CN108901515A - 红土基高分子保水覆膜的制备方法 - Google Patents

红土基高分子保水覆膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种红土基高分子保水覆膜的制备方法，是以天然的红土作为原料，加入聚合物/淀粉粉末，混合均匀后加入自来水，机械搅拌使其充分作用，然后压制成膜，即得土基高分子保水覆膜。本发明以天然的红土作为原料，可以很好的降低土基高分子保水覆膜的生产成本；聚合物作为土壤结构改良剂或稳定剂，可以增加土壤表层颗粒间的凝聚力，维持良好的土壤结构，增加土壤入渗率，防止土壤水分丢失；淀粉类材料具有可再生、生物可降解、无毒等优点，避免了对土地的二次污染；红土基高分子保水覆膜具有与沙土层较好的相容性，优异的保水性能，能有效减少水分流失，提高土壤生态功能，给植被或作物提供一个良好的生长环境，促进植被或作物的生长。

Description

红土基高分子保水覆膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种保水覆膜的制备方法，尤其涉及一种红土基高分子保水覆膜的制备方法，属于复合材料领域和水土保持技术领域。
背景技术
我国是个多山的国家，又是世界上黄土分布最广的国家。山地丘陵和黄土地区地形起伏。黄土或松散的风化壳在缺乏植被保护情况下极易发生侵蚀。我国大部分地区属于季风气候，降水量集中，且多暴雨。易于发生水土流失的地质地貌条件和气候条件造成了我国水土流失现象严重。另外，我国人口众多，对粮食、资源的需求量大，在这种情况下，为促进生产力，对土地实行不合理的开垦，忽视因地制宜的自然规律，从而造成对土地的不合理利用，破坏植被和原本稳定的地形。同时，一些不合理的建设和资源采集也不符合水土保持的原则，虽然促进了生产力的发展，但是对土地造成了无法弥补的伤害。当水土流失达到一定的程度之后，会向土地沙漠化过渡。通常，水土流失发生在较为湿润的地方，而在较为干旱的地区就会直接发生土地沙漠化，甚至会省去水土流失这一过渡阶段。
面对越来越严重的环境问题，为了我国的生态文明建设，水土保持和土地沙漠化的防治显示出其重要的地位。在保持土壤中的水分，防止水土流失和土地的沙漠化的工程中，保水材料起到了十分重要的作用。在缺水干旱和荒漠化土地分布广泛的地区，使用一些高分子保水材料，不仅可以提高土壤的保水率，提高土壤墒情，减少土壤贫瘠化，而且还能有效防止水土流失、提高土壤生态功能，给植被或作物提供更充足的水分，促进植被或作物的生长。
目前，保水材料材料主要有高吸水性树脂和地膜。高吸水性树脂的制备过程较复杂、对制备条件和反应设备要求较高。地膜使用价格高，引起环境污染，在多风沙漠地区使用受限。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉、环境友好、制作工艺简单的红土基高分子保水覆膜的制备方法。
一、红土基高分子保水覆膜的制备
本发明制备红土基高分子保水覆膜的方法，是在红土中加入聚合物或淀粉粉末，混合均匀后加入自来水，机械搅拌使其充分作用，然后压制成厚度为4~5mm膜，即得红土基高分子保水覆膜。
所述聚合物为聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇中的至少一种；聚合物的加入量为红土质量的0.1~5.5 %。聚合物具有超强的吸水和保水能力，可防止土壤流失，并具有较好的抑制土壤水分蒸发的能力，因此在提高土壤入渗能力、增加土壤保水率、防治水土流失中具有广阔的应用前景。
所述淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉和甘薯淀粉中的至少一种；淀粉的加入量为红土质量的0.1~15%。淀粉作为高分子聚合物，其显著特点是具有很强的粘聚作用，其作为土壤结构改良剂能够改善土壤的结构和增加土壤中团聚体的（水）稳定性，能增加土壤的入渗率，减少地表径流、防止水土流失以及具有较好的抑制土壤水分蒸发性能，具有保水、保土、保肥、增产等效用。
自来水的加入量为红土质量的65~85%。
为了使红土与聚合物或淀粉粉末等能够充分作用并完全反应，上述搅拌转速控制在300~600r/min，搅拌时间为30~60min。
二、红土基高分子保水覆膜的结构与性能
下面对本发明红土基高分子保水覆膜的结构和性能进行分析说明，并与无添加高分子的红土基保水覆膜进行比较。
图1为本发明制备的红土基聚丙烯酸保水覆膜的红外光谱图。a曲线（红土）在1445cm-1处的吸收峰归因于C-OH 的弯曲振动，该显著的特征吸收峰在红土基聚丙烯酸保水覆膜的红外光谱图（曲线c）中明显减弱。此外，a曲线（红土）中位于1028 cm-1处的强吸收峰是由于=Si-O的伸缩振动，该吸收峰在c曲线中出现；同时在467 cm-1处的吸收峰为Si-O-Si的弯曲振动峰，也出现在c曲线中。b曲线（聚丙烯酸）在1704 cm-1处的吸收峰归属于羰基的伸缩振动；在941 cm-1处的吸收峰为C-OH的面内弯曲振动，这些特征吸收峰在c曲线中发生偏移且明显减弱。以上结果表明红土与聚丙烯酸发生了相互作用。
图2为本发明中红土基聚丙烯酰胺保水覆膜的红外光谱图。图中，a曲线（红土）在1445 cm-1处的吸收峰归因于C-OH 的弯曲振动，该显著的特征吸收峰在红土基聚丙烯酰胺保水覆膜的红外光谱图（曲线c）中明显减弱。此外，a曲线（红土）中位于1028 cm-1处的强吸收峰是由于=Si-O的伸缩振动，该吸收峰在c曲线中出现；同时在467 cm-1处的吸收峰为Si-O-Si的弯曲振动峰，出现在了c曲线中。b曲线为聚丙烯酰胺的红外光谱图，在3458cm-1、3475cm-1、3415cm-1处的吸收峰归属于-NH的伸缩振动；1619 cm-1处的吸收峰为C=O的伸缩振动峰，这些吸收峰在c曲线中明显减弱。以上结果表明红土与聚丙烯酰胺发生了相互作用。
图3为本发明中红土基淀粉保水覆膜的红外光谱图。图3中，a曲线（红土）在1445cm-1处的吸收峰归因于C-OH 的弯曲振动，该显著的特征吸收峰在红土基淀粉保水覆膜的红外光谱图（曲线c）中明显减弱。此外，a曲线（红土）中位于1028 cm-1处的强吸收峰是由于=Si-O的伸缩振动，该吸收峰在c曲线中出现；同时在467 cm-1处的吸收峰为Si-O-Si的弯曲振动峰，出现在了c曲线中。b曲线为淀粉的红外光谱图，3419cm-1处的宽峰为-OH 的伸缩振动，2928cm-1的吸收峰归属于C-H 的伸缩振动，-C=O的特征峰出现在1643cm-1，1155~762cm-1处出现非对称的C-O-C伸缩振动、C-O伸缩及骨架振动峰、-CH2振动吸收峰，这些吸收峰在c曲线中明显减弱或消失。以上结果表明红土与淀粉发生了相互作用。
图4为未添加高分子和添加高分子后红土基高分子保水覆膜的扫描电镜图。其中，a、b、c分别为红土、红土基聚丙烯酸保水覆膜、红土基聚丙烯酰胺保水覆膜的扫描电镜图；d、e、f分别为红土、红土基玉米淀粉保水覆膜、红土基马铃薯淀粉保水覆膜的扫描电镜图。从图4中可以看出，红土基高分子保水覆膜的表面形貌均因聚合物和淀粉的加入而发生了改变，红土的表面形貌相对疏松，而添加了聚合物或淀粉之后，其微观表面形貌变得相对紧密，颗粒之间的粘结性增强，孔隙减小，一定程度上阻碍水分子顺利通过土基高分子保水覆膜，从而达到保水的效果。
三、红土基高分子保水覆膜的保水性能
取6个规格相同（20.5×13.2×6.5cm）的塑料盒，盒底先平铺一层泥土或沙子，加入等量自来水，然后取等量保水覆膜样品6份，分别平铺在泥土或沙子的上层。在自然条件下，每隔2~4小时用电子天平称量样品的质量，记录数据。
图5为不同剂量聚丙烯酸作用下红土基保水覆膜保水率随时间变化曲线。从图5可以看出，与红土相比，添加聚丙烯酸制备的红土基保水覆膜的保水性能更加优异。不同添加量聚丙烯酸作用下红土基保水覆膜的保水效果为：3～5.5%>1.5～2.5%> 0.6～1.25%>0.1～0.125%>0.2～0.5%>0%。
图6为不同剂量聚丙烯酰胺作用下红土基保水覆膜保水率随时间变化曲线。从图6可以看出，与红土相比，添加聚丙烯酰胺制备的红土基保水覆膜的保水性能更加优异，且添加了聚丙烯酸保水覆膜的保水性能优于添加了聚丙烯酰胺的保水覆膜。不同添加量聚丙烯酰胺作用下红土基保水覆膜的保水效果为：3～5.5%>1.5～2.5%> 0.6～1.25%>0.2～0.5%>0.1～0.125%>0%。
图7为不同剂量马铃薯淀粉作用下红土基保水覆膜保水率随时间变化曲线。从图,7可以看出，与红土相比，添加淀粉制备的红土基保水覆膜的保水性能更加优异。不同添加量马铃薯淀粉作用下红土基保水覆膜的保水效果为：13～15%>10～12%> 7～9%>0.1～3%>4～6%>0%。
图8为不同剂量玉米淀粉作用下红土基保水覆膜保水率随时间变化曲线。从图,8可以看出，与红土相比，添加淀粉制备的红土基保水覆膜的保水性能更加优异，且添加了马铃薯淀粉的保水覆膜的保水性能优于添加了玉米淀粉的保水覆膜。不同添加量玉米淀粉作用下红土基保水覆膜的保水效果为：13～15%>10～12%>0.1～3%>4～6%>7～9%>0%。
综上所述，本发明相对于现有技术具有以下优点：
1、以天然的红土作为原料，可以很好的降低土基高分子保水覆膜的生产成本；
2、聚合物作为土壤结构改良剂或稳定剂，可以增加土壤表层颗粒间的凝聚力，维持良好的土壤结构，增加土壤入渗率，防止土壤水分丢失；
3、淀粉类材料具有可再生、生物可降解、无毒等优点，避免了对土地的二次污染；
4、红土基高分子保水覆膜具有与沙土层较好的相容性，优异的保水性能，能有效减少水分流失，提高土壤生态功能，给植被或作物提供一个良好的生长环境，促进植被或作物的生长。
附图说明
图1为本发明制备的红土基聚丙烯酸保水覆膜的红外光谱图。
图2为本发明中红土基聚丙烯酰胺保水覆膜的红外光谱图。
图3为本发明中红土基淀粉保水覆膜的红外光谱图。
图4为未添加高分子和添加高分子后红土基高分子保水覆膜的扫描电镜图。
图5为不同剂量聚丙烯酸作用下红土基保水覆膜保水率随时间变化曲线。
图6为不同剂量聚丙烯酰胺作用下红土基保水覆膜保水率随时间变化曲线。
图7为不同剂量马铃薯淀粉作用下红土基保水覆膜保水率随时间变化曲线。
图8为不同剂量玉米淀粉作用下红土基保水覆膜保水率随时间变化曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的红土基高分子保水覆膜的制备和应用作进一步说明。
实施例一、红土基聚丙烯酸保水覆膜的制备和保水性能测试
取一定量的红土，分别加入其质量3~5.5%的聚丙烯酸，混合均匀后加入红土质量65~85%的自来水，在300～600r/min的搅拌速度下搅拌30~60min，然后压制成厚度为4~5mm膜，即为红土基聚丙烯酸保水覆膜。69h时，该红土基保水覆膜的保水率为26.6%，比纯红土高13.25 %。
实施例二、红土基聚丙烯酰胺保水覆膜的制备和保水性能测试
取一定量的红土，分别加入其质量3~5.5%的聚丙烯酰胺，混合均匀后加入红土质量65~85%的自来水，在300～600r/min的搅拌速度下搅拌30~60min，然后压制成厚度为4~5mm膜，即得红土基聚丙烯酸保水覆膜。71h时，该红土基保水覆膜的保水率为31.6%，比纯红土高11.55%。
实施例三、红土基马铃薯淀粉保水覆膜的制备和保水性能测试
取一定量的红土，分别加入其质量13~15%的马铃薯淀粉，混合均匀后加入红土质量65~85%的自来水，在300~600r/min的搅拌速度下搅拌30~60min，然后压制成厚度为4~5mm膜，即为红土基马铃薯淀粉保水覆膜。103h时，该红土基保水覆膜的保水率为29.7%，比纯红土高11.9%。
实施例四、红土基玉米淀粉保水覆膜的制备
取一定量的红土，分别加入其质量13~15%的玉米淀粉，混合均匀后加入红土质量65~85%的自来水，在300~600r/min的搅拌速度下搅拌30~60min，然后压制成厚度为4~5mm膜，即为红土基玉米淀粉保水覆膜。84h时，红土基保水覆膜的保水率为26.0%，比纯红土高10.7%。

Claims (8)

1.红土基高分子保水覆膜的制备方法，是在红土中加入聚合物或淀粉，混合均匀后加入自来水，机械搅拌使其充分作用，然后压制成膜，即得红土基高分子保水覆膜。
2.如权利要求1所述红土基高分子保水覆膜的制备方法，其特征在于：所述聚合物为聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚乙二醇中的至少一种。
3.如权利要求2所述红土基高分子保水覆膜的制备方法，其特征在于：聚合物的加入量为红土质量的0.1~5.5 %。
4.如权利要求1所述红土基高分子保水覆膜的制备方法，其特征在于：所述淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉和甘薯淀粉中的至少一种。
5.如权利要求3所述红土基高分子保水覆膜的制备方法，其特征在于：淀粉的加入量为红土质量的0.1~15%。
6.如权利要求1所述红土基高分子保水覆膜的制备方法，其特征在于：自来水的加入量为红土质量的65~85%。
7.如权利要求1所述红土基高分子保水覆膜的制备方法，其特征在于：所述搅拌转速为300~600r/min，搅拌时间为30~60min。
8.如权利要求1所述红土基高分子保水覆膜的制备方法，其特征在于：得到的保水覆膜的厚度为4~5mm。
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