CN1431275A - 多功能高分子固沙植被复合材料及其制备方法 - Google Patents

多功能高分子固沙植被复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种固沙植被材料及其制备方法。多功能高分子固沙植被复合材料，其特征是它主要由高分子吸水剂、改性剂、高分子化肥、高分子粘合剂组成，多功能高分子固沙植被复合材料的制备方法，其特征是主要采用高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂、高分子粘合剂，利用高分子粘合剂，将粉体的高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂有机地复合，在室温混合后，在模具内发泡(温度为100～120℃)成型。本发明具有吸水性好、化肥缓释性好，是一种荒漠化土地固沙植被材料。另外，该材料还能作为非荒漠化地区的农、林、牧、园艺等植物用营养材料。

Description

多功能高分子固沙植被复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种固沙植被材料及其制备方法，具体涉及一种用于荒漠化土地治理的多功能、高分子与固沙植被复合材料及其制备方法。
背景技术
目前的化学防治土地荒漠化的技术及材料，主要采用以下几种技术与材料。
①高分子与化学材料荒漠化土地的固定技术。采用的高分子材料，分子量很大，往往高达上千到上百万以上，加水易形成胶体，一般而言分子链越长，粘结力越大，固沙植被作用就更强，可利用其具大的分子链形成巨大网络，使分散的无结构的沙土，形成有一定刚性或弹性不易破碎的稳定体，从而达到稳定沙地的目的。常见的高分子材料如：聚丙烯酰胺(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚醋酸乙烯乳液(PVAc)、水解聚丙烯(HPAN)、聚脲甲醛树脂、聚胺脂等等，用以上方法与材料虽然可以固定荒漠化土地，改良荒漠化土地，但不能为荒漠化土地提供物植生长所需的营养，储水效果较差，而且需要复杂的喷洒程序与喷洒技术及设备。
②石油沥青治沙技术。采用渣油、沥青及乳化沥青喷洒在荒漠化土地表面，使之形成一层非连续固结层，经蒸发后逐渐***，可保护土地免遭风蚀，但它成本高，需要复杂的喷洒技术，石油的分解物可能会造成新的环境污染。
③高分子吸水剂改良荒漠化土地技术。利用高分子吸水剂，吸水量大(最大可达数百倍，数千倍)，保水能力强，加压时也不脱水，在自然条件下难以蒸发，保水时间长，能有效的利水用水分，是土壤中的“分子水库”，下雨就大量吸收水份保存起来，当缺水(或干旱)时，小水库的水就不断放出来，使植物发育、生长，这种吸水性树脂，可以反复吸水——放水，故吸水剂能与土壤良好地混合，改变土壤的空隙分布。但它没有解决土地肥力的问题，虽然有一些资料报道，有人将高分子吸水剂与肥料混合使用来解决以上缺点，因是物理渗合，所以使用时肥料流失严重，利用率不高，肥料渗入地下可能污染了地下水源，又产生新的污染问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即能吸水、保水，又能缓释化肥的多功能高分子固沙植被复合材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：多功能高分子固沙植被复合材料，其特征是它主要由高分子吸水剂、改性剂、高分子化肥、高分子粘合剂组成，其各组份所占总重量百分比为：
高分子吸水剂    粉末、粒度为200～300目  15～25
改性剂          粉末、粒度为200～300目  5～15
高分子化肥      粉末、粒度为200～300目  15～25
高分子粘合剂                            45～55
所述的高分子吸水剂为淀粉系高分子吸水剂、纤维素系高分子吸水剂、蛋白质系高分子吸水剂、合成系高分子吸水剂，它们可单独使用，也可数种组合使用；所述的高分子化肥为高分子化肥类型，可单独使用，也可数种组合使用；所述的高分子粘合剂为聚氨酯类型，主要原料为聚醚多元醇类，通常要求高活性聚氧化烯烃醚分子量在4500～6500，含伯羟基量占总羟基数的40～85％；所述的改性剂为植物吸水剂。
其各组份所占总重量最佳百分比为：
高分子吸水剂    粉末、粒度为200～300目  20
改性剂          粉末、粒度为200～300目  10
高分子化肥      粉末、粒度为200～300目  20
高分子粘合剂                            50。
所述的高分子化肥为高聚脲甲醛、聚亚异丁基二脲。
所述的改性剂为魔芋粉，粒度：100～400目。
所述的高分子粘合剂为聚醚多元醇系、TDI。
多功能高分子固沙植被复合材料的制备方法，其特征是主要采用高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂、高分子粘合剂，利用高分子粘合剂，将粉体的高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂有机地复合，在室温混合后，在模具内发泡(温度为100～120℃)成型。
所述的混合复合发泡成型为粒状、片状、条状制品。
所述的多功能高分子固沙植被复合材料的制备方法，其具体步骤为：
a、组合聚醚的配制，按比例称取聚醚或单独选用聚醚，分别依次加入定量的水，催化剂(辛酸亚锡、三乙酸胺)，硅油均匀搅拌10min；
b、将足量的TDI加入(a)配制液体中，搅拌均匀后，加入高分子吸水剂、改性剂、高分子化肥，继续搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备好的模具内，模具根据生产需要设计，使泡沫充满模具，再放进100~120℃烧箱内熟化2小时，冷却后模压成粒状、片状、条状成品。
采用高分子吸水剂作为保水、储水材料，高分子化肥聚脲甲醛树脂作为高分子化肥材料，通过使用高分子粘合剂及其他材料，以高分子互穿网络的形式，将两种功能高分子材料有机地结合在一起，形成多功能高分子固沙植被复合材料，该材料即能吸水、保水，不但具有缓释化肥，能提高化肥效率，减少化肥污染的功能及连接土壤团粒的功能，是一种新型的固沙植被材料。
本发明主要采用高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂、高分子粘合剂、混合复合发泡成型，可生产出吸水性好，化肥缓释性好，荒漠化土地固沙值被材料。另外，该材料还能作为非荒漠化地区的农、林、牧、园艺等植物用营养材料。
附图说明
图1是本发明工艺流程图
具体实施方式
多功能高分子固沙植被复合材料，其特征是它主要由高分子吸水剂、改性剂、高分子化肥、高分子粘合剂组成，其各组份所占总重量百分比为：
高分子吸水剂    粉末、粒度为200～300目  15～25
改性剂          粉末、粒度为200～300目  5～15
高分子化肥      粉末、粒度为200～300目  15～25
高分子粘合剂                            45～55
所述的高分子吸水剂为淀粉系高分子吸水剂、纤维素系高分子吸水剂、蛋白质系高分子吸水剂、合成系高分子吸水剂，它们可单独使用，也可数种组合使用；所述的高分子化肥为高分子化肥类型，可单独使用，也可数种组合使用；所述的高分子粘合剂为聚氨酯类型，主要原料为聚醚多元醇类，通常要求高活性聚氧化烯烃醚分子量在4500～6500，含伯羟基量占总羟基数的40～85％；所述的改性剂为植物吸水剂。
聚醚多元醇系、TDI，可单独使用，也可以组合使用    55    50    50    45
本发明所使用的原料
①高分子吸水剂，可选用以下各种类型的吸水剂，根据实际吸水的快慢及吸水率的大小，可单独使用，也可数种组合使用。
淀粉系高分子吸水剂：淀粉接枝丙烯腈类高分子吸水剂
                    淀粉接枝丙烯酸类高分子吸水剂
                    淀粉接枝丙烯酰胺高分子吸水剂
                    淀粉接枝丙烯酸脂类高分子吸水剂
                    淀粉接枝其它类型的高分子吸水剂
纤维素系高分子吸水剂：纤维素接枝丙烯酸类高分子吸水剂
                      纤维素接枝丙烯酰胺类高分子吸水剂
                      纤维素接枝烯腈类高分子吸水剂
                      纤维素/醋酸乙烯酯接枝共聚高分子吸水剂
                      纤维素/多种单体接枝共聚高分子吸水剂
蛋白质系高分子吸水剂：丝蛋白质生物高分子吸水剂
                      蚕丝接枝生物高分子吸水剂
                      酪素蛋白接枝共聚高分子吸水剂
                      天然高分子化合物及其分生物素高分子与吸水剂
合成系高分子吸水剂：聚丙烯酸类高分子吸水剂
                      聚乙烯醇类高分子吸水剂
                      聚丙烯腈类高分子吸水剂
                      聚丙烯酰胺类高分子吸水剂
                      聚氧化烯烃类高分子吸水剂
                      聚乙二醇类高分子吸水剂
                      聚杂双环化合物高分子吸水剂
②高分子化肥，可选用的高分子化肥类型，可单独使用，也可数种组合使用。
1)聚脲甲醛          2)聚亚异丁基二脲
③高分子粘合剂为聚氨酯类型，主要原料为聚醚多元醇类，通常要求高活性聚氧化烯烃醚分子量在4500～6500，含伯羟基量占总羟基数的40～85％。
如：聚醚三元醇PPG5613 工业     ARCO化学公司
聚醚N330         工业       金陵石化公司
聚醚  Propylan 1            Lankro公司
聚醚  Propylan 3            Lankro公司
以上原料既可单独使用，也可以组合使用。
a、催化剂的选择，选用有机锡与叔胺类，两者复合使用协同作用较好。
有机锡类：二丁基锡二月桂酸酯  辛酸亚锡
叔胺类：三乙醇胺 环己胺 三亚乙基二胺 四甲基丁二胺
b、泡沫稳定剂：硅油，硅油L520
c、发泡剂：纯净水
④改性剂，主要用于复合材料的性能改造，使之容易加工成型，选用植物吸水剂，魔芋粉。
优先选择的成分范围：
高分子吸水剂    粉末、粒度为200～300目  20％(重量)
改性剂          粉末、粒度为200～300目  10％(重量)
高分子化肥      粉末、粒度为200～300目  20％(重量)
高分子粘合剂                            50％(重量)
其中，聚醚多元醇                      60％
      TDI                             35％
      催化剂           辛酸亚锡       0.05～0.1％
                       三亚乙基二胺   0.3～0.5％
      发泡剂           水             1～3％
      泡沫稳定剂       硅油           0.5～1％
如图1所示，多功能高分子固沙植被复合材料的制备方法，其特征是主要采用高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂、高分子粘合剂，利用高分子粘合剂，将粉体的高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂有机地复合，在室温混合后，在模具内发泡(温度为100～120℃)成型。
复合材料的制备方法
a、组合聚醚的配制，按比例称取聚醚或单独选用聚醚，分别依次加入定量的水，催化剂(辛酸亚锡、三乙酸胺)，硅油均匀搅拌10min。
b、将足量的TDI加入(a)配制液体中，搅拌均匀后，加入高分子吸水剂、改性剂、高分子化肥，继续搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备好的模具内，模具根据生产需要设计，使泡沫充满模具，再放进100～120℃烧箱内熟化2小时，冷却后模压成粒状、片状、条状成品。
实例  试样1#、2#、3#、4#、5#的配方：1#试样高分子吸水剂：①纤维素系羧甲基纤维素接枝丙烯酸钠盐高分子吸水剂  20g
          ②合成系聚丙烯酸盐高分子吸水剂                    10g
                      粉末粒度    200目
改性剂：魔芋粉        粉末粒度    200目    10g
高分子化肥：聚脲甲醛  粉末粒度    200目    10g
高分子粘结剂：
         聚醚三元醇  PPG5613  羟值约56mg KOH/g  工业级，30g
         TDI                 18g
         辛酸亚锡            0.05g
         三亚乙基二胺        0.1g
         水                  1.5g
         硅油                0.5g2#试样高分子吸水剂：①纤维素系羧甲基纤维素接枝丙烯酸钠盐高分子吸水剂  18g
          ②淀粉系淀粉接枝聚丙烯酸高分子吸水剂              7g
                      粉末粒度    200目
改性剂：魔芋粉        粉末粒度    200目    10g
高分子化肥：聚脲甲醛  粉末粒度    200目    15g
高分子粘结剂：
         聚醚三元醇  PPG5613  羟值约56mgKOH/g  工业级，30g
         TDI                  18g
         辛酸亚锡             0.05g
         三亚乙基二胺         0.1g
         水                   1.5g
         硅油                 0.5g3#试样高分子吸水剂：①纤维素系羧甲基纤维素接枝醋酸乙烯酯高分子吸水剂  10g
           ②淀粉系淀粉接枝丙烯睛高分子吸水剂               10g
                      粉末粒度    200目
改性剂：魔芋粉        粉末粒度    200目    10g
高分子化肥：聚脲甲醛  粉末粒度    200目    20g
高分子粘结剂：
        聚醚三元醇  PPG5613  羟值约56mg KOH/g 工业级，30g
        TDI                  18g
        辛酸亚锡             0.05g
        三亚乙基二胺         0.1g
        水                   1.5g
        硅油                 0.5g4#试样高分子吸水剂： ①合成系改性聚乙烯醇高分子吸水剂    10g
           ②合成系聚丙烯酸盐高分子吸水剂      5g
                          粉末粒度    200目
改性剂：魔芋粉            粉末粒度    200目    10g
高分子化肥：聚亚异丁二脲  粉末粒度    200目    25g
高分子粘结剂：
        聚醚三元醇  PPG5613   羟值约56mg KOH/g  工业级，30g
        TDI                   18g
        辛酸亚锡              0.05g
        三亚乙基二胺          0.1g
        水                    1.5g
        硅油                  0.5g5#试样高分子吸水剂： ①合成系改性聚乙烯醇高分子吸水剂      8g
           ②纤维素系纤维素黄原酸盐高分子吸水剂  2g
                          粉末粒度    200目
改性剂：魔芋粉            粉末粒度    200目    10g
高分子化肥：聚亚异丁二脲  粉末粒度    200目    30g
高分子粘结剂：
       聚醚三元醇  PPG5613  羟值约56mgKOH/g  工业级，30g
       TDI                  18g
       辛酸亚锡             0.05g
       三亚乙基二胺         0.1g
       水                   1.5g
       硅油                 0.5g
实例  试样1#、2#、3#、4#、5#的制造方法：
(a)取30g聚醚PPG5613，分别依次加入1.5g水、0.05g辛酸亚锡、0.1g三亚乙基二胺、0.5g硅油，均匀搅拌10分钟。再将18gTDI加入(a)配制的液体中，搅拌均匀，约15秒后，分别加入上述实例中的试样1#～5#的高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂等继续搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备好的模具100mm×100mm×100mm，使泡沫充满模具后，再放入100～120℃烘箱内熟化2小时，冷却后模压成粒状。
表1  1#～5#试样吸水率的测试值(室温25℃水中24小时)
试样重量(W) 吸水后试样重量(W1) 吸水倍率(自身重量的倍数)
   1#     4.6       235       50
   2#     5.0       230       45
   3#     4.8       210       43
   4#     5.1       184       35
   5#     4.4       131       29
表2 1#～5#试样放入室温(25℃)水中，氮的释放率(累积量％)测试值
    1天    10天    30天     60天
   1#     0.10    0.38    1.20    3.20
    2#     0.11     0.40     1.40     3.60
    3#     0.12     0.60     1.80     4.01
    4#     0.14     1.12     2.10     4.35
    5#     0.16     1.20     2.30     4.60
以上材料除了作为固沙植被材料以外，还可以作为非荒漠化地区的农、林、牧、园艺等植物用营养材料，可以节水抗旱，缓释化肥，减少化肥对地下水的污染，改良土壤保护生态环境。

Claims (8)

1、多功能高分子固沙植被复合材料，其特征是它主要由高分子吸水剂、改性剂、高分子化肥、高分子粘合剂组成，其各组份所占总重量百分比为：
高分子吸水剂      粉末、粒度为200～300目  15～25
改性剂            粉末、粒度为200～300目  5～15
高分子化肥        粉末、粒度为200～300目  15～25
高分子粘合剂                              45～55
所述的高分子吸水剂为淀粉系高分子吸水剂、纤维素系高分子吸水剂、蛋白质系高分子吸水剂、合成系高分子吸水剂，它们可单独使用，也可数种组合使用；所述的高分子化肥为高分子化肥类型，可单独使用，也可数种组合使用；所述的高分子粘合剂为聚氨酯类型，主要原料为聚醚多元醇类，通常要求高活性聚氧化烯烃醚分子量在4500～6500，含伯羟基量占总羟基数的40～85％；所述的改性剂为植物吸水剂。
2、根据权利要求1所述的多功能高分子固沙植被复合材料，其特征是其各组份所占总重量最佳百分比为：
高分子吸水剂           粉末、粒度为200～300目  20
改性剂                 粉末、粒度为200～300目  10
高分子化肥             粉末、粒度为200～300目  20
高分子粘合剂                                   50。
3、根据权利要求1所述的多功能高分子固沙植被复合材料，其特征是所述的高分子化肥为高聚脲甲醛、聚亚异丁基二脲。
4、根据权利要求1所述的多功能高分子固沙植被复合材料，其特征是所述的改性剂为魔芋粉，粒度：100～400目。
5、根据权利要求1所述的多功能高分子固沙植被复合材料，其特征是所述的高分子粘合剂为聚醚多元醇系、TDI。
6、多功能高分子固沙植被复合材料的制备方法，其特征是主要采用高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂、高分子粘合剂，利用高分子粘合剂，将粉体的高分子吸水剂、高分子化肥、改性剂有机地复合，在室温混合后，在模具内发泡(温度为100～120℃)成型。
7、根据权利要求6所述的多功能高分子固沙植被复合材料的制备方法，其特征是所述的混合复合发泡成型为粒状、片状、条状制品。
8、根据权利要求6所述的多功能高分子固沙植被复合材料的制备方法，其特征是所述的多功能高分子固沙植被复合材料的制备方法，其具体步骤为：
a、组合聚醚的配制，按比例称取聚醚或单独选用聚醚，分别依次加入定量的水，催化剂(辛酸亚锡、三乙酸胺)，硅油均匀搅拌10min；
b、将足量的TDI加入(a)配制液体中，搅拌均匀后，加入高分子吸水剂、改性剂、高分子化肥，继续搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备好的模具内，模具根据生产需要设计，使泡沫充满模具，再放进100～120℃烧箱内熟化2小时，冷却后模压成粒状、片状、条状成品。
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