專利名稱：磺化脲醛多功能土壤改良劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多功能土壤改良劑，它具有抵御風蝕水蝕、抑制水分蒸發(fā)以及長效肥料的多重作用，特別適合沙漠化土壤和其它松散結(jié)構(gòu)土壤的全面改良。該土壤改良劑由一種磺化脲醛聚合物乳液和固化劑組成。
磺化脲醛聚合物通常用于建材工業(yè)中作為混凝土塑化劑，具有減少用水、改善水泥和易性等作用，這類磺化脲醛聚合物為高磺化度的水溶性聚合物，例如CN1088592報導的復合磺化脲醛樹脂，其中尿素與復合磺化劑的摩爾比為1∶1～5。美國專利US4793741、US5670567報導了將磺化氨基甲醛聚合物用做土壤改良劑的一個組分，與其它聚合物如聚乙烯醇、脲醛縮合物等共用，得到的組合物具有穩(wěn)定沙土和土壤的作用，所報導的磺化氨基甲醛聚合物也是一種高磺化度(尿素+密胺與磺化劑的摩爾比為1∶0.8～1.2)的水溶性聚合物，在土壤改良劑中起到的主要是一種分散劑的作用。
沙漠化土壤結(jié)構(gòu)松散，易受風蝕，導致沙塵暴頻發(fā)、沙區(qū)植被破壞，從而進一步加劇土地沙漠化，導致惡性循環(huán)，沙漠化面積逐年擴大。因此在植樹種草改良沙漠化土地的同時，有必要對沙漠化土壤進行改良，即提高其對風蝕水蝕的穩(wěn)定性。有機高分子材料通過物理和化學作用可以結(jié)合在土壤顆粒上，并在土壤顆粒間形成架橋作用，可以將細小的土壤顆粒結(jié)合在一起，從而提高了土壤的穩(wěn)定性。在國外，聚丙烯酰胺作為土壤改良劑已大面積推廣應(yīng)用，同時采用其它聚合物如聚丙烯酸類、聚氨酯等改良沙化土壤方面也有報導。這類材料雖然對于穩(wěn)定土壤具有良好的效果，但價格昂貴，應(yīng)用方面受到很大限制。
本發(fā)明針對結(jié)構(gòu)松散且貧瘠的土壤、特別沙化土壤和黃土的改良，目的在于提供一種低成本的土壤改良劑，該土壤改良劑具有穩(wěn)定土壤、長效肥料和抑制水分蒸發(fā)的多重作用。
本發(fā)明的目的是通過以下方案實現(xiàn)的(1)一種磺化脲醛聚合物乳液及其制備方法將甲醛溶液調(diào)節(jié)為堿性，加入尿素和少量密胺(又稱三聚氰胺)(尿素與甲醛的摩爾比為1∶1.5～3.5，尿素與密胺的摩爾比為1∶0.01～0.3)，在60-100℃下反應(yīng)10～60分鐘；再加入少量磺化劑(尿素與磺化劑的摩爾比為1∶0.1～0.5)，反應(yīng)30～120分鐘后，將反應(yīng)體系調(diào)節(jié)為酸性，繼續(xù)反應(yīng)20～120分鐘后，加入堿中和，反應(yīng)0～90分鐘。
磺化劑為堿金屬的亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽或偏重亞硫酸鹽(又稱焦亞硫酸鹽)之一，或它們的混合物，如亞硫酸氫鈉、偏重亞硫酸鈉等。
本方法的主要特征在于低磺化度改性，即磺化劑用量遠低于現(xiàn)有報導；相應(yīng)的改性工藝條件與現(xiàn)有的高磺化度改性工藝條件也不相同；相應(yīng)的產(chǎn)物也不相同，本發(fā)明制備的磺化脲醛聚合物不能夠全部溶于水，產(chǎn)品呈聚合物乳液狀，當固含量為30％時的乳液粘度為1500mPa.s(25℃)以上；而現(xiàn)有報導中制備的是磺化脲醛聚合物水溶液，粘度很低，根據(jù)US5670567中的實例說明，固含量為20％時的溶液粘度僅為1.43～4.38cP(25℃)(注1cP＝1mPa.s)。
(2)制備的聚合物乳液與銨鹽類和/或酸類固化劑一起配制成作為土壤改良劑的組合物。固化劑的用量與聚合物質(zhì)量比為0.1～2∶1；固化劑為各種有機或無機酸如鹽酸、硫酸、磷酸、草酸，或銨鹽類化合物如氯化銨、磷酸氫二銨等，或者上述酸與銨鹽類化合物的混合物。
所制備的土壤改良劑的特點在于(1)成本低，僅為聚丙烯酰胺價格的五分之一；(2)便于施用，所制備的磺化脲醛聚合物本身具有一定的表面活性，可以快速均勻地分散在水中，聚合物乳液稀釋10倍以上后的粘度小于10mPa.s(25℃)，所用固化劑也是快速溶于水的，因此配制并稀釋10倍以上后的土壤改良劑組合物可以方便地用普通灑水裝置噴灑；(3)良好的土壤穩(wěn)定作用，將其噴灑在流動沙土上，用量20g/m2時沙土可以抵抗時速70km的風蝕；(4)長效肥料作用，在本改良劑中銨鹽既作為磺化脲醛的固化劑，又是速效氮肥，而磺化脲醛聚合物中含有近20％的結(jié)合態(tài)氮，經(jīng)自然降解緩慢釋放，又是一種緩釋肥料；(5)改善松散的土壤結(jié)構(gòu)，抑制土壤水分蒸發(fā)。因此本產(chǎn)品是一種多功能的土壤改良劑，并且特別適合用于結(jié)構(gòu)松散、肥料貧乏的沙化土壤和黃土。
針對不同類型的土壤，本土壤改良劑可以單純作為化學固沙劑、沙土穩(wěn)定劑、土壤結(jié)構(gòu)改良劑、水土保持增強劑等使用；也可以單純作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的長效肥料或緩釋肥料使用，并可根據(jù)土壤條件，添加其它有機或無機肥料如鉀肥、磷肥等，以提高其肥效。
為進一步說明本發(fā)明，列舉實例如下實施例1將37％甲醛溶液100mL加熱到60℃，調(diào)節(jié)pH值為9，加入尿素40g和密胺4g，反應(yīng)20分鐘；加入亞硫酸氫鈉12g，升溫至80℃，反應(yīng)60分鐘；調(diào)節(jié)pH值為3.4，繼續(xù)反應(yīng)60分鐘后，加堿中和20分鐘，調(diào)節(jié)固體物含量為30％，測得25℃時的粘度為2480mPa.s。
實施例2將實施例1中的產(chǎn)物60mL與10g氯化銨一起加入3L水中，攪拌均勻，然后均勻噴灑在1m2的沙土表面上，干燥后，用風機以30度角對著沙面鼓風，在風速為70km/h時，未見明顯的風蝕痕跡。
權(quán)利要求
1.一種磺化脲醛聚合物，其特征在于低磺化度(尿素與磺化劑的摩爾比為1∶0.1～0.5)、并采用少量密胺(又稱三聚氰胺)(尿素與密胺的摩爾比為1∶0.01～0.3)來提高聚合物的分子量和交聯(lián)度。
2.如權(quán)利要求1所述的聚合物乳液的制備方法，其特征在于，將甲醛溶液調(diào)節(jié)為堿性，加入尿素和少量密胺(又稱三聚氰胺)(尿素與甲醛的摩爾比為1∶1.5～3.5，尿素與密胺的摩爾比為1∶0.01～0.3)，在60-100℃下反應(yīng)10～60分鐘；再加入少量磺化劑(尿素與磺化劑的摩爾比為1∶0.1～0.5)，反應(yīng)30～120分鐘后，將反應(yīng)體系調(diào)節(jié)為酸性，繼續(xù)反應(yīng)20～120分鐘后，加入堿中和，反應(yīng)0～90分鐘。
3.如權(quán)利要求2所述的聚合物乳液的制備方法，磺化劑是堿金屬的亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽或偏重亞硫酸鹽(又稱焦亞硫酸鹽)之一，或它們的混合物。
4.如權(quán)利要求2所述的聚合物乳液，其特征在于高濃度時的高粘度(30％固體物含量時的粘度為1500mPa.s以上(25℃))、稀釋后的低粘度(稀釋10倍后的粘度為10mPa.s(25℃)以下)。
5.一種土壤改良劑，其特征在于由所述的聚合物乳液和固化劑等兩個組分配制而成，固化劑的用量與聚合物質(zhì)量比為0.1～2∶1。
6.如權(quán)利要求5所述的土壤改良劑，固化劑是各種有機或無機酸如鹽酸、硫酸、磷酸、草酸，或銨鹽類化合物如氯化銨、磷酸氫二銨，或者上述酸與銨鹽類化合物的混合物。
7.如權(quán)利要求5所述的土壤改良劑，該土壤改良劑具有穩(wěn)定土壤、抑制水分蒸發(fā)和長效肥料等多重功能，并具有成本低、便于施用等特點。
8.如權(quán)利要求5所述的土壤改良劑，單純作為化學固沙劑、沙土穩(wěn)定劑、土壤結(jié)構(gòu)改良劑、水土保持增強劑等的具體應(yīng)用。
9.如權(quán)利要求5所述的土壤改良劑，單純作為長效肥料或緩釋肥料的具體應(yīng)用。
10.如權(quán)利要求5所述的土壤改良劑，通過添加其它有機或無機肥料如鉀肥、磷肥等，以提高其肥效為目的的組合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多功能土壤改良劑的制備方法。該土壤改良劑由價格低廉的尿素、甲醛原料和少量密胺(又稱三聚氰胺)出發(fā)，經(jīng)羥甲基化、低磺化度改性、縮聚和中和等步驟，制備高粘度的聚合物乳液。該乳液與固化劑組分構(gòu)成所述的土壤改良劑，該土壤改良劑用水稀釋后噴灑在土壤表面，具有抵御風蝕水蝕、抑制水分蒸發(fā)以及長效肥料的多重作用，特別適合沙漠化土壤和其它松散結(jié)構(gòu)土壤的全面改良。
文檔編號C09K17/14GK1412273SQ01134040
公開日2003年4月23日 申請日期2001年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月15日
發(fā)明者李建法, 宋湛謙 申請人:中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所