfonat används i jordbruket som en analog av humusämnen . Som jordvårdsmedel används det främst för att förbättra absorptionen och retentionen av gödningsmedel och andra näringsämnen. Det kan kelatera mineraler samtidigt som det förblir biologiskt nedbrytbart, en förbättring jämfört med EDTA . Ytterligare hydrolys och oxidation ger en produkt som är ännu mer lik humus , marknadsförd som "lignohumat".

Se även

• Natriumlignosulfonat