[科普中国]-木质素磺酸钠

木质素是自然界中含量仅次于纤维素与甲壳素的天然高分子聚合物，其最广泛的用途之一就是通过磺化改性转化为木质素磺酸盐，其中便包括木质素磺酸钠（sodium ligninsulfonate）。12木质素磺酸钠可作为聚合物和混凝土的外加剂，具有成本低、环境友好等优点。3

基本信息木质素磺酸钠是木质素磺酸盐的一种。木质素是自然界中含量仅次于纤维素与甲壳素的天然高分子聚合物，全世界每年约可产生6 ×1014t ，它作为填充和黏结物质，能加强植物纤维素之间的相互作用，也是人们大规模提取利用植物纤维素所必须去除的成分。1木质素由愈创木基、紫丁香基和对羟基苯丙烷3种基本结构单元以C—C键、C—O—C键等形式连接而成的聚酚类三维网状空间结构高分子量聚合物。2

在造纸制浆过程中和生物乙醇生产过程中，木质素残留在废液中形成大量的工业木质素，其最广泛的用途之一就是通过磺化改性转化为木质素磺酸盐，磺酸基团决定了其具有良好的水溶性，可以作为助剂广泛应用在建筑、农业和轻工等行业。2

木质素分子是由它的基本结构单元连接在一起的网状分子，分子中含有甲氧基、羟基、羰基、酚羟基等官能团，因此，木质素可以进行多种化学反应如磺化、氧化、酚化、缩聚及接枝共聚等，这些反应途径是木质素改性和开发利用的理论基础。6

化学性质木质素磺酸钠为棕褐色粉末或液体。无特殊异味。无毒，易溶于水及碱液，遇酸沉淀，具有较强的分散能力。4

安全信息避免接触皮肤和眼睛。4

来源木质素磺酸盐来源于酸法制浆工艺中的亚硫酸盐法制浆，这工艺应用广泛，是目前造纸工艺中占统治地位的工艺，木质素磺酸盐由于分子中磺酸基团的引入使它具有很好的水溶性，这大大提高了它的反应能力，因此，木质素磺酸钠是来源丰富，应用广范的工业木质素。6

根据木质素的植物来源不同，可以将木质素分为阔叶木木质素、针叶木木质素和禾本木质素。原木素是白色或接近无色的物质，但经过分离所得到的木质素的颜色发生了改变，所以商业木质素的颜色在浅黄褐色到深褐色之间。木本木质素一般为无定形粉末，相对密度一般为1.3-1.5g/cm3，木质素结构中没有不对称碳原子，所以木质素没有光学活性，原木木质素不溶于水。6

不同来源的木质素磺酸盐性质差别较大。木材木钠和竹子木钠的重均相对分子质量较大，麦草木钠和蔗渣木钠的重均相对分子质量较小；麦草木钠和竹子木钠的磺酸基含量较高，蔗渣木钠的含量较低；四种木钠的羧基含量相差不大；木材木钠的酚羟基含量较高。即使来源相同的木质素磺酸盐，相对分子质量不同，其结构特性不同、表面活性不同。从表面活性角度来看似乎相对分子质量越大越好，然而，从分散角度来看，分散相吸附表面活性物质后，其带电性导致的静电斥力在分散体系中处于主导位置，表明随木质素磺酸盐相对分子质量的增大，可离子化的带电亲水基团如磺酸跟和羧基等减少，从而导致分散性能变差。因此，要使木质素磺酸盐具有良好的分散性，需要有合适的相对分子质量和荷电基团含量。8

合成方法与机理将纯化的木质素和 Na2SO3完全溶解在 pH 为13 的 NaOH溶液中，然后将溶液放入水热反应釜中于165℃高温下反应 5h，得到产物木质素磺酸钠溶液。木质素磺酸钠的合成机理如下图所示。3

木质素磺酸盐的应用目前，木质素系产品有超过200种，新产品也在不断的开发出来。产品的产量和质量也有了极大的提高，应用领域也越来越多。木质素及其改性产物的应用主要在以下几个方面：5

（1）水泥、混凝土减水剂：木质素磺酸盐用作减水剂是目前最广泛的一种应用。1935年美国人E.W.SeriPture成功研制出以木质素磺酸盐为主要成分的减水剂，从此人类开始了对木质素磺酸盐减水剂的研究。木质素磺酸盐用作水泥、混凝土减水剂不仅能够大幅提供改善其流动性和可塑性，而且可大大降低有害孔隙，明显增强抗压强度。5

（2）分散剂、絮凝剂和缓蚀阻垢剂：木质素磺酸盐是一种性能优良的阴离子表面活性剂，可以用作分散剂、絮凝剂等。5

（3）油田化学品：木质素磺酸盐具有特殊的分子结构，在油田化学品中的应用十分广泛，常常用作三次采油用表面活性剂、钻井液处理剂和调配堵水剂等 。5

（4）合成树脂：20世纪90年代以来，木质素常常被用作为一种合成高分子材料、树脂和胶黏剂的一种基础可再生性材料。5

（5）高分子材料：木质素及其衍生物能够与聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚乙烯醇（PVA）等烯烃高分子材料共混，提高材料的稳定性、强度和抗光解等性能。刘春芳等将木质素磺酸盐添加到橡胶中作为一种橡胶补强剂，能够提高橡胶的力学性能。李海江等将水解木质素与天然橡胶复合，形成互穿网络结构，再通过共沉淀法制得一种木质素—天然橡胶复合物。5

（6）农用助剂：木质素磺酸钠不仅能够作为一种农药分散剂，而且能够作为一种润湿剂、络合剂和增肥剂，广泛的运用到农业的各个方面。5

本词条内容贡献者为:

包申旭 - 教授 - 武汉理工大学