CN107586354A

CN107586354A - 一种保水固沙用聚醋酸乙烯酯共聚乳液的制备方法

Info

Publication number: CN107586354A
Application number: CN201710550296.8A
Authority: CN
Inventors: 陈华林; 杜泽川; 刘白玲; 谢浩; 徐前; 罗荣
Original assignee: Chengdu Organic Chemicals Co Ltd of CAS
Current assignee: Chengdu Organic Chemicals Co Ltd of CAS
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2018-01-16

Abstract

本发明公开了一种保水固沙用聚醋酸乙烯酯共聚乳液的制备方法。采用半连续乳液聚合的工艺，以醋酸乙烯酯、丙烯酸酯和丙烯酰胺为共聚单体，采用水溶性过氧类化合物为引发剂，阴离子乳化剂和非离子乳化剂为复合乳化体系，合成了聚醋酸乙烯酯共聚乳液，该聚合物的结构式为

Description

一种保水固沙用聚醋酸乙烯酯共聚乳液的制备方法

技术领域

本发明涉及化工的环境保护领域，是一种兼具固定流沙、提高水分保持率的功能高分子材料的制备方法。

背景技术

沙漠化的影响占地球陆地面积的25％，受影响的人口占世界人口总数的12％。到本世纪末，影响面将扩大到占地球陆地面积的35％，总人口的20％，约有100个国家将受其害，沙漠化可能变成全球性灾难。受沙漠化影响深重的农村人口已由1977年的5,700万增加到目前的1.35亿。根据我国公布的第五次全国荒漠化和沙化状况公报显示，截至2014年，我国沙化土地总面积172.12万平方公里，占国土总面积的17.93％。

沙漠化每年给国家造成的直接经济损失高达数百亿元，严重制约了社会经济的发展，成为全国性甚至国际性重大生态环境问题，因此，防沙治沙是一项重要课题。

根据我国及世界上其他国家几十年对于沙漠化防治成果，目前主要采用以下3种方法来进行防沙治沙：工程固沙、植物固沙和化学固沙，它们都是通过固定流沙来达到防沙治沙的目的。

工程固沙成本高、环境相容性差且防护高度有限，只能作为一种辅助性固沙手段。植物固沙由于沙漠化地区恶劣的水文环境，植被存活率低，仅为15％左右，加之沙漠化地区适宜生长的植被种类有限，植物固沙也不能作为一种有效的固沙手段。因此，施工简便、施工周期短的化学固沙方法及其化学固沙材料是目前研究的主要内容，化学固沙与植物固沙相结合，可大大提高植被的存活率，是一种较好的固沙方法。

目前，国内外化学固沙材料主要有水泥浆类、水玻璃类、石油产品类和聚合物类，这些化学固沙材料都有一定的固沙效果，但也各自存在一定的不足。

(1)如专利CN101560759利用水泥浆和石灰浆来进行固沙，其固结层薄、强度低，在恶劣天气影响下，很快发生干缩、龟裂，失去固沙作用。

(2)如专利CN1609166利用半固态乳化沥青进行固沙，其抗老化性能较差，成分容易被大气中的氧、光、热、水分和微生物破坏，大量施用会导致土壤渗水能力下降，不利于植物的生长。

(3)聚丙烯酰、聚丙烯酸类、聚醋酸乙烯酯类、脲醛树脂等聚合物固沙材料具有固结强度高、固化迅速、粘结性好等特点，但这些材料渗透性差、价格高，因此也限制了这类固沙材料的使用。

沙漠化地区具有气温高、日照充足、年均降水量少、蒸发量大等特点，不利于植被生存，但是目前的多数固沙材料只能够起到固沙作用，为了尽快的恢复沙漠化地区生态环境，固沙材料需要具有良好的水渗透性并能减少水的蒸发。

发明内容

本发明目的在于针对目前固沙材料存在的主要问题，以及沙漠化地区的特点，从改进传统固沙材料性能方面出发，提供一种既具有良好固沙性能，又具有较好保水性能的固沙材料及其制备方法。该固沙保水材料无毒、制备工艺简单且原料成本相对低廉，是一种绿色环保的固沙保水材料。

本发明提供的固沙保水用共聚乳液，其特征在于该乳液是向去离子水与阴离子乳化剂和非离子乳化剂的复合乳化体系中加入部分醋酸乙烯酯、丙烯酸酯单体，以及部分水溶性过氧类引发剂，聚合到一定程度以后再添加剩余单体及引发剂的半连续法乳液聚合工艺制得。固沙保水用共聚乳液中醋酸乙烯酯55～80份、丙烯酸酯15～25份、丙烯酰胺5～20份、乳化剂2～5份、引发剂0.3～1份、去离子水150～200份。

本乳液中所用的丙烯酸酯类单体为丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸月桂酯和丙烯酸硬脂酸酯等中的一种或几种的组合；乳化剂为阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂的复合体系，复合乳化体系中阴离子乳化剂和非离子乳化剂质量比为1∶4～2∶1。阴离子乳化剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠系列中的一种或多种，非离子乳化剂为烷基聚氧乙烯醚(NP、TX系列)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO、MOA系列)、聚乙二醇(PEG系列)、脂肪酸酯(Span、Tween系列)中的一种或多种。引发剂为水溶性的过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化氢等。

为实现本发明的目的，制备上述具有较好保水性能的共聚乳液的条件和工艺如下：

(1)按质量份数计，将0.3～1份水溶性引发剂溶解在15～25份去离子水中，将5～20份水溶性单体丙烯酰胺溶解在10～40份去离子水中，将55～80份醋酸乙烯酯和15～25份丙烯酸酯混合得到混合单体。

(2)向带有机械搅拌的反应瓶中加入2～5份乳化剂及100～150份去离子水，将乳化剂溶液升温至65～75℃，向反应瓶内加入少量混合单体及引发剂溶液，反应15～30分钟；继续滴加剩余的单体和引发剂溶液，控制滴加速率，使其在3～6h内同步滴加完毕，滴加完毕后升温至80～90℃，恒温熟化1～2h。

(3)降低温度至40℃以下，碳酸氢钠调节pH值为6～7，用纱布过滤出料，得到固沙用共聚乳液。

本发明与已有发明相比，具有以下优点：

(1)以来源广泛、价格低廉的醋酸乙烯酯为主单体，制备出的固沙共聚乳液综合成本低；

(2)共聚乳液中的聚丙烯酰胺组分具有较好的亲水性及吸湿性，可以有效的吸收降水以及沙漠地区夜间凝结在地表附近的水滴；

(3)能够快速形成固结层，防止气流对沙面的吹蚀，起到固沙的作用，同时固结层能够有效的阻碍下部水分的蒸发，与优点(2)相结合，形成良好的保水作用，提高植被存活率。

具体实施方式

实施例1

将0.5份过硫酸钾溶解在20份去离子水中，10份丙烯酰胺溶解在20份去离子水中，称取75份醋酸乙烯酯和15份丙烯酸异辛酯混合均匀。向带有机械搅拌的反应瓶中加入去例子水110份去离子水，3份非离子型乳化剂Tween20和1份阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠SDS，搅拌下加热升温至75℃，加入1/5的醋酸乙烯酯和丙烯酸异辛酯的混合单体，以及约1/3的引发剂溶液，同时适当降低搅拌速率，反应约30分钟，继续滴加混合单体和丙烯酰胺溶液，以及引发剂溶液，控制滴加速率，使其约在4h左右同时滴加完毕，滴加完毕后继续升温至80℃，恒温熟化1h，降低温度至室温，调节pH值为6，用纱布抽滤出料，得到固沙用共聚乳液。

实施例2

将0.5份过硫酸钾溶解在20份去离子水中，20份丙烯酰胺溶解在40份去离子水中，称取55份醋酸乙烯酯和25份丙烯酸异辛酯混合均匀。向带有机械搅拌的反应瓶中加入去例子水110份去离子水，2份非离子型乳化剂Tween20和1份非离子型乳化剂Span20，以及1份阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠SDS，搅拌下加热升温至75℃，加入1/5的醋酸乙烯酯和丙烯酸异辛酯的混合单体，以及约1/3的引发剂溶液，同时适当降低搅拌速率，反应约30分钟，继续滴加混合单体和丙烯酰胺溶液，以及引发剂溶液，控制滴加速率，使其约在4h左右同时滴加完毕，滴加完毕后继续升温至80℃，恒温熟化1h，降低温度至室温，调节pH值为6，用纱布抽滤出料，得到固沙用共聚乳液。

实施例3

将0.5份过硫酸钾溶解在20份去离子水中，10份丙烯酰胺溶解在20份去离子水中，称取70份醋酸乙烯酯和10份丙烯酸月桂酯混合均匀。向带有机械搅拌的反应瓶中加入去例子水110份去离子水，2份非离子型乳化剂Tween20和1份非离子型乳化剂PEG200，以及1份阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠SDS，搅拌下加热升温至75℃，加入1/5的醋酸乙烯酯和丙烯酸异辛酯的混合单体，以及约1/3的引发剂溶液，同时适当降低搅拌速率，反应约30分钟，继续滴加混合单体和丙烯酰胺溶液，以及引发剂溶液，控制滴加速率，使其约在4h左右同时滴加完毕，滴加完毕后继续升温至80℃，恒温熟化1h，降低温度至室温，调节pH值为6，用纱布抽滤出料，得到固沙用共聚乳液。

实施例4

以实施例1中制备的乳液为例，取适量实施例1制备的乳液，测定产品固含量，将乳液稀释至不同固含量，取1.0g不同固含量的乳液与10g沙土混合均匀，将含有乳液的沙土制备成圆柱形沙模(直径为2.0cm，高度为2.2cm)，室温干燥24h，使用电子拉力试验机进行压缩试验，采用沙模的抗压强度考察乳液的固沙效果，当乳液固含量为2％时，沙模的抗压强度为0.53MPa，当乳液固含量为4％，沙模的抗压强度为1.13MPa，表明该乳液具有优良的固沙效果。

实施例5

以实施例1中制备的乳液为例，由于乳液固含量为2％时即具有优良的固沙效果，本实施案例中取乳液固含量为2％；称取一定量的沙土于一定内径的表面皿中，高度约1cm，按照1L/m2的用量向沙面喷洒自来水和固含量为2％的乳液，室温条件下干燥，沙土表面形成完整的固结层后，烘干至恒重，称取沙土质量，然后向沙土中喷洒相同质量的自来水，要求刚好完全润湿沙土，将其置于相同自然环境下，间隔一定时间称重，计算失去水分的质量；未施用乳液的沙土在24h后即失去50％的水分，而施用乳液的沙土80h后才失去50％的水分，说明该乳液同样具有良好的保水作用。

Claims

1.一种具有保水固沙用聚醋酸乙烯酯共聚乳液的制备方法，其特征是采用半连续法乳液聚合制备醋酸乙烯酯共聚乳液，所述聚合物的结构式为共聚乳液中醋酸乙烯酯55～80份、丙烯酸酯15～25份、丙烯酰胺5～20份、乳化剂2～5份、引发剂0.3～1份、去离子水150～200份。

2.根据权利要求1所述的固沙用共聚乳液的制备方法，其特征在于该方法的条件和工艺如下：

(1)按质量份数计，将0.3～1份水溶性引发剂溶解在15～25份去离子水中，将5～20份水溶性单体丙烯酰胺溶解在10～40份去离子水中，将55～80份醋酸乙烯酯和15～25份丙烯酸酯进行混合得到混合单体；

(2)向带有机械搅拌的反应瓶中加入2～5份乳化剂及100～150份去离子水，将乳化剂溶液升温至65～75℃，向反应瓶内加入少量混合单体及引发剂溶液，反应15～30分钟；继续滴加剩余的单体和引发剂溶液，控制滴加速率，使其在3～6h内同步滴加完毕，滴加完毕后升温至80～90℃，恒温熟化1～2h；

(3)降低温度至40℃以下，碳酸氢钠调节pH值为6～7，用纱布抽滤出料，得到保水固沙用共聚乳液。

3.根据权利要求1所述的保水固沙用共聚乳液的制备方法，其特征在于所用的丙烯酸酯为丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸月桂酯和丙烯酸硬脂酸酯等中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的保水固沙用共聚乳液的制备方法，其特征在于所用的乳化剂为阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂的复合体系，复合乳化体系中阴离子乳化剂和非离子乳化剂质量比为1∶4～2∶1；其中，阴离子乳化剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠系列中的一种或多种，非离子乳化剂为壬基聚氧乙烯醚(NP、TX系列)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO、MOA系列)、聚乙二醇(PEG系列)、脂肪酸酯(Span、Tween系列)中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的保水固沙用共聚乳液的制备方法，其特征在于所用的引发剂为水溶性过氧类引发剂过氧化氢、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种。