本發(fā)明涉及固化劑領(lǐng)域，具體而言，涉及一種化學(xué)固化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

沙質(zhì)荒漠化(簡稱沙漠化)，是一種在不合理的人類活動和自然條件變化的綜合作用下導(dǎo)致的土地退化過程。在此過程中土地生產(chǎn)力大幅度降低，甚至成為不可利用的土地，并引發(fā)沙塵暴、風(fēng)沙活動等災(zāi)害，嚴重地危害工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，降低人民的生活質(zhì)量。

沙漠化是荒漠化的主要類型之一，它作為極其重要的環(huán)境和社會經(jīng)濟問題困擾著當(dāng)今世界，威脅著人類的生存和發(fā)展。全球荒漠化面積已達3600萬平方公里，占全球陸地面積的1/4，且以每年5－7萬平方公里的速度在擴大，每年造成的直接經(jīng)濟損失高達423億美元，影響全球1/6的人口。

目前，已有的固沙技術(shù)分為物理固沙、生物固沙和化學(xué)固沙。其中，化學(xué)固沙因施工方便快捷，近年來得到快速發(fā)展。目前市售化學(xué)固化劑大概有一百多個品種，這些化學(xué)固化劑是將固化劑噴灑至沙面之后，通過固化劑與沙粒之間的相互作用，在沙面覆蓋一層保護殼來達到治沙目的。然而，使用這類化學(xué)固化劑，就類似于在沙面上覆蓋了一層用沙子做填料的薄皮，在使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)因施工或風(fēng)蝕的作用導(dǎo)致該薄皮的破損，甚至全部剝離的問題，導(dǎo)致沙漠化治理收效甚微。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑具有仿生性能，能夠長效的對沙粒進行固定化治理，提高沙漠的抗風(fēng)蝕和抗水蝕的能力。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種化學(xué)固化劑的制備方法，該方法步驟簡單，反應(yīng)條件溫和，易于實施，適合大工業(yè)生產(chǎn)。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種化學(xué)固化劑在沙漠治理中的應(yīng)用，通過將該化學(xué)固化劑噴灑在沙面上，能夠使沙面形成穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)皮。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

一種化學(xué)固化劑，包括第一組分和第二組分，第一組分主要由水與20～50重量份的聚乙烯醇、10～30重量份的聚丙烯酰胺和10～30重量份的丙烯酸鹽制得；第二組分為含有百分比濃度為2～5％硅酸鈉的溶液。一種化學(xué)固化劑的制備方法，其包括：

將按重量份數(shù)計的聚乙烯醇20～50份、聚丙烯酰胺10～30份和丙烯酸鹽10～30份與水混合，并于60～80℃下加熱反應(yīng)30～120min，得到第一組分；

配制質(zhì)量百分比濃度為2～5％的硅酸鈉溶液，得到第二組分。一種上述化學(xué)固化劑在沙漠治理中的應(yīng)用，先將第一組分噴灑至待治理的沙面后，再將第二組分噴灑至沙面上，其中第一組分與第二組分的體積比為1～4：1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供的這種化學(xué)固化劑，第一組分中的聚乙烯醇和聚丙烯酰胺均為水溶性高分子聚合物，其中，聚乙烯醇作為成膜劑，能夠在沙面成膜，聚丙烯酰胺作為粘合劑，能夠通過物理黏結(jié)的方式將沙粒粘連固定起來。丙烯酸鹽作為保水劑，有助于較長時間保持沙粒中的水分，同時，也能夠協(xié)同性的促進聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的成膜或粘合作用。此外，硅酸鈉具有很好的耐水和抗水性，能夠防止該化學(xué)固化劑在使用過程中遭受水蝕。

將這種化學(xué)固化劑噴灑至沙面上以后，由于第一組分和第二組分在沙地的滲透程度不同，使該化學(xué)固化劑能夠在沙地的表層形成功能性的化學(xué)結(jié)皮，在沙地的表層以下，能夠形成交聯(lián)的網(wǎng)狀纖維，從而將化學(xué)結(jié)皮穩(wěn)定的錨固在沙地中。這種固化劑形成的化學(xué)結(jié)皮，具有仿生性能，即該化學(xué)結(jié)皮類似于生物結(jié)皮那樣，能夠長效的對沙粒進行固定化治理，提高沙漠的抗風(fēng)蝕和抗水蝕的能力。這種化學(xué)固化劑的制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，易于實施，適合大工業(yè)生產(chǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1為實施例1中提供的化學(xué)固化劑的電鏡圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

本實施方式提供一種化學(xué)固化劑，包括第一組分和第二組分，第一組分主要由水與20～50重量份的聚乙烯醇、10～30重量份的聚丙烯酰胺和10～30重量份的丙烯酸鹽制得；第二組分為含有百分比濃度為2～5％硅酸鈉的溶液。

本發(fā)明提供的這種化學(xué)固化劑，第一組分中的聚乙烯醇和聚丙烯酰胺均為水溶性高分子聚合物，其中，聚乙烯醇作為成膜劑，能夠在沙面成膜，聚丙烯酰胺作為粘合劑，能夠通過物理黏結(jié)的方式將沙粒粘連固定起來。丙烯酸鹽作為保水劑，有助于較長時間保持沙粒中的水分，同時，也能夠協(xié)同性的促進聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的成膜或粘合作用。此外，硅酸鈉具有很好的耐水和抗水性，能夠防止該化學(xué)固化劑在使用過程中遭受水蝕。

在這種化學(xué)固化劑中，第一組分和硅酸鈉，兩者均不但能在沙地的表面成膜，也能通過滲透作用滲入沙地的底層，不同之處在于，第一組分的滲透強度大于硅酸鈉，滲入的深度更深，因此這種化學(xué)固化劑除了在沙粒表層形成化學(xué)結(jié)皮外，還能通過第一組分中交聯(lián)的網(wǎng)狀纖維形成穩(wěn)定的錨固結(jié)構(gòu)。此外，第一組分和硅酸鈉之間具有協(xié)同增效的作用，硅酸鈉能夠改善第一組分中的聚乙烯醇的耐水性和抗壓強度，而第一組分也能改善硅酸鈉的柔性和抗撕裂強度。

將這種化學(xué)固化劑噴灑至沙面上以后，由于第一組分和第二組分在沙地的滲透程度不同，使該化學(xué)固化劑能夠在沙地的表層形成功能性的化學(xué)結(jié)皮，在沙地的表層以下，能夠形成交聯(lián)的網(wǎng)狀纖維，從而將化學(xué)結(jié)皮穩(wěn)定的錨固在沙地中。這種固化劑形成的化學(xué)結(jié)皮，具有仿生性能，即該化學(xué)結(jié)皮類似于生物結(jié)皮那樣，能夠長效的對沙粒進行固定化治理，提高沙漠的抗風(fēng)蝕和抗水蝕的能力。

為了更進一步的提高該化學(xué)固化劑的固沙效果，在本發(fā)明較佳的實施例中，按重量份數(shù)計，聚乙烯醇為30～40份、聚丙烯酰胺為15～25份、丙烯酸鹽為15～25份。其中，丙烯酸鹽包括丙烯酸鉀和/或丙烯酸鈉。

進一步的，在本發(fā)明較佳的實施例中，第一組分的原料按重量份數(shù)計還包括：交聯(lián)劑0.001～0.006份。交聯(lián)劑能夠?qū)⒕垡蚁┐己途郾０方宦?lián)起來，提高化學(xué)結(jié)皮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

進一步的，在本發(fā)明較佳的實施例中，交聯(lián)劑包括N-N亞甲基雙丙烯酰胺和/或甲基硅酸鈉。甲基硅酸鈉具有很好的防水性能，N-N亞甲基雙丙烯酰胺用作交聯(lián)劑，具有很好的交聯(lián)作用，遇高溫或者強光會發(fā)生自交聯(lián)。N-N亞甲基雙丙烯酰胺和甲基硅酸鈉這兩種物質(zhì)作為交聯(lián)劑，能夠顯著提高化學(xué)結(jié)皮的抗風(fēng)蝕和抗水蝕的能力。

進一步的，在本發(fā)明較佳的實施例中，交聯(lián)劑為甲基硅酸鈉和N-N亞甲基雙丙烯酰胺。其中，甲基硅酸鈉與N-N亞甲基雙丙烯酰胺的體積比為1：5～7，通過這一配比得到的交聯(lián)劑，使得該化學(xué)固化劑的固沙效果更好。

進一步的，在本發(fā)明較佳的實施例中，硅酸鈉的模數(shù)為1.5～3。硅酸鈉，又名水玻璃，是一種礦黏合劑，其化學(xué)式為Na₂O·nSiO₂，模數(shù)n為SiO₂和Na₂O的摩爾數(shù)的比值，模數(shù)顯示硅酸鈉的組成。硅酸鈉的模數(shù)越大，氧化硅含量越多，硅酸鈉粘度增大，易于分解硬化，粘結(jié)力增大。在本發(fā)明中，選優(yōu)模數(shù)為1.5～3的硅酸鈉，以利用硅酸鈉較大的粘結(jié)力，來進一步的改善第一組分中聚乙烯醇的耐水性和抗壓強度。

本實施方式還提供一種上述化學(xué)固化劑的制備方法，其包括：

將按重量份數(shù)計的聚乙烯醇20～50份、聚丙烯酰胺10～30份和丙烯酸鹽10～30份與水混合，并于60～80℃下加熱反應(yīng)30～120min，得到第一組分；優(yōu)選地，該加熱反應(yīng)為水浴加熱反應(yīng)，即按重量份數(shù)將原料中的各組分與水混合，并于水浴溫度為60～80℃下加熱反應(yīng)30～120min，得到第一組分。通過水浴加熱，有效控制反應(yīng)溫度，有利于該反應(yīng)的穩(wěn)定進行。

配制質(zhì)量百分比濃度為2～5％的硅酸鈉溶液，得到第二組分；優(yōu)選地，硅酸鈉溶液的百分比濃度為3％。

進一步的，在本發(fā)明較佳的實施例中，水與丙烯酰胺的體積比為2～6：1，優(yōu)選地，水與丙烯酰胺的體積比為4：1。

這種化學(xué)固化劑的制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，易于實施，適合大工業(yè)生產(chǎn)。

本實施方式還提供上述化學(xué)固化劑在沙漠治理中的應(yīng)用，使用方法為：先將第一組分噴灑至待治理的沙面后，再將第二組分噴灑至沙面上，其中第一組分與第二組分的體積比為1～4：1。優(yōu)選地，第一組分與第二組分的體積比為2：1；有利于提高第一組分與第二組分的配合程度，提高二者的協(xié)同增效作用。

將這種化學(xué)固化劑噴灑至沙面上以后，由于第一組分和第二組分在沙地的滲透程度不同，使該化學(xué)固化劑能夠在沙地的表層形成功能性的化學(xué)結(jié)皮，在沙地的表層以下，能夠形成交聯(lián)的網(wǎng)狀纖維，從而將化學(xué)結(jié)皮穩(wěn)定的錨固在沙地中。這種固化劑形成的化學(xué)結(jié)皮，具有仿生性能，即該化學(xué)結(jié)皮類似于生物結(jié)皮那樣，能夠長效的對沙粒進行固定化治理，提高沙漠的抗風(fēng)蝕和抗水蝕的能力。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進一步的詳細描述：

實施例1

本實施例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑包括第一組分和第二組分。其中，第一組分主要由以下按重量份數(shù)計的原料與水混合制得：聚乙烯醇50份、聚丙烯酰胺10和丙烯酸鹽30份；第二組分按重量份數(shù)計包括硅酸鈉5份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法為：

將第一組分的原料組分與水混合，并于60℃下加熱反應(yīng)120min，得到第一組分；

配制質(zhì)量百分比濃度為5％的硅酸鈉溶液，得到第二組分。

這種化學(xué)固化劑的使用方法：先將第一組分噴灑在沙地的表面，再將第二組分噴灑至沙地表面，即可得到固沙目的，其中第一組分與第二組分的體積比為1：1。

實施例2

本實施例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑包括第一組分和第二組分。其中，第一組分主要由以下按重量份數(shù)計的原料與水混合制得：聚乙烯醇40份、聚丙烯酰胺15和丙烯酸鹽25份；第二組分按重量份數(shù)計包括硅酸鈉3份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法為：

將第一組分中的原料與水混合，并于80℃的水浴下加熱反應(yīng)30min，得到第一組分；

配制質(zhì)量百分比濃度為2％的硅酸鈉溶液，得到第二組分。

這種化學(xué)固化劑的使用方法：先將第一組分噴灑在沙地的表面，再將第二組分噴灑至沙地表面，即可得到固沙目的，其中第一組分與第二組分的體積比為4：1。

實施例3

本實施例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑包括第一組分和第二組分。其中，第一組分主要由以下按重量份數(shù)計的原料與水混合制得：聚乙烯醇30份、聚丙烯酰胺10份、丙烯酸鹽10份；第二組分按重量份數(shù)計包括硅酸鈉3份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法為：

將第一組分中的原料與水混合，并于70℃的水浴下加熱反應(yīng)80min，得到第一組分；

配制質(zhì)量百分比濃度為3％的硅酸鈉溶液，得到第二組分。

這種化學(xué)固化劑的使用方法：先將第一組分噴灑在沙地的表面，再將第二組分噴灑至沙地表面，即可得到固沙目的，其中第一組分與第二組分的體積比為2：1。

實施例4

本實施例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑包括第一組分和第二組分。其中，第一組分主要由以下按重量份數(shù)計的原料與水混合制得：聚乙烯醇30份、聚丙烯酰胺25份、丙烯酸鹽15份、N-N亞甲基雙丙烯酰胺0.001份；第二組分按重量份數(shù)計包括硅酸鈉4份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法及使用方法與實施例3基本一致。

實施例5

本實施例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑包括第一組分和第二組分。其中，第一組分主要由以下按重量份數(shù)計的原料與水混合制得：聚乙烯醇20份、聚丙烯酰胺30份、丙烯酸鹽10份、甲基硅酸鈉0.006份；第二組分按重量份數(shù)計包括硅酸鈉2份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法及使用方法與實施例3基本一致。

實施例6

本實施例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑包括第一組分和第二組分。其中，第一組分主要由以下按重量份數(shù)計的原料與水混合制得：聚乙烯醇30份、聚丙烯酰胺10份、丙烯酸鹽10份、N-N亞甲基雙丙烯酰胺0.001份、甲基硅酸鈉0.005份；第二組分按重量份數(shù)計包括硅酸鈉3份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法為：

將第一組分中的原料與水混合，其中按重量份計水為40份，并于65℃的水浴下加熱反應(yīng)80min，得到第一組分；

配制模數(shù)為2，質(zhì)量百分濃度為3％的硅酸鈉溶液，得到第二組分。

這種化學(xué)固化劑的使用方法與實施例3基本一致。

實施例7

本實施例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑的組分與實施例6一致，不同之處在于：

這種化學(xué)固化劑的制備方法為：

將第一組分中的原料與水混合，其中按重量份計水為20份，并于70℃下加熱反應(yīng)80min，得到第一組分；

配制模數(shù)為1.5，質(zhì)量百分濃度為3％的硅酸鈉溶液，得到第二組分。

這種化學(xué)固化劑的使用方法與實施例3基本一致。

實施例8

本實施例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑的組分與實施例6一致，不同之處在于：

這種化學(xué)固化劑的制備方法為：

將第一組分中的原料與水混合，其中按重量份計水為60份，并于75℃的水浴下加熱反應(yīng)80min，得到第一組分；

配制模數(shù)為3，質(zhì)量百分濃度為3％的硅酸鈉溶液，得到第二組分。

這種化學(xué)固化劑的使用方法與實施例3基本一致。

對比例1

本對比例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑的原料按重量份數(shù)計包括：聚乙烯醇20～50份、聚丙烯酰胺10～30份和丙烯酸鹽10～30份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法為：將第一組分中的原料與水混合，并于70℃的水浴下加熱反應(yīng)80min，即得。

這種化學(xué)固化劑的使用方法為將化學(xué)固化劑噴灑至沙面，即可。

對比例2

本對比例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑由第一組分和第二組分混合制得，第一組分的原料按重量份數(shù)計包括：聚乙烯醇60份、聚丙烯酰胺8份和丙烯酸鹽8份；第二組分按重量份數(shù)計包括硅酸鈉3份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法及使用方法與實施例3基本一致。

對比例3

本對比例提供一種化學(xué)固化劑，該化學(xué)固化劑由第一組分和第二組分混合制得，第一組分的原料按重量份數(shù)計包括：聚乙烯醇15份、聚丙烯酰胺32份和丙烯酸鹽34份；第二組分按重量份數(shù)計包括硅酸鈉3份。

這種化學(xué)固化劑的制備方法及使用方法與實施例3基本一致。

實驗例1

將本發(fā)明實施例1所制得的化學(xué)固化劑做電鏡分析，如圖1所示。實施例2-8所提供的化學(xué)固化劑的電鏡圖與實施例1相似，故沒逐一示出。

由圖1可見，這種化學(xué)固化劑能夠形成交聯(lián)的網(wǎng)狀纖維，從而能夠?qū)⒒瘜W(xué)結(jié)皮穩(wěn)定的錨固在沙地中。圖1示出的電鏡圖與生物結(jié)皮的微觀結(jié)構(gòu)非常相似，說明本發(fā)明提供的這種化學(xué)固化劑具有仿生性能。

實驗例2

抗風(fēng)蝕性能測試：

實驗分為12個組，每組實驗在直徑為90cm，深度為20cm的沙盤中進行。實驗組有8組，分別施用實施例1～8提供的化學(xué)固化劑，對照組有4組，其中有3組分別施用對比例1～3提供的化學(xué)固化劑，剩余一組為空白對照組。

試驗方法：

先將各化學(xué)固化劑的混合液噴灑在沙盤表面，隨后將硅酸鈉再噴灑至沙盤表面，每個沙盤中噴灑的化學(xué)固化劑的總體積為100ml。把噴好化學(xué)固化劑的沙盤放置在室溫下知道溶液完全被吸收后，再放入烘箱中，于80℃下烘烤8h。然后，對各沙盤中的固沙樣品進行抗風(fēng)蝕性能測試：在垂直方向上對沙盤吹夾沙風(fēng)，風(fēng)速為10m/s，統(tǒng)計各沙盤的耐磨蝕時間、并觀察風(fēng)蝕的程度。其中，風(fēng)蝕的程度以分值計，沙盤中沒有出現(xiàn)風(fēng)蝕現(xiàn)象計為0分，風(fēng)蝕現(xiàn)象越嚴重，分值越高，滿分為10分。統(tǒng)計結(jié)果如表1所示：

表1化學(xué)固化劑的抗風(fēng)蝕性能測試

由表1可知，本發(fā)明實施例1～8中提供的化學(xué)固化劑的耐磨蝕時間為3.2～7.2h，遠大于對比例1～3中提供的化學(xué)固化劑的1.2～1.6h,以實施例6為最佳(耐磨蝕時間為7.2h)。同時，本發(fā)明實施例1～8中提供的化學(xué)固化劑的風(fēng)蝕程度(0～1分)也遠小于對比例1～3中提供的化學(xué)固化劑的風(fēng)蝕程度(6～7分)。由此說明，本發(fā)明提供的化學(xué)固化劑的固沙能力強，具有很好的抗風(fēng)蝕能力。

綜上所述，本發(fā)明提供的化學(xué)固化劑，在將其噴灑至沙面上以后，由于第一組分和第二組分在沙地的滲透程度不同，使該化學(xué)固化劑能夠在沙地的表層形成功能性的化學(xué)結(jié)皮，在沙地的表層以下，能夠形成交聯(lián)的網(wǎng)狀纖維，從而將化學(xué)結(jié)皮穩(wěn)定的錨固在沙地中。這種固化劑形成的化學(xué)結(jié)皮，具有仿生性能，即該化學(xué)結(jié)皮類似于生物結(jié)皮那樣，能夠長效的對沙粒進行固定化治理，提高沙漠的抗風(fēng)蝕和抗水蝕的能力。

盡管已用具體實施例來說明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。