雙組份納米高分子固沙材料及其固沙方法
2023-11-09 13:24:47 1
雙組份納米高分子固沙材料及其固沙方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙組份納米高分子固沙材料，該材料由無機納米顆粒改性的聚乙烯醇-環氧樹脂共混物構成的組份A和聚氨酯預聚體構成的組份B組成。其中組份A是指將納米二氧化矽分散於N,N-二甲基甲醯胺中，加熱至80~100℃，在攪拌下向其中加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇完全溶解後再向其中依次加入環氧樹脂和交聯劑DMP30，繼續攪拌1~3小時後降至室溫即得；組份B是指在N,N-二甲基甲醯胺中加入蓖麻油，加熱至40~60℃，在攪拌下加入甲苯-2,4-二異氰酸酯，繼續攪拌反應0.5~1.5小時，降至室溫即得。同時，本發明還公開了該材料的固沙方法。本發明所得的固沙材料在較低的用量下具有固沙強度大、持久性強、吸水性適中、水穩定性好、抗紫外線輻射老化性能好的特點。
【專利說明】雙組份納米高分子固沙材料及其固沙方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及沙漠及荒漠化治理領域，尤其涉及雙組份納米高分子固沙材料及其固 沙方法。
【背景技術】
[0002] 土地沙漠化是當今世界面臨的最大環境和社會經濟問題之一，也是我國荒漠化類 型中面積最大、危害最嚴重的一種。土地沙漠化不僅使原本脆弱的生態環境更加惡化，而且 給沙漠化地區的工農業生產和人民生活帶來了嚴重影響。沙漠化土地面積的迅速擴張，造 成環境惡化和巨大的經濟損失，成為全球廣泛關注的熱點。要遏止日益猖獗的沙漠化勢頭， 就必須進行固沙。現今固沙方式主要有三種：工程固沙、植物（生物）固沙和化學固沙。
[0003] 化學固沙是在流動的沙地上噴灑有機或無機化學黏結材料，在流動沙表面形成覆 蓋層，或滲入表層沙中，把鬆散的沙粒粘結起來形成具有一定抗風蝕性能的固結層(硬殼)， 從而防止風力對沙粒的吹揚和搬運，提高沙土的穩定性和保水性，達到固定流沙、防治沙 害，進而改良和治理荒漠化土地的目的。化學固沙與生物固沙、工程固沙相比有其自身的優 勢，化學固沙技術施工簡單、成本低、見效快，可迅速改良荒漠化土地，為植物生長創造良好 的水土條件。
[0004] 化學固沙按照化學材料的組成主要有以下四大類：水泥漿、水玻璃類、石油產品類 和高分子聚合物高吸水樹脂類。高分子聚合物高吸水樹脂類固沙材料是當今化學固沙材料 的研究熱點之一，用它來治理流沙，能使分散的無結構沙粒聚合成大的富有一定彈性、不易 破碎的穩定體，從而達到穩定沙丘的目的。其固沙效果比其他普通化學材料均較為顯著和 穩定。但是吸水性較好的高分子固沙材料，往往固沙強度不夠，綜合性能較差。
[0005] 聚乙烯醇是一種重要的水溶性聚合物，其力學性能優良。環氧樹脂具有良好的化 學穩定性、黏接性和加工性，但其最大的弱點是固化後質脆、耐衝擊性較差並容易開裂。聚 氨酯是一類含極性氨基甲酸酯重複鏈段的高分子化合物，具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕、加工 性能好等優異性能。以聚氨酯作為一種組分與環氧樹脂混合，可形成性能優異的互穿聚合 物網絡材料。
[0006] 納米粒子由於具有量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面與界面效應等特點而 在聚合物改性領域得到了廣泛應用。研究表明納米二氧化矽與聚合物分子鏈之間會形成纏 結結構，從而對聚合物的性能產生明顯影響。但是目前尚未見有納米二氧化矽改性聚乙烯 醇-環氧樹脂-聚氨酯三元互穿聚合物網絡的報導，更沒有原位聚合形成該材料用做化學 固沙劑的報導。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是提供一種綜合性能良好、易規模施工的雙組份納米 高分子固沙材料。
[0008] 本發明所要解決的另一個技術問題是提供該固沙材料的固沙方法。
[0009] 為解決上述問題，本發明所述的雙組份納米高分子固沙材料，其特徵在於：該材料 由無機納米顆粒改性的聚乙烯醇-環氧樹脂共混物構成的組份A和聚氨酯預聚體構成的組 份B組成；其中 所述組份A是指將納米二氧化矽分散於N，N-二甲基甲醯胺中，加熱至8(T10(TC， 在攪拌下向其中加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇完全溶解後再向其中依次加入環氧樹脂和交 聯劑DMP30,繼續攪拌1~3小時後降至室溫即得；所述納米二氧化矽與所述N，N-二甲基 甲醯胺的比例為0. 〇l~〇. 05kg :10(T500mL，所述納米二氧化矽與所述聚乙烯醇的比例為 0. 01?0. 05kg :0. 15?0. 25kg，所述納米二氧化矽與所述環氧樹脂的比例為0. 01?0. 05kg : 0. 15?0. 25kg ;所述納米二氧化矽與所述DMP30的比例為0. 01?0. 05kg :0. 01?0. 02kg ; 所述組份B是指在N，N-二甲基甲醯胺中加入蓖麻油，加熱至4(T60°C，在攪拌下加入 甲苯-2, 4-二異氰酸酯，繼續攪拌反應0. 5~1. 5小時，降至室溫即得；所述蓖麻油與所述 N，N-二甲基甲醯胺的比例為0. 2?0. 28kg : 10(T500mL，所述蓖麻油與所述甲苯-2, 4-二異氰 酸酯的比例為〇· 2?0· 28kg :0· 3?0· 42kg。
[0010] 所述納米二氧化矽的粒徑為2(Tl00納米。
[0011] 所述聚乙烯醇的數均相對分子質量為14000(Γ210000。
[0012] 如上所述的雙組份納米高分子固沙材料的固沙方法，其特徵在於：該方法是指以 幹基計，分別將組份A按0. 0208?0. 0371 kg/m2、組份B按0. 0325?0. 0455kg/m2的噴灑量噴 灑於流沙表面，使沙面形成3~5毫米厚的固沙結皮即可。
[0013] 如上所述的雙組份納米高分子固沙材料的固沙方法，其特徵在於：該方法是指將 組份A、組份B與粒度ΚΚΓ200目的細砂充分混合後覆蓋在流沙表面，形成3~5_厚的固沙 層即可；其中所述A組份以幹基計與所述細砂的比例為4. 2~7. 4kg :2000kg，所述B組份以 幹基計與所述細砂的比例為6. 5?9. Ikg :2000kg。 本發明與現有技術相比具有以下優點： 1、本發明與現有高分子化學固沙材料相比，採用納米無機顆粒改性的雙組份高分子原 位聚合技術，統籌兼顧了聚乙烯醇、環氧樹脂、聚氨酯各高分子組份的力學機械性能和吸水 性、水滲透性等因素，得到了綜合性能優異的有機高分子納米複合物化學固沙材料。
[0014] 2、經測試，本發明所得的固沙材料在較低的用量下具有固沙強度大、持久性強、吸 水性適中、水穩定性好、抗紫外線輻射老化性能好的特點。
[0015] 將A、B兩組份按照實施例2和實施例4的混合固沙法的比例與細砂充分混合，在 模具中壓實成直徑為4. 65 cm，厚度約0.6 cm的圓柱體固沙塊，如圖2所示。固沙塊的抗 壓強度的測定選用電動石灰土無限壓力試驗儀（YYW-II型，工作電壓220 V，電機功率30 W，滄州冀路試驗儀器有限公司）；耐紫外線老化性能測試在恆溫25°C下連續輻射(紫外碳弧 燈，15瓦/平方米，燈距25釐米）6天後測試抗壓強度的降低；固沙塊的耐水性和水滲透性 測試是將固沙塊置於自來水中，連續浸泡6天，觀察固沙塊的形貌變化，取出後快速擦乾表 面水分稱重並與原重比較，計算吸水率，同時比較浸泡後的固沙塊與泡水前的抗壓強度。固 沙塊的性能測試結果見表1。
[0016] 表1本發明的高分子固沙材料固沙性能測試
【權利要求】
1. 雙組份納米高分子固沙材料，其特徵在於：該材料由無機納米顆粒改性的聚乙烯 醇-環氧樹脂共混物構成的組份A和聚氨酯預聚體構成的組份B組成；其中 所述組份A是指將納米二氧化矽分散於N，N-二甲基甲醯胺中，加熱至8(T10(TC， 在攪拌下向其中加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇完全溶解後再向其中依次加入環氧樹脂和交 聯劑DMP30,繼續攪拌1~3小時後降至室溫即得；所述納米二氧化矽與所述N，N-二甲基 甲醯胺的比例為0. 〇l~〇. 05kg :10(T500mL，所述納米二氧化矽與所述聚乙烯醇的比例為 0. 01?0. 05kg :0. 15?0. 25kg，所述納米二氧化矽與所述環氧樹脂的比例為0. 01?0. 05kg : 0. 15?0. 25kg ;所述納米二氧化矽與所述DMP30的比例為0. 01?0. 05kg :0. 01?0. 02kg ; 所述組份B是指在N，N-二甲基甲醯胺中加入蓖麻油，加熱至4(T60°C，在攪拌下加入 甲苯-2, 4-二異氰酸酯，繼續攪拌反應0. 5~1. 5小時，降至室溫即得；所述蓖麻油與所述 N，N-二甲基甲醯胺的比例為0. 2?0. 28kg : 10(T500mL，所述蓖麻油與所述甲苯-2, 4-二異氰 酸酯的比例為〇? 2?0? 28kg :0? 3?0? 42kg。
2. 如權利要求1所述的雙組份納米高分子固沙材料，其特徵在於：所述納米二氧化矽 的粒徑為2(Tl00納米。
3. 如權利要求1所述的雙組份納米高分子固沙材料，其特徵在於：所述聚乙烯醇的數 均相對分子質量為140000~210000。
4. 如權利要求1所述的雙組份納米高分子固沙材料的固沙方法，其特徵在於：該方法 是指以幹基計，分別將組份A按0. 0208?0. 0371 kg/m2、組份B按0. 0325?0. 0455kg/m2的噴 灑量噴灑於流沙表面，使沙面形成3~5毫米厚的固沙結皮即可。
5. 如權利要求1所述的雙組份納米高分子固沙材料的固沙方法，其特徵在於：該方法 是指將組份A、組份B與粒度100~200目的細砂充分混合後覆蓋在流沙表面，形成3~5_厚 的固沙層即可；其中所述A組份以幹基計與所述細砂的比例為4. 2~7. 4kg :2000kg，所述B 組份以幹基計與所述細砂的比例為6. 5~9. lkg :2000kg。
【文檔編號】E02D3/12GK104388095SQ201410625129
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】杜正銀, 武俊成, 馬國富, 雷自強 申請人:西北師範大學