一种有机膨胀剂木质素磺酸盐的制备方法及应用

摘要

本发明公开了一种有机膨胀剂木质素磺酸盐的制备方法及应用，采用精选原料，所用原料百分之百是软木的木材，包装了所生产的木质素磺酸盐有机膨胀剂的单一性和纯正性；通过高温磺化能有效的控制木质素磺化的程度，对改善木质素磺酸盐的溶解性有好处；通过微膜分级能有效的提高木质素磺酸钠的分子量，增加和改善木质素磺酸盐有机膨胀剂对铅离子的吸附性能；通过化学改性能有效的增加木质素磺酸盐的酚基、羟基、羧基，改善木质素磺酸盐有机膨胀剂的分散性能；最大限度发去除了木质素磺酸盐有机膨胀剂中的10nm以上的机械杂质，使得产品更加清洁纯净；与常用的商品膨胀剂相比，对铅酸蓄电池的性能有很大提高。

权利要求

1.一种有机膨胀剂木质素磺酸盐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、从针叶木材中筛选的优质原料，木片经水洗、干燥、筛分；

S2、将步骤S1所得的木片装入200立方米的不锈钢反应釜中，控制磺化剂亚硫酸氢钙的加入量，温度100-160℃，酸性条件下进行高温磺化15小时；

S3、将步骤S2所得的木质素磺化液，分别用0.5万，1万，2万三种不同孔径的聚砜膜进行渗透过滤，除去微小的水溶性组分无机盐，半纤维素，糖分以及小分子量的木质素磺酸盐，反复提纯，得高分子量的木质素磺酸盐；

S4、将分级后的高分子量的木质素磺酸盐，在碱性条件下通过空气氧化改性，调整分子结构和基团数量的均衡；

S5、将步骤S4所得的木质素磺酸盐再进一步的进行精制，用万转以上的高速离心机，除去10nm以上的机械杂质，得所述的有机膨胀剂木质素磺酸盐。

2.如权利要求1所述的制备方法制得的有机膨胀剂木质素磺酸盐的应用，其特征在于，用于制备铅酸电池阴极。

说明书

一种有机膨胀剂木质素磺酸盐的制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及有机膨胀剂木质素磺酸盐的制备方法，具体涉及一种有机膨胀剂木质素磺酸盐的制备方法及应用。

背景技术

[0002] 铅酸蓄电池是一种化学电源，化学电源是一种化学能转化电能的装置，一般称为电池。一次电源，主要是指一次性放电，不能再次充电的电池。二次电源，是指可以反复充电、放电使用的电池，铅酸蓄电池属于二次电池。

[0003] 铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、塑料槽、连接件、极柱等组成。铅酸蓄电池分为三种用途，一是启动用蓄电池，汽车、拖拉机、工程车启动发动机用途的蓄电池，用量最大的蓄电池之一。二是电动车用铅酸蓄电池，放电深度大，充电时间长，即所谓的深充深放，三是备用蓄电池，用于电力、通讯等行业。一般是固定型阀控式蓄电池。

[0004] 负极板(阴极)是铅酸蓄电池的重要组成部分，阴极板膨胀剂必不可少，膨胀剂分为无机膨胀剂和有机膨胀剂，硫酸钡是无机添加剂，腐植酸、木质素磺酸盐是有机膨胀剂剂。

[0005] 木质素磺酸盐膨胀剂在负极板中，减少了活性物质的尺寸，大大增加了表面积，在放电期间，特别高倍率和低温放电时，它限制活性铅位置的覆盖面积，使钝化推迟，改进和保持了容量，并具有良好的循环性能。添加木质素磺酸盐增加了BET的比表面积。没有添加，表面积为0.2rn2/g，添加少量的木质素磺酸盐0.25％，增加表面积到0.67m2/g，添加0.75％，增加表面积到0.81m2/g.

[0006] 制备木质素磺酸盐有很多途径，商业品牌也很多，由于蓄电池用的木质素磺酸盐，用量少、纯度要求高，适用蓄电池阴极板用的木质素磺酸盐少之又少。Borregaard-lignotech的Vanisperse A和Vanisperse HT-1是世界公认的蓄电池有机膨胀剂。

[0007] 多年以来，化学制浆方法有两种：亚硫酸盐制浆和硫酸盐制浆，前者叫“酸法”后者叫“碱法”。同样的木材或其他原料，前者在酸性条件下用磺化剂把木质素磺化，赋予木质素水溶性后，然后与纤维素分离。后者是在强碱的作用下，把木质素溶解在碱液中，达到与纤维素分离。

[0008] 木质素制备改性的方法很多，磺化、氧化、缩合、聚合、螯合、接枝等等。制备染料分散剂改性的目的要适应染料的应用要求。例如：碱木素的改性主要是通过磺化在木质素结构上引入磺酸基团，使产品具有水溶性，可以根据不同的应用要求控制不同的磺化度。再如：木质素磺酸盐的改性方法，有再磺化、超滤分级、氧化、缩合、聚合、螯合、接枝等手段。部分脱掉磺酸基团是有效的改性方法。

发明内容

[0009] 为解决上述问题，本发明提供了一种有机膨胀剂木质素磺酸盐的制备方法及应用。

[0010] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

[0011] 一种有机膨胀剂木质素磺酸盐的制备方法，包括如下步骤：

[0012] S1、从针叶木材中筛选的优质原料，经水洗、干燥、筛分后，切片；

[0013] S2、将步骤S1所得的木片装入200立方米的不锈钢反应釜中，控制磺化剂的加入量，温度100-160℃，酸性条件下进行高温磺化；

[0014] S3、将步骤S2所得的木质素磺化液，用不同孔径的聚砜膜进行渗透过滤，除去微小的水溶性组分无机盐，半纤维素，糖分以及小分子量的木质素磺酸盐，反复提纯，得高分子量的木质素磺酸钠；

[0015] S4、将分级后的高分子量木质素磺酸钠盐，通过氧化改性，调整分子结构和基团数量的均衡；

[0016] S5、将步骤S4所得的木质素磺酸盐再进一步的进行精制，用万转以上的高速离心机，除去10nm以上的机械杂质，得高纯度的木质素磺酸盐。

[0017] 本发明还提供了上述方法所得的有机膨胀剂木质素磺酸盐在制备铅酸电池阴极方面的应用，具体的，用上述制备的木质素磺酸盐有机膨胀剂，制备阀控密封GFM-200铅酸电池，阴极板上的有机膨胀剂有硫酸钡，炭黑，木质素磺酸盐，经过混和均匀的后铅膏涂在阴极栅板上，经过干燥，化成。

[0018] 本发明具有以下有益效果：

[0019] 本发明采用精选原料，所用原料百分之百是软木的木材，包装了所生产的木质素磺酸盐有机膨胀剂的单一性和纯正性；通过高温磺化能有效的控制木质素磺化的程度，对改善木质素磺酸盐的溶解性有好处；通过微膜分级能有效的提高木质素磺酸钠的分子量，增加和改善木质素磺酸盐有机膨胀剂对铅离子的吸附性能；通过化学改性能有效的增加木质素磺酸盐的酚基、羟基、羧基，改善木质素磺酸盐有机膨胀剂的分散性能；最大限度发去除了木质素磺酸盐有机膨胀剂中的10nm以上的机械杂质，使得产品更加清洁纯净；与常用的商品膨胀剂相比，木质素磺酸盐有机膨胀剂对铅酸蓄电池的性能有很大提高。

具体实施方式

[0020] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0021] 实施例1

[0022] S11、将从中国北方的大兴安岭地区，俄罗斯远东地区，以及世界各地优选的针叶木材，切片；

[0023] S12、将步骤S11所得的木片装入200立方米的不锈钢反应釜中，控制磺化剂的加入量，温度100-160℃，酸化调节下高温磺化；

[0024] S13、将步骤S12所得的木质素磺化液，用不同孔径的聚砜膜进行渗透过滤，除去微小的水溶性组分无机盐，半纤维素，糖分以及小分子量的木质素磺酸盐，反复提纯，得高分子量的木质素磺酸钠；

[0025] S14、将分级后的高分子量木质素磺酸钠盐，通过氧化改性，调整分子结构和基团数量的均衡；

[0026] S15、将步骤S15所得的木质素磺酸盐再进一步的进行精制，用万转以上的高速离心机，除去10nm以上的机械杂质，得成品。

[0027] 实施例2

[0028] 用上述制备的木质素磺酸盐有机膨胀剂，制备阀控密封GFM-200铅酸电池，阴极板上的有机膨胀剂有硫酸钡，炭黑，木质素磺酸盐，经过混和均匀的后铅膏涂在阴极栅板上，经过干燥，化成。本发明的木质素磺酸盐与市售世界知名品牌相比较，掺量为0.1％木质素和0.5％腐植酸。电池在-18℃环境下保持24小时，采用电流4CA即800A电流放电一分钟，末期电压≥1V。结果见表1。

[0029] 表1 阀控密封GFM-200铅酸蓄电池低温性能测试

[0030]

[0031] 实施例3

[0032] 用上述制备的木质素磺酸盐有机膨胀剂，制备汽车启动N50(容量600)铅酸电池，测试低温性能。阴极板上的有机膨胀剂有硫酸钡，炭黑，木质素磺酸盐，经过混和均匀的后铅膏涂在阴极栅板上，经过干燥，化成。本发明的木质素磺酸盐与市售世界知名品牌相比较，掺量为0.2％。电池在-18℃环境下保持24小时，Icc＝400A电流放电测试10S和30S两次电压；经典20S后用0.6Icc即240A电流放电测试放电40S电压。结果见表2。

[0033] 表2 汽车启动N50(容量600)电池低温性能测试

[0034]

[0035] 实施例4

[0036] 用上述制备的木质素磺酸盐有机膨胀剂，制备电动自行车电池6-DZM-12铅酸电池，进行低温容量测试。阴极板上的有机膨胀剂有硫酸钡，炭黑，木质素磺酸盐，经过混和均匀的后铅膏涂在阴极栅板上，经过干燥，化成。本发明的木质素磺酸盐与市售世界知名品牌相比较，掺量为0.1％木质素和0.5％腐植酸。电池在-15℃环境下保持24小时，采用电流0.5CA电流放电至单只电池10.5V的容量与常温25℃情况下的容量比例≥75％。结果见表3。

[0037] 表3 电动自行车电池6-DZM-12低温容量测试

[0038]

[0039] 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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。