Файл: Закощиков А.П. Новые возможности использования гидролизного лигнина.pdf

Впоследние два года Высшая школа промысловой кооперации

иЦентральная научно-экспериментальная лаборатория кожевенной промышленности (ЦНЭЛКОЖ) Роспромсовета совместно с други­

ми организациями проводили работы по изысканию способов ис­

пользования гидролизного лигнина при выработке бумаги и карто­

на и как заменителя поливинилхлоридной смолы.

СВОЙСТВА ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА

Данные о химическом составе и физических свойствах гидролиз­ ного лигнина имеются в брошюре С. И. Сухановского и М. И. Чу­ дакова [1], в монографиях по химии и технологии древесины [3, 4]

и отдельных журнальных статьях. Остановимся на некоторых ад­ сорбционных свойствах поверхности гидролизного лигнина.

Поверхность лигнина, как и целлюлозы, является гидрофильной

(высушенный лигнин хорошо смачивается водой) и одновременно гидрофобной (лигнин хорошо смачивается и неполярными жидко­ стями, например бензолом и другими углеводородами). Это объяс­ няется наличием в молекулах лигнина различных функциональ­ ных групп. В лигнине имеется значительное количество свободных гидроксильных групп, которые в бензольном ядре имеют слабокис­ лотный характер, а также метоксильные группы, образованны^ этерификацией фенольных гидроксилов. Например, в лигнине хвой­

сильных групп содержится около 5,5% и метоксильных около 2,8— 3,0%.

В природных материалах'(древесина, однолетние растения) лиг­ нин, по-видимому, очень прочно связан с целлюлозой (о природе этой связи существуют различные мнения), чем и объясняются цен­ ные свойства природной древесины. Из этого можно сделать вывод, что свойства поверхности целлюлозы и лигнина сходны по наличию у- них групп, между которыми возможно образование связей. Как меняются эти свойства во время гидролиза, когда сырье подверга­

ется длительному воздействию 0,5- 1%-ных растворов серной ки­

слоты при температуре 180—188°, не ясно. Имеется предположение,

что лигнин при этом конденсируется, т. е. его молекулярный вес возрастает, он теряет химическую активность и превращается в очень инертное вещество. Насколько это верно, сказать трудно,

так как химические свойства гидролизного лигнина изучены еще

очень мало.

Надо отметить, что по составу гидролизный лигнин неодноро­ ден. В нем содержатся зола (0,6—2% вес.), смола, воск и жиры

4

(9—16% вес.), входящие в состав исходной древесины или друго­ го сырья для гидролиза, и 4—6%, а иногда и больше непрогидро-

лизовавшейся древесины. Наличие таких примесей сказывается на

свойствах технического гидролизного лигнина.

Лигнин хорошо адсорбирует водяные пары из воздуха. При комнатной температуре (18—20°) гидролизный лигнин* поглощает из воздуха 55%-ной относительной влажности 5,6% вес. влаги, из воздуха й65%* -но относительной влажности—7,2% и из воздуха 92%-ной относительной влажности—15,1% влаги. Таким образом, лигнин по отношению к влаге является адсорбентом, не уступаю­ щим целлюлозе.

Лигнин поглощает из водных растворов значительное количе­

ство едкого натра, едкого калия, гидрата окиси кальция, аммиака, анилина и других веществ, имеющих свойства оснований. В табл. 1

показано, какое количество щелочи адсорбировано лигнином при обработке его растворами едкого натра разной концентрации при температуре 18° в течение 1 часа.

В последней графе таблицы показано, какое количество едкого натра потребовалось для нейтрализации веществ кислого харак­ тера, растворяющихся в щелочи. Как показали опыты, часть тех­ нического лигнина растворяется в щелочи.

Кислоты из разбавленных водных растворов гидролизным лиг­ нином не поглощаются.

Лигнин может окрашиваться органическими красителями раз­ ных видов. Он хорошо адсорбирует из нейтральных и кислых вод­

ных растворов так называемые прямые красители. Если лигнин по­ глощает 1,5—2,0% красителя, то собственная коричневато-бурая окраска лигнина полностью перекрывается окраской красителя. При температуре 18° лигнин за 30 мин. поглощает краситель алый прямой:

Количество адсорбированного красителя увеличивается с по­

вышением его концентрации в растворе; при кипячении поглоща­ ется значительно больше красителя, чем на холоду. Опыты дли­

тельной промывки водой окрашенного лигнина показали, что кра­ ситель из лигнина в воду не переходит.

Подобно малахитовому зеленому ведут себя и другие основ­ ные красители. Надо отметить, что окрасить лигнин в синий цвет трудно, так как при окраске лигнина метиленовым голубым по­ лучается не синий, а травянисто-зеленый цвет. То же самое можно сказать и о других синих красителях.

Лигнин, окрашенный основными красителями, хорошо погло­ щает другие красители, например кислотные или прямые. Кислот­ ные красители поглощаются, но прочно не закрепляются на лигни­ не, и для закрепления их, так же как и при окрашивании целлюло­ зы, приходится прибегать к специальным приемам.

Гидролизный лигнин хорошо адсорбирует из щелочных раство­ ров растворимые после восстановления кубовые и сернистые кра­

сители. Окраска получается при окислении поглощенного лейко-

соединения (восстановленный и растворимый в щелочи краситель). Благодаря хорошему поглощению лигнином анилина, являю­

щегося органическим основанием, путем окисления получаются интенсивные и прочные окраски черным анилином. Интересно от­

метить, что в тех случаях, когда расходуется мало анилина, лиг­ нин окрашивается в красивые коричневые цвета различных от­

тенков, получать которые при окрашивании целлюлозных воло­

кон не удается.

Точно так же на лигнине можно получать нерастворимые азо­ красители. Для этого лигнин сначала обрабатывают щелочным раствором р-нафтола, а затем — растворами диазотированных,

т. е. обработанных азотистой кислотой, азоаминйв. Таким обра­

6

используя [3-нафтол и азоамин гранатовый С (альфа-нафтил-

амин),—цвета бордо и т. д. Иначе говоря, образуя на гидролиз­

ном лигнине нерастворимые пигменты, можно превращать лиг­

нин в окрашенное вещество—лигнопигмент.

Гидролизный лигнин может употребляться как наполнитель

для различных пластических масс, например феноло-формальде-

гидных и мочевино-формальдегидных. Из практики известно, что гидролизный лигнин применяется при производстве клеев на осно­ ве тех же смол для склеивания древесины. Предварительное окра­ шивание лигнина может резко расширить возможности его приме­ нения.

Очень интересно установленное отношение гидролизного лиг­ нина к поливинилхлоридным смолам. Лигнин способен не только совмещаться, будучи наполнителем, с этими смолами, но и взаи­ модействовать с ними при нагревании и механических воздействи­

ях, набухая в них и образуя однородные, прозрачные пленки. Это позволяет использовать лигнин в качестве вещества, частично за­

меняющего поливинилхлоридную смолу, например в производ­ стве линолеума, и позволяющего снижать удельный расход смо­ лы на единицу вырабатываемых изделий.

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ ЛИГНИНА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ АДСОРБЦИЕЙ КРАСИТЕЛЕЙ

При нанесении на поверхность того или иного адсорбента ка­ ких-либо веществ должны изменяться свойства поверхности, так как во время адсорбции «закрываются» (блокируются) опреде­ ленные функциональные группы молекул, и, наоборот, на поверх­ ности появляются новые молекулярные слои, обладающие свои­

ров), производстве различных специальных тканей (непромокае­ мые ткани), крашении (применение разного рода протрав) и т. д.

Свойства гидролизного лигнина, как выяснено, также могут зна­ чительно изменяться при нанесении на его поверхность других веществ, например красителей. Если лигнин предварительно ок­ рашивать, то изменяется его способность поглощать влагу, осно­ вания и т. д. Таким образом, окрашивание лигнина может иметь практическое значение не только как способ изменения внешнего вида лигнина, но и как средство изменения его основных свойств,

в том числе способности набухать и растворяться в различных

веществах.