專利名稱：一種水溶性高分子固沙劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)固沙領(lǐng)域，具體涉及到ー種水溶性高分子固沙劑的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國エ業(yè)，農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)等的迅猛發(fā)展，推動了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時在發(fā)展的過程中，還會帶來大量的粉塵污染和土壌的沙漠化。近年來，我國一直十分重視粉塵污染和土壌沙漠化的治理，取得了一定的進(jìn)展。使得局部區(qū)域的土地沙漠化得到了遏制，風(fēng)沙區(qū) 的生態(tài)環(huán)境得到了改善。但是還有大量的沙漠化土壌需要治理，礦區(qū)、城市建筑エ地、碼頭料堆等會產(chǎn)生大量的粉塵污染，給人們的身體健康造成了很大的危害。固沙技術(shù)主要包括機(jī)械工程固沙、植物固沙、化學(xué)固沙和綜合固沙。其中，化學(xué)固沙由于其施工簡單方便，固沙周期短，具有良好的發(fā)展前景。目前我國主要是采用機(jī)械固沙-化學(xué)固沙-植物固沙相結(jié)合的方法進(jìn)行治理，在治理過程中，化學(xué)固沙材料的選擇是固沙過程的十分重要的部分。本專利研制了ー種成本較低、具有良好的固沙抑塵效果的化學(xué)固沙抑塵劑。它的研制及應(yīng)用將會產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了ー種水溶性高分子固沙抑塵劑(VAc-MA聚合物)及其制備方法，該固沙抑塵劑具有自然條件無環(huán)境污染、粘結(jié)強(qiáng)度大、親水保水性能優(yōu)良、耐水蝕和風(fēng)蝕、抗凍耐溫等特點，制備エ藝簡單，使用方便，生產(chǎn)成本較低。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下。ー種水溶性高分子固沙劑制備方法，以醋酸こ烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)為主単體，丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)為功能単體，以過硫酸銨(APS)為引發(fā)劑，十二烷基硫酸鈉(SDBS)和OP - 10為復(fù)合乳化剤，以水為分散介質(zhì)，不使用有機(jī)溶齊U，通過乳液聚合法，得到共聚固沙抑塵劑，具體包括以下步驟，所有物質(zhì)均為質(zhì)量份數(shù)( I)預(yù)乳化取10-50份去離子水、I. 8-2. I份復(fù)合乳化剤、I. 2份丙烯酸、O. 45-0. 6份2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7. 5份主單體混合液，加入反應(yīng)器中，升溫至60-65°C，反應(yīng)30_40min，進(jìn)行預(yù)乳化，得到種子單體溶液；用20份水溶解O. I 8-0. 30份的過硫酸銨，得到過硫酸銨溶液；(2)引發(fā)待步驟(I)預(yù)乳化結(jié)束后，向反應(yīng)器中加入過硫酸銨溶液5份，引發(fā)種子単體反應(yīng)。(3)聚合待步驟(2)無回流時，再升溫至60_90°C，分別滴加剩余的過硫酸銨溶液和22. 5份主単體混合液，保持引發(fā)劑與単體混合物同步滴完，然后升溫至85°C保溫I小吋，自然冷卻至室溫出料，得固沙抑塵劑乳液。
上述主單體中，醋酸こ烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)的質(zhì)量比為1-7:1，優(yōu)選比優(yōu)選5-7 :3，更優(yōu)選5:3 ;復(fù)合乳化劑中，十二烷基硫酸鈉(SDBS)和0P-10的質(zhì)量比優(yōu)選1:2，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸優(yōu)選O. 45份，步驟(I)中的水優(yōu)選20份，過硫酸銨優(yōu)選O. 24份。上述方法所合成的醋酸こ烯酯-丙烯酸甲酯共聚乳液，即本發(fā)明的固沙抑塵劑乳液，是ー種水溶性的高分子聚合物。用水稀釋后可以直接作為固沙抑塵劑使用。采用種子乳液聚合方法，對聚合反應(yīng)的單體配比、引發(fā)劑用量、乳化劑用量及內(nèi)比等實驗條件進(jìn)行了優(yōu)化，得出了較優(yōu)的エ藝合成路線，表征了固沙抑塵劑的物化性質(zhì)，并對其應(yīng)用性能進(jìn)行了測試。(I)固結(jié)層電鏡表征 由噴灑水的沙堆表層SEM照片(可參見圖I)和噴灑固沙抑塵劑的沙堆表層SEM照片(可參見圖2)可以看出，噴灑水的沙粒排布比較松散；噴灑固沙抑塵劑的沙堆表層，固沙抑塵劑與沙粒緊緊的粘合在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠有效的防止風(fēng)蝕，起到了很好的固沙抑塵效果。( 2 )固沙抑塵劑的保水性將本發(fā)明的高分子固沙抑塵劑用水稀釋到固含量分別為0%(相當(dāng)于純水)、1%、2%、3%、4%、5. 5%、7%、10%的乳液，用噴霧器均勻噴灑在沙堆表面(用量lL/m2)，自然干燥，稱重。在沙堆表面噴灑相同量的水，模擬自然條件，將沙堆置于自然條件下，根據(jù)質(zhì)量損失率測定其保水性能。實驗結(jié)果表明，噴水的沙堆在13小時后完全失水，噴灑固沙抑塵劑的沙堆其保水性能較好。隨著固含量的増加，保水性越來越好。在實際應(yīng)用中，噴灑了固沙抑塵劑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)沙模的抗風(fēng)蝕性噴灑水的沙堆，其固結(jié)層較為松軟，采用模擬強(qiáng)風(fēng)并近距離吹掃沙堆表面，IOmin后沙堆表面固結(jié)層被破壞。同樣條件下，噴灑固沙抑塵劑的沙堆表面固結(jié)層未被破壞。本發(fā)明的優(yōu)點I、固沙抑塵劑呈水溶性，放置穩(wěn)定性好，成本低廉，使用方便。2、固沙抑塵劑噴灑后，能使表層沙粒粘結(jié)起來在表面形成固結(jié)層，抵抗風(fēng)蝕，同時還能有效防止下部水分的蒸發(fā)，增強(qiáng)保水性能，有利于植物的生長。該固沙抑塵劑對氣候環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)、作用持久，具有很好的應(yīng)用前景和推廣價值。


圖I噴灑水的沙堆表層沙粒SEM照片(沙子排布松散)；圖2噴灑固沙抑塵劑的沙堆表層沙粒SEM照片(沙子粘結(jié)在一起)；圖3沙堆試樣含水量(橫坐標(biāo)為放置時間，縱坐標(biāo)為沙堆的含水量％)。
具體實施例方式本發(fā)明具體實施方式
不限于下述實施例。實施例I
a、預(yù)乳化取20份去離子水、O. 6份十二烷基苯磺酸鈉、I. 2份0P_10、1. 2份丙烯酸、O. 45份2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7. 5份醋酸こ烯酯和丙烯酸甲酯單體混合液(醋酸こ烯酯與丙烯酸甲酯總量為30份、比例為5 3 ;此預(yù)乳化加入量為總量的1/4)的加入反應(yīng)器中，升溫至 60-65 °C，反應(yīng) 30min。b、引發(fā)用20份水溶解O. 24份的過硫酸銨，形成過硫酸銨溶液。待預(yù)乳化結(jié)束后，向反應(yīng)器中加入過硫酸銨溶液5份，引發(fā)種子単體反應(yīng)。C、聚合
待幾乎無回流，再升溫至75°C，分別滴加剰余的過硫酸銨溶液和丙烯酸甲酯與醋酸こ烯酯的混合単體，調(diào)整滴加速度為8s/滴，保持引發(fā)劑與単體混合物同步滴完，升溫至85°C保溫I小吋，自然冷卻至室溫出料，得固沙抑塵劑乳液。將上述方法得到的固沙抑塵劑乳液用水稀釋成固含量分別為0% (相當(dāng)于純水)、1%、2%、3%、4%、5. 5%、7%、10%的乳液，進(jìn)行固結(jié)層電鏡表征、固沙劑保水性和沙的抗風(fēng)蝕性測試噴灑水的沙粒排布比較松散，噴灑固沙劑的沙堆表層，固沙抑塵劑與沙粒緊緊的粘合在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠有效的防止風(fēng)蝕，起到了很好的固沙抑塵效果，其中噴灑固含量1%的(相當(dāng)于純水)沙堆表層SEM照片見圖1，噴灑固含量為5. 5%的乳液的SEM照片見圖2 ；從固沙劑的含水量與時間曲線(見圖3)可知在放置13h吋，不噴灑固沙抑塵劑的沙堆就已經(jīng)完全失水，而對于噴灑了一定量固沙抑塵劑的沙堆其保水性能較好。隨著固含量的増加，其失水速率越來越慢，且在相同時間時，保水性好。綜合實驗說明，在實際應(yīng)用中，噴灑了固沙抑塵劑的沙面，更易保水，可以提供植物所需的水分，達(dá)到固沙、治沙的效果。沙堆是噴灑了固含量為0% (相當(dāng)于水)、I. 0%、2· 0%、3· 0%、4· 0%、5· 0%、6· 0%固沙抑塵劑，在自然條件干燥制得。模擬自然風(fēng)，用1300W的吹風(fēng)機(jī)近距離吹一個小時，稱重，計算質(zhì)量損失率。實驗結(jié)果表明，噴灑水的沙堆，其固結(jié)層較為松軟，在模擬風(fēng)近距離吹的過程中，IOmin后，沙堆的固結(jié)層被破壞。噴灑了固沙抑塵劑的沙堆其固結(jié)層未被破壞。實施例2a、預(yù)乳化取20份去離子水、O. 6份十二烷基苯磺酸鈉、I. 2份0P_10、1. 2份丙烯酸、O. 45份2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7. 5份醋酸こ烯酯和丙烯酸甲酯單體混合液(醋酸こ烯酯與丙烯酸甲酯總量為30份、比例為7 3 ;預(yù)乳化加入量為總量的1/4)的加入反應(yīng)器中，升溫至60-65 °C，反應(yīng) 30min。b、引發(fā)用20份水溶解O. 24份的過硫酸銨，得到過硫酸銨溶液。待預(yù)乳化結(jié)束后，向反應(yīng)器中加入過硫酸銨溶液5份，引發(fā)種子単體反應(yīng)。C、聚合待幾乎無回流，再升溫至80°C，分別滴加剰余的過硫酸銨溶液和丙烯酸甲酯與醋酸こ烯酯的混合単體，調(diào)整滴加速度為8s/滴，保持引發(fā)劑與単體混合物同步滴完，升溫至85°C保溫I小吋，自然冷卻至室溫出料，得固沙抑塵劑乳液。
權(quán)利要求
1.ー種水溶性高分子固沙抑塵劑乳液的制備方法，以醋酸こ烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)為主單體，丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)為功能単體，以過硫酸銨(APS)為引發(fā)劑，十二烷基硫酸鈉(SDBS)和OP - 10為復(fù)合乳化剤，以水為分散介質(zhì)，不使用有機(jī)溶劑，通過乳液聚合法，得到共聚固沙劑，具體包括以下步驟，所有物質(zhì)均為質(zhì)量份數(shù) (1)預(yù)乳化 取10-50份去離子水、I. 8-2. I份復(fù)合乳化剤、I. 2份丙烯酸、O. 45-0. 6份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7. 5份主單體混合液，加入反應(yīng)器中，升溫至60-65°C，反應(yīng)30_40min，進(jìn)行預(yù)乳化，得到種子單體溶液；用20份水溶解O. 18-0. 30份的過硫酸銨，得到過硫酸銨溶液； (2)引發(fā) 待步驟(I)預(yù)乳化結(jié)束后，向反應(yīng)器中加入過硫酸銨溶液5份，引發(fā)種子単體反應(yīng)。
(3)聚合 待步驟(2)無回流時，再升溫至60-90で，分別滴加剩余的過硫酸銨溶液和22.5份主單體混合液，保持引發(fā)劑與単體混合物同步滴完，然后升溫至85°C保溫I小吋，自然冷卻至室溫出料，得固沙抑塵劑乳液；上述主単體中，醋酸こ烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)的質(zhì)量比為 1-7:1。
2.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，醋酸こ烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)的質(zhì)量比 5-7 :3。
3.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，醋酸こ烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)的質(zhì)量比為5 :3。
4.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，復(fù)合乳化劑中，十二烷基硫酸鈉(SDBS)和0P-10的質(zhì)量比為1:2。
5.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，過硫酸銨為O.24份。
6.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，步驟(I)中的水為20份。
7.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在干，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為O.45份。
8.按照權(quán)利要求1-7的任一方法所得的ー種水溶性高分子固沙抑塵劑乳液。
全文摘要
一種水溶性高分子固沙劑及制備方法，屬于化學(xué)固沙領(lǐng)域。10-50份去離子水、1.8-2.1份復(fù)合乳化劑、1.2份丙烯酸、0.45-0.6份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7.5份主單體混合液，加入反應(yīng)器中，升溫至60-65℃，進(jìn)行預(yù)乳化，得到種子單體溶液；用20份水溶解0.18-0.30份過硫酸銨；預(yù)乳化結(jié)束后，加入5份過硫酸銨溶液，引發(fā)種子單體反應(yīng)；無回流時，再升溫，分別滴加剩余的過硫酸銨溶液和22.5份主單體混合液，保持引發(fā)劑與主單體同步滴完，然后升溫并保溫1小時，自然冷卻至室溫。采用本發(fā)明的乳液固沙后所形成的固結(jié)層能抵抗風(fēng)蝕，同時還能有效防止下部水分的蒸發(fā)，增強(qiáng)保水性能，促進(jìn)植物的生長。
文檔編號C08F220/58GK102675521SQ20121014310
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者張麗丹, 李增和, 段立哲, 袁丹婷, 韓春英, 齊干 申請人:北京化工大學(xué)