Lignosulfonates - Lignosulfonates
Les lignosulfonates , ou lignine sulfonée, sont des polymères polyélectrolytes anioniques hydrosolubles : ce sont des sous-produits de la production de pâte de bois à partir de la pâte au sulfite .
La plupart de la délignification dans la fabrication de pâte au sulfite implique un clivage acide des liaisons éther , qui relient de nombreux constituants de la lignine . Les carbocations électrophiles produits lors du clivage de l'éther réagissent avec les ions bisulfite (HSO 3 - ) pour donner des sulfonates.
- ROR '+ H + → R + + R'OH
- R + + HSO 3 - → R-SO 3 H
Le site principal pour le clivage de l'éther est le carbone α (atome de carbone lié au cycle aromatique) de la chaîne latérale propyle (linéaire à trois carbones). Les structures suivantes ne précisent pas la structure puisque la lignine et ses dérivés sont des mélanges complexes: le but est de donner une idée générale de la structure des lignosulfonates. Les groupes R 1 et R 2 peuvent être une grande variété de groupes trouvés dans la structure de la lignine. La sulfonation se produit sur les chaînes latérales, pas sur le cycle aromatique comme dans l'acide p-toluènesulfonique .
Les lignosulfonates ont de très larges gammes de masse moléculaire (ils sont très polydispersés ). Une fourchette de 1 000 à 140 000 da a été signalée pour les lignosulfonates de résineux avec des valeurs plus faibles pour les feuillus.
Préparation
Les lignosulfonates sont récupérés à partir des liquides de mise en pâte usés (liqueur rouge ou brune) de la mise en pâte au sulfite. L'ultrafiltration peut également être utilisée pour séparer les lignosulfonates du liquide de pâte épuisé. Une liste des numéros CAS des différents sels métalliques du lignosulfonate est disponible.
Les usages
Les lignosulfonates ont une grande variété d'applications.
L'utilisation la plus importante des lignosulfonates est comme plastifiants dans la fabrication du béton , où ils permettent de fabriquer du béton avec moins d'eau (donnant un béton plus fort) tout en maintenant la capacité du béton à s'écouler. Les lignosulfonates sont également utilisés lors de la production de ciment , où ils agissent comme des auxiliaires de broyage dans le broyeur à ciment et comme défloculant de boue rawmix (qui réduit la viscosité de la boue).
Les lignosulfonates sont également utilisés pour la production de plaques de plâtre pour réduire la quantité d'eau nécessaire pour faire couler le stuc et former la couche entre deux feuilles de papier. La réduction de la teneur en eau permet à des températures de four plus basses de sécher les plaques de plâtre, ce qui permet d'économiser de l'énergie.
La capacité des lignosulfonates à réduire la viscosité des boues minérales est mise à profit dans la boue de forage pétrolier , où elle a remplacé les acides tanniques du quebracho (un arbre tropical).
Les lignosulfonates sont utilisés pour disperser des pesticides , des colorants , du noir de carbone et d'autres solides et liquides insolubles dans l'eau. Ils sont utilisés dans le tannage du cuir . Ils sont également utilisés pour supprimer la poussière sur les routes non goudronnées.
L'oxydation des lignosulfonates des résineux a produit de la vanilline (arôme artificiel de vanille).
Le sulfure de diméthyle et le diméthylsulfoxyde (un solvant organique important ) sont produits à partir de lignosulfonates. La première étape consiste à chauffer des lignosulfonates avec des sulfures ou du soufre élémentaire pour produire du sulfure de diméthyle. Les groupes méthyle proviennent des éthers méthyliques présents dans la lignine. L'oxydation du diméthylsulfure avec du dioxyde d'azote produit du diméthylsulfoxyde (DMSO).
Une des utilisations très larges des lignosulfonates est également la défloculation des argiles utilisées dans les fluides de forage dans l'industrie pétrolière et gazière. En outre, les lignosulfates sont en cours de recherche pour une utilisation dans la récupération améliorée de l'huile (EOR) en raison de leur capacité à réduire l'IFT dans les mousses, ce qui permet une efficacité de balayage améliorée et, par conséquent, un facteur de récupération accru.
Les solutions aqueuses de lignosulfonate sont également largement utilisées comme agent de suppression de poussière non toxique pour les surfaces de routes non pavées, où elles sont communément appelées "sève d'arbre" à tort. Les routes traitées aux lignosulfonates se distinguent de celles traitées au chlorure de calcium par leur couleur: les lignosulfonates donnent à la surface de la route une couleur gris foncé, tandis que le chlorure de calcium confère à la surface de la route une couleur bronzée ou brune distinctive. Comme les lignosulfonates ne dépendent pas de l'eau pour fournir leurs propriétés de liaison, ils ont tendance à être plus utiles dans les régions arides.
Ils forment également un constituant de la pâte utilisée pour enrober les grilles plomb-antimoine-calcium ou plomb-antimoine-sélénium dans une batterie plomb-acide .
Outre leur utilisation comme dispersants, les lignosulfonates sont également de bons liants. Ils sont utilisés comme liants dans le papier de puits, les panneaux de particules, les sols en linoléum, les briquettes de charbon et les routes.
L'effet anti-oxydant des lignosulfonates est utilisé dans les aliments pour animaux, l'ensilage et les retardateurs de flamme.
L'absorbance UV des lignosulfonates est utilisée dans les écrans solaires et les bio-pesticides.