蒙脱土聚丙烯酰胺复合涂层导水纤维的制备及性能

发布日期:2015-01-21 14:22:31

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文章摘要:蒙脱土聚丙烯酰胺复合涂层导水纤维的制备及性能 ,风雨交加本类绿藻,村子里电源网应收款。

用钠基蒙脱土 /聚丙烯酰胺及有机蒙脱土 / 聚丙烯酰胺两种复合涂层材料,对天然纤维进行涂层 化处理,制备了两种蒙脱土 /聚丙烯酰胺复合涂层导水 纤维。用快速水分測定法研究了导水纤维在不同温度 和土壤湿度时的动态导水规律。利用扫描电铣观察了 涂层纤维的表面形貌及涂层材料在不同水势下的微现 形貌。采用X射线衍射仪及比表面积与孔径分布测 定仪对普通蒙脱土与有机蒙脱土的物理结构进行表 征。实验表明涂层导水纤维具有基于土壤温度及湿度 的自调节机制,以便保证植物生长的合理土壤湿度。 对蒙脱土进行有机化处理后,其层间距及孔径增大,有利于水分的传导。

荒漠化已被列为当今世界具有局地与全球效应的 最为严重的环境问题,成为实现联合国千年发展目标 的主要障碍[1],我国[2]现有荒漠化土地2. 6362 X 106km2,占国土面积的27. 46% ,分布于18个省的498 个县,影响我国近4亿人口和占全国75%的少数民族 人口的生产生活,每年因荒漠化造成的经济损失达 540亿人民币,要在荒漠化地区进行生态治理,恢复 植被是最根本的解决手段。因此荒漠化地区干旱条件 下植物的成活和存活问题成为亟待解决的问題。荒漠 化地区的水资源缺乏已成为植物成活和正常生长制约 因素,必须想方设法合理利用紧缺的水资源[33。目前 国内外的合理利用水资源的技术主要有滴渗灌w,集 水[5]、固体水[6_7]、保水剂[8]等技术。滴渗灌技术能够 保证长期供水,但运行成本高、需定期清理钙化塞孔、 适合资金周转快的经济作物和园艺,不适合植树造 林[9];集水技术受干旱地区降水资源的分布的影响;固 体水中98%的成分为水,在土壤微生物的作用下缓慢 释水,其释水量受不同土壤微生物的影响,还存在释水 速度可控和成本上的障碍。保水剂的生产工艺多采用 在引发剂诱导下的单体聚合工艺,生产成本较髙,生产 工艺较复杂。用量过大,非但不能促进根系发育,反而 抑制根的伸长和降低根的生理机能,降低移栽后成活 率和出苗率。
涂层导水纤维由天然植物纤维经涂层化处理而制 备,具有随外界环境变化而可控导水的性质。将涂层 导水纤维与髙分子材料复合后得到的复合薄膜包装一 定水后,埋入植物根部后,涂层纤维可根据环境和植物 生长的需要,可控地将水由膜内传向膜外,满足植物生 长的需要。将涂层导水纤维应用于干旱和半干旱地区 的植树造林,可合理利用该地区有限的水资源。本文 采用吸水性高分子聚丙烯酰胺与蒙脱土制备涂层材 料,并用其对纤维进行涂层化处理,得到了蒙脱土 /聚 丙烯酰胺复合涂层导水纤维,同时对其可控导水性能 进行研究。
涂层材料由吸水性有机高分子聚丙烯酰胺 (PAM)与超细蒙脱土颗粒组成,同时加人微量明胶促 进成膜。蒙脱土分别采用钠基蒙脱土和有机蒙脱土 (用有机改性剂十六烷基三甲基铵和苄基三甲基铵对 钠基蒙脱土进行有机化改性制备)。按一定比例配制 成蒙脱土-聚丙烯酰胺复合胶体溶液,将复合溶液涂敷 于纤维支撑体表面,烘干处理,制备出涂层导水纤维, 并与髙分子基材复合成膜。
将蒙脱土 /聚丙烯酰胺复合胶体溶液涂敷于纤维 支撑体表面,供干处理,制备出涂层导水纤维,然后将 导水纤维与高分子基材复合制成纤维密度为25束/ dm2的复合薄膜。用该膜包装一定量水后,用德国 M30快速水分测定仪测定膜在规定时间不同温度下 的起始质量和最终质量,计算失水率;将包装水放入不 同湿度的土壤中,根据其在一定时间内质量的变化,获 得导水纤维在不同湿度土壤中的导水规律》由于基体 髙分子薄膜不透水,因此复合薄膜的失水率即为涂层 导水纤维的失水率。
涂层导水纤维的失水率基本上都随着温 度的升髙而增加,说明涂层导水纤维能够根据温度的 高低自动调节失水率来满足干旱地区对水的箱要。图 3表明涂层导水纤维的失水率随土壤湿度的增加而减 小,同时,当土壤湿度增加时,涂层导水纤维的失水速 率也减慢,这是由于土壤湿度的增大导致了导水纤维 两端相对湿度差的减小,从而引起涂层材料中吸附势 的减小,造成水分传导速度的减慢,最终导致了渗水速 度减小。由此可见,随着土壤湿度的变化,涂层纤维可 以相应地改变渗水速度以适应这种变化,从而将土壤 水分控制在植物正常生长所需的水分范围之内,达到 了水资源的充分合理利用。
未经有机化改性的蒙脱土和有机蒙脱土的 XRD谱线,蒙脱土和有机蒙脱土的衍射角分别为 8.54、7.28°,因此蒙脱土的层间距和有机蒙脱土的层 间距分别为l.〇37、1.215mn•有机化后蒙脱土的层间 距增大,因此可能会对涂层的导水效果产生一定影响。 普通钠基蒙脱土的平均孔径只有5.45901nm,而经有 机化改性的蒙脱土的平均孔径为71. 79244mn,有机蒙 脱土孔径增大的原因是由于有机链段嵌入蒙脱土的片 层中使层间距增大。
分别为蒙脱土和有机蒙脱土的孔径 分布曲线图,可以看到钠基膨润土的孔径在中孔以上 没有出现明显的可几分布。有机蒙脱土孔径在50mn 以下存在可几分布的峰值,已经达到了超大中孔。由 上分析可知有机化蒙脱土在物理性能上优于普通蒙脱 土,其层间距和孔径大于未经有机化的蒙脱土,且有机 化后与聚丙烯酰胺的相互作用将增强,因而用有机蒙 脱土制备的涂层材料的导水性能较好。
聚丙烯酰胺是具有三维网状结构的聚电解质,吸 水前,髙分子长链互相拢缠在一起,彼此交联成网状结 构,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:当遇水时,亲水基团通过物理作用与化学作用与水 结合,使髙分子网束扩张。亲水性的蒙脱土遇水后,可 以通过与水分子的静电吸附和氢键吸附发生水化作 用,水分子进入蒙脱土的晶层间,蒙脱土发生膨胀 >随 着水化膨胀作用的进行,当晶层间的斥力大于其连结 力时,蒙脱土颗粒就沿层面分开,由大颗粒变为小颗 粒,出现分散现象。因此蒙脱土可以分散于聚丙烯酰 胺溶液中,而聚丙烯酰胺对分散于其间的蒙脱土颗粒 具有支配作用,当聚丙烯酰胺发生溶胀或脱水时,蒙石 土颗粒在水合官能团作用下发生对应性的断桥或桥 接。当涂层纤维复合薄膜包装水后,涂层纤维两侧处 于不同的条件下,膜内与膜外有一定的水势梯度,水分 子从水势髙的一端(膜内)传导到水势低的一端(膜 外)。高吸水性树脂吸水溶胀不一致,导致沿涂层纤维 形成不同水势梯度,保证水分子通过涂层纤维转移。 通过调整聚丙烯酰胺与蒙脱土的比例可以调节膜外端 涂层纤维合理的水势。图7(a)和(b)为聚丙烯酰胺一 蒙脱土复合涂层材料吸水溶胀后及未吸水时的表面形 貌。涂层材料吸水后,发生扩张;而未吸水的涂层材料的表面则形成交连状态。
(1〉蒙脱土进行有机化处理后层间距及孔径增 大,孔径分布较均一,且与聚丙烯酰胺有更强的结合 力,从而提髙了涂层材料的导水能力。
(2)在不同的温度和土壤湿度下,蒙脱土 /聚丙 烯酰胺复合涂层导水纤维的导水速度具有自调节性, 可提供植物生长所需的水分。
(3)聚丙烯酰胺对分散于其树枝网络间的蒙脱 土颗粒具有支配作用,当聚丙烯酰胺吸水溶胀和脱水 时,蒙脱土在其间的状态不同,从而使得纤维纵向形成 顺畅的水分运移通道。