技术领域
本发明属于亚硫酸盐制浆废液回收利用技术领域,尤其涉及一种基于亚硫酸盐法制浆废液制备染料分散剂的方法及染料组合物。
背景技术
木质素磺酸盐,又叫磺化木质素,是亚硫酸盐法造纸木浆的副产品,为线性高分子化合物,具有广泛的用途,如可用作动物饲料的粘结剂、油井泥浆稀释剂、土壤稳定剂、染料分散剂、农药加工助剂、农药缓释剂、混凝土减水剂、混凝土超塑剂、陶瓷增强剂、耐火材料增强剂、石膏板增强剂、蛋白质沉淀剂、肥料造粒黏结剂、炭黑造粒黏结剂、沥青乳化剂、石油采油助剂、酚醛树脂替代剂、橡胶补强剂、电池极板添加剂等。
亚硫酸盐法造纸制浆工艺中会产生大量废液,该废液的主要成分是木质素或木质素磺酸盐,可以对所述亚硫酸盐法制浆废液进行磺化后提取木质素磺酸盐或者直接提取木质素磺酸盐。现有技术公开了多种以亚硫酸法制浆废液为原料提取木质素磺酸盐的方法,如申请号为200510063459.7的中国专利文献公开了一种从造纸污水中提取木质素磺酸盐的方法,主要包括以下步骤:将造纸废水浓缩、蒸发,用石灰、纯碱改性干燥后得到木质素磺酸盐,但是通过该方法得到的木质素磺酸盐中含有较多杂质。
目前也公开了采用分级法提取木质素磺酸盐的方法,主要是通过逐级去除杂质和小分子量的木质素磺酸盐,得到分子量较大的木质素磺酸盐。如申请号为200810044890.0的中国专利文献公开了一种从亚硫酸钠竹浆废液中提取木质素磺酸盐的方法,包括以下步骤:将废液用筛子进行第一次过滤,除去其中的纤维;然后在过滤机中进行第二次过滤,除去其中的细胞、微粒等杂质;继续在膜分离纯化分离系统中分离,除去其中的无机盐、有机羧酸盐、低分子糖类物质、小分子木质素磺酸盐;将经过三级分离的废液经过蒸发、浓缩后,再与氢氧化钙、氧化镁或亚硫酸钠反应后,即可得到木质素磺酸盐。但是,该方法需要经过三级过滤,工艺复杂、生产周期长、生产效率低,而且会产生大量废水,造成二次污染。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题提供一种基于亚硫酸盐法制浆废液制备染料分散剂的方法及染料组合物,本发明提供的制备方法工艺简单,生产效率较高,得到的染料分散剂用于分散染料和还原染料时具有较好的性能。
本发明提供了一种基于亚硫酸盐法制浆废液制备染料分散剂的方法,包括以下步骤:
a)将亚硫酸盐法制浆废液浓缩,得到浓缩液;所述亚硫酸盐法制浆废液中含有木质素磺酸钙和还原糖;
b)将所述浓缩液的pH值调至3.5~6.5,通入空气反应后得到第一溶液;
c)向所述第一溶液中加入碳酸钠或硫酸钠进行置换反应,过滤、干燥后得到染料分散剂。
优选的,采用液膜蒸发的方法将亚硫酸盐法制浆废液浓缩。
优选的,将亚硫酸盐法制浆废液浓缩至比重为1.10~1.25。
优选的,所述第一溶液中,还原糖的含量低于3wt%。
优选的,所述步骤b)中,所述反应的温度为50℃~100℃。
优选的,所述步骤b)中,所述反应的时间为1h~50h。
优选的,所述步骤c)中,所述置换反应的温度为70℃~90℃。
优选的,所述步骤c)中,所述置换反应的时间为30min~120min。
本发明还提供了一种染料组合物,包括:
上述技术方案所述的方法制备得到的染料分散剂;
染料,所述染料为分散染料或还原染料;
所述染料分散剂与所述染料的质量比为1∶0.7~1.2。
优选的,还包括萘磺酸甲醛缩合物,所述萘磺酸甲醛缩合物与所述染料分散剂的总质量与所述染料的质量比为1∶0.7~1.2。
与现有技术相比,本发明以含有木质素磺酸钙和还原糖的亚硫酸盐法制浆废液为原料,首先将所述废液浓缩,得到浓缩液;然后将所述浓缩液的pH值调节至3.5~6.5,通入空气将废液中的还原糖氧化,得到第一溶液;最后向所述第一溶液中加入碳酸钠或硫酸钠,碳酸钠或硫酸钠与木质素磺酸钙发生置换反应,生成木质素磺酸钠和碳酸钙或硫酸钙沉淀,将沉淀过滤掉并将得到的溶液干燥后即可得到染料分散剂。由上述过程可知,本发明提供的制备方法无需经过复杂的过滤过程,生产工艺较为简单,而且生产周期较短、生产效率较高。所述染料分散剂的主要成分为木质素磺酸钠,可用于分散染料或还原染料,性能较好。实验表明,通过本发明提供的方法制备得到的染料分散剂用于C.I分散蓝79时,其分散性能、耐热稳定性、高温分散稳定性、纤维沾污性、偶氮染料还原性均较好,与萘系染料分散剂的性能相当。
具体实施方式
本发明提供了一种基于亚硫酸盐法制浆废液制备染料分散剂的方法,包括以下步骤:
a)将亚硫酸盐法制浆废液浓缩,得到浓缩液;所述亚硫酸盐法制浆废液中含有木质素磺酸钙和还原糖;
b)将所述浓缩液的pH值调至3.5~6.5,通入空气反应后得到第一溶液;
c)向所述第一溶液中加入碳酸钠或硫酸钠进行置换反应,过滤、干燥后得到染料分散剂。
本发明以含有木质素磺酸钙和还原糖的亚硫酸盐法制浆废液为原料,首先将其中的还原糖氧化后,再用碳酸钠或硫酸钠将木质素磺酸钙中的钙离子置换掉,得到用作染料分散剂的木质素磺酸钠。
本发明以亚硫酸盐法制浆废液为原料制备染料分散剂,所述亚硫酸盐法制浆废液是指采用亚硫酸盐法制浆后产生的废液,其主要成分为木质素磺酸盐。在本发明中,所述亚硫酸盐法制浆废液优选为以樟子松为原料,以白松、红松等为配料,采用亚硫酸氢钙为蒸煮液进行制浆产生的废液。在以亚硫酸氢钙为蒸煮液对樟子松等木材进行蒸煮制浆时,亚硫酸氢钙能够将木材中的木质素磺化,溶解于蒸煮液中,与纤维素分离。得到的制浆废液的主要成分为木质素磺酸钙,还包括还原糖、半纤维素、无机盐等杂质。在所述制浆废液中,所述木质素磺酸钙的含量优选为50%以上,更优选为60%以上。
首先将所述制浆废液浓缩,本发明优选采用液膜蒸发的方式将所述废液浓缩,更优选为采用五效蒸发器进行液膜蒸发。按照本发明,优选将所述制浆废液浓缩至比重为1.10~1.25,更优选为1.15~1.25。
所述制浆废液中的还原糖对偶氮型结构的染料具有还原作用,而且糖易发酵,会使产品变质变霉,性能下降,因此,需要将制浆废液中的还原糖去除。本发明将所述浓缩液的pH值调至3.5~6.5,通入空气氧化还原糖,从而降低还原糖对产品的影响。
制浆废液中酸性物质含量较多,本发明优选用氢氧化钠或氢氧化钙将所述浓缩液的pH值调至3.5~6.5,更优选为用氢氧化钠,更优选将pH值调节至4~6,然后向其中通入空气,利用空气中的氧气将还原糖氧化。所述氧化反应的温度优选为50℃~100℃,更优选为60℃~90℃。还原糖在空气的作用下氧化成糖酸,在氢氧化钠或氢氧化钙存在的条件下,转化为糖酸钠或糖酸钙,从而减轻还原糖对得到的染料分散剂性能的影响。
在进行降糖的过程中,通过控制空气的流量可以控制降糖的速度。按照本发明,降糖过程结束后得到的第一溶液中,还原糖的含量优选低于3%,更优选低于2%。
所述制浆废液中的主要成分是木质素磺酸钙,木质素磺酸钙可以作为减水剂、增粘剂等使用,但是不能作为染料分散剂使用。因为钙离子会影响染料的色光,而且,钙离子会催化染料分散剂与偶氮结构的分散染料的双键发生作用,加速染料分散剂对燃料的破坏,导致染料强度下降。本发明通过置换反应将木质素磺酸钙转化为木质素磺酸钠和碳酸钙或硫酸钙,从而将钙离子除去,使得到的染料分散剂性能较好。
向除去还原糖后得到的第一溶液中加入碳酸钠或硫酸钠,碳酸钠或硫酸钠与木质素磺酸钙发生置换反应,生成木质素磺酸钠和碳酸钙或硫酸钙;碳酸钙或硫酸钙为不溶于水的物质,通过过滤可有效去除钙离子。另外,在进行降糖处理时,如果使用氢氧化钙调节pH值时,生成的糖酸钙和过量的氢氧化钙也会与碳酸钠或硫酸钠发生置换反应,从而最大程度减少钙离子的含量。为了使置换反应更容易进行,所述置换反应的温度优选为70℃~90℃,更优选为75℃~85℃;所述置换反应的时间优选为30min~120min,更优选为40min~90min,更优选为60min~90min。
在进行置换反应前,优选将所述第一溶液的pH值调节至7~9,优选用氢氧化钠调节所述第一溶液的pH值。如果不预先调节第一溶液的pH值时,在进行置换反应时,碳酸钠或硫酸钠会首先与溶液中的酸发生反应,生成大量泡沫,影响最终产物的收率。
置换反应结束后,将得到的溶液按照本领域技术人员熟知的方法进行过滤,将生成的沉淀物去除,得到第二溶液。所述第二溶液主要含有木质素磺酸钠,其中的钙离子浓度优选为300ppm以下,更优选为200ppm以下。
得到第二溶液后,将所述第二溶液进行干燥,得到染料分散剂。所述干燥的方法优选为喷雾干燥。
本发明制备的染料分散剂的主要成分为木质素磺酸钠,还包括部分糖酸钠等,可以用于分散染料或还原染料,以提高染料的溶解性、提高印染效果。得到染料分散剂,对其进行性能测试:
将C.I分散蓝79与所述染料分散剂按质量比为1∶1混合,配制成35%~40%的染料分散体系;将所述分散体系在砂磨机上用标准砂进行研磨,当颗粒直径为2μm时,进行点渗圈实验,观察其分散性能;
将上述研磨好的染料浆状物在玻璃板上铺成薄层,低于100℃的温度下烘干或晾干,然后将玻璃板和染料在预先加热的恒温烘箱内加热5min,加热温度分别为130℃、140℃和150℃,加热完毕后,分别进行点渗圈实验,观察其耐热稳定性;
将上述研磨好的染料浆状物配制成染液,将染液在130℃下加热60min,冷却后,将染液在双层滤纸上过滤,计算残渣重量,并观察其高温分散性能;
将占布料质量5%的染料分散剂在染色条件下对布料进行染色:pH值为4~5,温度130℃,时间1.5h,然后将布料水洗、晾干,用白度计测定染色布料与空白布料,测定其纤维沾污性;
将1.0g C.I分散蓝79与10g染料分散剂在以下条件下对布料进行染色:浴比1∶40~80,pH值4~5,温度130℃,时间60min,然后将布料水洗、晾干后,测定染色布料与空白布料的强度,测定染料分散剂的偶氮染料还原性。
实验结果表明,通过本发明提供的方法得到的染料分散剂具有良好的分散性能、耐热稳定性、高温分散性能、纤维沾污性和偶氮染料还原性。
本发明还提供了一种染料组合物,包括通过上述技术方案所述的方法得到的染料分散剂和染料,所述染料为分散染料或还原染料,所述染料分散剂和染料的质量比为1∶0.7~1.2,更优选为1∶1~1.2。所述染料可以为C.I分散蓝79或者其他分散染料或还原染料。
本发明提供的染料组合物中,优选还包括其他染料分散剂,如商品名称为MF的萘磺酸甲醛缩合物等。当染料组合物中包括上述技术方案所述的染料分散剂和萘磺酸甲醛缩合物时,所述染料分散剂和萘磺酸甲醛缩合物的质量和与所述染料的质量的比例为1∶0.7~1.2,更优选为1.1~1.2。所述染料分散剂与所述萘磺酸甲醛缩合物的质量比优选为1∶0.4~2.5,更优选为1∶0.7~2,最优选为1∶0.7~0.8。在与其他染色分散剂配合使用时,可以先将本发明提供的染色分散剂与其他染料分散剂混合,再与染料混合;也可以将用其他染色分散剂与染料混合,然后再补加本发明提供的染色分散剂。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的基于亚硫酸盐法制浆废液制备染料分散剂的方法及染料组合物进行详细描述。
除了制浆废液外,以下各实施例中所用原料均为从市场上购得。
实施例1
以樟子松为原料,以白松、红松等为配料,采用亚硫酸氢钙为蒸煮液进行制浆产生的废液,其中,木质素磺酸钙含量为60%,还原糖含量为20%,其它杂质含量为10%;将所述废液采用五效蒸发器进行浓缩,得到固含量为35%的浓缩液,比重约为1.10;向2857kg废液中加入150公斤氢氧化钠,得到的溶液pH值约为6.3,将得到的溶液升温至90℃,通空气进行降糖反应,反应2h,得到第一溶液,其中还原糖含量降至1%;
向所述第一溶液中加入240kg轻质碳酸钠,温度为80℃~90℃时进行置换反应,反应40min~60min;采用板框过滤机将溶液过滤,除去沉淀后,得到第二溶液,第二溶液中钙离子浓度小于100ppm;
将所述第二溶液喷雾干燥后,得到染料分散剂。
按照上文所述的方法对所述染料分散剂进行性能测试,结果表明,所述染料分散剂的分散性能可达5级,其在150℃下具有良好的耐热稳定性,其在130℃下具有良好的高温分散性能,其基本不会沾污纤维,对偶氮染料的还原性也较弱。
实施例2
以樟子松为原料,以白松、红松等为配料,采用亚硫酸氢钙为蒸煮液进行制浆产生的废液,其中,木质素磺酸钙含量为60%,还原糖含量为20%,其它杂质含量为10%;将所述废液采用五效蒸发器进行浓缩,得到固含量为40%的浓缩液,比重约为1.15;向2857kg废液中加入50公斤氢氧化钙,得到的溶液pH值约为6.3,将得到的溶液升温至65℃,通空气进行降糖反应,反应48h,得到第一溶液,其中还原糖含量降至1%;
向所述第一溶液中加入240kg轻质碳酸钠,温度为80℃~90℃时进行置换反应,反应40min~60min;采用板框过滤机将溶液过滤,除去沉淀后,得到第二溶液,第二溶液中钙离子浓度小于100ppm;
将所述第二溶液喷雾干燥后,得到染料分散剂。
按照上文所述的方法对所述染料分散剂进行性能测试,结果表明,所述染料分散剂的分散性能可达5级,其在150℃下具有良好的耐热稳定性,其在130℃下具有良好的高温分散性能,其基本不会沾污纤维,对偶氮染料的还原性也较弱。
实施例3
以樟子松为原料,以白松、红松等为配料,采用亚硫酸氢钙为蒸煮液进行制浆产生的废液,其中,木质素磺酸钙含量为60%,还原糖含量为20%,其它杂质含量为10%;将所述废液采用五效蒸发器进行浓缩,得到固含量为45%的浓缩液,比重约为1.25;向2857kg废液中加入55公斤氢氧化钙,得到的溶液pH值约为6.3,将得到的溶液升温至65℃,通空气进行降糖反应,反应48h,得到第一溶液,其中还原糖含量降至1%;
向所述第一溶液中加入55公斤质量浓度为40%的氢氧化钠溶液,将溶液pH值调价至7~8,然后加入240kg轻质碳酸钠,温度为80℃~90℃时进行置换反应,反应40min~60min;采用板框过滤机将溶液过滤,除去沉淀后,得到第二溶液,第二溶液中钙离子浓度小于100ppm;
将所述第二溶液喷雾干燥后,得到染料分散剂。
按照上文所述的方法对所述染料分散剂进行性能测试,结果表明,所述染料分散剂的分散性能可达5级,其在150℃下具有良好的耐热稳定性,其在130℃下具有良好的高温分散性能,其基本不会沾污纤维,对偶氮染料的还原性也较弱。
实施例4
将市售的扩散剂MF与实施例3制备的染料分散剂按32∶68的质量比混合均匀,得到添加剂;将所述添加剂按3∶1的质量比与强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验和热熔染色实验,结果参见表1,表1为本发明实施例4~5提供的染料组合物染色实验结果。
实施例5
将市售的扩散剂MF与实施例3制备的染料分散剂按50∶50的质量比混合均匀,得到添加剂;将所述添加剂按1∶1的质量比与强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验和热熔染色实验,结果参见表1,表1为本发明实施例4~5提供的染料组合物染色实验结果。
表1本发明实施例4~5提供的染料组合物染色实验结果
在表1中,所述分散剂为实施例3制备得到的染料分散剂。
由表1可知,本发明提供的染料组合物具有良好的耐热稳定性和热熔染色性。与MF用于染料相比,本发明提供的分散剂与MF复配使用时,与MF效果相当。
实施例6
将市售的扩散剂MF与实施例3制备的染料分散剂按70∶30的质量比混合均匀,得到添加剂;将所述添加剂按2∶1的质量比与强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验、高温高压染色实验和热熔染色实验,结果参见表2,表2为本发明实施例6~7提供的染料组合物染色实验结果。
实施例7
将市售的扩散剂MF与实施例3制备的染料分散剂按50∶50的质量比混合均匀,得到添加剂;将所述添加剂按2∶1的质量比与强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验、高温高压染色实验和热熔染色实验,结果参见表2,表2为本发明实施例6~7提供的染料组合物染色实验结果。
表2本发明实施例6~7提供的染料组合物染色实验结果
在表2中,所述分散剂为实施例3制备的染料分散剂。
由表2可知,本发明提供的染料组合物具有良好的耐热稳定性、高温高压染色性和热熔染色性。与MF用于染料相比,本发明提供的分散剂与MF复配使用时,与MF效果相当。
实施例8
将10g市售的扩散剂MF与10g强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨;向所述研磨混合物中加入10g实施例3制备的染料分散剂,继续研磨1.2h,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验、高温高压染色实验和热熔染色实验,结果参见表3,表3为本发明实施例8及比较例1提供的染料组合物染色实验结果。
比较例1
将10g市售的扩散剂MF与10g强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨;向所述研磨混合物中加入10g扩散剂MF,继续研磨1.2h,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验、高温高压染色实验和热熔染色实验,结果参见表3,表3为本发明实施例8及比较例1提供的染料组合物染色实验结果。
表3本发明实施例8及比较例1提供的染料组合物染色实验结果
表3中,所述分散剂为实施例3制备的染料分散剂。
由表3可知,首先将扩散剂MF与染料混合后再加本发明制备的染料分散剂混合也可得到染料组合物,而且得到的染料组合物具有良好的耐热性能、高温高压染色性能和热熔染色性能。
实施例9
将6g市售的扩散剂MF与6g强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨;向所述研磨混合物中加入6g实施例3制备的染料分散剂,继续研磨1.2h,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验和热熔染色实验,结果参见表4,表4为本发明实施例9~10及比较例2~3提供的染料组合物染色实验结果。
比较例2
将6g市售的扩散剂MF与6g强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨;向所述研磨混合物中加入6g购自亨代劳(上海)仪器有限公司的分散剂M-9,继续研磨1.2h,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验和热熔染色实验,结果参见表4,表4为本发明实施例9~10及比较例2~3提供的染料组合物染色实验结果。
实施例10
将6g市售的扩散剂MF与6g实施例3制备的染料分散剂混合均匀,得到添加剂;将所述添加剂与6g强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验和热熔染色实验,结果参见表4,表4为本发明实施例9~10及比较例2~3提供的染料组合物染色实验结果。
比较例3
将6g市售的扩散剂MF与6g购自亨代劳(上海)仪器有限公司的分散剂M-9混合均匀,得到添加剂;将所述添加剂与6g强度400分、色光微绿的C.I分散蓝79混合均匀,配成35%的染料分散体系,进行研磨,分散性能达到5级时,停止研磨,得到染料组合物。
用所述染料组合物分别进行耐热稳定性实验和热熔染色实验,结果参见表4,表4为本发明实施例9~10及比较例2~3提供的染料组合物染色实验结果。
表4本发明实施例9~10及比较例2~3提供的染料组合物染色实验结果
由表4可知,通过本发明制备的染料分散剂与市售的M-9型分散剂具有相当的性能,但是制备工艺更为简单、效率更高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。