CN102675521B - 一种水溶性高分子固沙剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种水溶性高分子固沙剂及制备方法,属于化学固沙领域。10-50份去离子水、1.8-2.1份复合乳化剂、1.2份丙烯酸、0.45-0.6份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7.5份主单体混合液,加入反应器中,升温至60-65℃,进行预乳化,得到种子单体溶液;用20份水溶解0.18-0.30份过硫酸铵;预乳化结束后,加入5份过硫酸铵溶液,引发种子单体反应;无回流时,再升温,分别滴加剩余的过硫酸铵溶液和22.5份主单体混合液,保持引发剂与主单体同步滴完,然后升温并保温1小时,自然冷却至室温。采用本发明的乳液固沙后所形成的固结层能抵抗风蚀,同时还能有效防止下部水分的蒸发,增强保水性能,促进植物的生长。
Description
技术领域
本发明属于化学固沙领域,具体涉及到一种水溶性高分子固沙剂的制备方法。
背景技术
随着我国工业,农业、采矿业等的迅猛发展,推动了我国的经济发展,同时在发展的过程中,还会带来大量的粉尘污染和土壤的沙漠化。近年来,我国一直十分重视粉尘污染和土壤沙漠化的治理,取得了一定的进展。使得局部区域的土地沙漠化得到了遏制,风沙区的生态环境得到了改善。但是还有大量的沙漠化土壤需要治理,矿区、城市建筑工地、码头料堆等会产生大量的粉尘污染,给人们的身体健康造成了很大的危害。固沙技术主要包括机械工程固沙、植物固沙、化学固沙和综合固沙。其中,化学固沙由于其施工简单方便,固沙周期短,具有良好的发展前景。目前我国主要是采用机械固沙-化学固沙-植物固沙相结合的方法进行治理,在治理过程中,化学固沙材料的选择是固沙过程的十分重要的部分。本专利研制了一种成本较低、具有良好的固沙抑尘效果的化学固沙抑尘剂。它的研制及应用将会产生良好的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明提供了一种水溶性高分子固沙抑尘剂(VAc-MA聚合物)及其制备方法,该固沙抑尘剂具有自然条件无环境污染、粘结强度大、亲水保水性能优良、耐水蚀和风蚀、抗冻耐温等特点,制备工艺简单,使用方便,生产成本较低。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下。
一种水溶性高分子固沙剂制备方法,以醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)为主单体,丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为功能单体,以过硫酸铵(APS)为引发剂,十二烷基硫酸钠(SDBS)和OP–10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,得到共聚固沙抑尘剂,具体包括以下步骤,所有物质均为质量份数:
(1)预乳化
取10-50份去离子水、1.8-2.1份复合乳化剂、1.2份丙烯酸、0.45-0.6份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7.5份主单体混合液,加入反应器中,升温至60-65℃,反应30-40min,进行预乳化,得到种子单体溶液;用20份水溶解0.1 8-0.30份的过硫酸铵,得到过硫酸铵溶液;
(2)引发
待步骤(1)预乳化结束后,向反应器中加入过硫酸铵溶液5份,引发种子单体反应。
(3)聚合
待步骤(2)无回流时,再升温至60-90℃,分别滴加剩余的过硫酸铵溶液和22.5份主单体混合液,保持引发剂与单体混合物同步滴完,然后升温至85℃保温1小时,自然冷却至室温出料,得固沙抑尘剂乳液。
上述主单体中,醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)的质量比为1-7:1,优选比优选5-7:3,更优选5:3;复合乳化剂中,十二烷基硫酸钠(SDBS)和OP-10的质量比优选1:2, 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸优选0.45份,步骤(1)中的水优选20份,过硫酸铵优选0.24份。
上述方法所合成的醋酸乙烯酯-丙烯酸甲酯共聚乳液,即本发明的固沙抑尘剂乳液,是一种水溶性的高分子聚合物。用水稀释后可以直接作为固沙抑尘剂使用。采用种子乳液聚合方法,对聚合反应的单体配比、引发剂用量、乳化剂用量及内比等实验条件进行了优化,得出了较优的工艺合成路线,表征了固沙抑尘剂的物化性质,并对其应用性能进行了测试。
(1)固结层电镜表征
由喷洒水的沙堆表层SEM照片(可参见图1)和喷洒固沙抑尘剂的沙堆表层SEM照片(可参见图2)可以看出,喷洒水的沙粒排布比较松散;喷洒固沙抑尘剂的沙堆表层,固沙抑尘剂与沙粒紧紧的粘合在一起,形成网状结构,能够有效的防止风蚀,起到了很好的固沙抑尘效果。
(2)固沙抑尘剂的保水性
将本发明的高分子固沙抑尘剂用水稀释到固含量分别为0%(相当于纯水)、1%、2%、3%、4%、5.5%、7%、10%的乳液,用喷雾器均匀喷洒在沙堆表面(用量1L/m2),自然干燥,称重。在沙堆表面喷洒相同量的水,模拟自然条件,将沙堆置于自然条件下,根据质量损失率测定其保水性能。
实验结果表明,喷水的沙堆在13小时后完全失水,喷洒固沙抑尘剂的沙堆其保水性能较好。随着固含量的增加,保水性越来越好。在实际应用中,喷洒了固沙抑尘剂的沙面由于具有良好的保水性,可以提供植物所需的水分,起到固沙、治沙的效果。
(3)沙模的抗风蚀性
喷洒水的沙堆,其固结层较为松软,采用模拟强风并近距离吹扫沙堆表面,10min后沙堆表面固结层被破坏。同样条件下,喷洒固沙抑尘剂的沙堆表面固结层未被破坏。
本发明的优点:
1、固沙抑尘剂呈水溶性,放置稳定性好,成本低廉,使用方便。
2、固沙抑尘剂喷洒后,能使表层沙粒粘结起来在表面形成固结层,抵抗风蚀,同时还能有效防止下部水分的蒸发,增强保水性能,有利于植物的生长。该固沙抑尘剂对气候环境的适应性强、作用持久,具有很好的应用前景和推广价值。
附图说明
图1喷洒水的沙堆表层沙粒SEM照片(沙子排布松散);
图2喷洒固沙抑尘剂的沙堆表层沙粒SEM照片(沙子粘结在一起);
图3沙堆试样含水量(横坐标为放置时间,纵坐标为沙堆的含水量%)。
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、预乳化
取20份去离子水、0.6份十二烷基苯磺酸钠、1.2份OP-10、1.2份丙烯酸、0.45份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7.5份醋酸乙烯酯和丙烯酸甲酯单体混合液(醋酸乙烯酯与丙烯酸甲酯总量为30份、比例为5:3;此预乳化加入量为总量的1/4)的加入反应器中,升温至60-65℃,反应30min。
b、引发
用20份水溶解0.24份的过硫酸铵,形成过硫酸铵溶液。待预乳化结束后,向反应器中加入过硫酸铵溶液5份,引发种子单体反应。
c、聚合
待几乎无回流,再升温至75℃,分别滴加剩余的过硫酸铵溶液和丙烯酸甲酯与醋酸乙烯酯的混合单体,调整滴加速度为8s/滴,保持引发剂与单体混合物同步滴完,升温至85℃保温1小时,自然冷却至室温出料,得固沙抑尘剂乳液。
将上述方法得到的固沙抑尘剂乳液用水稀释成固含量分别为0%(相当于纯水)、1%、2%、3%、4%、5.5%、7%、10%的乳液,进行固结层电镜表征、固沙剂保水性和沙的抗风蚀性测试:喷洒水的沙粒排布比较松散,喷洒固沙剂的沙堆表层,固沙抑尘剂与沙粒紧紧的粘合在一起,形成网状结构,能够有效的防止风蚀,起到了很好的固沙抑尘效果,其中喷洒固含量1%的(相当于纯水)沙堆表层SEM照片见图1,喷洒固含量为5.5%的乳液的SEM照片见图2;从固沙剂的含水量与时间曲线(见图3)可知在放置13h时,不喷洒固沙抑尘剂的沙堆就已经完全失水,而对于喷洒了一定量固沙抑尘剂的沙堆其保水性能较好。随着固含量的增加,其失水速率越来越慢,且在相同时间时,保水性好。综合实验说明,在实际应用中,喷洒了固沙抑尘剂的沙面,更易保水,可以提供植物所需的水分,达到固沙、治沙的效果。沙堆是喷洒了固含量为0%(相当于水)、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%固沙抑尘剂,在自然条件干燥制得。模拟自然风,用1300W的吹风机近距离吹一个小时,称重,计算质量损失率。实验结果表明,喷洒水的沙堆,其固结层较为松软,在模拟风近距离吹的过程中,10min后,沙堆的固结层被破坏。喷洒了固沙抑尘剂的沙堆其固结层未被破坏。
实施例2
a、预乳化
取20份去离子水、0.6份十二烷基苯磺酸钠、1.2份OP-10、1.2份丙烯酸、0.45份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7.5份醋酸乙烯酯和丙烯酸甲酯单体混合液(醋酸乙烯酯与丙烯酸甲酯总量为30份、比例为7:3;预乳化加入量为总量的1/4)的加入反应器中,升温至60-65℃,反应30min。
b、引发
用20份水溶解0.24份的过硫酸铵,得到过硫酸铵溶液。待预乳化结束后,向反应器中加入过硫酸铵溶液5份,引发种子单体反应。
c、聚合
待几乎无回流,再升温至80℃,分别滴加剩余的过硫酸铵溶液和丙烯酸甲酯与醋酸乙烯酯的混合单体,调整滴加速度为8s/滴,保持引发剂与单体混合物同步滴完,升温至85℃保温1小时,自然冷却至室温出料,得固沙抑尘剂乳液。
Claims (8)
1.一种水溶性高分子固沙抑尘剂乳液的制备方法,以醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)为主单体,丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为功能单体,以过硫酸铵(APS)为引发剂,十二烷基苯磺酸钠和OP–10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,得到共聚固沙剂,具体包括以下步骤,所有物质均为质量份数:
(1)预乳化
取10-50份去离子水、1.8-2.1份复合乳化剂、1.2份丙烯酸、0.45-0.6份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7.5份主单体混合液,加入反应器中,升温至60-65℃,反应30-40min,进行预乳化,得到种子单体溶液;用20份水溶解0.18-0.30份的过硫酸铵,得到过硫酸铵溶液;
(2)引发
待步骤(1)预乳化结束后,向反应器中加入过硫酸铵溶液5份,引发种子单体反应;
(3)聚合
待步骤(2)无回流时,再升温至60-90℃,分别滴加剩余的过硫酸铵溶液和22.5份主单体混合液,保持引发剂与单体混合物同步滴完,然后升温至85℃保温1小时,自然冷却至室温出料,得固沙抑尘剂乳液;
上述主单体中,醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)的质量比为1-7:1。
2.按照权利要求1的方法,其特征在于,醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)的质量比5-7:3。
3.按照权利要求1的方法,其特征在于,醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)的质量比为5:3。
4.按照权利要求1的方法,其特征在于,复合乳化剂中,十二烷基苯磺酸钠和OP–10的质量比为1:2。
5.按照权利要求1的方法,其特征在于,过硫酸铵为0.24份。
6.按照权利要求1的方法,其特征在于,步骤(1)中的去离子水为20份。
7.按照权利要求1的方法,其特征在于,2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为0.45份。
8.按照权利要求1-7的任一方法所得的一种水溶性高分子固沙抑尘剂乳液。
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