黏土基高分子防蒸发复合材料的制备及性能研究

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水是植物生长的基本条件,缺水是导致许多地方荒漠化的主要原因。世界人口76亿,养活这些人口并不缺乏土地。真正缺乏的是可以适合植被生长的耕地。我国西北地区处在干旱和半干旱区域,常年水分的蒸发量大于降雨量,使得我国耕地面积逐年减少,最终导致植被种类逐渐递减。所以,研究集水节水材料和技术就显得非常重要。利用高分子复合材料优异的保水性来减少干旱地区水分因大量蒸发而流失。在干旱地区添加一定量的高分子复合材料,一方面可以降低水的入渗,另一方面减缓水的大量蒸发,从而提高水分利用率。同时,更有利于改善干旱地区土壤环境功能,进而为植被的生长提供适宜环境条件。本研究是将黏土-SAP(高吸水树脂)复合物添加到土壤中制备成防蒸发材料。在自然条件下,记录环境温度、湿度和防蒸发材料的重量,测定防蒸发材料中水分的蒸发。本论文的具体内容及结果如下:(1)以黄蓍胶(GT)、丙烯酸(AA)、N-羟甲基丙烯酰胺、坡缕石(APT)、高岭土(Kaolin)和蒙脱土(MMT)为原料,采用水溶液聚合法合成了(丙烯酸-co-N-羟甲基丙烯酰胺/黏土)接枝黄蓍胶(GT-g-P(AA-co-NHA)/黏土)黏土-SAP复合物1(CSC1)。通过红外(FTIR),热重(TGA)和电镜(SEM)对CSC1的结构以及形貌进行表征。在最佳合成条件下,在去离子水中坡缕石(3%),高岭土(3%)和蒙脱石(3%)-SAP复合物最大吸水率分别达到1180、819和525 g/g,在自来水中的最大吸水率分别达到206、192和170 g/g。同时,在0.9%Na Cl溶液中的吸水率分别为95、82和62 g/g。研究了APT(3%)-SAP复合物对防蒸发性能的影响。结果表明,APT(3%)-SAP复合材料在45℃下,12 h后的保水率为36%。在自然条件下,抗蒸发材料的蒸发速率与APT(3%)-SAP复合物的添加量成反比。(2)以刺梧桐胶(KG)、氨基磺酸(AS)、丙烯酸(AA)和坡缕石(APT)为原料,采用自由基聚合法合成了改性刺梧桐胶接枝聚丙烯酸/坡缕石(MKG-g-PAA/APT)坡缕石-SAP复合物2(CSC2)。利用FTIR、TG/DTA和SEM对CSC2的结构、形貌进行了表征。考察了刺梧桐胶与氨基磺酸的质量比、坡缕石、交联剂(MBA)、引发剂(APS)、中和度和氨基磺酸含量对吸水率的影响。测定了最大持水量与CSC2的添加量之间的关系和不同温度下的保水率。结果表明,在最佳制备条件下,CSC2在去离子水的吸水率为1110 g/g;在自来水中的吸水率为210 g/g;在0.9%Na Cl溶液中的吸水率为108 g/g,优于市售农用保水剂;保水率在25℃、45℃和60℃下,12h内分别高达54%、14.4%和8%;CSC2的最大持水量高于市售保水剂;CSC2的防蒸发效果也优于市售保水剂。(3)以葫芦巴胶(CG)、乙烯基磺酸钠(SVS)、丙烯酸(AA)和红土(laterite)为原料,采用水溶液聚合法合成了葫芦巴胶接枝聚(丙烯酸-共聚-乙烯基磺酸钠)/红土(CGg-P(AA-co-SVS)/laterite)红土-SAP复合物3(CSC3)。采用红外、电镜和热重对CSC3的结构、热稳定性以及形貌进行了表征。考察了CG、乙烯基磺酸钠、红土、引发剂(APS)和交联剂(MBA)的含量对吸水率的影响。测定了在不同温度下的保水率。结果表明,CSC3具有优异的保水性和吸水性。研究了CSC3的含量对防蒸发性能的影响。
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