自缔合型阳离子聚合物包覆腐殖酸固沙缓释剂及其制备方法与流程

本发明属于化学固沙领域，涉及一种具备保水、固沙、改良土壤环境的固沙剂，尤其涉及自缔合型阳离子聚合物包覆腐殖酸固沙缓释剂及其制备方法。

背景技术

由于某些地区干旱少雨，导致大量土地沙漠化，甚至是荒漠化，这些地区易产生沙尘灾害，为此需要投入巨资进行沙害治理。沙漠化甚至是荒漠化地区主要是细沙粒，主要由二氧化硅和石英砂组成，基本不含有机质，无粘性，不保水，不保肥。

现有化学固沙方法均是靠固沙剂与沙粒之间的粘结性进行固沙，固沙效果差，且只是纯粹的对土壤进行固结，而没有对土壤进行改良以达到种植农作物的目的。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供自缔合型阳离子聚合物包覆腐殖酸固沙缓释剂及其制备方法，实现对沙漠化土壤的保水、固沙、改良土壤肥力的目的，其制备工艺简单，成本低廉，使用方便。

本发明是通过以下技术方案来实现：

自缔合型阳离子聚合物包覆腐殖酸固沙缓释剂，采用三维网络状结构的阳离子聚丙烯酰胺包覆腐殖酸得到，原料包括：丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂、交联剂、腐殖酸盐；按照质量份数计，丙烯酰胺8～12份，丙烯酸丁酯1～2份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵6～10份，腐殖酸盐1～5份；按照质量百分比计，引发剂用量为丙烯酰胺、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵总质量的1～2％，交联剂用量为丙烯酰胺、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵总质量的0.2～0.3％。

优选的，引发剂为过硫酸钾，交联剂为n，n-亚甲基双丙烯酰胺。

优选的，腐殖酸盐采用腐殖酸钾或腐殖酸钠。

一种自缔合型阳离子聚合物包覆腐殖酸固沙缓释剂的制备方法，以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸丁酯为单体，加入交联剂和引发剂，通过胶束聚合法制得三维网络状结构的阳离子聚丙烯酰胺；向阳离子聚丙烯酰胺中加入腐殖酸盐溶液，得到包覆物，烘干粉碎，得到固沙缓释剂。

优选的，包括如下步骤：

步骤1，溶解、混合；将丙烯酰胺、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶于水中，混合均匀；

步骤2，聚合；向步骤1得到的溶液中加入引发剂，再加入交联剂，混合均匀，引发聚合反应，得三维网状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液；

步骤3，包覆；向三维网状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液中加入腐殖酸盐溶液，使阳离子聚丙烯酰胺对腐殖酸分子进行包覆，得到包覆物；

步骤4，烘干粉碎；将包覆物烘干、粉碎，得到固沙缓释剂。

进一步的，步骤1中，溶解和混合操作在氮气气氛下45～55℃条件下进行。

进一步的，步骤2中，聚合反应的温度为55～65℃，时间为8～10h。

进一步的，步骤4中，干燥是在80℃下烘干24h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的疏水缔合阳离子聚合物包覆腐殖酸固沙缓释剂，采用三维网络状结构的阳离子聚丙烯酰胺包覆腐殖酸得到，通过固沙缓释剂本身所带阳离子与沙粒表面阴离子形成静电作用，从而达到固沙目的，相比靠单纯的粘结作用固沙效果更好。阳离子聚丙烯酰胺本身是三维网状结构，具有一定的亲水、保水性能，而且腐殖酸本身具有一些亲水官能团，因此所得固沙缓释剂具有保水作用。且腐殖酸具有增加土壤的养分、改良土壤的能力，具有保肥作用，故宜于固沙应用，阳离子聚丙烯酰胺包覆腐殖酸让其具有一定的肥料特性。由于阳离子聚丙烯酰胺形成的树脂层是三维网络状的，具有多孔结构，可以对腐殖酸有一定的缓释作用，腐殖酸慢慢释放起到改良土壤的作用。

本发明的制备方法利用包覆技术，使丙烯酰胺先进行聚合然后对腐殖酸进行包覆。工艺简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明固沙缓释剂的制备过程示意图。

图2为本发明固沙缓释剂的固沙原理图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明所述自缔合型阳离子聚合物包覆腐殖酸固沙缓释剂，以丙烯酰胺(am)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)、丙烯酸丁酯(ba)为单体，以水为分散介质，采用引发剂和交联剂，通过胶束聚合法制得am/dmc/ba三元共聚物，形成三维网络状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液，以腐殖酸盐为溶质，以水为溶剂，制备腐殖酸盐溶液，让得到的聚合物对腐殖酸分子进行包覆，最后将得到的包覆物进行烘干粉碎，可得固沙缓释剂。制备过程如图1所示。

具体包括以下步骤，所有物质均为质量份数：

(1)溶解、混合

取去离子水、丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，加入三口烧瓶中，水浴加热，通氮气，进行搅拌，升温至45-55℃；

(2)聚合

待步骤(1)充分搅拌15min后，缓慢滴加用去离子水溶解的引发剂，升高温度至55～65℃，然后加入用去离子水溶解的交联剂，并搅拌使其充分混合，反应8-10h，即得三维网状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液。

(3)包覆

待上述过程完成后，对其滴加用去离子水溶解的腐殖酸盐，使阳离子聚丙烯酰胺对腐殖酸分子进行包覆，得到包覆物。

(4)烘干粉碎

待上述包覆过程完成后，取出包覆物在80℃下烘干24h，取出进行粉碎，即得固沙缓释剂。

步骤(1)中，丙烯酰胺8～12份，丙烯酸丁酯1～2份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵6～10份，腐殖酸盐熔液10～50份，其中，腐殖酸盐熔液中腐殖酸盐为1～5份。引发剂占单体总质量的1～2％，交联剂占单体总质量的0.2～0.3％。

本发明以过硫酸钾为引发剂，以n，n-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，腐殖酸盐采用腐殖酸钾或腐殖酸钠。

具体实施例如下。

实施例1

(1)溶解、混合

取去离子水80份、8份丙烯酰胺、1份丙烯酸丁酯、6份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，加入三口烧瓶中，水浴加热，通氮气，进行搅拌，升温至45℃。

(2)聚合

待步骤(1)充分搅拌15min后，缓慢滴加用30份去离子水溶解的过硫酸钾0.15份，升高温度至65℃，然后用20份去离子水溶解的n，n-亚甲基双丙烯酰胺0.03份，并搅拌使其充分混合，反应8h，即得三维网状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液。

(3)包覆

待上述过程完成后，对其滴加用7份去离子水溶解的腐殖酸钾3份，使阳离子聚丙烯酰胺对腐殖酸分子进行包覆，得包覆物。

(4)烘干粉碎

待上述包覆完成后，取出包覆物在80℃下烘干24h，取出进行粉碎，即得固沙缓释剂。

实施例2

(1)溶解、混合

取去离子水80份、10份丙烯酰胺、1.5份丙烯酸丁酯、8份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，加入三口烧瓶中，水浴加热，通氮气，进行搅拌，升温至50℃。

(2)聚合

待步骤(1)充分搅拌15min后，缓慢滴加用30份去离子水溶解的过硫酸钾0.3份，升高温度至60℃，然后用20份去离子水溶解的n，n-亚甲基双丙烯酰胺0.049份，并搅拌使其充分混合，反应9h，即得三维网状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液。

(3)包覆

待上述过程完成后，对其滴加用7份去离子水溶解的腐殖酸钾3份，是阳离子聚丙烯酰胺对腐殖酸分子进行包覆，得到包覆物。

(4)烘干粉碎

待上述包覆完成后，取出包覆物在80℃下烘干24h，取出进行粉碎，即得固沙缓释剂。

实施例3

(1)溶解、混合

取去离子水80份、12份丙烯酰胺、2份丙烯酸丁酯、10份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，加入三口烧瓶中，水浴加热，通氮气，进行搅拌，升温至55℃。

(2)聚合

待步骤(1)充分搅拌15min后，缓慢滴加用30份去离子水溶解的过硫酸钾0.48份，升高温度至55℃，然后用20份去离子水溶解的n，n-亚甲基双丙烯酰胺0.072份，并搅拌使其充分混合，反应10h，即得三维网状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液。

(3)包覆

待上述过程完成后，对其滴加用7份去离子水溶解的腐殖酸钾3份，是阳离子聚丙烯酰胺对腐殖酸分子进行包覆，得包覆物。

(4)烘干粉碎

待上述包覆完成后，取出包覆物在80℃下烘干24h，取出进行粉碎，即得固沙缓释剂。

实施例4

(1)溶解、混合

取去离子水80份、10份丙烯酰胺、1.5份丙烯酸丁酯、8份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，加入三口烧瓶中，水浴加热，通氮气，进行搅拌，升温至50℃。

(2)聚合

待步骤(1)充分搅拌15min后，缓慢滴加用30份去离子水溶解的过硫酸钾0.3份，升高温度至60℃，然后用20份去离子水溶解的n，n-亚甲基双丙烯酰胺0.049份，并搅拌使其充分混合，反应9h，即得三维网状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液。

(3)包覆

待上述过程完成后，对其滴加用9份去离子水溶解的腐殖酸钾1份，是阳离子聚丙烯酰胺对腐殖酸分子进行包覆，得到包覆物。

(4)烘干粉碎

待上述包覆完成后，取出包覆物在80℃下烘干24h，取出进行粉碎，即得固沙缓释剂。

实施例5

(1)溶解、混合

取去离子水80份、10份丙烯酰胺、1.5份丙烯酸丁酯、8份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，加入三口烧瓶中，水浴加热，通氮气，进行搅拌，升温至50℃。

(2)聚合

待步骤(1)充分搅拌15min后，缓慢滴加用30份去离子水溶解的过硫酸钾0.3份，升高温度至60℃，然后用20份去离子水溶解的n，n-亚甲基双丙烯酰胺0.049份，并搅拌使其充分混合，反应9h，即得三维网状结构的阳离子聚丙烯酰胺溶液。

(3)包覆

待上述过程完成后，对其滴加用5份去离子水溶解的腐殖酸钾5份，是阳离子聚丙烯酰胺对腐殖酸分子进行包覆，得到包覆物。

(4)烘干粉碎

待上述包覆完成后，取出包覆物在80℃下烘干24h，取出进行粉碎，即得固沙缓释剂。

本发明所合成的高分子固沙缓释剂，即本发明的固沙剂是一种高分子聚合物，本固沙剂采用胶束聚合的方法对反应单体配比，引发剂用量，交联剂用量等条件进行了优化，得到了较优的工艺合成路线，表征了固沙剂的物化性质，并对实施例1-3的固沙缓释剂的应用性能进行了测试。本发明所述的固沙缓释剂固沙原理如图2所示。

(1)抗压性能

将粗砂用筛网过滤，选取粒径在0.3mm到0.45mm之间的沙粒，称取沙粒250g，水与固沙缓释剂的混合物20g，将混合物与沙粒混合均匀，加入规格为高4.0cm，直径7.0cm的模具中，夯实，干燥之后即得沙柱模型，将制得的沙柱模型放入材料力学试验机进行压缩，直到沙模破碎，测试速度为5mm/min。如下表1所示。

表1表示固沙剂进行固沙的抗压强度

(2)抗风蚀性能

将粗砂用筛网过滤，选取粒径在0.3mm到0.45mm之间的沙粒，取1000g沙粒通过投料漏斗均匀的添加到表面皿中，得到形状一致的沙堆模型，按照1l/m²的喷洒量将不同浓度的固沙剂(水与固沙缓释剂的混合物)喷洒到沙堆模型上，等待干燥形成固结层之后，用电动风机模拟自然风从正面吹沙堆模型，看固结层是否被破坏，半小时后记录沙堆质量。如下表2

表2.表示固沙剂进行固沙的抗风蚀强度