一種環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法
【專利說明】一種環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種環(huán)保型固沙材料及其固沙方法，尤其涉及一種具有高強(qiáng)度、高保水量的聚氨酯復(fù)合固沙材料的制備方法及固沙方法，可用于荒漠化治理、邊坡生態(tài)防護(hù)及水土流失防治等相關(guān)領(lǐng)域。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)前生態(tài)環(huán)境的日益惡化對固沙材料提出新的需求，迫切需要切實(shí)可行、行之有效的防沙固沙技術(shù)，特別是對新型高性能固沙材料的需求迫在眉睫。目前，國內(nèi)外用于固沙的材料主要有水泥漿、水玻璃漿液、石油類產(chǎn)品及高分子聚合物，其中高分子聚合物中由于具有摻量較少、運(yùn)輸方便、施工簡單、固化效果穩(wěn)定、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢而備受關(guān)注。在眾多高分子聚合物固沙材料中，具有高抱水量聚氨酯固沙材料因其機(jī)械強(qiáng)度高、性能調(diào)控范圍廣、成本低、施工方便、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢成為研宄熱點(diǎn)，聚氨酯類固沙材料可作為一種優(yōu)異的高分子聚合物固沙材料，廣泛適用于荒漠化治理、邊坡生態(tài)防護(hù)、防治水土流失等領(lǐng)域，這方面的專利包括 CN200910183002.8、CN201110106789.5、CN201310277736.9、CN201110350483.4、CN201110185207.7、CN201110376075.6、CN201210479749.X、CN200810135883.UCN201210479750.2、CN201110106794.6。盡管聚氨酯類固沙材料已取得一定的進(jìn)展，但仍存在如下問題:合成工藝復(fù)雜，成本高，固結(jié)沙層強(qiáng)度低、保水量低，在低成本與高性能上難于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，大規(guī)模推廣應(yīng)用受阻。
[0005]為克服上述問題，本發(fā)明開發(fā)了一種基于正(ABA型)反(BAB型)型聚氨酯預(yù)聚體的聚氨酯復(fù)合固沙材料。利用正反型聚氨酯分子結(jié)構(gòu)之間強(qiáng)勁而致密的物理相互作用，通過優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，合成了具有高保水量(最高可達(dá)自身體積的40倍)、高機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異乳化性能的聚氨酯固沙材料。該聚氨酯固沙材料以水為固化劑，與水反應(yīng)后可形成力學(xué)性能優(yōu)良的高彈性凝膠體，具有高度安全性。由于其施工工藝簡單，成本低，可望在實(shí)際生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種高保水量、高強(qiáng)度、低成本的聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法，克服現(xiàn)有技術(shù)合成工藝復(fù)雜、成本高、固結(jié)沙層強(qiáng)度低、保水量低等缺點(diǎn)，有效解決荒漠化、水土流失及揚(yáng)塵等問題。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案為:
該環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料以下組分構(gòu)成:水、聚氨酯固沙劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑及或植生料；其中，聚氨酯固沙劑為ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體的等質(zhì)量混合物，ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體分別由分子量為1000-10000的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇(ABA型)和聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇(BAB型)與二異氰酸酯化合物在50-80°C下反應(yīng)后制得，所述二異氰酸酯化合物的加入量以保證嵌段多元醇中羥基完全反應(yīng)為基準(zhǔn)，優(yōu)選異氰酸酯基團(tuán)與羥基的摩爾比為2:1-4:1,嵌段多元醇中聚乙二醇的含量為50-90%，有關(guān)上述聚氨酯固沙劑的合成方法還可參考中國發(fā)明專利“一種化學(xué)固沙用聚氨酯預(yù)聚體的制備方法”(CN201510171421.5)。
[0008]固沙方法包含以下步驟:將水、聚氨酯固沙劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑及或植生料按一定比例混合均勻后，將混合液噴灑在沙土上，在沙土表面形成固化層。
[0009]所述聚氨酯固沙劑的質(zhì)量濃度為2-10%，抗氧化劑的質(zhì)量濃度為0.1-1%，紫外線吸收劑的質(zhì)量濃度為0.1-1%。
[0010]所述抗氧化劑為四(β- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇、雙[β (3-叔丁基-5-甲基-4-羥基苯基)丙酸]三甘醇酯、三(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)異氰尿酸酯、2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚中的一種或幾種混合物，
所述紫外線吸收劑為2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮或2-( 2’-羥基-3’，5’-二[1，1-二甲基苯基])-苯并三唑。
[0011]所述植生料包含植物種子及肥料。
[0012]所述固沙材料噴灑在沙土表面上后，形成的固化層為多孔結(jié)構(gòu)。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明聚氨酯復(fù)合固沙材料與各種土質(zhì)均具有優(yōu)良的粘接能力，所形成的固結(jié)層具有優(yōu)異的力學(xué)性能，優(yōu)異的抗水解、抗酸堿及抗鹽蝕能力，耐久性優(yōu)良；能在各種水質(zhì)中乳化及與水反應(yīng)凝膠固化，迅速形成保水性好的彈性凝膠體，與水反應(yīng)后無有毒成分殘留，具有高度安全性，無二次污染；形成的固結(jié)層為致密多孔結(jié)構(gòu)，保水量高，有利于植物的生長。此夕卜，本發(fā)明施工工藝簡單，成本低，實(shí)用性強(qiáng)，可作為一種優(yōu)異的化學(xué)固沙材料，應(yīng)用前景廣闊。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015]通過下述實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0016]以下實(shí)施例中EPE代表聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇(ABA型)嵌段多元醇，PEP代表聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇(BAB型)，PEO代表聚乙二醇。
[0017]實(shí)施例1:
于反應(yīng)瓶中加入1g EPE型多元醇(Mn=1000，PEO wt%=90%)，120°C真空脫水2h，降溫至50°C，加入甲苯二異氰酸酯7.0g，50°C反應(yīng)2h，降至室溫，加入4mL的丙酮，攪拌均勻，既得ABA型聚氨酯預(yù)聚體。另一反應(yīng)瓶中加入1g PEP型多元醇(Mn=1000，PEO wt%=90%)，120°C真空脫水2h，降溫至50°C，加入甲苯二異氰酸酯3.48g，50°C反應(yīng)2h，降至室溫，加入
3.5mL的丙酮，攪拌均勻，既得BAB型聚氨酯預(yù)聚體。將上述所制備的ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體等質(zhì)量混合，攪拌均勻制得聚氨酯固沙劑，密封保存。
[0018]取上述聚氨酯固沙劑1g于攪拌下加入到490g水中，依次加入四(β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇0.5g，2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮0.5g，攪拌均勻，按3L/m2的噴灑量噴灑在沙土上，測試固結(jié)后沙土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為86KPa。
[0019]實(shí)施例2
于反應(yīng)瓶中加入20g EPE型多元醇(Mn=10000，PE0 wt%=50%)，120°C真空脫水2h，降溫至60°C，加入甲苯二異氰酸酯2.8g，80°C反應(yīng)2h，降至室溫，加入5.8mL的丙酮，攪拌均勻，既得BAB型聚氨酯預(yù)聚體。另一反應(yīng)瓶中加入20g PEP型多元醇(Mn=10000，PEO wt%=50%)，120°C真空脫水2h，降溫至60°C，加入甲苯二異氰酸酯1.39g，80°C反應(yīng)2h，降至室溫，加入5.5mL的丙酮，攪拌均勻，既得ABA型聚氨酯預(yù)聚體。將上述所制備的ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體等質(zhì)量混合，攪拌均勻制得聚氨酯固沙劑，密封保存。
[0020]取上述聚氨酯固沙劑1g于攪拌下加入到190g水中，依次加入四(β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇0.5g，2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮0.5g，攪拌均勻，按3L/m2的噴灑量噴灑在沙土上，測試固結(jié)后沙土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為120KPa。
[0021]實(shí)施例3:
于反應(yīng)瓶中加入20g EPE型多元醇(Mn=6000，PEO wt%=80%)，120°C真空脫水2h，降溫至60°C，加入甲苯二異氰酸酯3.5g，60°C反應(yīng)2h降至室溫，加入5.8mL的丙酮，攪拌均勻，既得ABA型聚氨酯預(yù)聚體。另一反應(yīng)瓶中加入20g PEP型多元醇(Mn=6000，PE0 wt%=80%)，120°C真空脫水2h，降溫至60°C，加入甲苯二異氰酸酯1.74g，60°C反應(yīng)2h，降至室溫，加入
5.6mL的丙酮，攪拌均勻，既得BAB型聚氨酯預(yù)聚體。將上述所制備的ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體等質(zhì)量混合，攪拌均勻制得聚氨酯固沙劑，密封保存。
[0022]取上述聚氨酯固沙劑1g于攪拌下加入到90g水中，依次加入四(β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇0.3g，2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮0.3g，攪拌均勻，按3L/m2的噴灑量噴灑在沙土上，測試固結(jié)后沙土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為180KPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法，其特征在于: 1)該環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料由以下組分構(gòu)成:水、聚氨酯固沙劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑及或植生料；其中，聚氨酯固沙劑為ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體的等質(zhì)量混合物，ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體分別由分子量為1000-10000的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇(ABA型)和聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇(BAB型)與二異氰酸酯化合物在50-80°C下反應(yīng)后制得，所述二異氰酸酯化合物的加入量以保證嵌段多元醇中羥基完全反應(yīng)為基準(zhǔn)，優(yōu)選異氰酸酯基團(tuán)與羥基的摩爾比為2:1-4:1，嵌段多元醇中聚乙二醇的含量為50-90% ； 2)固沙方法包含以下步驟: 將水、聚氨酯固沙劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑及或植生料按一定比例混合均勻后，將混合液噴灑在沙土上，在沙土表面形成固化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種環(huán)保保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述聚氨酯固沙劑的質(zhì)量濃度為2-10%，抗氧化劑的質(zhì)量濃度為0.1_1%，紫外線吸收劑的質(zhì)量濃度為0.1-1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述抗氧化劑為四(β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇、雙[β (3-叔丁基-5-甲基-4-羥基苯基)丙酸]三甘醇酯、三(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)異氰尿酸酯、2,6- 二叔丁基-4-甲基苯酚中的一種或幾種混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述紫外線吸收劑為2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮或2-( 2’ -羥基-3’，5’ - 二 [1，1- 二甲基苯基])-苯并三唑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述植生料包含植物種子及肥料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述固沙材料噴灑在沙土表面上后，形成的固化層為多孔結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種環(huán)保型聚氨酯復(fù)合固沙材料及其固沙方法，主要特征為：將水、聚氨酯固沙劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑及或植生料按一定比例混合均勻后，將混合液噴灑在沙土上，在沙土表面形成固化層。其中，聚氨酯固沙劑為ABA型聚氨酯預(yù)聚體和BAB型聚氨酯預(yù)聚體的等質(zhì)量混合物，質(zhì)量濃度為2-10%。其優(yōu)點(diǎn)在于：所形成的固結(jié)層具有優(yōu)異的力學(xué)性能，耐久性優(yōu)良；與水反應(yīng)后無有毒成分殘留，具有高度安全性，無二次污染；形成的固結(jié)層為致密多孔結(jié)構(gòu)，保水量高，有利于植物的生長。此外，本發(fā)明施工工藝簡單，成本低，實(shí)用性強(qiáng)，可作為一種優(yōu)異的化學(xué)固沙材料，適用于荒漠化治理、邊坡生態(tài)防護(hù)及水土流失防治等相關(guān)領(lǐng)域。
【IPC分類】E02D3-12, C09K17-30
【公開號】CN104845631
【申請?zhí)枴緾N201510174281
【發(fā)明人】穆有炳, 仝利, 萬曉波, 李紅蓮, 高旭光
【申請人】中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所, 青島潤國生態(tài)科技發(fā)展有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月14日