一種高分子有機固沙劑及其製備方法
2023-07-19 11:07:06 1
一種高分子有機固沙劑及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及固沙劑領域，特別涉及一種高分子有機固沙劑及其製備方法。高分子有機固沙劑，由以下原料製備而成：按重量份計，玉米澱粉20-30份，丙烯醯胺1-10份，過硫酸銨0.1-0.4份，過硫酸鉀0.2-0.6份，水60-70份，30％的氫氧化鈉溶液5-10份。該高分子有機固沙劑，製備所需原料易得，價格低廉，製得的高分子有機固沙劑綠色環保，具有很好的固沙能力、較強的保水能力和抗壓能力，適用於沙漠戈壁地區。製備方法為通過逐步添加不同含量的原料，控制反應條件，使玉米澱粉顆粒的分子上接枝丙烯醯胺，形成大分子，得到淡黃色粘稠液體，製備方法簡單易行，得到的固沙劑分子支鏈多，分子鏈之間不易纏結，穩定性好。
【專利說明】一種高分子有機固沙劑及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及固沙劑領域，具體而言，涉及一種高分子有機固沙劑及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 荒漠化是當前人類面臨的重大全球性環境問題，困擾著人類社會的生存和發展。 而風沙運動所引起的土壤風蝕是沙質荒漠化主要表現形式之一。沙漠造成的危害，歸根結 底還在於風沙流的風蝕、搬運、堆積的作用。中國是世界上沙漠化面積較大、危害較嚴重的 國家之一。沙漠及沙漠化土地面積達149萬km2,其中沙漠化土地面積達33. 4萬km2。全 國每年因沙漠化危害造成的直接經濟損失約540億元人民幣，這給工農業生產、人民生活 及人體健康帶來了嚴重的影響。沙漠化已成為我國當前最為嚴重的生態環境問題之一。
[0003] 固沙劑由於具有防塵、固沙的作用而被廣泛應用，如申請號為201310554598. 4 公開了一種利用糠醛廢渣製備保水固沙劑的方法，但該方法製備方法較為複雜；申請號為 201410191635. 4公開了一種羥丙基甲基纖維素接枝丙烯酸甲酯/醋酸乙烯酯固沙劑的合 成方法，得到的固沙劑其抗壓強度才為IMPa左右；等等。因此，目前存在的固沙劑製備方法 較為複雜，並且其固沙能力不夠，保水能力和抗壓能力仍有很大的欠缺。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於提供一種高分子有機固沙劑及其製備方法，以解決上述的問 題。
[0005] 在本發明的實施例中提供了一種高分子有機固沙劑，由以下原料製備而成：按重 量份計，玉米澱粉2CK30份，丙烯醜胺1_10份，過硫酸銨0. 1-0. 4份，過硫酸鉀0. 2-0. 6份， 水60-70份,30%的氫氧化鈉溶液5-10份。
[0006] 優選地，所述原料為：按重量份計，玉米澱粉22-28份，丙烯醯胺1-8份，過硫酸銨 0. 1-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 5份，水62-68份，30%的氫氧化鈉溶液6-9份。
[0007] 優選地，所述原料為：按重量份計，玉米澱粉24-27份，丙烯醯胺1. 5-5份，過硫酸 銨0. 2-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 4份，水63-66份，30 %的氫氧化鈉溶液7-9份。
[0008] 優選地，所述原料為：按重量份計，玉米澱粉25-26份，丙烯醯胺2-3份，過硫酸銨 0. 2-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 3份，水64-65份，30%的氫氧化鈉溶液8-8. 5份。
[0009] 本發明還提供了上述高分子有機固沙劑的製備方法，包括以下步驟：
[0010] (a)、將丙烯醯胺溶解成8% -12%的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成 0.5% -1.5 %的水溶液，備用；
[0011] (b)、將玉米澱粉和剩餘的水混合均勻，然後升溫至55-65°C，恆溫保持25-35min， 緩慢加入30%的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持100-1501^11;
[0012] (c)、加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時 升溫至75-85°C，恆溫反應100_150min，自然冷卻即得。
[0013] 優選地，在步驟（b)和（C)中，整個反應過程保持攪拌，自然冷卻過程中停止攪拌。
[0014] 優選地，所述攪拌的速度為60-120r/min。
[0015] 優選地，所述攪拌的速度為80-90r/min。
[0016] 優選地，在步驟〇3)中，加入30%的氫氧化鈉溶液後恆溫保持12〇-13〇!^11。
[0017] 優選地，步驟（b)和（c)製備所述高分子有機固沙劑的過程在四口瓶中進行。
[0018] 本發明實施例提供的高分子有機固沙劑，與現有技術中的固沙劑相比，製備所需 原料易得，價格低廉，製得的高分子有機固沙劑具有很好的固沙能力、較強的保水能力和抗 壓能力，是一種綠色環保的固沙劑，適用於沙漠戈壁地區。本發明實施例還提供了高分子有 機固沙劑的製備方法，製備方法簡單易行。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過具體的實施例子對本發明做進一步的詳細描述。
[0020] 在本發明的實施例中提供了一種高分子有機固沙劑，由以下原料製備而成：按重 量份計，玉米澱粉2CK30份，丙烯醜胺1_10份，過硫酸銨0. 1-0. 4份，過硫酸鉀0. 2-0. 6份， 水60-70份,30%的氫氧化鈉溶液5-10份。
[0021] 本發明實施例提供的高分子有機固沙劑，製備所需原料易得，價格低廉，製得的高 分子有機固沙劑具有很好的固沙能力、較強的保水能力和抗壓能力，是一種綠色環保的固 沙劑，適用於沙漠戈壁地區。
[0022] 為了進一步增加高分子有機固沙劑的性能，優選地，所述原料為：按重量份計，玉 米澱粉22-28份，丙烯醯胺1-8份，過硫酸銨0. 1-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 5份，水62-68份， 30%的氫氧化鈉溶液6-9份。
[0023] 進一步地，所述原料為：按重量份計，玉米澱粉24-27份，丙烯醯胺1. 5-5份，過硫 酸銨0. 2-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 4份，水63-66份，30 %的氫氧化鈉溶液7-9份。
[0024] 進一步地，所述原料為：按重量份計，玉米澱粉25-26份，丙烯醯胺2-3份，過硫酸 銨0. 2-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 3份，水64-65份，30%的氫氧化鈉溶液8-8. 5份。
[0025] 本發明還提供了上述高分子有機固沙劑的製備方法，包括以下步驟：
[0026] (a)、將丙烯醯胺溶解成8% -12%的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成 0.5% -1.5 %的水溶液，備用；
[0027] (b)、將玉米澱粉和剩餘的水混合均勻，然後升溫至55_65°C，恆溫保持25_35min， 緩慢加入30%的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持100-1501^11;
[0028] (c)、加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時 升溫至75-85°C，恆溫反應100_150min，自然冷卻即得。
[0029] 本發明實施例提供的高分子有機固沙劑的製備方法，將丙烯醯胺、過硫酸銨和過 硫酸鉀製成水溶液的狀態，是為了使各成分之間混合的更為均勻；先將玉米澱粉和水混勻 後升溫保持一段時間，是將玉米澱粉與水之間更好的融合，達到更好的糊化狀態，此時，得 到的是較稀的淡黃色水溶液；加入氫氧化鈉溶液，較稀的淡黃色水溶液逐漸變稠，這個步驟 是一個改性的過程，並使溶液的pH升高；然後加入丙烯醯胺溶液並混勻，使丙烯醯胺均勻 分布在玉米澱粉顆粒之間，然後加入具有催化作用的過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，使玉 米澱粉顆粒的分子上接枝丙烯醯胺，形成大分子，反應一段時間後，接枝過程完成，得到的 大分子穩定，此時溶液又變為一種較稀的淡黃色粘稠液體。整個製備過程只需要加熱和混 勻，製備方法簡單易行；通過控制各成分的含量、反應條件和反應時間，得到的高分子有機 固沙劑分子支鏈多，分子鏈之間不易纏結，穩定性好。
[0030] 為了使各原料分散更為均勻，以充分反應，得到的高分子有機固沙劑分子支鏈更 多，不易纏結，穩定性更好，優選地，在步驟（b)和（c)中，整個反應過程保持攪拌，自然冷卻 過程中停止攪拌。
[0031] 經驗證，攪拌的速度為60-120r/min時，即可滿足各原料之間反應的需求。
[0032] 為了使各原料分散更為均勻，以充分反應，得到的高分子有機固沙劑分子支鏈更 多，不易纏結，穩定性更好，進一步地，所述攪拌的速度為80-90r/min。
[0033] 氫氧化鈉溶液加入玉米澱粉液體中，是一種改性的過程，使玉米澱粉顆粒處於一 種能接枝的狀態，為了使玉米澱粉顆粒處於更好的接枝狀態，優選地，在步驟（b)中，加入 30%的氫氧化鈉溶液後恆溫保持120-130min。
[0034] 優選地，步驟（b)和（c)製備所述高分子有機固沙劑的過程在四口瓶中進行。採 用四口瓶製備高分子有機固沙劑，各個瓶口具有不同的作用，如攪拌的瓶口，添加其他成分 的瓶口等，使添加其他成分的過程仍能保持攪拌的狀態，利於反應物之間分布的均一性，以 更充分的反應，得到的反應物的結構更為均一。
[0035] 其中，製備高分子有機固沙劑的整個反應過程是一個密閉的過程，不存在水分大 量蒸發。如用四口瓶製備時，除攪拌的瓶口外，其他瓶口在不使用時均處於閉合狀態。
[0036] 高分子有機固沙劑合成所需的試劑：玉米澱粉、丙烯醯胺、過硫酸銨、過硫酸鉀和 氫氧化鈉均為市售產品。
[0037] 實施例1
[0038] 取以下各原料物質：按重量份計，玉米澱粉20份，丙烯醯胺1份，過硫酸銨0. 1份， 過硫酸鉀〇. 2份，水60份，30%的氫氧化鈉溶液5份；
[0039] 將丙烯醯胺溶解成8 %的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成0. 5 %的水溶 液，備用；
[0040] 將玉米澱粉和剩餘的水放入四口瓶混合均勻，然後升溫至55°C，恆溫保持35min， 緩慢加入30 %的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持150min ;
[0041] 加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至75°C，恆溫反應150min，自然冷卻即得高分子有機固沙劑；
[0042] 其中，整個反應過程保持攪拌，攪拌的速度為60r/min，自然冷卻過程中停止攪拌。
[0043] 實施例2
[0044] 取以下各原料物質：按重量份計，玉米澱粉22份，丙烯醯胺1份，過硫酸銨0. 1份， 過硫酸鉀〇. 2份，水62份，30%的氫氧化鈉溶液6份；
[0045] 將丙烯醯胺溶解成10 %的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成1 %的水溶 液，備用；
[0046] 將玉米澱粉和剩餘的水放入四口瓶混合均勻，然後升溫至60°C，恆溫保持30min， 緩慢加入30 %的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持120min ;
[0047] 加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至80°C，恆溫反應120min，自然冷卻即得高分子有機固沙劑；
[0048] 其中，整個反應過程保持攪拌，攪拌的速度為80r/min，自然冷卻過程中停止攪拌。
[0049] 實施例3
[0050] 取以下各原料物質：按重量份計，玉米澱粉24份，丙烯醯胺1. 5份，過硫酸銨0. 2 份，過硫酸鉀0. 2份，水63份，30 %的氫氧化鈉溶液7份；
[0051] 將丙烯醯胺溶解成12 %的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成1. 5 %的水溶 液，備用；
[0052] 將玉米澱粉和剩餘的水放入四口瓶混合均勻，然後升溫至65°C，恆溫保持25min， 緩慢加入30 %的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持lOOmin ;
[0053] 加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至85°C，恆溫反應lOOmin，自然冷卻即得高分子有機固沙劑；
[0054] 其中，整個反應過程保持攪拌，攪拌的速度為120r/min，自然冷卻過程中停止攪 拌。
[0055] 實施例4
[0056] 取以下各原料物質：按重量份計，玉米澱粉25份，丙烯醯胺2份，過硫酸銨0. 2份， 過硫酸鉀〇. 2份，水64份，30%的氫氧化鈉溶液8份；
[0057] 將丙烯醯胺溶解成10 %的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成1 %的水溶 液，備用；
[0058] 將玉米澱粉和剩餘的水放入四口瓶混合均勻，然後升溫至60°C，恆溫保持30min， 緩慢加入30 %的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持120min ;
[0059] 加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至80°C，恆溫反應120min，自然冷卻即得高分子有機固沙劑；
[0060] 其中，整個反應過程保持攪拌,攪拌的速度為60r/min，自然冷卻過程中停止攪拌。
[0061] 實施例5
[0062] 取以下各原料物質：按重量份計，玉米澱粉26份，丙烯醯胺3份，過硫酸銨0. 3份， 過硫酸鉀0. 3份，水65份，30 %的氫氧化鈉溶液8. 5份；
[0063] 將丙烯醯胺溶解成10 %的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成1 %的水溶 液，備用；
[0064] 將玉米澱粉和剩餘的水放入四口瓶混合均勻，然後升溫至60°C，恆溫保持30min， 緩慢加入30 %的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持120min ;
[0065] 加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至80°C，恆溫反應120min，自然冷卻即得高分子有機固沙劑；
[0066] 其中，整個反應過程保持攪拌，攪拌的速度為60r/min，自然冷卻過程中停止攪拌。
[0067] 實施例6
[0068] 取以下各原料物質：按重量份計，玉米澱粉27份，丙烯醯胺5份，過硫酸銨0. 3份， 過硫酸鉀0. 4份，水66份，30 %的氫氧化鈉溶液9份；
[0069] 將丙烯醯胺溶解成10 %的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成1 %的水溶 液，備用；
[0070] 將玉米澱粉和剩餘的水放入四口瓶混合均勻，然後升溫至60°C，恆溫保持30min， 緩慢加入30 %的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持120min ;
[0071] 加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至80°C，恆溫反應120min，自然冷卻即得高分子有機固沙劑；
[0072] 其中，整個反應過程保持攪拌，攪拌的速度為80r/min，自然冷卻過程中停止攪拌。
[0073] 實施例7
[0074] 取以下各原料物質：按重量份計，玉米澱粉28份，丙烯醯胺8份，過硫酸銨0. 3份， 過硫酸鉀〇. 5份，水68份，30%的氫氧化鈉溶液9份；
[0075] 將丙烯醯胺溶解成8 %的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成0. 5 %的水溶 液，備用；
[0076] 將玉米澱粉和剩餘的水放入四口瓶混合均勻，然後升溫至55°C，恆溫保持30min， 緩慢加入30 %的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持130min ;
[0077] 加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至75°C，恆溫反應130min，自然冷卻即得高分子有機固沙劑；
[0078] 其中，整個反應過程保持攪拌，攪拌的速度為90r/min，自然冷卻過程中停止攪拌。
[0079] 實施例8
[0080] 取以下各原料物質：按重量份計，玉米澱粉30份，丙烯醯胺10份，過硫酸銨0. 4 份，過硫酸鉀0. 6份，水70份，30%的氫氧化鈉溶液10份；
[0081] 將丙烯醯胺溶解成8%的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成1. 5%的水溶 液，備用；
[0082] 將玉米澱粉和剩餘的水放入四口瓶混合均勻，然後升溫至55°C，恆溫保持30min， 緩慢加入30 %的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持120min ;
[0083] 加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至75°C，恆溫反應120min，自然冷卻即得高分子有機固沙劑；
[0084] 其中，整個反應過程保持攪拌，攪拌的速度為90r/min，自然冷卻過程中停止攪拌。
[0085] 實施例1-8製得的高分子有機固沙劑，其性能參數均為：外觀呈淡黃色粘稠液體， pH(1:100倍稀釋）6.0-8. 0 ;固含量彡20%。
[0086] 將實施例1-8製得的高分子有機固沙劑分別進行對抗風蝕性能風洞實驗和抗壓 實驗；同時選用市售的三種固沙劑作為對照。具體實驗如下：
[0087] 1、對抗風蝕性能風洞實驗
[0088] 在尺寸為31cmX21cmX4cm鐵盤模型內，裝滿沙丘沙並將之攤平，將不同種類的 固沙劑用水稀釋成質量濃度為10%，用噴槍均勻噴灑在沙盤上，噴灑的量為2kg/m2,其中， 噴灑的量為稀釋後的質量；自然風乾後，將模型固沙試樣均置於實驗段，並使之分別與風洞 底部相平和與底部成30度角2種方式放置，在7、15、20m/s的淨風和飽和風沙流狀態下進 行吹蝕實驗。得到的數據如表1所示。
[0089] 表1對抗風蝕性能風洞實驗數據
[0090]
【權利要求】
1. 一種高分子有機固沙劑，其特徵在於，由以下原料製備而成：按重量份計，玉米澱粉 20-30份，丙烯醯胺1-10份，過硫酸銨0. 1-0. 4份，過硫酸鉀0. 2-0. 6份，水60-70份，30% 的氫氧化鈉溶液5-10份。
2. 根據權利要求1所述的高分子有機固沙劑，其特徵在於，所述原料為：按重量份計， 玉米澱粉22-28份，丙烯醯胺1-8份，過硫酸銨0. 1-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 5份，水62-68 份，30 %的氫氧化鈉溶液6-9份。
3. 根據權利要求1所述的高分子有機固沙劑，其特徵在於，所述原料為：按重量份計， 玉米澱粉24-27份，丙烯醯胺1. 5-5份，過硫酸銨0. 2-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 4份，水63-66 份，30%的氫氧化鈉溶液7-9份。
4. 根據權利要求1所述的高分子有機固沙劑，其特徵在於，所述原料為：按重量份計， 玉米澱粉25-26份，丙烯醯胺2-3份，過硫酸銨0. 2-0. 3份，過硫酸鉀0. 2-0. 3份，水64-65 份，30%的氫氧化鈉溶液8-8. 5份。
5. 權利要求1-4任一項所述的高分子有機固沙劑的製備方法，其特徵在於，包括以下 步驟： (a) 、將丙烯醯胺溶解成8 % -12 %的水溶液，過硫酸銨和過硫酸鉀分別溶解成 0.5% -1.5 %的水溶液，備用； (b) 、將玉米澱粉和剩餘的水混合均勻，然後升溫至55-65°C，恆溫保持25-35min，緩慢 加入30%的氫氧化鈉溶液並混勻，恆溫保持100-15011^11 ; (c) 、加入丙烯醯胺溶液，混勻，再加入過硫酸銨溶液和過硫酸鉀溶液，混勻，同時升溫 至75-85°C，恆溫反應100_150min，自然冷卻即得。
6. 根據權利要求5所述的高分子有機固沙劑的製備方法，其特徵在於，在步驟（b)和 (c)中，整個反應過程保持攪拌，自然冷卻過程中停止攪拌。
7. 根據權利要求6所述的高分子有機固沙劑的製備方法，其特徵在於，所述攪拌的速 度為 6〇-120r/min。
8. 根據權利要求6所述的高分子有機固沙劑的製備方法，其特徵在於，所述攪拌的速 度為 80_90r/min。
9. 根據權利要求5所述的高分子有機固沙劑的製備方法，其特徵在於，在步驟（b)中， 加入30%的氫氧化鈉溶液後恆溫保持120-130min。
10. 根據權利要求5所述的高分子有機固沙劑的製備方法，其特徵在於，步驟（b)和 (c)製備所述高分子有機固沙劑的過程在四口瓶中進行。
【文檔編號】C08F220/56GK104263377SQ201410527430
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2014年10月8日
【發明者】馬江平, 張克江, 吳蘅 申請人:成都科衡環保技術有限公司