CN102206493A - 一种高分子环保固沙抑尘剂 - Google Patents

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张丽丹
韩春英
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Abstract

本发明涉及固沙剂制备方法领域和环境保护领域。高分子环保固沙剂是以醋酸乙烯酯(VAC)为主要单体，甲基丙烯酸甲酯(MMA)为硬单体，丙烯酸丁酯(BA)为软单体，以过硫酸铵(APS)为引发剂，十二烷基硫酸钠和吐温-60为复合乳化剂，以水为分散介质，不使用有机溶剂，通过乳液聚合法制得VAC/MMA/BA三元共聚固沙抑尘剂并应用于固沙。

Description

一种高分子环保固沙抑尘剂
技术领域
本发明属于化学固沙领域，具体涉及到一种高分子环保固沙抑尘剂及其合成方法。
背景技术
在当今世界人类面临的诸多问题中，土地荒漠化已成为最为严重的环境与社会经济问题，严重威胁到人们的生存环境，被称为地球的“癌症”。而中国是世界上荒漠化危害范围最广、程度最深的地区之一。
我国荒漠化、沙化防治工作虽然取得了明显的成效，但当前防治工作的成绩还只是初步的、阶段性的，形势仍很严峻。荒漠化的治理越来越为人们所关注，目前研究较多的是化学固沙，它是在荒漠化土地表层施用有机或无机化学材料，对易发生沙害的沙丘或沙质地表建造能够防止风力吹蚀又具有保持水分和改良沙地性质的固结层，以达到控制和改善沙害环境，提高沙地生产力的目的。其优点是成本低，施工简便，见效快。化学固沙是荒漠化治理的一种重要途径。
发明内容
为了解决现有固沙剂价格昂贵的问题，本发明提供了一种高分子环保固沙抑尘剂的合成方法，该固沙剂具有常温自然条件下无毒无环境污染、可降解、粘结性好、吸水保水性能优良、耐水蚀和风蚀、抗冻耐温等特点，制备工艺简单，生产成本较低。
一种高分子环保固沙抑尘剂，它是以去离子水为分散介质，不使用有机溶剂，以过硫酸铵(APS)为引发剂，十二烷基硫酸钠和吐温-60为复合乳化剂，采用分别滴加法，依次加入醋酸乙烯酯(VAC)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)，经乳液聚合法共聚反应制得。
固沙剂作了以下实验：
(1)固结层电镜表征
固沙抑尘剂乳液稀释为一定浓度的稀溶液，在新鲜乳液的TEM照片(见图1)和放置一周乳液的TEM照片(见图2)可以看出，放置一周后胶粒会结成网状，在实际应用中，增强固沙抑尘的持久性。
由喷洒水的沙堆表层SEM照片(见图3)和喷洒固沙抑尘剂的沙堆表层SEM照片(见图4)可以看出，喷洒水的沙堆表层，水分蒸发之后，沙子颗粒呈分散排列；而喷洒了固沙抑尘剂的沙堆表层，待固化后，表层沙子相互粘连在一起，抑制了扬沙，起到了很好的固沙抑尘效果。
(2)固沙抑尘剂的吸湿保水性
用称重法测定固沙抑尘剂的吸湿保水性，测定结果如图5所示。首先向1号沙样按1L/m2量喷洒自来水，向2～6号沙样按同样量喷洒不同固含量的固沙抑尘剂，待沙样干至恒重后，称得沙样质量，然后分别向6个沙样按1L/m2量喷洒自来水，将试样置于相同的自然环境条件下干燥，每隔1h称重，计算试样的含水量，以首次喷水沙面作参照。
从固沙剂的含水量与时间曲线(见图5)可知，只喷洒水的沙堆试样的失水最快，14h后只喷洒水的沙堆试样含水量几乎为零，且试样表面变得疏松，容易扬尘；喷洒了抑尘剂稀乳液的沙堆失水较慢，16h后沙堆试样含水量在4～10％之间，且随着固含量的增加，其保水能力增强。固沙抑尘剂的施用和表层沙固结的影响改变了沙土内部温度、水分的关系，可供给固沙植物水分，保证植被存活，因此可与植被绿化相结合，达到综合治理沙害的目的。
(3)沙模的抗冻耐温性
沙模的制备方法是：分别取10毫升不同固含量(1.0％、2.0％、4.0％、6.0％、8.0％)的抑尘剂溶液与85克沙土混合均匀，自然浇注成型。抗冻实验是将沙模放入冰箱冷冻24h，然后取出在室温下测定其强度，重复3次。耐温实验是将沙模放入50℃烘箱保持24h，取出在室温下测定其强度，重复3次，与原强度进行比较。实验结果表明，除固含量1％的沙模在冷冻或高温时已松散外，其它沙模在各温度下变化不大，强度依然较大，说明该固沙剂能经受不同地表温度的考验，在自然环境下依然有固沙作用。
本发明的优点：
1、固沙剂呈水溶性，放置稳定性好，成本低廉，施工、运输方便，具有很好的应用前景和推广价值。
2、固沙剂喷洒后，能使松散的沙粒表面相互连接，将表层沙粒粘结起来在表面形成1-5mm厚的固结层，该固结层不仅隔绝了气流对松散流沙的直接作用，起到固沙作用，而且能有效阻碍下部水分的蒸发，使沙层保水性能增强，有利于固沙植物的生长，是一种有效的固沙材料。
3、由于荒漠化地区，地表昼夜温差较大，所以固沙剂在自然条件下的稳定性尤为重要。实验表明，该固沙抑尘剂对气候环境的适应性强、作用持久。
4、该固沙剂具有良好的可降解性，无毒、不污染环境。
附图说明
图1新鲜固沙抑尘剂稀乳液的TEM照片
图2放置一周后固沙抑尘剂稀乳液的TEM照片
图3喷洒水的沙堆表层沙粒SEM照片
图4喷洒固沙抑尘剂的沙堆表层沙粒SEM照片
图5沙堆试样含水量变化曲线
具体实施方式
本发明具体实施方式不限于下述实施例。
实施例1
a、溶解、混合
取去离子水30份、1.05份聚乙烯醇加入反应器，搅拌15min后，升温至85-90℃，使其几乎完全溶解，降温至55℃左右，然后缓慢加入用20份去离子水溶解的复合乳化剂0.9份，加入4份的醋酸乙烯酯，并搅拌使其充分混合。
b、预乳化
待第一步混合液剧烈搅拌15min后，加入2.4％的过硫酸铵溶液2.5份，升温至60-65℃，反应30min。
c、聚合
待第二步混合液有蓝光出现且回流较少时，依次滴加剩余12份的醋酸乙烯酯，全部的8份甲基丙烯酸甲酯和6份丙烯酸丁酯，同时每隔15min加入3-4滴引发剂，调整滴加速度，以保证剩余的7.5份引发剂与单体同步滴完，反应5-6h，自然冷却至40℃时，加入适量的饱和碳酸氢钠溶液，调节pH为6～7，制得水溶性固沙剂。
实施例2
a、溶解、混合
取去离子水30份、1.05份聚乙烯醇加入反应器，搅拌15min后，升温至85-90℃，使其几乎完全溶解，降温至55℃左右，然后缓慢加入用20份去离子水溶解的复合乳化剂0.12份，加入4份的醋酸乙烯酯，并搅拌使其充分混合。
b、预乳化
待第一步混合液剧烈搅拌15min后，加入2.4％的过硫酸铵溶液2.5份，升温至60-65℃，反应30min。
c、聚合
待第二步混合液有蓝光出现且回流较少时，依次滴加剩余12份的醋酸乙烯酯，全部的8份甲基丙烯酸甲酯和6份丙烯酸丁酯，同时每隔15min加入3-4滴引发剂，调整滴加速度，以保证剩余的7.5份引发剂与单体同步滴完，反应4-5h，自然冷却至40℃时，加入适量的饱和碳酸氢钠溶液，调节pH为6～7，制得水溶性固沙剂。

Claims (8)

1.一种高分子环保固沙抑尘剂，其特征在于：以醋酸乙烯酯(VAC)为主要单体，甲基丙烯酸甲酯(MMA)为硬单体，丙烯酸丁酯(BA)为软单体，以过硫酸铵(APS)为引发剂，十二烷基硫酸钠和吐温-60为复合乳化剂，以水为分散介质，不使用有机溶剂，通过乳液聚合法制得VAC/MMA/BA三元共聚固沙抑尘剂。
2.制备权利要求1所述高分子环保固沙抑尘剂，合成路线及方法如下：(所述物质按质量份计)
a、溶解、混合
取去离子水30份、1.05份聚乙烯醇加入反应器，搅拌15min后，升温至85-90℃，使其几乎完全溶解，降温至55℃左右，然后缓慢加入用20份去离子水溶解的复合乳化剂0.9份，加入4份的醋酸乙烯酯，并搅拌使其充分混合。
b、预乳化
待第一步混合液剧烈搅拌15min后，加入2.4％的过硫酸铵溶液2.5份，升高温度至60-65℃，反应30min。
c、聚合
待第二步混合液有蓝光出现且回流较少时，依次滴加剩余12份的醋酸乙烯酯，全部的8份甲基丙烯酸甲酯和6份丙烯酸丁酯，同时每隔15min加入3-4滴引发剂，调整滴加速度，以保证剩余的7.5份过硫酸铵溶液与单体同步滴完，反应5-6h，自然冷却至40℃时，加入适量的饱和碳酸氢钠溶液，调节pH为6～7，制得水溶性固沙剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于制备方法中三种单体的质量比为：醋酸乙烯酯∶甲基丙烯酸甲酯∶丙烯酸丁酯＝16∶8∶6。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于制备方法中保护胶体的聚乙烯醇占单体总质量的3.5％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于制备方法中引发剂过硫酸铵占单体总质量的0.8％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于制备方法中复合乳化剂占单体总质量的3％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于制备方法中后期每隔15min滴加3-4滴过硫酸铵溶液，并保证与单体同步滴完。
8.根据权利要求1所述的VAC/MMA/BA三元共聚水溶性固沙抑尘剂，其特征在于粘度和固化强度适中、吸湿保水性强，故适宜于固沙应用。
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