CN103772534A

CN103772534A - 一种固沙固土抑尘的高分子材料

Info

Publication number: CN103772534A
Application number: CN201410020668.2A
Authority: CN
Inventors: 韩文峰; 谌文武; 苏致兴; 和法国; 孙冠平; 刘伟
Original assignee: Lanzhou University
Current assignee: Lanzhou University
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: CN103772534B

Abstract

本发明公开一种固沙固土抑尘的高分子材料，该高分子材料是通过包括如下步骤得到：按重量计，每1000份的水加入30～50份的聚乙烯醇，将聚乙烯醇先加入至温度为50～60℃的水中，至少搅拌20分钟，再加热至85～90℃，在85～90℃保温0.5～1小时后，冷却。本发明所述的高分子材料制备简单，使用方便，成本低，具有良好的固沙固土抑尘的性能，而且无毒，易降解，对环境友好。

Description

一种固沙固土抑尘的高分子材料

技术领域

本发明涉及一种固沙固土抑尘的高分子材料。

背景技术

土地沙漠化是一个世界性的生态环境问题。1994年12月，联合国第49届大会通过了115号决议，宣布从1995年起，每年6月17日为“世界防治荒漠化和干旱日”，呼吁各国政府重视土地沙漠化这一日益严重的全球性环境问题。我国已于1996年加入了《关于在发生严重干旱或荒漠化的国家特别是在非洲防治荒漠化的公约》。近年来我国土地沙漠化的现象越来越严重，全国沙漠总面积130.8万平方公里，约占全国土地总面积的13.6%，而且正以平均每年1560平方公里的速度迅速扩张着，严重威胁我国经济发展和自然生态环境。现今的固沙方式主要有三种：工程固沙、植物（生物）固沙和化学固沙。工程固沙主要通过格状沙障和戈壁砾石覆盖等方法进行固沙；植物固沙典型的例子是草方格固沙；而化学固沙是通过喷洒化学粘合剂，在沙体表面形成一层膜，阻隔气流和沙颗粒之间的相互作用以达到固沙的目的。

近年来随着城市化的进程加快，越来越多的人口即将进入城市，城市用地日益紧张，高层和地下空间的利用是城市发展不得不考虑的内容。高层和地下空间利用以及道路修建过程中，地基土和路基土的强度问题成为岩土工程面临的主要问题，尤其是在广袤的黄土高原上，进行高层建设高速公路修建，土的强度问题尤为重要。目前常用的加固黄土的方法有强夯法，强夯法由于噪音大不宜在城市中采用；桩基础，桩基础可以有效的避开不利的地质条件，但是对高速公路等线性工程则不适应；通过水泥石灰加固黄土以及使用水玻璃加固黄土，水泥和水玻璃等材料的成本较高使得该方法的大规模应用受到一定的局限性。

城市化的进程中，城市周边一些企业和厂矿就要为城市的发展做出更多的贡献，厂矿和企业在生产的过程中会产生大量的粉尘，市政工程、城市裸地和道路修筑过程中也会产生大量的粉尘，这些粉尘就会在城市的小区与气候作用下降落在城市中，当当年的盛行风来临时，这些粉尘就会随风飘起来，而这些微小的粉尘颗粒的粒径在微米级别，近年来的PM2.5就是一个典型的例子，这些细颗粒是污染城市空气的主要源头，而且对于人体的健康造成严重的威胁。因此，一种良好的抑尘剂是城市化过程中城市发展的必要选择。目前使用的抑尘剂有美国的Coherex、南非的Con-aid、波兰的卡波、前苏联的乌尼威尔辛乳状液抑尘剂、英国的Wesling-120抑尘剂、中国彭兴文等研制的树脂抑尘剂、姚树生等人的块煤生产粘尘剂等。在目前的使用过程中，国外的抑尘剂成本普遍较高，使其使用范围受到一定的局限性，国内的抑尘剂在矿山工程中使用较多，城市中相对较少。

聚乙烯醇是一种可生物降解的高分子材料，在专利CN1480512 A公开了一种含有聚乙烯醇、硼酸和十二烷基氯化铵的地表防沙固沙防尘剂，该防沙固沙防尘剂在地面形成表面膜，从而起到防沙、固沙、防尘的目的，然而该防沙固沙防尘剂中的聚乙烯醇需要与硼酸、十二烷基氯化铵混配，易对环境造成二次污染，而且在使用时还需额外再次加入硼酸，存在使用复杂、成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有固沙固土抑尘成本高的问题，提供一种使用方便、成本低的固沙固土抑尘的高分子材料。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种固沙固土抑尘的高分子材料，所述高分子材料是通过包括如下步骤得到：

按1000重量份的水加入30～50份聚乙烯醇计，将聚乙烯醇先加入至温度为50～60℃的水中，至少搅拌20分钟，再加热至85～90℃，在85～90℃保温0.5～1小时后，冷却。

进一步，所述聚乙烯醇分批次加入水中，每批次的聚乙烯醇加完后搅拌20～40分钟。

进一步，所述聚乙烯醇的平均分子量为5000～7000。

上述固沙固土抑尘的高分子材料的使用方法，将所述固沙固土抑尘的高分子材料与水按体积比(0.01～0.005)：1混合，再喷洒在待处理的沙土表面。

所述固沙固土抑尘的高分子材料喷洒在待处理的沙土表面，使沙土表面润湿厚度为2～3mm。

上述固沙固土抑尘的高分子材料的使用方法，将所述固沙固土抑尘的高分子材料先用水稀释，再与待固化土混合，其中，混合时，所述固沙固土抑尘的高分子材料的用量为待固化土质量的0.1～0.5%。

本发明的固沙固土抑尘的高分子材料制备简单，使用方便，成本低，具有良好的固沙固土抑尘的性能，而且无毒，易降解，对环境友好。

附图说明

图1为原料聚乙烯醇的红外光谱图。

图2为本发明实施例3所述固沙固土抑尘的高分子材料的红外光谱图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1

在带有加热系统、回流冷凝及搅拌装置的搪瓷反应釜中先注入1000公斤的干净饮用水，加热升温至50℃，再加入10公斤聚乙烯醇(平均分子量为5000～7000)，搅拌30分钟，随后再加入10公斤聚乙烯醇，搅拌30分钟，再将最后的10公斤聚乙烯醇加入，搅拌30分钟后，加热，使反应釜内温度升至85℃，在此条件下保温0.5～1小时(出料前取样，观察产品是否为完全透明的粘稠状水溶液，如果不是，则相应延长保温时间)，然后冷却至40～50℃，出料，装入塑料桶中，即为固沙固土抑尘的高分子材料。

实施例2

在带有加热系统、回流冷凝及搅拌装置的搪瓷反应釜中先注入1000公斤的干净饮用水，加热升温至60℃，再加入10公斤聚乙烯醇(平均分子量为5000～7000)，搅拌30分钟，随后再分四次加入聚乙烯醇，每次加入10公斤，且搅拌30分钟，加完后，加热，使反应釜内温度升至90℃，在此条件下保温0.5～1小时(出料前取样，观察产品是否为完全透明的粘稠状水溶液，如果不是，则相应延长保温时间)，然后冷却至40～50℃，出料，装入塑料桶中，即为固沙固土抑尘的高分子材料。

实施例3

在带有加热系统、回流冷凝及搅拌装置的搪瓷反应釜中先注入1000公斤的干净饮用水，加热升温至60℃，再加入10公斤聚乙烯醇(平均分子量为5000～7000)，搅拌30分钟，随后再分三次加入聚乙烯醇，每次加入10公斤，且搅拌30分钟，加完后，加热，使反应釜内温度升至85℃，在此条件下保温0.5～1小时(出料前取样，观察产品是否为完全透明的粘稠状水溶液，如果不是，则相应延长保温时间)，然后冷却至40～50℃，出料，装入塑料桶中，即为固沙固土抑尘的高分子材料。

图1和图2分别是聚乙烯醇经上述处理前后的红外光谱图（红外光谱是将聚乙烯醇流延成薄膜后测定），可以看出，经上述处理后，红外光谱在6～10μm出现新的吸收带，说明在经过上述处理后，聚乙烯醇发生了化学变化。

以实施例3所得的高分子材料（以下简称SH固化剂）进行以下性能测试

(I) SH固化剂的固沙性能指标：

按1升SH固化剂兑100升水，将SH固化剂稀释成1%的固化剂液，喷洒在沙子表面，润湿厚度约2-3mm。

1、固沙抗压强度：4.4MPa(超过国际上1MPa要求)；

2、固沙崩解试验：长期浸泡水中不崩解；

3、固沙风洞试验：可抗25m/s风速(相当于12级大风)；

4、固沙老化试验：在紫外灯下照射800小时，抗压强度由原来4.48MPa升至5.22MPa，耐老化性能优异(在紫外光照射下，发生了交联反应，形成网状结构)；

5、抗冻融稳定性：试样先在水中浸泡2天，然后在-20±1℃冰箱存放4小时，取出再放入20±1℃恒温水浴融化4小时，即为一个循环，经20次循环后，置于100-105℃烘干12小时至恒重再测强度，强度损失17.4%，小于25%，显示了良好的抗冻融稳定性。

(II) SH固化剂固化黄土的性能指标：

按1升SH固化剂兑100升水，将SH固化剂稀释成1%的固化剂液，再与黄土混匀，SH固化剂按黄土质量的0.42%掺混。

1、固化黄土抗压强度：5.04MPa(原黄土抗压强2.29MPa)；

2、固化黄土崩解试验：长期浸泡水中不崩解；

3、固化黄土抗冻融稳定性：试样先在水中浸泡4天，然后在-17～-20℃冰箱中4小时，取出再放入20℃恒温水浴融化4小时，即为一个循环，经过25个循环后，样品置于100-105℃烘干至恒重再测强度。强度损失15.7%，显示了良好的抗冻融稳定性。

在相同用量的情况下，水泥固化黄土经过25次冻融循环试验强度损失32.78%。表明本发明SH固化剂的固化黄土强度明显高于水泥固化黄土。

在路面或者街道喷洒低浓度的SH固化剂稀释液进行现场试验，结果表明其具有良好的抑尘效果。

在总结大量实验数据的基础上，发现聚乙烯醇先在50～60℃预加热，再在85～90℃保温（该阶段温度不能超过90℃）处理对于获得上述的良好的固土、固沙性能是需要的，这可能与聚乙烯醇经过上述处理后发生一定变化有关（可由处理前后红外光谱的变化看出）。

(III) 急性毒性实验

1 材料与方法

1.1 动物：昆明小白鼠，18-22g，雌雄各半，由兰州医学院实验动物中心提供，动物合格证号：医动字第14-005号。

1.2 材料：本发明的固沙固土抑尘的高分子材料，为无色透明粘稠状液体。

1.3方法：本品经预实验，小鼠经消化道染毒后其半数致死量(LD50)无法测出，因此只能测定其经消化道染毒的最大耐受量(MTD)。取体重18-22g昆明种健康小鼠20只，雌雄各半，分为两组，小鼠染毒前禁食16小时，每只小鼠均经消化道染毒(灌胃)，一天之内染毒两次，然后观察7天内动物的中毒反应及死亡情况。

2 结果

在本实验条件下，7天内所有小鼠的行为均无异常变化，摄食活动及精神均正常，无一只动物死亡。经计算该高分子材料对小鼠一日两次经消化道染毒的最大耐受量为9.6g/kg，属实际无毒物质。

Claims

1.一种固沙固土抑尘的高分子材料，其特征在于，所述高分子材料是通过包括如下步骤得到：

按重量计，每1000份的水加入30～50份的聚乙烯醇，将聚乙烯醇先加入至温度为50～60℃的水中，至少搅拌20分钟，再加热至85～90℃，在85～90℃保温0.5～1小时后，冷却。

2.根据权利要求1所述固沙固土抑尘的高分子材料，其特征在于，所述聚乙烯醇分批次加入水中，每批次的聚乙烯醇加完后搅拌20～40分钟。

3.根据权利要求1所述固沙固土抑尘的高分子材料，其特征在于，所述聚乙烯醇的平均分子量为5000～7000。

4.权利要求1所述固沙固土抑尘的高分子材料的使用方法，其特征在于：将所述固沙固土抑尘的高分子材料与水按体积比(0.01～0.005)：1混合，再喷洒在待处理的沙土表面。

5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于：所述固沙固土抑尘的高分子材料喷洒在待处理的沙土表面，使沙土表面润湿厚度为2～3mm。

6.权利要求1所述固沙固土抑尘的高分子材料的使用方法，其特征在于：将所述固沙固土抑尘的高分子材料先用水稀释，再与待固化土混合，其中，混合时，所述固沙固土抑尘的高分子材料的用量为待固化土质量的0.1～0.5%。