[發(fā)明專利]一種提高高分子類化學(xué)固沙劑固沙層滲水速率且降低吸水率的聚合物、制備方法及應(yīng)用

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2011-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102206298A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-10-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬育紅;蘇鵬;楊萬(wàn)泰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F220/06
• 分類號(hào): C08F220/06;C08F220/56;C08F220/22;C09K17/18;C09K105/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，涉及一種(甲基)丙烯酸及丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸氟代烷基酯的聚合物，利用此聚合物水溶液噴灑高分子類化學(xué)固沙劑固沙層，可以提高固沙層的滲水速率且降低其吸水率，同時(shí)在聚合物水溶液中加入水溶性多價(jià)金屬鹽，可以提高高分子類化學(xué)固沙劑固沙層的耐水性。

背景技術(shù)：

高分子類化學(xué)固沙材料是20世紀(jì)60年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型化學(xué)固沙材料，使用高分子聚合物固定流沙，施工簡(jiǎn)便，可改善勞動(dòng)條件和縮短工期，其效力較其它化學(xué)材料顯著和穩(wěn)定。其中脲醛樹(shù)脂是目前價(jià)格最為低廉的合成高分子材料，國(guó)外曾將其改性材料作為土壤穩(wěn)定劑中的分散劑組分(Plastic?Materialfor?Stabilizing?Soils：US，19703495412[P])。脲醛膠粘劑本身粘度較大且水溶性差，難以均勻方便地施用在沙土中，因此并不是實(shí)用的固沙材料。聚丙烯酰胺可以提高土壤的聚集度，防止水土流失，在美國(guó)西部，應(yīng)用聚丙烯酰胺作為土壤改良劑已推廣到20萬(wàn)公頃。基于聚丙烯酰胺在沙土穩(wěn)定方面取得的成功，人們利用分子設(shè)計(jì)的原理制備了PVA、PAA、PVAc，以及一些新型高分子聚合物，試驗(yàn)表明，它們都具有一定的固沙效果(生物質(zhì)化學(xué)工程，2006，40(3)，pp44-47)。1980年，中國(guó)科學(xué)院蘭州沙漠研究所(中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2004，15(2)，pp78-81)選用PVA、PAA、PVAc、PAN進(jìn)行了固沙研究工作，認(rèn)為PVA、PVAc乳液是較優(yōu)良的化學(xué)固沙材料。由蘭州大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的LD系列新型高分子巖土膠結(jié)材料，具有粘度低，凝膠時(shí)間易控制，無(wú)毒性，遇水可無(wú)限稀釋的優(yōu)點(diǎn)，還有良好的物理、力學(xué)性能及很寬的形成條件。韓致文(環(huán)境?科學(xué)，2000，2(5)，pp86-88)等研制了4種不同品種和配方的高分子材料固沙劑LVA、LVP、WBS、STB，并結(jié)合塔里木沙漠公路的沙害環(huán)境，對(duì)固沙劑理化性能、粘結(jié)體力學(xué)性能和抗風(fēng)蝕性能等進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)定結(jié)果表明，4種固沙劑有良好的適應(yīng)性，在現(xiàn)場(chǎng)初步固沙試驗(yàn)中，固沙劑噴灑后固結(jié)速度快，固結(jié)層強(qiáng)度較高，固沙效果明顯，是理想的優(yōu)良固沙材料。王銀梅等(巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(增2)，pp2883-2887)通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)，研制了SH新型高分子化學(xué)固沙材料，研究了其固化沙體的強(qiáng)度及相關(guān)特征，并采用紅外光譜、掃描電鏡結(jié)合電子能譜等現(xiàn)代分析方法，從微觀上探討了SH固沙強(qiáng)度形成的機(jī)理。

但是目前的一些化學(xué)固沙材料僅僅只能夠起到固沙的作用，而為了盡快地恢復(fù)植被生物，固沙劑需要有良好的水滲透性以及防止水蒸發(fā)的作用。這個(gè)功能是目前高分子類化學(xué)固沙劑所不具備的，這樣就會(huì)導(dǎo)致沙漠植被因缺水而無(wú)法存活，從而影響到植物的生長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提出了一種新的化學(xué)固沙思路。針對(duì)沙漠蒸發(fā)特點(diǎn)，從改進(jìn)傳統(tǒng)高分子類化學(xué)固沙劑的性能出發(fā)，利用高分子類化學(xué)固沙劑將沙層固定，然后用(甲基)丙烯酸及丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸氟代烷基酯的聚合物為功能化處理劑，在固化的沙粒團(tuán)聚體的孔隙間形成疏水的通道，讓降水快速地滲透到保水層以下。同時(shí)，這種疏水涂層也可以阻止沙漠深層的水分通過(guò)毛細(xì)作用向蒸發(fā)層的運(yùn)動(dòng)，以在實(shí)現(xiàn)固沙的同時(shí)，充分地利用降水。

本發(fā)明所述的一種提高高分子類化學(xué)固沙劑固沙層滲水速率且降低吸水率的(甲基)丙烯酸及丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸氟代烷基酯的聚合物的結(jié)構(gòu)可以用下式表示：

其中R`為氫原子或甲基，R為氫原子或甲基，n和m為整數(shù)，n＝1～3，m＝0～6，x、y、z為整數(shù)，其中x：(x+y+z)＝0.5％～50％，含氟單體中含有大量的氟基團(tuán)，使得聚合物有較強(qiáng)的疏水性能。因此通過(guò)聚合物水溶液的浸潤(rùn)后可以在沙粒表面形成一層含氟包覆層，從而提高固結(jié)層的滲水速率并降低其吸水率，再用水溶性多價(jià)金屬鹽溶液浸潤(rùn)沙柱，通過(guò)多價(jià)金屬離子的交聯(lián)作用，提高沙柱的耐水性能。

聚合物合成：將(甲基)丙烯酸及丙烯酰胺單體、(甲基)丙烯酸氟代烷基酯單體以及引發(fā)劑溶于丁酮中，采用自由基聚合方法，引發(fā)劑采用過(guò)氧類或偶氮類自由基引發(fā)劑。含氟單體的含量為0.5％～50％(摩爾濃度)，(甲基)丙烯酸及丙烯酰胺的含量為50％～99.5％(摩爾濃度)。

上述聚合物用于提高固沙層滲水速率且降低吸水率的應(yīng)用方法：將含氟聚合物溶于水中，配成質(zhì)量濃度為0.5％～10％的溶液，或者并加入含氟聚合物質(zhì)量1～20％的水溶性多價(jià)金屬鹽作為交聯(lián)劑；將第二步制備的含氟聚合物水溶液噴灑于或浸潤(rùn)高分子類化學(xué)固沙劑固結(jié)的沙層。