一種植生綠化用固化復合材料及其植生綠化用固沙方法

專利名稱：一種植生綠化用固化復合材料及其植生綠化用固沙方法
技術領域：
本發明涉及一種化學固沙復合材料及其固沙方法，特別是涉及一種在強紫外線照 射的沙漠地區植生綠化用固化復合材料及其植生綠化用固沙方法。
背景技術：
荒漠化是當前全球最嚴重的環境及生態問題之一，關系到人類的生存和可持續發 展，是當前世界各國共同面臨的挑戰。據聯合國環境規劃署統計(1991年)，全球荒漠化土 地約有3600萬平方公里，涉及100多個國家和地區，占全球陸地面積的1/4。我國是世界上 荒漠化土地面積較大、危害較嚴重的國家之一，據國家林業總局估計(1997年)荒漠化土地 為沈2. 2萬平方公里，約占全國土地面積的30%，其中包括風蝕、水蝕、鹽漬化和凍融等四 種類型；據《中國21世紀議程》的統計數據(1994年)顯示，目前仍以每年2000多平方公 里的速度擴大，每年因荒漠化危害造成的直接經濟損失多達540億元。化學固沙是近年來發展較快的固沙技術，始于20世紀30年代中期，由美國和前蘇 聯提出并開始研究，到50年代有了較大發展，20世紀60年代起，我國出現了化學固沙的研 究與試驗，至今已有50余年的發展歷史，取得一定的效果，但大多數化學固沙材料易對環 境造成污染。基于親水性聚氨酯樹脂的植生綠化用化學固化材料以水為固化劑，環境親和性 高，在水中可均勻乳化，30s-20min快速固化，形成抱水性好的彈性凝膠體，可以在沙的表層 形成厚度為5-50mm，孔隙率為10-25%，壓縮強度為5-Mkg/cm2，拉伸強度為24kg/cm2的 固結層，該固結層有較好的透氣、保水、保肥等特性，適合植物生長，為植物的發芽和早期的 生長創造穩定的環境(中國發明專利申請，公開號CN101548595)。但是由于沙漠地區紫外 線輻射能量較高，引發親水性聚氨酯樹脂化學固化材料氧化降解，造成固結層使用壽命短， 不能長期固定流沙，而且失去保水、保肥的特性，不能為植物提供長期穩定的生長環境，降 低植物的存活率和植生綠化的固沙效果。

發明內容
本發明的目的是提供一種紫外線降解可控的植生綠化用固化復合材料及其植生 綠化用固沙方法，克服現有技術中親水性聚氨酯樹脂化學固化材料在強紫外線輻射下穩定 性差，易氧化降解的缺陷，通過紫外線降解控制，形成耐久和保水性好、既防止風蝕又能實 現植生綠化的高耐久性化學固結層，實現固結層30年以上降解周期可控，為植物提供長久 穩定的生長環境，實現固沙和可持續生態環境修復。本發明采用如下技術方案一種植生綠化用固化復合材料，由以下組分組成(a)水溶性聚氨酯樹脂；(b)水；以及(c) 一種或一種以上的紫外線吸收劑或紫外線安定劑組成的紫外線降解控制劑。
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本發明的固化復合材料，短時間內從沙土層表面開始向內部形成一定厚度的多孔 質固化沙層，從而抑制了沙的流動；形成的多孔質固化沙層具有適宜的厚度、強度和良好的 耐久性、抗凍融性能。由于固化沙層具有多孔質的結構特征，如網狀積層結構或橡膠積層結 構等，即具有透水性、保溫性、保肥性和抑制水分蒸發等功能，因此固化沙層具有良好的植 生綠化功能。所述的植生綠化用固化復合材料中水溶性聚氨酯樹脂的濃度范圍是質量濃度為
2 7%。所述的親水性聚氨酯樹脂按下述方法制備，分子量在1，000-20, 000之間且具有 聚氧乙烯鏈和末端有兩個以上氫氧基的聚氧化乙烯化合物與等摩爾數以上的帶有相等的 氫氧基團數的聚異氰酸酯化合物，在30-120°C的溫度下經過30分鐘至7天的反應，在聚氧 化乙烯化合物的兩端導入異氰酸酯基而生成。有關上述親水性聚氨酯樹脂化學固化材料的 制備、配制和使用，還可參見中國專利申請“基于有機復合材料的化學固沙綠化技術的沙漠 治理方法”(公開號CN101548595)。本發明的固化復合材料在親水性聚氨酯樹脂化學固化材料中加入紫外線降解控 制劑。太陽光線中波長為200-400nm區域的紫外線光由于能量較大，在一般化學鍵斷裂所 需能量范圍，所以能夠引發親水性聚氨酯樹脂化學固沙材料氧化分解。紫外線吸收劑可以 吸收紫外線，將對親水性聚氨酯樹脂有害的光能轉化為熱能或其它形式的能量，即對親水 性聚氨酯樹脂無害，從而提高親水性聚氨酯樹脂化學固沙材料的抗紫外線降解能力。紫外 線安定劑可以將親水性聚氨酯樹脂化學固沙材料因紫外線能量輻射而引發產生的各種活 性自由基(主要包括ROO ·、RO ·、R ·和· 0H)捕獲，奪取其電子，使其活性猝滅，形成穩定 的化合物，從而阻止親水性聚氨酯樹脂進一步被氧化分解，提高親水性聚氨酯樹脂化學固 沙材料的抗紫外線降解能力。紫外線吸收劑和紫外線安定劑組合協調作用，可以發揮更大 的抗紫外線降解性能。所述的紫外線安定劑的質量濃度為0. 005 0. 5%，紫外線吸收劑的質量濃度為 0. 1 1%。所述的紫外線降解控制劑優選由質量份60-100份的紫外線安定劑和0-40 份的紫外線吸收劑組成。前述紫外線降解控制劑的使用濃度為0.0005-0.5%，優選 0. 005% -0. 1%，能夠有效阻止親水性聚氨酯樹脂的紫外線降解，控制親水性聚氨酯樹脂固 化復合材料的紫外線降解周期為30年，固結層可以阻止沙丘的流動，實現在沙漠地區植生 綠化，抑制荒漠化對周圍環境的影響，而且使用量小，使用成本低，適合在廣闊沙漠地區的 使用；如果使用濃度高于0. 5 %，則增加荒漠化治理成本，大幅降低該成分在荒漠化防治和 生態修復中的性價比，很難在荒漠化治理領域廣泛應用。如果使用濃度低于0. 0005%則紫 外線降解提高效果不明顯，不能應用于荒漠化地區強紫外線的環境，而且苯并三唑類和苯 酮類紫外線吸收劑的使用量小，使用成本低，適合在廣闊沙漠地區的使用。質量份100份紫外線安定劑由0-100份受阻酚和0-100份受阻胺組成，最好是 0-60份受阻酚，40-100份的受阻胺組成。受阻酚類紫外線安定劑可以為四(β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季 戊四醇酯、2，2'-亞甲基雙G-甲基-6-叔丁基苯酚)、4，4'-亞甲基雙0，6_ 二叔丁基 苯酚)、4，4'-硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯酚)或4，4'-硫代雙(6-叔丁基間甲酚)、
5β-(4-羥基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、N, N' -1，6-亞己基-雙[3-(3，
5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰胺]、N，N'-雙[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰] 胼、2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2-草酰胺基-雙[乙基-3- (3，5- 二叔丁基_4_羥基苯 基)]丙酸酯中的一種或幾種的組合。受阻胺類紫外線安定劑可以為雙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-羥基-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)-亞胺 基]-1，6-己烷二基-[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亞胺基]}、聚丁二酸羥基-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-雙[(2，2，6，6，-四甲基-哌啶基)亞氨基]-1，6-己二撐[(2，2，6，6_四甲基-4-哌啶 基)亞氨基]}、聚丁二酸G-羥基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯、癸二酸雙(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)癸二酸酯的一種 或幾種的組合。紫外線吸收劑100份是由0-100份苯并三唑和0-100份苯酮組成，最好是0-80份 苯并三唑和20-100份的苯酮組成。苯并三唑可以為2-(2'-羥基-3' ,5' - 二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、 2-(2'-羥基-3-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羥基_5'-甲基苯 基)苯并三唑、2-(2'-羥基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2'-羥基-3'，5' -二 叔戊基苯基)苯并三唑、2-(2'-羥基-3'，5'雙(a，a-二甲基芐基)苯基)苯并三唑、 2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚的一種或幾種的組合。苯酮可以為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4_二 羥基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2-羥基-4-氯乙酸酯基-二苯甲酮、 2-羥基-4-環氧縮水甘油醚基-二苯甲酮、2-氯乙酸酯基-4-甲氧基-二苯甲酮、2-羥 基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2，2' ,4,4'-四羥基二苯甲酮的一種或兩種以上的組
口 O本發明還涉及植生綠化用固沙方法，是將所述的植生綠化用固化復合材料噴灑在 沙漠化土地表面，快速固化形成多孔質結構的固結層。所述的植生綠化用固沙方法，包括以下步驟1)將親水性聚氨酯樹脂化學固化材料、水與紫外線降解控制劑混合，攪拌均勻；2)在沙的表面播撒植生用綠化組合物；3)平整沙的表層并噴灑水分；4)將步驟1配制的包含親水性聚氨酯樹脂化學固化材料的混合物噴灑在上沙層 表面，在沙的表層形成多孔質固結層。所述的固結層厚度為5-50mm，孔隙率為10_25%，壓縮強度為5-15kg/cm2，拉伸強 度為 24kg/cm2。上述方法形成的固結層有較好的透氣、保水、保肥特性，適合植物生長，為植物的 發芽和生長創造長期穩定的環境。所述的植生綠化組成物包括2-3種很好耐候性、耐鹽性和耐旱性的植物種子，還 可以包含水和肥料以及保水、保肥劑等。根據不同的工況條件，植生用綠化物可包括多種不同成分，如最好含有一定量的肥料，以便促進種子的發芽和植物的初期生長性能。此外，植 生用綠化物中還可以包含一定量的水；這樣植生用綠化物可以滲透到沙層的深處。由于多 孔質固結層具有良好的保水性，可以為植物提供必要的發芽和初期生長條件。植生用綠化 物中所含的肥料可以為動物(牛、羊等)糞便、化肥等。植生用綠化物中所包含的種子可以 為具有耐候性、耐鹽和耐干燥性能的植物種子，如緘茅草、披肩草、冷地早熟禾、沙蒿、檸條 和/或中華羊茅等。植生用綠化物中還可以含有保水劑。保水劑可以為PVA(聚乙烯醇)、MC(甲基纖 維素)、CMC(羧甲基纖維素鈉)等具有保水性的聚合物、丙烯系吸水性高分子聚合物或者無 機系的珍珠巖、蒙脫土(高嶺土)、蛭石甚至是當地的黃土或粘土等物質。此外，保水劑也可 以為具有保水功能的高分子化合物，這種高分子化合物既可以為天然高分子化合物也可為 合成高分子化合物。特別是對于水分會急劇干燥蒸發的沙漠地區，最好使用保水性能優良 或能吸收比自重重幾百倍以上的高吸水性保水物質。在植生用綠化物中，最好含有一定量的具有保肥功能的材料(保肥劑)。當地動物 (牛、羊)的糞便充分攪拌形成的液狀物便可以作為保肥材料。特別是牛糞，含有大量纖維 狀物質，具有比較好的固沙和植生效果。與現有技術相比，本發明具有以下優點1.本發明所述的親水性聚氨酯樹脂化學固化材料以水為固沙劑，具有無毒、安全 環保、環境親和性高等特點。2.本發明所述的紫外線吸收劑和光安定劑組成的紫外線降解控制劑可以明顯提 高固化材料耐紫外線降解的能力，實現降解周期30年以上可控。3.本發明所述的植生綠化用固化復合材料通過調解紫外線降解控制劑的組成和 使用濃度，實現親水性聚氨酯樹脂固化復合材料紫外線降解周期的提高和控制。4.本發明所述的基于植生綠化用固化復合材料的固結層有很好的透氣、保水保溫 等特性，適合植物生長，為植物的發芽和生長創造長久穩定的環境。5.本發明所述的植生綠化用固化復合材料施工方便，性價比高，適合在廣闊沙漠 地區的使用。
具體實施例方式為了更好的說明本發明內容，通過下述實施例進一步做出解釋，但并不僅限于如 下實施例，在權利要求書范圍內可進行多種組合和變化。為了便于發明的說明，下文根據敘述的需要列出不同代號表示的不同組成的紫外 線降解控制劑，其組成如表1、表6。表 權利要求
1.一種植生綠化用固化復合材料，由以下組分復合而成(a)水溶性聚氨酯樹脂；(b)水；(c)一種或一種以上的紫外線吸收劑或紫外線安定劑組成的紫外線降解控制劑。
2.根據權利要求1所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于所述的植生綠化用固 化復合材料中水溶性聚氨酯樹脂的質量濃度為2 7%。
3.根據權利要求1所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于所述的紫外線安定劑 的質量濃度為0. 005 0. 5%，紫外線吸收劑的質量濃度為0. 1 1%。
4.根據權利要求1所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于所述的紫外線降解控 制劑每100質量份由60-100份的紫外線安定劑和0-40份的紫外線吸收劑組成。
5.根據權利要求1或4所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于所述的紫外線安 定劑每100質量份由0-60份受阻酚，40-100份的受阻胺組成。
6.根據權利要求5所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于受阻酚選自四 (β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯、2，2'-亞甲基雙G-甲基-6-叔 丁基苯酚)、4，4'-亞甲基雙0，6_ 二叔丁基苯酚)、4，4'-硫代雙(6-叔丁基-3-甲基苯 酚)或4，4'-硫代雙(6-叔丁基間甲酚)、β-(4-羥基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八 碳醇酯、N，N' -1，6-亞己基-雙[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰胺]、N，N'-雙 [3-(3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰]胼、2，6_ 二叔丁基-4-甲基苯酚、2，2_草酰胺 基-雙[乙基-3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)]丙酸酯一種或幾種的組合。
7.根據權利要求5所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于受阻胺選自雙(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-羥基-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)-亞胺基]-1，6-己烷二基-[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亞 胺基]}、聚丁二酸(4-羥基-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-雙[(2，2，6，6，_四甲基-哌啶基)亞氨基]_1，6_己二 撐[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亞氨基]}、聚丁二酸羥基-2，2，6，6-四甲基-1-哌 啶乙醇)酯、癸二酸雙(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)癸二酸酯的一種或幾種的組合。
8.根據權利要求1或4所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于所述的紫外線吸 收劑由0-80份苯并三唑和20-100份的苯酮組成。
9.根據權利要求8所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于苯并三唑選自 2-(2'-羥基-3'，5' - 二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羥基_3_叔丁 基-5'-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2'-羥基-5'-甲基苯基)苯并三唑、 2-(2'-羥基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2'-羥基-3'，5' - 二叔戊基苯基)苯 并三唑、2-(2'-羥基-3'，5'雙(a，a-二甲基芐基)苯基)苯并三唑或2-QH-苯并三 唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚的一種或幾種的組合。
10.根據權利要求8所述的植生綠化用固化復合材料，其特征在于苯酮選自2-羥 基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4_ 二羥基二苯甲酮、2-羥 基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2-羥基-4-氯乙酸酯基-二苯甲酮、2-羥基-4-環氧縮水甘油醚基-二苯甲酮、2-氯乙酸酯基-4-甲氧基-二苯甲酮或2，2' ,4,4'-四羥基二 苯甲酮的一種或幾種的組合。
11.一種植生綠化用固沙方法，其特征在于將權利要求1 4所述的植生綠化用固化復 合材料噴灑在沙漠表面，固化形成多孔質結構的固結層。
12.根據權利要求11所述的植生綠化用固沙方法，其特征在于包括以下步驟1)將親水性聚氨酯樹脂化學固化材料、水與紫外線降解控制劑混合，攪拌均勻；2)在沙的表面播撒植生用綠化組合物；3)平整沙的表層并噴灑水分；4)將步驟1配制的包含親水性聚氨酯樹脂化學固化材料的混合物噴灑在沙層表面，在 沙的表層形成多孔質固結層。
全文摘要
一種植生綠化用固化復合材料及其植生綠化用固沙方法，通過水溶性聚氨酯樹脂化學固化材料(W-OH)與紫外線降解控制劑進行復合反應制備功能性的水溶性聚氨酯復合固化材料，從而可大幅提高其抗紫外線降解能力，并可以對其降解周期進行控制。紫外線降解控制劑由苯并三唑、苯酮的紫外線吸收劑和受阻胺、受阻酚的紫外線安定劑組成。所述的固化復合材料噴灑在播撒植生綠化組成物的沙漠表面，可在沙漠表面快速形成多孔質結構的固結層，該固結層有較好的透氣、保水、保肥特性，適合植物生長，并實現固結層30年以上降解周期可控，在固沙的同時逐步實現生態環境修復。
文檔編號E02D3/12GK102120933SQ20101054156
公開日2011年7月13日 申請日期2010年11月3日 優先權日2009年11月11日
發明者吳智仁, 吳智深, 巖下健太郎, 楊才千, 稻垣廣人, 高衛民 申請人:Jck株式會社, 江蘇艾特克環境工程設計研究院有限公司