CN109678559A - 一种超疏水、高耐久防渗透气砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超疏水、高耐久防渗透气砂及其制备方法，防渗透气砂包括石英砂及包裹在其表面的疏水膜，其特征在于，所述疏水膜是由疏水树脂、固化剂、聚四氟乙烯和纳米SiO₂在石英砂表面交联固化得到，所述疏水膜表面形成微纳二级粗糙结构。与现有技术相比，本发明解决了防渗透气砂防渗效果不好、耐久性差及表面易黏附等问题，具有制备工艺简单、超疏水、低黏附和耐久性好等特性，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种超疏水、高耐久防渗透气砂及其制备方法

技术领域

本发明涉及环境工程领域，尤其是涉及一种超疏水、高耐久防渗透气砂及其制备方法。

背景技术

水土资源是人类发展与文明的根基。当前，荒漠化已然成为我国最严重的生态安全问题，制约着生态文明建设的进程。如何整治日趋恶化的生态环境、提高植被覆盖率、恢复和重建受损的生态***已成为生态文明建设中一个重大而紧迫的发展课题。

对于沙漠治理生态修复，重点在于防止地表水分的渗漏以提高植被的成活率。为在防渗的同时兼顾土壤的呼吸功能，以给土壤微生物及植物生长提供良好的生存环境，我国学者已开发出了兼具抗渗和透气性能的材料-防渗透气砂，其颗粒间存在气体能够通过但水分无法透过的微孔，但颗粒间微孔的存在会显著影响产品的抗渗性能，因而目前该材料无法很好地平衡抗渗和透气性能，主要存在抗渗效果不佳、表面易黏附、耐久性差等问题，无法满足长期的抗渗需求。针对现有技术存在的问题，亟需开发一种超疏水、低黏附、高耐久的防渗透气砂。

专利CN108059390A公开了一种砂基透气控水防渗颗粒及其制备方法，透气控水防渗颗粒包含骨料、偶联剂、石油树脂和聚四氟乙烯，制备方法包括将骨料加热到100℃～200℃，在搅拌下加入石油树脂和偶联剂并搅拌均匀；然后加入聚四氟乙烯并搅拌均匀；加水冷却、过筛、包装。由于石油树脂的热塑性，该发明所制备的颗粒耐热性较差，无法将聚四氟乙烯稳定固化在砂的表面；该颗粒存在疏水效果欠佳、表面易粘附、耐久性差等问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提供一种超疏水、高耐久防渗透气砂及其制备方法，解决防渗透气砂抗渗效果不佳、表面易黏附、耐久性差等问题，具有制备工艺简单、超疏水、低黏附和高耐久等特性，在保证产品透气性的同时，有效地提升了其抗渗性能，具有非常广阔的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种超疏水、高耐久防渗透气砂，包括石英砂及包裹在其表面的疏水膜，所述疏水膜是由疏水树脂、固化剂、聚四氟乙烯和纳米SiO₂在石英砂表面交联固化得到，所述疏水膜表面形成微纳二级粗糙结构。

优选地，该防渗透气砂包括以下重量份的组分：石英砂92-94份、疏水树脂4-5份、固化剂0.4-0.5份、聚四氟乙烯1.2-3份和纳米SiO₂ 0.4-1份。优选地，所述疏水树脂选自甲基硅树脂、氟硅树脂、酚醛树脂或聚酰胺改性环氧树脂中的一种或几种。

优选地，所述固化剂选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、六次甲基四胺、脂肪胺、脂环胺或芳香胺的一种或几种。

进一步优选地，所述疏水树脂采用甲基硅树脂或氟硅树脂时，所述固化剂采用二乙烯三胺或三乙烯四胺；所述疏水树脂采用酚醛树脂时，所述固化剂采用六次甲基四胺；所述疏水树脂采用聚酰胺改性环氧树脂时，所述固化剂采用脂肪胺、脂环胺或芳香胺中的一种或几种。

优选地，所述石英砂粒径为40-70目。

优选地，所述聚四氟乙烯为聚四氟乙烯微粉，粒径为5-70um。

优选地，所述纳米SiO₂粒径为100-300nm。

一种超疏水、高耐久防渗透气砂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石英砂加热至150-200℃，静置、冷却；

(2)待石英砂冷却至70-90℃时，加入搅拌锅中，并加入疏水树脂和固化剂搅拌均匀；

(3)再依次加入聚四氟乙烯和纳米SiO₂，搅拌均匀，即制得产品。

本发明利用疏水性树脂及固化剂在石英砂表面包覆形成疏水膜，以降低颗粒的表面能，并在疏水膜表面构建微纳二级粗糙结构，使其具备超疏水特性。通过疏水树脂和固化剂粘结及固化作用，使得聚四氟乙烯微粉和纳米SiO₂构建的微纳二级粗糙结构牢牢黏附在石英砂表面，有效提升了该材料疏水功能的长效性。因而，水滴在防渗透气砂表面具有较高的接触角和较低的滚动角，使得防渗透气砂具有超疏水和低黏附特性，显著提升其抗渗性能。另外实现了防渗透气砂抗渗性能的长效性优化，提升其耐久性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：能够解决防渗透气砂存在的抗渗效果不佳、表面易黏附、耐久性差等问题，具有制备工艺简单、超疏水、低黏附和高耐久等特性，具有非常广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。

实施例1

将94份石英砂加热至200℃，去除其表面的水分后，静置；待其冷却至90℃时，将其加入搅拌锅中，并加入4份甲基硅树脂和0.4份二乙烯三胺搅拌均匀；然后依次加入1.2份聚四氟乙烯和0.4份纳米SiO₂，搅拌均匀，制得超疏水、高耐久防渗透气砂。

实施例2

将93份石英砂加热至180℃，去除其表面的水分后，静置；待其冷却至80℃时，将其加入搅拌锅中，并加入4份酚醛树脂和0.4份六次甲基四胺搅拌均匀；然后依次加入2份聚四氟乙烯和0.6份纳米SiO₂，搅拌均匀，制得超疏水、高耐久防渗透气砂。

实施例3

将92份石英砂加热至170℃，去除其表面的水分后，静置；待其冷却至70℃时，将其加入搅拌锅中，并加入4.5份聚酰胺改性环氧树脂和0.45份乙二胺搅拌均匀；然后依次加入2.4份聚四氟乙烯和0.65份纳米SiO₂，搅拌均匀，制得超疏水、高耐久防渗透气砂。

对实施例1、2和3制得的超疏水、高耐久防渗透气砂进行水珠在其表面的接触角、滚动角测试，测定1cm厚防渗透气砂的静水压抗渗高度，并利用STZ直读式透气性测定仪测定5cm厚防渗透气砂、原石英砂和土壤(常用种植土)的透气性系数K，测定结果见表1。

表1超疏水、高耐久防渗透气砂性能测试

由表1可知，本发明所制备的超疏水、高耐久防渗透气砂的超疏水和低黏附性能优异，具有优良的抗渗性和透气性。

为检测产品的耐久性，将实施例1、2和3制得的防渗透气砂于自然条件下放置6个月后，测定水珠在其表面的接触角、滚动角以及其静水压抗渗高度和透气性，结果如表2所示。

表2超疏水、高耐久防渗透气砂耐久性测试(6个月后)

由表1可知，本发明所制备的超疏水、高耐久防渗透气砂6个月后的超疏水和低黏附性能依然优异，抗渗性能衰减较小，具有良好的耐久性能。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员理解和使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种超疏水、高耐久防渗透气砂，包括石英砂及包裹在其表面的疏水膜，其特征在于，所述疏水膜是由疏水树脂、固化剂、聚四氟乙烯和纳米SiO₂在石英砂表面交联固化得到，所述疏水膜表面形成微纳二级粗糙结构。

2.根据权利要求1所述的一种超疏水、高耐久防渗透气砂，其特征在于，该防渗透气砂包括以下重量份的组分：石英砂92-94份、疏水树脂4-5份、固化剂0.4-0.5份、聚四氟乙烯1.2-3份和纳米SiO₂ 0.4-1份。

3.根据权利要求1所述的一种超疏水、高耐久防渗透气砂，其特征在于，所述疏水树脂选自甲基硅树脂、氟硅树脂、酚醛树脂或聚酰胺改性环氧树脂中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的一种超疏水、高耐久防渗透气砂，其特征在于，所述固化剂选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、六次甲基四胺、脂肪胺、脂环胺或芳香胺的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的一种超疏水、高耐久防渗透气砂，其特征在于，所述疏水树脂采用甲基硅树脂或氟硅树脂时，所述固化剂采用二乙烯三胺或三乙烯四胺；

所述疏水树脂采用酚醛树脂时，所述固化剂采用六次甲基四胺；

所述疏水树脂采用聚酰胺改性环氧树脂时，所述固化剂采用脂肪胺、脂环胺或芳香胺中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种超疏水、高耐久防渗透气砂，其特征在于，所述石英砂粒径为40-70目。

7.根据权利要求1所述的一种超疏水、高耐久防渗透气砂，其特征在于，所述聚四氟乙烯为聚四氟乙烯微粉，粒径为5-70um。

8.根据权利要求1所述的一种超疏水、高耐久防渗透气砂，其特征在于，所述纳米SiO₂粒径为100-300nm。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种超疏水、高耐久防渗透气砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将石英砂加热至150-200℃，静置、冷却；

(2)待石英砂冷却至70-90℃时，加入搅拌锅中，并加入疏水树脂和固化剂搅拌均匀；

(3)再依次加入聚四氟乙烯和纳米SiO₂，搅拌均匀，即制得产品。