Lignosulfonate

Définition

Les lignosulfonates sont des macromolécules hautement ramifiées et sont formés d'unités phénylpropane reliées de manière non régulière par des liaisons éther ou C-C, ces dernières entre les cycles aromatiques.

La structure d'un lignosulfonate :

Structure modèle du lignosulfonate de résineux. Les lignosulfonates sont produits à partir de la réaction de la lignine du bois avec des ions bisulfite ou sulfate.

Explications

Les lignosulfonates ou lignine sulfonée sont produits via le procédé de réduction en pâte au sulfite de l'industrie du papier et de la pâte à papier. Cette lignine était autrefois le type de lignine technique le plus abondant disponible dans le commerce.

Le processus implique la réduction en pâte d'une solution d'acide sulfureux, soit un sel de sulfites (SO₃^2-) ou des bisulfites (HSO₃^-) à 130–180 °C pour générer la liqueur brute pour la cuisson de la biomasse. Au cours du processus, les liaisons entre la lignine et les glucides sont clivées, ainsi que les liaisons C-O qui relient les unités de lignine.

Ensuite, la lignine isolée peut être sulfonée en remplaçant son groupe hydroxyle par un groupe sulfonate. La lignine dégradée est rendue hydrosoluble et séparée de la biomasse lignocellulosique. La sulfonation est la plus importante dans le procédé de réduction en pâte au sulfite car elle confère aux lignosulfonates les principales caractéristiques.

La solubilité dans l'eau des lignosulfonates provient de l'abondance des groupes sulfonate. De plus, outre l'eau, les lignosulfonates ont également une bonne solubilité dans les mélanges éthylène glycol, propylène glycol, diméthylsulfoxyde (DMSO), méthanol-eau et dioxane-eau. Les poids moléculaires des lignosulfonates sont compris entre moins de 1 000 g/mol et plus de 400 000 g/mol avec une teneur élevée en soufre (généralement 3 ~ 8 %), qui est incorporé dans les molécules de lignine sous forme de groupes sulfonate. Il a été largement utilisé comme suspensions colloïdales, stabilisants, dispersants, liants, détergents et adhésifs.

Applications

La lignine est l'un des polymères naturels présents dans le bois et représente 33 % du poids. C'est même la deuxième substance organique la plus répandue dans le monde après la cellulose. La séparation des lignosulfonates de l'autre composant majeur du bois, la cellulose, se fait par un processus de sulfonation où le bois est cuit dans une solution chimique dans des conditions de pression et de température spécifiques. En conséquence, la lignine est séparée. La cellulose reste inchangée et est utilisée dans l'industrie de la production de pâtes et papiers.

Quatre lignosulfonates différents sont couramment utilisés dans l'industrie pour les applications zootechniques : les lignosulfonates de sodium, les lignosulfonates de magnésium, les lignosulfonates de calcium et les lignosulfonates d'ammonium. Ces produits sont disponibles sous forme de poudre ou de liquide pour répondre aux exigences de tous les types d'utilisation. Les propriétés liantes des lignosulfonates en font l'un des meilleurs additifs pour la granulation d'aliments pour animaux et d'autres applications en zootechnie.

La structure chimique de la lignine, comme celle de nombreux autres polymères naturels, est très complexe. Comme la lignine est normalement insoluble dans les solvants non polaires et organiques, une méthode fréquemment utilisée pour séparer la cellulose de la lignine consiste à traiter les copeaux de bois avec une solution chimique à haute température. En conséquence, le composant de base du polymère, le phénylpropane, est sulfoné et certaines liaisons entre la lignine et les glucides sont rompues. Le lignosulfonate ainsi obtenu comprend des polymères de poids variable, basés sur l'hydrolyse, dont les composants principaux sont le lignosulfonate de calcium et un certain nombre de polysaccharides.

✅ Les lignosulfonates peuvent être polymérisés, hydrolysés, halogénés, nitrés, oxydés, déshydrogénés ou désulfonés. Ils peuvent entrer dans des réactions dimères mixtes avec d'autres groupes fonctionnels pour lesquels ils sont d'excellents extendeurs. Les groupes polysaccharides peuvent être oxydés, inversés ou éliminés en utilisant des procédés de séparation moléculaire.

Production

Le lignosulfonate provient principalement de la réduction en pâte au sulfite traditionnelle et d'autres procédés de réduction en pâte au sulfite modifiés. Dans le procédé de réduction en pâte au sulfite, les ions sulfite remplacent le phénylpropane sur les groupes fonctionnels des chaînes latérales. Les groupes sulfonate introduits dissolvent la lignine, tandis que la majeure partie de la cellulose ne change pas et peut être séparée pour le papier et d'autres produits fibreux.

Pendant ce temps, il y a une petite quantité de fibres et d'hémicellulose dissoute dans la solution pour former des monosaccharides solubles dans l'eau et d'autres substances, qui sont généralement appelées déchets de pâte au sulfite. Après classification par filtration sur membrane, des lignosulfonates de haute pureté et des oligosaccharides ou monosaccharides à petites molécules peuvent être obtenus par hydrolyse acide, et les premiers peuvent être séchés par pulvérisation pour obtenir un produit solide - le lignosulfonate. Parce que le lignosulfonate a des groupes d'acide sulfonique de premier ordre et est soluble dans l'eau, il est largement utilisé dans l'utilisation industrielle de la lignine.

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