专利名称：一种植生绿化用固化复合材料及其植生绿化用固沙方法
技术领域：
本发明涉及一种化学固沙复合材料及其固沙方法，特别是涉及一种在强紫外线照 射的沙漠地区植生绿化用固化复合材料及其植生绿化用固沙方法。
背景技术：
荒漠化是当前全球最严重的环境及生态问题之一，关系到人类的生存和可持续发 展，是当前世界各国共同面临的挑战。据联合国环境规划署统计(1991年)，全球荒漠化土 地约有3600万平方公里，涉及100多个国家和地区，占全球陆地面积的1/4。我国是世界上 荒漠化土地面积较大、危害较严重的国家之一，据国家林业总局估计(1997年)荒漠化土地 为沈2. 2万平方公里，约占全国土地面积的30%，其中包括风蚀、水蚀、盐渍化和冻融等四 种类型；据《中国21世纪议程》的统计数据(1994年)显示，目前仍以每年2000多平方公 里的速度扩大，每年因荒漠化危害造成的直接经济损失多达540亿元。化学固沙是近年来发展较快的固沙技术，始于20世纪30年代中期，由美国和前苏 联提出并开始研究，到50年代有了较大发展，20世纪60年代起，我国出现了化学固沙的研 究与试验，至今已有50余年的发展历史，取得一定的效果，但大多数化学固沙材料易对环 境造成污染。基于亲水性聚氨酯树脂的植生绿化用化学固化材料以水为固化剂，环境亲和性 高，在水中可均勻乳化，30s-20min快速固化，形成抱水性好的弹性凝胶体，可以在沙的表层 形成厚度为5-50mm，孔隙率为10-25%，压缩强度为5-Mkg/cm2，拉伸强度为24kg/cm2的 固结层，该固结层有较好的透气、保水、保肥等特性，适合植物生长，为植物的发芽和早期的 生长创造稳定的环境(中国发明专利申请，公开号CN101548595)。但是由于沙漠地区紫外 线辐射能量较高，引发亲水性聚氨酯树脂化学固化材料氧化降解，造成固结层使用寿命短， 不能长期固定流沙，而且失去保水、保肥的特性，不能为植物提供长期稳定的生长环境，降 低植物的存活率和植生绿化的固沙效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种紫外线降解可控的植生绿化用固化复合材料及其植生 绿化用固沙方法，克服现有技术中亲水性聚氨酯树脂化学固化材料在强紫外线辐射下稳定 性差，易氧化降解的缺陷，通过紫外线降解控制，形成耐久和保水性好、既防止风蚀又能实 现植生绿化的高耐久性化学固结层，实现固结层30年以上降解周期可控，为植物提供长久 稳定的生长环境，实现固沙和可持续生态环境修复。本发明采用如下技术方案一种植生绿化用固化复合材料，由以下组分组成(a)水溶性聚氨酯树脂；(b)水；以及(c) 一种或一种以上的紫外线吸收剂或紫外线安定剂组成的紫外线降解控制剂。
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本发明的固化复合材料，短时间内从沙土层表面开始向内部形成一定厚度的多孔 质固化沙层，从而抑制了沙的流动；形成的多孔质固化沙层具有适宜的厚度、强度和良好的 耐久性、抗冻融性能。由于固化沙层具有多孔质的结构特征，如网状积层结构或橡胶积层结 构等，即具有透水性、保温性、保肥性和抑制水分蒸发等功能，因此固化沙层具有良好的植 生绿化功能。所述的植生绿化用固化复合材料中水溶性聚氨酯树脂的浓度范围是质量浓度为
2 7%。所述的亲水性聚氨酯树脂按下述方法制备，分子量在1，000-20, 000之间且具有 聚氧乙烯链和末端有两个以上氢氧基的聚氧化乙烯化合物与等摩尔数以上的带有相等的 氢氧基团数的聚异氰酸酯化合物，在30-120°C的温度下经过30分钟至7天的反应，在聚氧 化乙烯化合物的两端导入异氰酸酯基而生成。有关上述亲水性聚氨酯树脂化学固化材料的 制备、配制和使用，还可参见中国专利申请“基于有机复合材料的化学固沙绿化技术的沙漠 治理方法”(公开号CN101548595)。本发明的固化复合材料在亲水性聚氨酯树脂化学固化材料中加入紫外线降解控 制剂。太阳光线中波长为200-400nm区域的紫外线光由于能量较大，在一般化学键断裂所 需能量范围，所以能够引发亲水性聚氨酯树脂化学固沙材料氧化分解。紫外线吸收剂可以 吸收紫外线，将对亲水性聚氨酯树脂有害的光能转化为热能或其它形式的能量，即对亲水 性聚氨酯树脂无害，从而提高亲水性聚氨酯树脂化学固沙材料的抗紫外线降解能力。紫外 线安定剂可以将亲水性聚氨酯树脂化学固沙材料因紫外线能量辐射而引发产生的各种活 性自由基(主要包括ROO ·、RO ·、R ·和· 0H)捕获，夺取其电子，使其活性猝灭，形成稳定 的化合物，从而阻止亲水性聚氨酯树脂进一步被氧化分解，提高亲水性聚氨酯树脂化学固 沙材料的抗紫外线降解能力。紫外线吸收剂和紫外线安定剂组合协调作用，可以发挥更大 的抗紫外线降解性能。所述的紫外线安定剂的质量浓度为0. 005 0. 5%，紫外线吸收剂的质量浓度为 0. 1 1%。所述的紫外线降解控制剂优选由质量份60-100份的紫外线安定剂和0-40 份的紫外线吸收剂组成。前述紫外线降解控制剂的使用浓度为0.0005-0.5%，优选 0. 005% -0. 1%，能够有效阻止亲水性聚氨酯树脂的紫外线降解，控制亲水性聚氨酯树脂固 化复合材料的紫外线降解周期为30年，固结层可以阻止沙丘的流动，实现在沙漠地区植生 绿化，抑制荒漠化对周围环境的影响，而且使用量小，使用成本低，适合在广阔沙漠地区的 使用；如果使用浓度高于0. 5 %，则增加荒漠化治理成本，大幅降低该成分在荒漠化防治和 生态修复中的性价比，很难在荒漠化治理领域广泛应用。如果使用浓度低于0. 0005%则紫 外线降解提高效果不明显，不能应用于荒漠化地区强紫外线的环境，而且苯并三唑类和苯 酮类紫外线吸收剂的使用量小，使用成本低，适合在广阔沙漠地区的使用。质量份100份紫外线安定剂由0-100份受阻酚和0-100份受阻胺组成，最好是 0-60份受阻酚，40-100份的受阻胺组成。受阻酚类紫外线安定剂可以为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季 戊四醇酯、2，2'-亚甲基双G-甲基-6-叔丁基苯酚)、4，4'-亚甲基双0，6_ 二叔丁基 苯酚)、4，4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)或4，4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、
5β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、N, N' -1，6-亚己基-双[3-(3，
5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺]、N，N'-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰] 胼、2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2-草酰胺基-双[乙基-3- (3，5- 二叔丁基_4_羟基苯 基)]丙酸酯中的一种或几种的组合。受阻胺类紫外线安定剂可以为双0，2，6，6_四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、4-苯 甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶、4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇、聚-{[6-[(1，1， 3,3,-四甲基丁基)_胺基]1，3，5，-三嗪-2，4-二基]Κ2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亚胺 基]-1，6-己烷二基-[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亚胺基]}、聚丁二酸羟基-2，2，6，
6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯、聚{[6-[(1，1，3，3_四甲基丁基)氨基]]-1，3，5-三嗪-2， 4-双[(2，2，6，6，-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1，6-己二撑[(2，2，6，6_四甲基-4-哌啶 基)亚氨基]}、聚丁二酸G-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯、癸二酸双(1，2，2， 6，6-五甲基-4-哌啶)酯、1-(甲基)-8-(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯的一种 或几种的组合。紫外线吸收剂100份是由0-100份苯并三唑和0-100份苯酮组成，最好是0-80份 苯并三唑和20-100份的苯酮组成。苯并三唑可以为2-(2'-羟基-3' ,5' - 二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、 2-(2'-羟基-3-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羟基_5'-甲基苯 基)苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3'，5' -二 叔戊基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3'，5'双(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑、 2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚的一种或几种的组合。苯酮可以为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4_二 羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2-羟基-4-氯乙酸酯基-二苯甲酮、 2-羟基-4-环氧缩水甘油醚基-二苯甲酮、2-氯乙酸酯基-4-甲氧基-二苯甲酮、2-羟 基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2，2' ,4,4'-四羟基二苯甲酮的一种或两种以上的组
口 O本发明还涉及植生绿化用固沙方法，是将所述的植生绿化用固化复合材料喷洒在 沙漠化土地表面，快速固化形成多孔质结构的固结层。所述的植生绿化用固沙方法，包括以下步骤1)将亲水性聚氨酯树脂化学固化材料、水与紫外线降解控制剂混合，搅拌均勻；2)在沙的表面播撒植生用绿化组合物；3)平整沙的表层并喷洒水分；4)将步骤1配制的包含亲水性聚氨酯树脂化学固化材料的混合物喷洒在上沙层 表面，在沙的表层形成多孔质固结层。所述的固结层厚度为5-50mm，孔隙率为10_25%，压缩强度为5-15kg/cm2，拉伸强 度为 24kg/cm2。上述方法形成的固结层有较好的透气、保水、保肥特性，适合植物生长，为植物的 发芽和生长创造长期稳定的环境。所述的植生绿化组成物包括2-3种很好耐候性、耐盐性和耐旱性的植物种子，还 可以包含水和肥料以及保水、保肥剂等。根据不同的工况条件，植生用绿化物可包括多种不同成分，如最好含有一定量的肥料，以便促进种子的发芽和植物的初期生长性能。此外，植 生用绿化物中还可以包含一定量的水；这样植生用绿化物可以渗透到沙层的深处。由于多 孔质固结层具有良好的保水性，可以为植物提供必要的发芽和初期生长条件。植生用绿化 物中所含的肥料可以为动物(牛、羊等)粪便、化肥等。植生用绿化物中所包含的种子可以 为具有耐候性、耐盐和耐干燥性能的植物种子，如缄茅草、披肩草、冷地早熟禾、沙蒿、柠条 和/或中华羊茅等。植生用绿化物中还可以含有保水剂。保水剂可以为PVA(聚乙烯醇)、MC(甲基纤 维素)、CMC(羧甲基纤维素钠)等具有保水性的聚合物、丙烯系吸水性高分子聚合物或者无 机系的珍珠岩、蒙脱土(高岭土)、蛭石甚至是当地的黄土或粘土等物质。此外，保水剂也可 以为具有保水功能的高分子化合物，这种高分子化合物既可以为天然高分子化合物也可为 合成高分子化合物。特别是对于水分会急剧干燥蒸发的沙漠地区，最好使用保水性能优良 或能吸收比自重重几百倍以上的高吸水性保水物质。在植生用绿化物中，最好含有一定量的具有保肥功能的材料(保肥剂)。当地动物 (牛、羊)的粪便充分搅拌形成的液状物便可以作为保肥材料。特别是牛粪，含有大量纤维 状物质，具有比较好的固沙和植生效果。与现有技术相比，本发明具有以下优点1.本发明所述的亲水性聚氨酯树脂化学固化材料以水为固沙剂，具有无毒、安全 环保、环境亲和性高等特点。2.本发明所述的紫外线吸收剂和光安定剂组成的紫外线降解控制剂可以明显提 高固化材料耐紫外线降解的能力，实现降解周期30年以上可控。3.本发明所述的植生绿化用固化复合材料通过调解紫外线降解控制剂的组成和 使用浓度，实现亲水性聚氨酯树脂固化复合材料紫外线降解周期的提高和控制。4.本发明所述的基于植生绿化用固化复合材料的固结层有很好的透气、保水保温 等特性，适合植物生长，为植物的发芽和生长创造长久稳定的环境。5.本发明所述的植生绿化用固化复合材料施工方便，性价比高，适合在广阔沙漠 地区的使用。
具体实施例方式为了更好的说明本发明内容，通过下述实施例进一步做出解释，但并不仅限于如 下实施例，在权利要求书范围内可进行多种组合和变化。为了便于发明的说明，下文根据叙述的需要列出不同代号表示的不同组成的紫外 线降解控制剂，其组成如表1、表6。表 权利要求
1.一种植生绿化用固化复合材料，由以下组分复合而成(a)水溶性聚氨酯树脂；(b)水；(c)一种或一种以上的紫外线吸收剂或紫外线安定剂组成的紫外线降解控制剂。
2.根据权利要求1所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于所述的植生绿化用固 化复合材料中水溶性聚氨酯树脂的质量浓度为2 7%。
3.根据权利要求1所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于所述的紫外线安定剂 的质量浓度为0. 005 0. 5%，紫外线吸收剂的质量浓度为0. 1 1%。
4.根据权利要求1所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于所述的紫外线降解控 制剂每100质量份由60-100份的紫外线安定剂和0-40份的紫外线吸收剂组成。
5.根据权利要求1或4所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于所述的紫外线安 定剂每100质量份由0-60份受阻酚，40-100份的受阻胺组成。
6.根据权利要求5所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于受阻酚选自四 (β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、2，2'-亚甲基双G-甲基-6-叔 丁基苯酚)、4，4'-亚甲基双0，6_ 二叔丁基苯酚)、4，4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯 酚)或4，4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八 碳醇酯、N，N' -1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺]、N，N'-双 [3-(3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]胼、2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2_草酰胺 基-双[乙基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)]丙酸酯一种或几种的组合。
7.根据权利要求5所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于受阻胺选自双(2，2， 6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶、4-羟基-2，2，6， 6-四甲基-1-哌啶醇、聚-{[6-[(1，1，3，3，-四甲基丁基)_胺基]1，3，5，-三嗪_2，4_ 二 基][(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亚胺基]-1，6-己烷二基-[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亚 胺基]}、聚丁二酸(4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯、聚{[6-[ (1，1，3，3-四甲 基丁基)氨基]]-1，3，5-三嗪-2，4-双[(2，2，6，6，_四甲基-哌啶基)亚氨基]_1，6_己二 撑[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}、聚丁二酸羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌 啶乙醇)酯、癸二酸双(1，2，2，6，6_五甲基-4-哌啶)酯、1-(甲基)-8-(1，2，2，6，6-五甲 基-4-哌啶)癸二酸酯的一种或几种的组合。
8.根据权利要求1或4所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于所述的紫外线吸 收剂由0-80份苯并三唑和20-100份的苯酮组成。
9.根据权利要求8所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于苯并三唑选自 2-(2'-羟基-3'，5' - 二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羟基_3_叔丁 基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑、 2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3'，5' - 二叔戊基苯基)苯 并三唑、2-(2'-羟基-3'，5'双(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑或2-QH-苯并三 唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚的一种或几种的组合。
10.根据权利要求8所述的植生绿化用固化复合材料，其特征在于苯酮选自2-羟 基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4_ 二羟基二苯甲酮、2-羟 基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2-羟基-4-氯乙酸酯基-二苯甲酮、2-羟基-4-环氧缩水甘油醚基-二苯甲酮、2-氯乙酸酯基-4-甲氧基-二苯甲酮或2，2' ,4,4'-四羟基二 苯甲酮的一种或几种的组合。
11.一种植生绿化用固沙方法，其特征在于将权利要求1 4所述的植生绿化用固化复 合材料喷洒在沙漠表面，固化形成多孔质结构的固结层。
12.根据权利要求11所述的植生绿化用固沙方法，其特征在于包括以下步骤1)将亲水性聚氨酯树脂化学固化材料、水与紫外线降解控制剂混合，搅拌均勻；2)在沙的表面播撒植生用绿化组合物；3)平整沙的表层并喷洒水分；4)将步骤1配制的包含亲水性聚氨酯树脂化学固化材料的混合物喷洒在沙层表面，在 沙的表层形成多孔质固结层。
全文摘要
一种植生绿化用固化复合材料及其植生绿化用固沙方法，通过水溶性聚氨酯树脂化学固化材料(W-OH)与紫外线降解控制剂进行复合反应制备功能性的水溶性聚氨酯复合固化材料，从而可大幅提高其抗紫外线降解能力，并可以对其降解周期进行控制。紫外线降解控制剂由苯并三唑、苯酮的紫外线吸收剂和受阻胺、受阻酚的紫外线安定剂组成。所述的固化复合材料喷洒在播撒植生绿化组成物的沙漠表面，可在沙漠表面快速形成多孔质结构的固结层，该固结层有较好的透气、保水、保肥特性，适合植物生长，并实现固结层30年以上降解周期可控，在固沙的同时逐步实现生态环境修复。
文档编号E02D3/12GK102120933SQ20101054156
公开日2011年7月13日 申请日期2010年11月3日 优先权日2009年11月11日
发明者吴智仁, 吴智深, 岩下健太郎, 杨才千, 稻垣广人, 高卫民 申请人:Jck株式会社, 江苏艾特克环境工程设计研究院有限公司