專利名稱：一種控溫型水土保持控制劑及生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)用控溫型水土保持控制材料，特別是一種可用控制南方的水土流失和北方的風(fēng)蝕的高分子復(fù)合材料。
背景技 術(shù)水土流失是全世界面臨著的一個嚴重的問題，尤其是在降水量少，輻射高，高溫及水分蒸發(fā)率較高的一些地區(qū)，這些地區(qū)由于土壤機構(gòu)疏松及土壤團聚結(jié)構(gòu)差，表土經(jīng)常存在細小土壤顆粒，這些細小的顆粒容易被風(fēng)吹動，從而形成沙塵爆，甚至引起沙丘移動。
土壤的結(jié)構(gòu)決定了它的性質(zhì)，比如對水的通透性、土壤的孔隙率、硬皮的形成及負載能力等。所以改善土壤結(jié)構(gòu)將會減少風(fēng)雨對土壤的侵蝕，減少水分蒸發(fā)，增加土壤顆粒內(nèi)部與外部的連接，增加土壤的滲透率，減少地表徑流。在流動沙丘的固定、沙塵爆的防治、城市周圍表土的固定、采礦區(qū)與農(nóng)田表土的固持等領(lǐng)域，改進土壤結(jié)構(gòu)是非常需要的。
為了克服以上不同原因造成的水土流失控制問題，有關(guān)通過化學(xué)手段固定土壤的研究已有文獻中報道。代表性地報道的大致有兩個目的，一個是改進土壤結(jié)構(gòu)，另一個是提高土壤的承載能力。這些目標可以通過添加不同的土壤添加劑、土壤調(diào)節(jié)劑、土壤改良劑等來實現(xiàn)。例如，一些化學(xué)成分添加到土壤中可同時行使幾方面的功能改進了表土的不同土壤顆粒之間的連接強度、土壤的團粒結(jié)構(gòu)、以及對水的通透性；而另外一些材料可以控制土壤的水土流失、土壤水分的蒸發(fā)、地表徑流等。一種比較理想的高分子材料應(yīng)該是利用該材料處理后的土壤應(yīng)該具有較好的對水的通透性；減少水的徑流損失；減少雨水和風(fēng)對土壤的侵蝕；有利于植物的生長；它應(yīng)當很容易使用-容易分散到土壤里(除了與土壤機械性地混合之外，它最好是水溶性的能夠被噴施在土壤表面)。同時除了具有以上功能之外，這種高分子材料應(yīng)該是成本低、環(huán)保和可降解、作用時間也要比較長，以利于植被的生長。
然而，在目前已經(jīng)實現(xiàn)商品化的一些土壤水土流失控制劑中還存在一些問題。一些產(chǎn)品價格昂貴，難以大面積推廣應(yīng)用，例如，聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、丙烯酸聚合體，苯乙烯丁二烯樹脂，聚亞安酯等。另外一些水土流失控制劑由于使用后，在地表形成一層膜，這種膜不允許水從地表向下的滲透，例如瀝青、聚醋酸乙烯酯、聚亞安酯等產(chǎn)品，不利于植物的生長。還有一些材料由于功能單一，且在降解過程中分解出一些有害的物質(zhì)，如聚亞安酯，聚丙稀酰胺釋放有毒的丙烯酰胺單體，不適合推廣應(yīng)用。
文獻中已有一些利用尿素甲醛樹脂用來固定土壤的工作報道。例如，2.53的尿素-甲醛緩釋樹脂材料可顯著改善沙子結(jié)構(gòu)。配有交聯(lián)劑的脲醛樹脂也用來穩(wěn)定沙土，使用交聯(lián)劑是為了使脲醛樹脂溶液溶解度漸低到零，從而阻止它從沙子中滲漏流失。例如，通過帶有各種不同比例的鹽酸，明礬等交聯(lián)劑的脲醛樹脂來穩(wěn)固沙土。
盡管大部分的研究報道了有關(guān)脲醛樹脂作為土壤穩(wěn)定劑的應(yīng)用，但仍然存在一些缺點。脲醛樹脂需要較高的使用量才能達到理想的效果。這樣使得投入變高。另外，脲醛樹脂僅僅用于有限的土壤類型。
一些報道還揭示了磺化氨基甲醛，聚陰離子縮合物作為土壤穩(wěn)定劑的使用。這些聚陰離子縮合物與聚乙烯醇結(jié)合可固定土壤，這種復(fù)合物在固定像移動沙丘上的沙子的效果是很明顯。然而，聚乙烯醇價格貴，并且不易溶水，推廣應(yīng)用存在一定困難。
所以，本項發(fā)明的一個目的是克服以上缺點，提供一種可固定象沙丘等土壤類型的高分子材料，同時通過不同劑型的選擇，控制土壤溫度。該材料相對經(jīng)濟和環(huán)保、容易使用、性能和儲存穩(wěn)定，同時具有營養(yǎng)、緩釋等多種功能。
作用機理。由于磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂是一種聚陰離子的高分子材料，具有較強的擴散能力，噴在上壤表面后，包裹在土壤顆粒周圍，并賦予給土壤顆粒負電荷，導(dǎo)致土壤基質(zhì)結(jié)構(gòu)的重排，在其它填加材料的幫助下，使得土壤顆粒內(nèi)部和顆粒之間的連接更加緊密，增加了土壤基質(zhì)對外部侵蝕的抵抗能力，在此高分子材料的基礎(chǔ)上，通過添加具有營養(yǎng)與生溫作用的腐植酸鉀或碳黑，在春季低溫季節(jié)增加土壤溫度；在夏季高溫季節(jié)，通過選擇添加高嶺土等材料的該類型制劑，降低土壤溫度，以利于植物生長發(fā)育。
該水土保持控制劑的主要功能1、控制水土流失，使用后可防止因降水等造成的水土流失，因大風(fēng)而產(chǎn)塵的風(fēng)蝕，對沙塵暴的防治具有一定的效果；2、根據(jù)劑型不同可提高或降低土壤溫度；3、改善土壤的團粒結(jié)構(gòu)；4、降低土壤水分蒸發(fā)；5、緩釋營養(yǎng)成分，有助于植物的生長發(fā)育；發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明中磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂(脲-蜜胺甲醛樹脂)合成過程、復(fù)配過程和用其處理和固定土壤的表面的過程，包括下面的步驟。
濃度為37％左右的甲醛溶液在溫度為80℃左右，pH為10-12下與尿素三聚氰胺按1.2∶1-4.5∶1的重量比混合，直到所有的尿素三聚氰胺完全溶解。加入磺化劑焦亞硫酸鈉，焦亞硫酸鈉與尿素三聚氰胺的重量比控制在1.2∶1-3.8∶1的范圍。溶液的溫度仍然維持在80℃，反應(yīng)60分鐘。通過添加無機酸使溶液的PH值調(diào)整到3.0-4.0，聚合反應(yīng)60分鐘左右。通過添加氫氧化物使溶液的pH值調(diào)整到8左右，溶液溫度仍然維持原來的不變繼續(xù)40-100分鐘。最后溶液被冷卻到室溫，得到磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂。
升溫劑型制作。先按照磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂固含量的1～15％的比例稱取腐植酸鉀和或碳黑，向其中加入水(重量比腐植酸鉀和(或)碳黑∶水＝1∶2)，通過砂磨機將其磨細，將溶解后的該水溶液加入到高分子聚合物中，用攪拌機充分攪拌，得到升溫型水土保持控制劑。
降溫型水土保持控制劑。先按照磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂固含量的1～15的比例稱取高嶺土，向其中加入水(重量比高嶺土∶水＝1∶2)，通過砂磨機將其磨細，將溶解后的該水溶液加入到高分子聚合物中，用攪拌機充分攪拌，得到降溫型水土保持控制劑。
根據(jù)最終應(yīng)用需要，添加一些無機鹽，如四硼酸鈉、磷酸二氫鉀，硝酸鉀，形成最終的水土保持控制劑，所形成的復(fù)合物可用傳統(tǒng)的噴霧設(shè)備(如噴撒農(nóng)藥用的噴霧器)噴灑在土壤的表面，或者將其與土壤機械性地混合。使用比例可按照沙土重量的0.1-3％的數(shù)量與沙土混合(復(fù)合物的濃度在1-15％的任何濃度范圍)，或按5-200gm固含量/m2噴射到土壤上。
具體實施例方式
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點1、該高分子材料以尿素等為基本材料，對環(huán)境沒有任何污染，同時還具有一定的營養(yǎng)作用。
2、在春季低溫的季節(jié)，通過噴施增溫型的水土保持控制劑，增加土壤溫度，有利于植物生長，在夏季高溫季節(jié)通過噴施降溫型的水土保持控制劑降低土壤溫度，有利于植物生長發(fā)育，同時減少植物病害的發(fā)生幾率。
3、控制水土流失和土壤水分蒸發(fā)效果顯著；4、可降解，降解過程中不會產(chǎn)生有害物質(zhì)；5、產(chǎn)品價格便宜；6、容易使用，采用普通噴霧器即可。
權(quán)利要求
1.一種具有改善土壤結(jié)構(gòu)、防止水土流失、降低水分蒸發(fā)、調(diào)節(jié)土壤溫度、營養(yǎng)等特點的高分子化學(xué)材料的合成、復(fù)配與使用的方法與工藝。
2.根據(jù)權(quán)益要求1的要求，聚合物的主要由水溶性的磺化尿素-三聚氰胺甲醛(磺化脲-蜜胺甲醛樹脂)樹脂組成，固含量占1-60％。
3.根據(jù)權(quán)利1要求，控溫材料中增溫材料主要通過加入腐植酸鉀、碳黑等材料后復(fù)配而成；添加比例為以上高分子材料固含量的1～15％。
4.根據(jù)權(quán)利1要求，降溫材料主要由高嶺土、硼潤土組成，通過將降溫材料與磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂復(fù)合，形成降溫型水土保持控制材料，使用比例為磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂固含量的1～15％。
5.根據(jù)權(quán)益2要求，在磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂組成中，甲醛與尿素-三聚氰胺的重量比為1.2∶1.0～4.5∶1.0。
6.按權(quán)利2要求，磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂組成中，磺化劑選用焦亞硫酸鈉，焦亞硫酸鈉與尿素三聚氰胺的重量比為1.2∶1.0～3.8∶1.0。
7.根據(jù)權(quán)利2要求，在磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂組成中，尿素與尿素-三聚氰胺的重量比在0.2∶1.0-2.0∶1.0。
8.根據(jù)權(quán)利1要求，養(yǎng)分材料如磷酸鉀、硝酸鉀、氯化鉀等材料，使用量為高分子材料中磺化尿素-三聚氰胺甲醛樹脂固含量的1～15％。
9.根據(jù)權(quán)益1要求，該材料的使用方法包括將該材料與土壤混合使用；將該材料加入一定量的水后，均勻噴施在土壤表層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水土保持控制使用的高分子復(fù)合材料，使用后可以減少各種水土流失，包括水土侵蝕、風(fēng)蝕等，其組成主要以水溶性的聚陰離子成份－磺化尿素三聚氰胺甲醛樹脂(磺化脲－蜜胺甲醛樹脂)，將該縮合物與一定比例的腐植酸鉀和(或)碳黑混合，得到增溫型水土保持控制劑，將該縮合物與高嶺土類物質(zhì)按一定比例混合，得到降溫型水土保持控制劑；通過向該縮合物中加入磷酸鉀、氯化鉀、硼砂等，該高分子材料具有了更多的營養(yǎng)功能。這種成分的水合溶液噴射到土壤表面或機械性地混合改進了土壤結(jié)構(gòu)，處理后的土壤增強了對風(fēng)，雨水的抵抗力，可以提高或降低土壤的溫度。此外，這種材料也提供了植物所需要的氮，磷，鉀營養(yǎng)成分，為植物生長提供了有利條件。
文檔編號C09K17/40GK1417288SQ0215355
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者李玉中, 韓麗青 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所