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新型高分子沙土稳定材料的研制与应用

作　者: 李建法
导　师: 宋湛谦
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 林产化学加工
关键词: 磺化脲醛树脂 木质素磺酸盐 亚硫酸盐法制浆废液 高分子材料 沙漠化治理
分类号: TQ07
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 358次
引　用: 12次
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内容摘要


针对现有沙土稳定材料成本较高的缺点，本文从脲醛树脂和制浆工业副产品等两类低成本的原材料出发，通过适当的化学改性，研究制备具有较高沙土稳定效能的新型高分子沙土稳定材料。从脲醛树脂出发，创新性地通过低度磺化及加入少量三聚氰胺改性、以提高其水分散性和沙土稳定效能，研究制备了磺化脲醛(SUF)和磺化三聚氰胺脲醛(SMUF)等两种磺化氨基甲醛树脂。研究了它们的改性反应机理，对其13C-NMR谱图中各峰的结构单元归属进行了分析；并对树脂制备过程中羟甲基化、磺化、缩聚、中和等各步反应的主要影响因素进行了讨论，提出了合适的原料配比和优化反应条件。研究了树脂性质对其沙土结构改良效果的影响，综合干、湿筛分法得到的结果，认为树脂的磺化度在14.0%~18.0%之间为宜。在SUF的制备过程中加入20%三聚氰胺(占尿素重量比)，其沙土结构改良效能提高50%以上；由此得到的SMUF168在其施用量为0.3%时，沙土中>0.25 mm的干态和水稳定性团聚体含量分别为48.3%和42.0%, 达到一般耕层土壤的中上水平。首次针对沙土稳定方面的应用，研究了木质素磺酸盐与丙烯酸类单体的接枝共聚改性；并创新性地对亚硫酸盐法制浆废液直接进行接枝共聚改性研究。提出影响改性工艺的主要因素为引发剂的选择和用量。当丙烯酸类单体用量为原料干重的80%时，接枝共聚改性可以使木质素磺酸盐的沙土结构改良能力提高大约3倍，使制浆废液的沙土结构改良能力提高4倍。对木质素磺酸盐和制浆废液的二元接枝共聚改性以及改性产物的沙土结构改良作用进行了讨论；综合干、湿筛分法的分析结果，认为丙烯酰胺AM、丙烯酸AA单体用量比在60/20~80/20（占原料干重的百分比）之间为好，当木质素磺酸盐改性产物SLS-AM60AA20、制浆废液改性产物BSL-AM80AA20的施用量均为0.2%时，沙土中干态和水稳定性团聚体含量分别为47.1%和40.0%、49.8%和 43.1%, 达到一般耕层土壤的中上水平。首次对聚合物稳定沙土的作用机理从分子间作用力、聚合物性质及界面作用等三个方面进行了比较深入的探讨，认为干燥状态下阴离子基团与沙土颗粒的结合强于非离子基团，但是阴离子基团含量过多会降低聚合物处理后沙土的<WP=3>水稳定性；同时，创新性地提出以粘接理论来解释聚合物在干燥状态下对沙土的稳定作用。本文研制的SMUF168样品的沙土结构改良效能/成本比(干态130.4%、湿态104.6%)明显高于市售材料和其它自制样品；BSL-AM80AA20样品的干态效能/成本比(102.0%)略高于市售材料中最佳的阴离子型聚丙烯酰胺(APAM, 100.0%)，且在废液无害化利用方面具有突出的预期环境和社会效益。模拟抗风蚀试验表明，当SMUF168施用量为25 g.m-2、BSL-AM80AA20施用量为20 g.m-2时，沙土可以抵御风速为22.0 m.s-1的强风侵蚀；现场应用试验表明，在此施用量下，它们的沙土稳定效果优于APAM施用量为10 g.m-2时的效果，此时施用SMUF168的材料成本仅占APAM的65.5%。。

全文目录


第一章 绪论  11-28
  1．1 我国的沙漠化问题概述  11-15
    1．1．1 荒漠化与土地沙漠化  11-12
    1．1．2 我国沙漠化问题的现状与危害  12
    1．1．3 土地沙漠化问题的成因  12-13
    1．1．4 沙漠化问题的防治现状  13-15
  1．2 高分子沙土稳定材料研究进展  15-22
    1．2．1 风沙土结构特点及其稳定性  15-16
    1．2．2 有机质与沙土稳定性  16-17
    1．2．3 聚合物改良土壤结构的发展历史  17-18
    1．2．4 高分子沙土稳定材料的分类及主要品种  18-21
    1．2．5 高分子沙土稳定材料的目标用途  21-22
  1．3 研究目标与方案设计  22-25
    1．3．1 脲醛树脂的改性路线及研究方案  23
    1．3．2 木质素磺酸盐及制浆废液的改性路线及研究方案  23-24
    1．3．3 应用试验研究方案  24-25
  参考文献  25-28
第二章 磺化脲醛的制备及其沙土结构改良作用研究  28-58
  2．1 引言  28-29
  2．2 脲醛树脂磺化改性工艺及机理研究  29-48
    2．2．1 实验部分  29-32
      2．2．1．1 原料与试剂  29
      2．2．1．2 磺化脲醛树脂的制备  29
      2．2．1．3 浑浊温度测定  29
      2．2．1．4 固体物含量测定  29-30
      2．2．1．5 游离甲醛含量测定  30
      2．2．1．6 羟甲基含量测定  30-31
      2．2．1．7 亚硫酸氢根离子含量测定  31
      2．2．1．8 粘度测定  31
      2．2．1．9 核磁共振碳谱分析  31-32
    2．2．2 结果与讨论  32-48
      2．2．2．1 产物性质  32
      2．2．2．2 产物核磁共振碳谱分析及反应机理探讨  32-38
      2．2．2．3 制备反应次序对产物性质的影响  38
      2．2．2．4 羟甲基化反应的主要影响因素  38-40
      2．2．2．5 磺化反应的主要影响因素  40-43
      2．2．2．6 缩聚反应的主要影响因素  43-46
      2．2．2．7 中和反应与产物贮存稳定性的关系  46-48
  2．3 磺化脲醛树脂的沙土结构改良作用研究  48-54
    2．3．1 实验部分  48-49
      2．3．1．1 沙土样品  48
      2．3．1．2 施用方法  48
      2．3．1．3 沙土结构分析  48
      2．3．1．4 电镜观察  48-49
    2．3．2 结果与讨论  49-54
      2．3．2．1 电镜观察结果  49-50
      2．3．2．2 施用方法对沙土结构的影响  50-51
      2．3．2．3 树脂性质对沙土结构的影响  51-54
      2．3．2．4 施用量对沙土结构的影响  54
  2．4 结论  54-56
  参考文献  56-58
第三章 磺化三聚氰胺脲醛树脂的制备及其沙土结构改良作用研究  58-84
  3．1 引言  58-59
  3．2 三聚氰胺脲醛树脂磺化改性工艺研究  59-74
    3．2．1 实验部分  59-60
      3．2．1．1 原料与试剂  59
      3．2．1．2 磺化三聚氰胺脲醛树脂的制备  59
      3．2．1．3 产物性质测定  59
      3．2．1．4 核磁共振碳谱分析  59-60
    3．2．2 结果与讨论  60-74
      3．2．2．1 产物性质  60
      3．2．2．2 产物核磁共振碳谱分析及反应机理探讨  60-63
      3．2．2．3 羟甲基化反应的主要影响因素  63-66
      3．2．2．4 磺化反应的主要影响因素  66-68
      3．2．2．5 缩聚反应的主要影响因素  68-73
      3．2．2．6 中和反应与产物贮存稳定性的关系  73-74
  3．3 磺化三聚氰胺脲醛树脂的沙土结构改良作用研究  74-81
    3．3．1 实验部分  74
    3．3．2 结果与讨论  74-81
      3．3．2．1 电镜观察结果  74
      3．3．2．2 纯水处理对沙土结构的影响  74-76
      3．3．2．3 施用方法对沙土结构的影响  76
      3．3．2．4 树脂性质对沙土结构的影响  76-80
      3．3．2．5 施用量对沙土结构的影响  80-81
  3．4 结论  81-82
  参考文献  82-84
第四章 木质素磺酸盐的改性及其产物的沙土结构改良作用研究  84-105
  4．1 引言  84-85
  4．2 实验部分  85-86
    4．2．1 木质素磺酸盐的接枝共聚改性  85-86
      4．2．1．1 原料与试剂  85
      4．2．1．2 接枝共聚改性反应  85-86
      4．2．1．3 改性产物性质测定方法  86
    4．2．2 原料及产物红外光谱分析  86
    4．2．3 沙土结构改良试验方法  86
  4．3 结果与讨论  86-101
    4．3．1 原料及产物红外光谱分析结果  86-87
    4．3．2 木质素磺酸盐的接枝共聚改性研究  87-93
      4．3．2．1 接枝共聚改性反应机理概述  87-88
      4．3．2．2 共聚物与均聚物的分离  88-89
      4．3．2．3 影响接枝共聚反应的主要反应条件  89-93
    4．3．3 木质素磺酸盐及其改性产物的沙土结构改良作用研究  93-101
      4．3．3．1 电镜观察结果  93
      4．3．3．2 木质素磺酸盐对沙土结构的影响  93-95
      4．3．3．3 一元接枝共聚改性产物对沙土结构的影响  95-98
      4．3．3．4 二元接枝共聚改性产物对沙土结构的影响  98-101
  4．4 结论  101-102
  参考文献  102-105
第五章 亚硫酸盐法制浆废液的改性及其产物的沙土结构改良作用研究  105-119
  5．1 引言  105-106
  5．2 实验部分  106
    5．2．1 亚硫酸盐法制浆废液的接枝共聚改性  106
      5．2．1．1 原料与试剂  106
      5．2．1．2 废液接枝共聚改性方法  106
      5．2．1．3 改性产物性质测定方法  106
    5．2．2 沙土结构改良试验方法  106
  5．3 结果与讨论  106-117
    5．3．1 影响接枝共聚改性的主要因素  106-110
      5．3．1．1 废液原料的影响  106-108
      5．3．1．2 引发剂用量的影响  108
      5．3．1．3 反应温度及时间的影响  108-109
      5．3．1．4 单体种类与用量的影响  109-110
    5．3．2 废液及其改性产物对沙土结构的影响  110-117
      5．3．2．1 电镜观察结果  110
      5．3．2．2 废液对沙土结构的影响  110-112
      5．3．2．3 改性产物对沙土结构的影响  112-114
      5．3．2．4 废液二元接枝改性对沙土结构的影响  114-117
  5．4 结论  117-118
  参考文献  118-119
第六章 几种高分子材料的沙土稳定作用研究  119-135
  6．1 引言  119
  6．2 实验部分  119-121
    6．2．1 材料  119-120
    6．2．2 沙土结构分析  120
    6．2．3 模拟抗风蚀试验  120
    6．2．4 沙土水分蒸发试验  120-121
  6．3 结果与讨论  121-133
    6．3．1 聚合物稳定沙土的作用机理探讨  121-127
    6．3．2 几种材料对沙土结构改良效果的比较  127-130
    6．3．3 几种材料对沙土抗风蚀能力的影响对比  130-131
    6．3．4 现场应用试验结果  131-132
    6．3．5 几种材料抑制沙土水分蒸发的研究  132-133
  6．4 结论  133-134
  参考文献  134-135
结论  135-138
致谢  138-139
附录1攻读博士学位期间取得的工作成果  139-140
附录2“磺化脲醛多功能土壤改良剂”课题查新报告  140-144
附录3“农林废弃物无害化全质利用技术研究”课题查新报告  144-148
附录4磺化氨基甲醛树脂的13C-NMR谱图  148-153
附录5木质素磺酸钙及其改性产物的IR谱图  153-156

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工产品与副产品
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