木质素磺酸钠接枝脲醛树脂新型固沙抑尘剂的合成及其性能研究

摘要

本论文通过接枝共聚的方法，合成了一种水溶性良好的木质素磺酸钠接枝磺化脲醛树脂类新型固沙抑尘剂。实验以尿素、甲醛、木质素磺酸钠为原料，亚硫酸氢钠为磺化剂，三聚氰胺为改性剂，通过控制反应温度、pH合成新型固沙抑尘剂。该固沙抑尘剂以水作为溶剂，稀释成稀溶液后可用于未植被的裸露土壤、建筑工地、矿山、码头的料堆及煤炭的铁路运输等方面抑制扬尘，防止给空气带来的扬尘污染。还可以与固沙生物技术相结合，用于表层土壤的固土，以达到固定植被抑制扬尘的目的。该固沙抑尘剂的研制及抑尘技术在环境保护和防沙抑尘方面具有很好的应用前景。
　　本论文完成了以下研究工作:
　　1.论文以尿素为主要原料，通过与甲醛缩聚接枝木质素磺酸钠合成了低成本的固沙抑尘剂。论文探究最佳的合成条件，分别改变尿素、甲醛的投料摩尔比，尿素分批投料次数，缩聚反应pH，缩聚反应温度以及木质素磺酸钠加入量，最终结合产物的黏度、游离甲醛的含量、产物的放置稳定性和乳液的流动性等性质确定了最佳的合成条件。实验结果表明当甲醛与尿素的投入摩尔比为1.3，尿素分三次投料，投料比为7∶2∶1，缩聚反应pH为4.5，缩聚反应温度为80℃时，合成的乳液具有较好的性质和应用性能，能够满足实际固沙需要。
　　2.本论文对这种新型固沙抑尘剂进行了性质测试，主要包括固沙抑尘剂固含量的测定、游离甲醛含量的测定、磺化率的测定、红外光谱分析、扫描电镜测试。测试结果表明:固沙抑尘剂的固含量为3％-10％，可以满足抑制扬尘的应用，此条件下的固沙抑尘剂的游离甲醛的含量符合国家标准;温度降低，固含量增加，乳液的黏度会随着增加;放置时间变长，乳液的黏度会下降;产物的磺化率为84％;红外光谱图中新型聚合物的特征基团变化说明木质素磺酸钠与脲醛树脂成功接枝;扫描电镜可以看出，反应后木质素磺酸钠、磺化脲醛树脂、新型固沙抑尘剂的颗粒形貌发生了变化。
　　3.本论文还对这种新型固沙抑尘剂进行了一系列的应用测试，包括沙堆表面固结层的形貌观察，沙柱的抗压强度测试、沙柱的保水性能测试、沙堆的抗风蚀能力测试、沙柱的抗冻融性能测试、固沙抑尘剂高聚物的降解性能测试和热稳定性测试。实验结果表明:①固化后形成的固结层，具有很好的抑尘效果;②新型的固沙抑尘剂的固含量为5％时，制得的沙柱抗压强度达到1.182Mpa;③模拟沙漠经历大风量的风蚀实验，几乎没有质量损失;④沙柱的冻融实验表明，经历了7次冻融实验，抗压强度没有降低;⑤热稳定性表明，在160℃温度以下，固沙抑尘剂保持稳定;⑥该固沙抑尘剂在固化一个月后，会逐渐发生降解。从经济及适用性综合分析，该固沙抑尘剂用于建筑工地、矿山码头料堆及小型边坡的固土，5％固含量可以满足应用条件。
　　木质素磺酸钠来源广而且可再生是一种丰富的自然资源，但其单独作为固沙抑尘剂有强度小，降解快的弊端。本论文利用木质素磺酸钠化学性质活泼的特点，将木质素磺酸钠与脲醛树脂接枝合成新型固沙抑尘剂，提高了抗压强度也使降解周期延长，更有利于实际应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 粉尘污染及其危害

1．1．2 土地沙漠化的影响及治理方法

1．2 化学固沙抑尘剂在国内外的研究成果及发展趋势

1．2．1 固沙抑尘剂的分类

1．2．2 固沙抑尘剂的研究现状

1．2．3 固沙抑尘剂的发展趋势

1．3 木质素简介

1．3．1 木质素的化学结构及性质

1．3．2 木质素的化学改性

1．3．3 木质素磺酸盐

1．4 脲醛树脂筒介

1．4．1 脲醛树脂的概况

1．4．2 脲醛树脂的合成

1．4．3 脲醛树脂的应用

1．5 本课题研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品和实验仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 固沙抑尘剂的合成

2．2．1 合成方法的选择

2．2．2 合成工艺的选择

2．2．3 固沙抑尘剂的合成工艺流程

2．2．4 合成工艺条件的研究

2．3 固沙抑尘剂的性质表征

2．3．1 固沙抑尘剂的固含量的测定分析

2．3．2 固沙抑尘剂中游离甲醛含量的测定

2．3．3 固沙抑尘剂的黏度测试分析

2．3．4 固沙抑尘剂的磺化率分析

2．3．5 固沙抑尘剂的红外光谱测试分析

2．3．6 固沙抑尘剂的扫描电镜测试分析

2．4 固沙抑尘剂的应用性能研究

2．4．1 沙模的表面固化效果研究

2．4．2 抗压强度研究

2．4．3 保水性能研究

2．4．4 抗冻融性能研究

2．4．5 抗风蚀性能研究

2．4．6 降解性研究

2．4．7 固沙抑尘剂的热稳定性测试分析

第三章 结果讨论

3．1 固沙抑尘剂的合成工艺的结果与讨论

3．1．1 甲醛、尿素投入摩尔比对固沙抑尘剂性能的影响

3．1．2 尿素分批投料次数对固沙抑尘剂性能的影响

3．1．3 缩聚反应pH对固沙抑尘剂性能的影响

3．1．4 缩聚反应温度对固沙抑尘剂性能的影响

3．1．5 木质素磺酸钠加入量对固沙抑尘剂性能的影响

3．1．6 合成工艺参数的确定

3．2 固沙抑尘剂的性质表征分析

3．2．1 固沙抑尘剂的固含量测试结果分析

3．2．2 固沙抑尘剂中游离甲醛含量测试结果分析

3．2．3 固沙抑尘剂的黏度测试结果分析

3．2．4 固沙抑尘剂的磺化率测试结果分析

3．2．5 固沙抑尘剂的红外光谱测试结果分析

3．2．6 固沙抑尘剂的扫描电镜测试结果分析

3．2．7 小结

3．3 固沙抑尘剂的应用性能研究

3．3．1 沙模的表面固化效果研究结果分析

3．3．2 抗压强度研究结果分析

3．3．3 保水性能研究结果分析

3．3．4 抗冻融性能研究结果分析

3．3．5 抗风蚀性能研究

3．3．6 降解性研究结果分析

3．3．7 固沙抑尘剂的热稳定性结果分析

3．3．7 小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介