一种亲水反应型聚氨酯的制备方法及其在修复固沙中的应用技术

本发明专利技术属于高分子聚氨酯合成技术领域，涉及亲水型聚氨酯的制备方法，尤其涉及一种亲水反应型聚氨酯的制备方法及其在修复固沙中的应用。本发明专利技术所公开的制备方法，包括：异氰酸酯在搅拌条件下缓慢加入环氧改性聚醚多元醇EO/PO‑OH，升温至25～180℃反应0.5～10h，继续加入剩余异氰酸酯,于25～180℃，反应0.5～10h，反应结束后，加入溶剂作为稀释剂，所制备的亲水反应型聚氨酯，密封阴凉干燥避光处保存。本发明专利技术还公开了所制备的亲水反应型聚氨酯在修复固沙中的应用。本发明专利技术操作简易，条件可控；所制得的HRPU具有优良的渗透性，可完全分散于水相中，固化速率可控，以浓度调节与水的反应速率，应用于藏北退化草原的植被恢复过程操作简便，具有较高的实用和推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种亲水反应型聚氨酯的制备方法及其在修复固沙中的应用
本专利技术属于高分子聚氨酯合成
，涉及亲水型聚氨酯的制备方法，尤其涉及一种亲水反应型聚氨酯的制备方法及其在修复固沙中的应用。
技术介绍
藏北草原位于高海拔极寒地区，生态极其脆弱，随着人类活动，例如放牧等压力的增强，严重影响该地区的生态环境并制约经济的发展。近年来草地不同程度的退化、甚至沙化现象，对当地生态安全构成严重威胁。如何实现或者选用何种措施实现草原退化—微沙化—退化加重—沙化加重这种恶性循环的终止和良性恢复，是值得挑战和有意义的课题。高寒草原植被的恢复是改善退化-沙化现象的有效方法，而沙化土壤的固定是植被恢复的关键因素之一。工程和生物措施是目前常见的固土方法。藏北草原地处高海拔高寒的特殊环境，工程措施操作难及高耗费等原因难以在藏北地区全面开展；而生物措施在气候环境极其恶劣的藏北高原存在植物难以存活的问题。因此，高效沙化土壤固定措施对藏北退化草原的恢复具有重要意义。材料措施在沙土固定应用中，是指将无机、有机或无机-有机复合材料喷洒于沙土表面形成覆盖层或渗入表层沙土中，利用黏结作用形成固结层，起到固土的效果。20世纪50年代以来，我国开始对土地沙化进行研究和治理，1956年开始研究化学固沙。先后试验了水玻璃液态高效复合材料、聚乙烯醇、聚乙烯酸酯、聚丙烯酰胺乳化沥青及乳化原油等固沙剂。由于操作工艺复杂、成本较高，部分材料稀缺，效果欠佳、环境污染等因素，化学固沙剂的发展受到严重制约。近年来，有机高分子材料应用于水土保持以及荒漠化治理的研究取得长足进步。2001年兰州大学研制开发出了新型高分子SH固化材料，其为水溶性高分子材料，凝胶时间易于控制，遇水可无限稀释（王银梅,谌文武,韩文峰,SH固沙机理的微观探讨,岩土力学,2005,26(4):650-654.）。但此种高分子化学固沙剂研究未涉及固结后的疏水性能，因此所形成固结体在降雨条件下的稳定性得不到保障。近年来，国内引进日本等先进国家有机高分子复合材料（W-OH）（ZhirenWu,WeiminGao,ZhishenWuet.al,Synthesisandcharacterizationofanovelchemicalsand-fixingmaterialofhydrophilicpolyurethane.JournaloftheJapanSocietyofMaterialScience,2011,60(7):674-679.），在沙漠化等生态脆弱领域植生应用中取得较好成果。江苏艾特克环境工程研究院有限公司与日本东海大学，通过国际科技合作项目“荒漠化防治环境友好型材料及其生态修复技术合作研究”，引进W-OH复合材料，应用于荒漠化治理，在沙洲绿化方面取得较好成果，表明聚氨酯材料在荒漠化固沙-植生中具有较大推广空间（梁止水，杨才千，吴智仁,W-OH与砒砂岩固结体力学性能研究,人民黄河,2016,38(6):30-34.）。此材料所应用的区域为沙漠地带，沙粒颗粒大小固定，W-OH材料易于渗透，固化，并非藏北退化草原的沙土混合土样；黄河水利科学研究院在砒砂岩区开展国家科技支撑计划项目“黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术集成与示范”，将W-OH复合材料应用砒砂岩地区的边坡稳定治理，取得了较好的示范成果（高卫民，吴智仁，吴智深，杨才千,荒漠化防治新材料W-OH的力学性能研究,水土保持学报,2010,24(5):1-5.）。现有的化学固沙剂多用于沙漠或水土流失严重地域，本专利技术根据藏北退化草原出现的土壤沙化现象，公开一种具有高渗透性的亲水反应型聚氨酯，相关研究未见报道。
技术实现思路
针对上述化学固沙材料现有技术中存在的不足，本专利技术公开了一种具有高渗透性的亲水反应型聚氨酯的制备方法，并将其应用于藏北草原沙化土壤的固结。一种亲水反应型聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：A、向反应容器内加入第一批量异氰酸酯，在搅拌条件下缓慢加入环氧改性聚醚多元醇（EO/PO-OH），升温至25～180℃反应0.5～10h，优选120℃反应4h，所述第一批量异氰酸酯占异氰酸酯总量的0～100%，优选30%；其中，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）或异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），优选异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）；所述EO/PO-OH的量根据聚醚多元醇中所含羟基（-OH）与异氰酸酯所含异氰酸根（-NCO）物质的量的比值范围R为1:0.1～1:3.5，优选1:1.75；B、继续加入余量的异氰酸酯,调节温度至25～180℃，反应0.5～10h，优选90℃反应4h；C、反应结束后，加入溶剂作为稀释剂，投入量为异氰酸酯与EO/PO-OH总质量的0～200%，优选15%，其中，所述溶剂为丙酮、甲苯、丁酮、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯任一种，优选乙酸乙酯。收集所制备的亲水反应型聚氨酯（HRPU），密封阴凉干燥避光处保存。本专利技术所述环氧改性聚醚多元醇（EO/PO-OH），其制备方法包括：（1）、在高压反应釜中加入乙二醇为起始剂，双金属络合氰化物（DMC）作为催化剂，投入量为起始剂质量的0.01～5%，优选0.5%；升温至60～150℃进行脱水处理后，加入起始剂质量的1～30%的环氧丙烷（PO）进行聚合反应，温度优选110℃，环氧丙烷（PO）投入量优选20%，随着反应进行，反应釜压强逐渐降低至稳定，第一阶段反应结束；（2）、将反应釜温度降温至85℃，加入起始剂质量的1～30%的环氧乙烷（EO）和0.01～5%的碱金属氢氧化物催化剂，升温至110℃进行EO封端反应，反应压强为0.35Mpa；其中所述EO投入量优选80%，催化剂量优选1%，碱金属氢氧化物优选氢氧化钾（KOH）；（3）、以次磷酸、亚磷酸、磷酸、酸式磷酸钠等弱酸进行中和，然后对形成的钾盐结晶进行吸附过滤，收集所制备环氧改性聚醚多元醇（EO/PO-OH），密封阴凉干燥避光处保存。本专利技术的另外一个目的，公开了所制备的亲水反应型聚氨酯（HRPU）在修复固沙中的应用，包括如下步骤：A、水/HRPU混合乳液的配制：将所制备的HRPU在搅拌条件下加入水中，所述HRPU质量分数为1～10%，优选3%；B、土样的固结：将所配制的水/HRPU混合乳液喷洒于土样表面，喷洒量为0.5～10.0L/m2，优选3.5L/m2。本专利技术在聚氨酯材料制备过程中所使用原料聚醚予以改性提升其亲水性，并通过控制所制成样品与水混合的比例来调节反应自由基与水中固化基团羟基的接触几率，从而控制固化反应时间以及渗透深度。固沙效果性能检测：测试所述喷洒实验过程的固化时间、渗透深度、固结体的浸润性能，力学性能等。本专利技术所用试剂：甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯，工业品，句容市宁武化工有限公司；环氧乙烷、环氧丙烷、丙酮、甲苯、丁酮、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。有益效果本专利技术所公开的亲水反应型聚氨酯（HRPU）的制备方法，操作简易，条件可控；所制得的HRPU具有优良的渗透性，可以完全分散于水相中（亲水性），固化速率可控，且可以通过浓度调节控制与水的反应速率（反应型），无需添加有机反应介质，具有经济与环保性。水/HRPU混合乳液渗透入沙土后所形成的固结层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亲水反应型聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、向反应容器内加入第一批量异氰酸酯，在搅拌条件下缓慢加入环氧改性聚醚多元醇EO/PO‑OH，升温至25～180℃反应0.5～10h，所述第一批量异氰酸酯占异氰酸酯总量的0～100%；其中，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯TDI、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI或异佛尔酮二异氰酸酯IPDI；所述EO/PO‑OH的量根据聚醚多元醇中所含羟基‑OH与异氰酸酯所含异氰酸根‑NCO物质的量的比值范围R为1:0.1～1:3.5；B、继续加入余量的异氰酸酯,调节温度至25～180℃，反应0.5～10h；C、反应结束后，加入溶剂作为稀释剂，投入量为异氰酸酯与EO/PO‑OH总质量的0～200%，优选15%，其中，所述溶剂为丙酮、甲苯、丁酮、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯任一种，优选乙酸乙酯。

【技术特征摘要】
1.一种亲水反应型聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、向反应容器内加入第一批量异氰酸酯，在搅拌条件下缓慢加入环氧改性聚醚多元醇EO/PO-OH，升温至25～180℃反应0.5～10h，所述第一批量异氰酸酯占异氰酸酯总量的0～100%；其中，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯TDI、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI或异佛尔酮二异氰酸酯IPDI；所述EO/PO-OH的量根据聚醚多元醇中所含羟基-OH与异氰酸酯所含异氰酸根-NCO物质的量的比值范围R为1:0.1～1:3.5；B、继续加入余量的异氰酸酯,调节温度至25～180℃，反应0.5～10h；C、反应结束后，加入溶剂作为稀释剂，投入量为异氰酸酯与EO/PO-OH总质量的0～200%，优选15%，其中，所述溶剂为丙酮、甲苯、丁酮、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯任一种，优选乙酸乙酯。2.根据权利要求1所述亲水反应型聚氨酯的制备方法，其特征在于：步骤A所述升温至120℃反应4h，所述第一批量异氰酸酯占异氰酸酯总量的30%。3.根据权利要求1所述亲水反应型聚氨酯的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣新山，张璐，吴智仁，张晓颖，王从彦，杜道林，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32