一种环保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法
【专利说明】一种环保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种环保型固沙材料及其固沙方法，尤其涉及一种具有高强度、高保水量的聚氨酯复合固沙材料的制备方法及固沙方法，可用于荒漠化治理、边坡生态防护及水土流失防治等相关领域。
[0003]
【背景技术】
[0004]当前生态环境的日益恶化对固沙材料提出新的需求，迫切需要切实可行、行之有效的防沙固沙技术，特别是对新型高性能固沙材料的需求迫在眉睫。目前，国内外用于固沙的材料主要有水泥浆、水玻璃浆液、石油类产品及高分子聚合物，其中高分子聚合物中由于具有掺量较少、运输方便、施工简单、固化效果稳定、生态环保等优势而备受关注。在众多高分子聚合物固沙材料中，具有高抱水量聚氨酯固沙材料因其机械强度高、性能调控范围广、成本低、施工方便、生态环保等优势成为研宄热点，聚氨酯类固沙材料可作为一种优异的高分子聚合物固沙材料，广泛适用于荒漠化治理、边坡生态防护、防治水土流失等领域，这方面的专利包括 CN200910183002.8、CN201110106789.5、CN201310277736.9、CN201110350483.4、CN201110185207.7、CN201110376075.6、CN201210479749.X、CN200810135883.UCN201210479750.2、CN201110106794.6。尽管聚氨酯类固沙材料已取得一定的进展，但仍存在如下问题:合成工艺复杂，成本高，固结沙层强度低、保水量低，在低成本与高性能上难于实现统一，大规模推广应用受阻。
[0005]为克服上述问题，本发明开发了一种基于正(ABA型)反(BAB型)型聚氨酯预聚体的聚氨酯复合固沙材料。利用正反型聚氨酯分子结构之间强劲而致密的物理相互作用，通过优化分子结构，合成了具有高保水量(最高可达自身体积的40倍)、高机械强度、优异乳化性能的聚氨酯固沙材料。该聚氨酯固沙材料以水为固化剂，与水反应后可形成力学性能优良的高弹性凝胶体，具有高度安全性。由于其施工工艺简单，成本低，可望在实际生产中得到大规模应用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种高保水量、高强度、低成本的聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法，克服现有技术合成工艺复杂、成本高、固结沙层强度低、保水量低等缺点，有效解决荒漠化、水土流失及扬尘等问题。
[0007]本发明技术方案为:
该环保型聚氨酯复合固沙材料以下组分构成:水、聚氨酯固沙剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂及或植生料；其中，聚氨酯固沙剂为ABA型聚氨酯预聚体和BAB型聚氨酯预聚体的等质量混合物，ABA型聚氨酯预聚体和BAB型聚氨酯预聚体分别由分子量为1000-10000的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇(ABA型)和聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇(BAB型)与二异氰酸酯化合物在50-80°C下反应后制得，所述二异氰酸酯化合物的加入量以保证嵌段多元醇中羟基完全反应为基准，优选异氰酸酯基团与羟基的摩尔比为2:1-4:1,嵌段多元醇中聚乙二醇的含量为50-90%，有关上述聚氨酯固沙剂的合成方法还可参考中国发明专利“一种化学固沙用聚氨酯预聚体的制备方法”(CN201510171421.5)。
[0008]固沙方法包含以下步骤:将水、聚氨酯固沙剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂及或植生料按一定比例混合均匀后，将混合液喷洒在沙土上，在沙土表面形成固化层。
[0009]所述聚氨酯固沙剂的质量浓度为2-10%，抗氧化剂的质量浓度为0.1-1%，紫外线吸收剂的质量浓度为0.1-1%。
[0010]所述抗氧化剂为四(β- (3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇、双[β (3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸]三甘醇酯、三(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)异氰尿酸酯、2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或几种混合物，
所述紫外线吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2-( 2’-羟基-3’，5’-二[1，1-二甲基苯基])-苯并三唑。
[0011]所述植生料包含植物种子及肥料。
[0012]所述固沙材料喷洒在沙土表面上后，形成的固化层为多孔结构。
[0013]与现有技术相比，本发明有如下优点:
本发明聚氨酯复合固沙材料与各种土质均具有优良的粘接能力，所形成的固结层具有优异的力学性能，优异的抗水解、抗酸碱及抗盐蚀能力，耐久性优良；能在各种水质中乳化及与水反应凝胶固化，迅速形成保水性好的弹性凝胶体，与水反应后无有毒成分残留，具有高度安全性，无二次污染；形成的固结层为致密多孔结构，保水量高，有利于植物的生长。此夕卜，本发明施工工艺简单，成本低，实用性强，可作为一种优异的化学固沙材料，应用前景广阔。
[0014]
【具体实施方式】
[0015]通过下述实施例将有助于理解本发明，但不限制本发明的内容。
[0016]以下实施例中EPE代表聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇(ABA型)嵌段多元醇，PEP代表聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇(BAB型)，PEO代表聚乙二醇。
[0017]实施例1:
于反应瓶中加入1g EPE型多元醇(Mn=1000，PEO wt%=90%)，120°C真空脱水2h，降温至50°C，加入甲苯二异氰酸酯7.0g，50°C反应2h，降至室温，加入4mL的丙酮，搅拌均匀，既得ABA型聚氨酯预聚体。另一反应瓶中加入1g PEP型多元醇(Mn=1000，PEO wt%=90%)，120°C真空脱水2h，降温至50°C，加入甲苯二异氰酸酯3.48g，50°C反应2h，降至室温，加入
3.5mL的丙酮，搅拌均匀，既得BAB型聚氨酯预聚体。将上述所制备的ABA型聚氨酯预聚体和BAB型聚氨酯预聚体等质量混合，搅拌均匀制得聚氨酯固沙剂，密封保存。
[0018]取上述聚氨酯固沙剂1g于搅拌下加入到490g水中，依次加入四(β - (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇0.5g，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.5g，搅拌均匀，按3L/m2的喷洒量喷洒在沙土上，测试固结后沙土的无侧限抗压强度为86KPa。
[0019]实施例2
于反应瓶中加入20g EPE型多元醇(Mn=10000，PE0 wt%=50%)，120°C真空脱水2h，降温至60°C，加入甲苯二异氰酸酯2.8g，80°C反应2h，降至室温，加入5.8mL的丙酮，搅拌均匀，既得BAB型聚氨酯预聚体。另一反应瓶中加入20g PEP型多元醇(Mn=10000，PEO wt%=50%)，120°C真空脱水2h，降温至60°C，加入甲苯二异氰酸酯1.39g，80°C反应2h，降至室温，加入5.5mL的丙酮，搅拌均匀，既得ABA型聚氨酯预聚体。将上述所制备的ABA型聚氨酯预聚体和BAB型聚氨酯预聚体等质量混合，搅拌均匀制得聚氨酯固沙剂，密封保存。
[0020]取上述聚氨酯固沙剂1g于搅拌下加入到190g水中，依次加入四(β - (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇0.5g，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.5g，搅拌均匀，按3L/m2的喷洒量喷洒在沙土上，测试固结后沙土的无侧限抗压强度为120KPa。
[0021]实施例3:
于反应瓶中加入20g EPE型多元醇(Mn=6000，PEO wt%=80%)，120°C真空脱水2h，降温至60°C，加入甲苯二异氰酸酯3.5g，60°C反应2h降至室温，加入5.8mL的丙酮，搅拌均匀，既得ABA型聚氨酯预聚体。另一反应瓶中加入20g PEP型多元醇(Mn=6000，PE0 wt%=80%)，120°C真空脱水2h，降温至60°C，加入甲苯二异氰酸酯1.74g，60°C反应2h，降至室温，加入
5.6mL的丙酮，搅拌均匀，既得BAB型聚氨酯预聚体。将上述所制备的ABA型聚氨酯预聚体和BAB型聚氨酯预聚体等质量混合，搅拌均匀制得聚氨酯固沙剂，密封保存。
[0022]取上述聚氨酯固沙剂1g于搅拌下加入到90g水中，依次加入四(β - (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇0.3g，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.3g，搅拌均匀，按3L/m2的喷洒量喷洒在沙土上，测试固结后沙土的无侧限抗压强度为180KPa。
【主权项】
1.一种环保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法，其特征在于: 1)该环保型聚氨酯复合固沙材料由以下组分构成:水、聚氨酯固沙剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂及或植生料；其中，聚氨酯固沙剂为ABA型聚氨酯预聚体和BAB型聚氨酯预聚体的等质量混合物，ABA型聚氨酯预聚体和BAB型聚氨酯预聚体分别由分子量为1000-10000的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段多元醇(ABA型)和聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇嵌段多元醇(BAB型)与二异氰酸酯化合物在50-80°C下反应后制得，所述二异氰酸酯化合物的加入量以保证嵌段多元醇中羟基完全反应为基准，优选异氰酸酯基团与羟基的摩尔比为2:1-4:1，嵌段多元醇中聚乙二醇的含量为50-90% ； 2)固沙方法包含以下步骤: 将水、聚氨酯固沙剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂及或植生料按一定比例混合均匀后，将混合液喷洒在沙土上，在沙土表面形成固化层。
2.根据权利要求书I所述的一种环保保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述聚氨酯固沙剂的质量浓度为2-10%，抗氧化剂的质量浓度为0.1_1%，紫外线吸收剂的质量浓度为0.1-1%。
3.根据权利要求书I所述的一种环保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述抗氧化剂为四(β- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇、双[β (3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸]三甘醇酯、三(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)异氰尿酸酯、2,6- 二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或几种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种环保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述紫外线吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2-( 2’ -羟基-3’，5’ - 二 [1，1- 二甲基苯基])-苯并三唑。
5.根据权利要求1所述的一种环保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述植生料包含植物种子及肥料。
6.根据权利要求1所述的一种环保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法，其特征在于所述固沙材料喷洒在沙土表面上后，形成的固化层为多孔结构。
【专利摘要】本发明涉及一种环保型聚氨酯复合固沙材料及其固沙方法，主要特征为：将水、聚氨酯固沙剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂及或植生料按一定比例混合均匀后，将混合液喷洒在沙土上，在沙土表面形成固化层。其中，聚氨酯固沙剂为ABA型聚氨酯预聚体和BAB型聚氨酯预聚体的等质量混合物，质量浓度为2-10%。其优点在于：所形成的固结层具有优异的力学性能，耐久性优良；与水反应后无有毒成分残留，具有高度安全性，无二次污染；形成的固结层为致密多孔结构，保水量高，有利于植物的生长。此外，本发明施工工艺简单，成本低，实用性强，可作为一种优异的化学固沙材料，适用于荒漠化治理、边坡生态防护及水土流失防治等相关领域。
【IPC分类】E02D3-12, C09K17-30
【公开号】CN104845631
【申请号】CN201510174281
【发明人】穆有炳, 仝利, 万晓波, 李红莲, 高旭光
【申请人】中国科学院青岛生物能源与过程研究所, 青岛润国生态科技发展有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月14日