本發(fā)明涉及一種單組份耐水解型水性聚氨酯固沙劑的制備方法，可用于荒漠化治理、邊坡生態(tài)防護(hù)、水土流失防治及防塵抑沙等相關(guān)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

土地沙漠化是由包括氣候變異和人為活動在內(nèi)的多種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤干旱區(qū)的土地退化。聯(lián)合國2005年發(fā)布的題為《生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉：沙漠化分析》報告稱，沙漠化是全球最具威脅的潛在生態(tài)系統(tǒng)變化，影響到世界上四分之一的土地以及三分之一的人口。我國是世界上受沙漠化影響最嚴(yán)重的國家之一，沙漠化嚴(yán)重制約著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高。因此，防沙治沙是一項艱巨而緊迫的任務(wù)。

防治沙漠化除了從根本上做好土地和水源的利用和管理，通過合理的技術(shù)手段對已經(jīng)沙漠化的土地進(jìn)行治理也是重中之重。沙漠化治理首先需要對移動沙丘和流沙進(jìn)行固定，目前的固沙技術(shù)主要分為工程固沙、植物固沙和化學(xué)固沙三類。

工程固沙是采用工程手段切斷風(fēng)沙的通道，并通過增大地表摩擦力的方式使地面風(fēng)速低于起沙風(fēng)速，其具體措施有草方格、石方格、沙障、卵石或粘土覆蓋等。植物固沙是通過種植耐旱植物的方式來阻擋風(fēng)沙?；瘜W(xué)固沙是使用具有粘結(jié)性的材料噴灑在沙地，使其表面形成具有一定強(qiáng)度的固結(jié)層來抵御風(fēng)沙。工程固沙受限于人工成本，防護(hù)高度及維持時間等問題，而植物固沙則受限于植物在沙地惡劣條件下的成活率。相比較而言，化學(xué)固沙具有操作簡便快速，可改善沙地條件利于植物生長等優(yōu)點，是極具發(fā)展?jié)摿Φ墓躺臣夹g(shù)。

合成高分子類固沙材料是近年來興起的化學(xué)固沙材料，其固沙效率高、處理簡便。聚氨酯作為一類具有優(yōu)異性能的高分子材料，近年來也被引入固沙應(yīng)用中。目前使用的聚氨酯固沙材料可以分為單組份型和雙組份型，其中雙組份型對于存儲及操作要求較高；而單組份型為線性分子，其固化體主要依靠分子間力及氫鍵結(jié)合，耐水性差，在使用中遇降雨容易發(fā)生分解甚至溶 解，強(qiáng)度下降明顯甚至失去固沙作用：例如中國發(fā)明專利(專利公開號CN102417574A)采用羥值為200～400mgKOH/g的可生物降解型低聚多元醇、二異氰酸酯、二羥甲基丙酸及助劑制備了聚氨酯乳液用于固沙，除具備固沙作用外，還富含營養(yǎng)。中國發(fā)明專利(專利公開號CN102504829A)采用聚醚型多元醇、二異氰酸酯、二羥甲基賓館、淀粉以及助劑制備的聚氨酯乳液用于固沙，亦具有可降解、無毒及富含營養(yǎng)的效果。中國發(fā)明專利(專利公開號CN102226088A)采用聚醚多元醇和二異氰酸酯合成聚氨酯預(yù)聚體，通過外加分散穩(wěn)定劑和溶劑的方法制備了一種聚氨酯型生態(tài)固沙劑。

為克服上述問題，本發(fā)明開發(fā)了一種室溫下可形成自交聯(lián)的水性聚氨酯的單組份耐水解型聚氨酯固沙劑。利用其組份間在室溫下形成交聯(lián)體系的能力，使其在固化過程中通過分子間化學(xué)鍵結(jié)合，最終形成耐水解的固沙材料。該聚氨酯固沙材料以水為分散介質(zhì)，體系中不含揮發(fā)性溶劑，對環(huán)境及施工人員無毒無害，具有高度的安全性。此外，其保存周期長，可與水任意比例混合，施工工藝簡單，有望在降水較集中的荒漠化地區(qū)得到應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種單組份耐水解型水性聚氨酯固沙抑塵劑的制備方法，該固沙抑塵劑固沙強(qiáng)度高、耐水解性強(qiáng)、保水性好、對環(huán)境無污染，且存儲簡便、施工方便、固化迅速。

本發(fā)明的單組份耐水解型水性聚氨酯固沙抑塵劑的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟一：將摩爾比為1∶2的二元胺A和雙丙酮丙烯酰胺在堿催化劑作用下，于70～100℃反應(yīng)8～10h制得擴(kuò)鏈單體N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基二胺；

步驟二：向干燥反應(yīng)器中加入35～80質(zhì)量份的聚多元醇、20～60質(zhì)量份的二異氰酸酯、1.1～7質(zhì)量份的親水?dāng)U鏈劑、0～0.1質(zhì)量份的催化劑，在65～90℃反應(yīng)1～4h；

步驟三：將體系溫度冷卻至30～50℃，加入11～30質(zhì)量份的N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基二胺進(jìn)行擴(kuò)鏈，反應(yīng)1～2h；再加入0.5～5質(zhì)量份的揮發(fā)性堿，中和反應(yīng)5～10分鐘；然后加入水和0.5～3.5質(zhì)量份的二元胺B，高速攪拌分散10～40分鐘；上述過程中視體系粘度加入溶劑調(diào)節(jié)；減壓蒸除溶劑后，加入2～15質(zhì)量份的二酰肼，即得到單組份耐水解型水性聚氨酯固沙抑塵劑。

步驟一中，二元胺選自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、對苯二胺、鄰苯二胺、間苯二胺。

步驟一中，堿催化劑選自乙醇鈉、氫氧化鈉、乙醇鉀、氫氧化鉀、乙醇鋰、氫氧化鋰。

步驟二中，聚二醇選自相對分子質(zhì)量為1000～2000的聚氧化丙烯二醇、聚四氫呋喃醚二醇、聚己內(nèi)酯二元醇、聚碳酸脂二元醇、聚己二酸丁二醇酯二元醇。

步驟二中，二異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯。

步驟二中，親水?dāng)U鏈劑選自二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、乙二胺基乙磺酸鈉、1，4-丁二醇-2-磺酸鈉和1，2-二羥基-3丙磺酸鈉。

步驟二中，催化劑選自二月桂酸二丁基錫、二醋酸二丁基錫、辛酸亞錫，其質(zhì)量份為0～0.1份。

步驟三中，揮發(fā)性堿選自三甲胺、三乙胺、氨水。

步驟三中，二元胺B選自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺。

步驟三中，溶劑選自丙酮或甲乙酮。

步驟三中，二酰肼選自丁二酸二酰肼、己二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、二苯基碳酰二肼。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明利用酮肼交聯(lián)反應(yīng)特性，即利用酮羰基與肼基、酰肼在微酸條件下反應(yīng)，脫水生成腙，用作水性聚氨酯的自交聯(lián)體系。在聚氨酯的合成中所采用的中和劑為揮發(fā)性堿，乳液貯存時中性偏堿性，不會發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)；在固沙抑塵時噴灑在沙土表面，隨揮發(fā)性堿的會發(fā)，乳液向微酸性轉(zhuǎn)變，使得酮肼基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)。與現(xiàn)有一般的單組份水性聚氨酯固沙材料相比，本發(fā)明的固沙材料形成的固結(jié)層耐水性及力學(xué)性能明顯提高。

2、與現(xiàn)有一般的雙組份水性聚氨酯固沙材料相比，本發(fā)明的固沙材料存儲方便，貯存穩(wěn)定，造作簡便。

3、本發(fā)明單組份耐水解型水性聚氨酯固沙抑塵劑不含揮發(fā)性溶劑，可與水任意比例互溶，貯存放置穩(wěn)定型號，運輸方便，無毒、不燃，可廣泛應(yīng)用于荒漠化治理、邊坡防護(hù)及抑塵防沙等領(lǐng)域，具有極大的應(yīng)用價值和推廣 前景。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

將摩爾比為1∶2的乙二胺和雙丙酮丙烯酰胺在乙醇鈉作用下，于80℃反應(yīng)10h制得擴(kuò)鏈單體N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基乙二胺；向干燥反應(yīng)器中加入40質(zhì)量份的分子量1000的聚氧化丙烯二醇、21質(zhì)量份的甲苯二異氰酸酯、3質(zhì)量份的二羥甲基丙酸，在70～80℃反應(yīng)2h；加入15質(zhì)量份的N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基二胺進(jìn)行擴(kuò)鏈，反應(yīng)1～2h；將體系溫度冷卻至30～40℃，加入1.1質(zhì)量份的三乙胺，中和反應(yīng)5～10分鐘；上述過程中視體系粘度加入適量丙酮；再加入水和0.9質(zhì)量份的乙二胺，高速攪拌分散15分鐘；減壓蒸除溶劑后，加入6.7質(zhì)量份的己二酸二酰肼即得到單組份耐水解型水性聚氨酯固沙抑塵劑。

實施例2

將摩爾比為1∶2的丁二胺和雙丙酮丙烯酰胺在堿催化劑作用下，于90℃反應(yīng)8h制得擴(kuò)鏈單體N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基丁二胺，經(jīng)分離提純后備用；向干燥反應(yīng)器中加入33質(zhì)量份的分子量2000的聚氧化丙烯二醇、12.5質(zhì)量份的二苯基甲烷二異氰酸酯、1.3質(zhì)量份的二羥甲基丁酸，在70～80℃反應(yīng)2.5h；加入6.4質(zhì)量份的N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基二胺進(jìn)行擴(kuò)鏈，反應(yīng)1～2h；將體系溫度冷卻至30～40℃，加入0.55質(zhì)量份的三甲胺，中和反應(yīng)10～15分鐘；上述過程中視體系粘度加入適量丙酮；再加入水和1質(zhì)量份的己二胺，高速攪拌分散25分鐘；減壓蒸除溶劑后，加入2.3質(zhì)量份的丁二酸二酰肼即得到單組份耐水解型水性聚氨酯固沙抑塵劑。

實施例3

將摩爾比為1∶2的乙二胺和雙丙酮丙烯酰胺在堿催化劑作用下，于80℃反應(yīng)10h制得擴(kuò)鏈單體N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基乙二胺，經(jīng)分離提純后備用；向干燥反應(yīng)器中加入60質(zhì)量份的分子量2000的聚氧化丙烯二醇、20質(zhì)量份的異佛爾酮二異氰酸酯、2.5質(zhì)量份的二羥甲基丙酸及0.08質(zhì)量份的二月桂酸二丁基錫，在85℃反應(yīng)2h；加入12質(zhì)量份的N，N’-二雙丙酮丙烯酰 胺基乙二胺進(jìn)行擴(kuò)鏈，反應(yīng)2h；將體系溫度冷卻至30～40℃，加入1.1質(zhì)量份的三乙胺，中和反應(yīng)5～10分鐘；上述過程中視體系粘度加入適量丙酮；再加入水和0.9質(zhì)量份的乙二胺，高速攪拌分散15分鐘；減壓蒸除溶劑后，加入6.7質(zhì)量份的己二酸二酰肼即得到單組份耐水解型水性聚氨酯固沙抑塵劑。

實施例4

將摩爾比為1∶2的乙二胺和雙丙酮丙烯酰胺在堿催化劑作用下，于80℃反應(yīng)10h制得擴(kuò)鏈單體N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基乙二胺，經(jīng)分離提純后備用；向干燥反應(yīng)器中加入80質(zhì)量份的分子量1000的聚氧化丙烯二醇和聚四氫呋喃醚二醇(質(zhì)量比1∶1)混合物、60質(zhì)量份的六亞甲基二異氰酸酯、5.9質(zhì)量份的二羥甲基丙酸及0.09質(zhì)量份的辛酸亞錫，在80～85℃反應(yīng)2h；加入30質(zhì)量份的N，N’-二雙丙酮丙烯酰胺基二胺進(jìn)行擴(kuò)鏈，反應(yīng)1～2h；將體系溫度冷卻至30～40℃，加入4.5質(zhì)量份的三乙胺，中和反應(yīng)5～10分鐘；上述過程中視體系粘度加入適量甲乙酮；再加入水和2.2質(zhì)量份的乙二胺，高速攪拌分散15分鐘；減壓蒸除溶劑后，加入13質(zhì)量份的己二酸二酰肼即得到單組份耐水解型水性聚氨酯固沙抑塵劑。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。