申閆春 楊獻青 王芳輝 朱紅

摘 要：制備了一種以羥丙基纖維素為骨架，聚丙烯酰胺為支鏈的高分子固沙劑，優(yōu)化了制備條件。最優(yōu)條件下制備的固沙劑使用濃度為1%時，所形成的固化層抗壓強度達到2.5Mpa，8次耐水性實驗后，固化層仍能恢復較好的固沙效果，與純羥丙基纖維素固沙劑相比，該固沙劑的各項固沙性能更優(yōu)，保水性能和耐水性能提升顯著。

關鍵詞：聚丙烯酰胺；羥丙基纖維素；共聚；固沙

中圖分類號：S157 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0045-02

Abstract： A high molecular sand fixing agent with hydroxypropyl cellulose as skeleton and poly-acrylamide as branched chain was prepared and the preparation conditions were optimized. When the concentration of sand fixing agent is 1% under the optimum conditions， the compressive strength of the solidified layer can reach 2.5 Mpa. After 8 times of water resistance test， the solidified layer can still recover better sand-fixing effect. Compared with the pure hydroxypropyl cellulose sand-fixing agent， the modified sand-fixation agent have better sand-fixation performance， water retention and water resistance.

Keywords： poly-acrylamide； hydroxypropyl cellulose； co-polymerization； sand fixation

土地的荒漠化，沙漠化，嚴重影響人們的生產生活，我國的土地荒漠化，沙漠化也日益嚴重，因此，繼續(xù)開發(fā)治理或者延緩土地荒漠化和沙漠化的方法，在目前所有的技術中，化學固沙時效果最好，操作最簡單的方法。源自于生物質的高分子固沙劑固沙性能好，來源較多，污染和毒性小，但是其本身性質決定了其保水性能和耐水性能不夠。但是高分子類吸水材料具有良好的保水、吸水和耐水性能。利用一步法，在溶液中將丙烯酰胺和羥丙基纖維素進行共聚，合成出一種保水性能和耐水性能均較好，且固沙效果優(yōu)異的固沙劑。

1 實驗部分

1.1 改性羥丙基纖維素的合成

稱取一定量的羥丙基纖維素，將其溶于水中。加入少量堿使整個體系pH值≈8。在上述體系中加入丙烯酰胺溶液，混合均勻。容器中通入N2，通氣30min并充分攪拌，升溫至70℃。之后滴入過硫酸鉀溶液，用作引發(fā)劑，在此溫度下反應一段時間，用乙醇將體系中的產物沉淀，離心分離，并多次洗滌。然后用丙酮提純產物，烘干后即得固沙劑產品。

1.2 固沙劑及固化層基本性質參數(shù)的測量方法

1.2.1 粘度的測定

采用粘度計型號為NDJ-79型。根據(jù)測量液的粘度范圍選擇合適的轉子，測量溫度為25℃。

1.2.2 pH值的測定

采用Seven Easy S20實驗室pH計測量。

1.2.3 固化層平均厚度的測量

待沙子表層的固化層形成，穩(wěn)定和干燥后，分區(qū)域取出兩塊固化層，再每塊固化層上，均勻取5個位點，每個位點測量三次，對所有測量的數(shù)值取平均，即近似為固化劑固化層的平均厚度。

1.2.4 固化層抗壓強度的測量

采用769Yp-15A 型粉末壓片機測量固化層抗壓強度，將固化層形成后的沙洋，放入壓片機中，對沙樣表面施加壓力，測量固化層損壞時的壓強，即為固沙劑固化層的抗壓強度。

1.2.5 固沙劑固相保水率的測量公式

2 結果與討論

2.1 丙烯酰胺與羥丙基纖維素使用比例的影響

合成時，只改變丙烯酰胺和羥丙基纖維素的投料比，分別為：1：1、1：2、1：3、1：4合成四種不同投料比的固化劑，將固化劑配成1%的溶液，按2.5kg/m2的使用量噴灑在沙堆表面。投料比對固沙劑固沙性能的影響見表1。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，當羥丙基纖維素用量增多時，所形成的固化層厚度逐漸增加，但是增加幅度越來越慢，保水率的趨勢與其一致；固化層厚度和耐水性能是先增加后減少的趨勢，投料比為1：2 時，固化層強度和耐水性性能達到最佳。綜合后將丙烯酰胺和羥丙基纖維素的比例確定為1：2。

2.2 過硫酸鉀濃度的影響

固定其他反應條件，考察引發(fā)劑過硫酸鉀的濃度對固沙劑固沙效果的影響，其結果如表2所示。

從表2的數(shù)據(jù)可以得到，當引發(fā)劑過硫酸鉀的濃度在逐漸增大時，固化層厚度、固化層強度、保水率和耐水性都呈現(xiàn)先增大到一個最大值后，再減少的趨勢，在過硫酸鉀濃度為0.15g/L時各項性能均能夠達到最優(yōu)值，此時的固化劑所產生的固化效果為最佳，據(jù)此，確定過硫酸鉀的最佳使用濃度為0.15g/L。

2.3 反應溫度的影響

反應溫度不僅從熱力學上影響聚合反應，也從動力學上影響反應速率，其動力學關系符合Arrhenius公式：k=A·e-E/RT。其動力學影響見表3。

從表3的數(shù)據(jù)中可以看出，當反應溫度升高時，固沙劑的固化層厚度、固化層強度、保水率和耐水性均是先逐漸增加，到達一個最優(yōu)值之后，再下降。結果顯示，當反應溫度為70℃時，各項性能均達到最佳值。最終確定反應溫度為70℃。

2.4 反應時間的影響

根據(jù)前面確定的各項反應條件的最佳值，考察反應時間對聚合接枝反應生成固沙劑性能的影響，其結果如表4所示。

從表4中的數(shù)據(jù)可得出，隨著體系反應時間逐漸增加，固沙劑的固化層厚度固和耐水性先快速增加，后緩慢降低，在4h時達到最佳值，固化層強度和保水率先隨著反應時間延長而逐漸增加，到4h時到最佳，之后變化很小，因此確定最佳反應時間為4h。

3 結束語

通過一步法，將羥丙基纖維素和丙烯酰胺在溶液中進行接枝聚合制備出一種結合生物高分子和聚合物高分子綜合性能的固沙劑，得到了最優(yōu)制備條件：反應時間4h，引發(fā)劑K2S2O3濃度為0.15g/L，羥丙基纖維素與丙烯酰胺的投料比1：2，反應溫度70℃。該產品具有優(yōu)良的耐水性和保水性，且固化層厚度和強度均滿足要求。

參考文獻：

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