申闫春 杨献青 王芳辉 朱红

摘 要：制备了一种以羟丙基纤维素为骨架，聚丙烯酰胺为支链的高分子固沙剂，优化了制备条件。最优条件下制备的固沙剂使用浓度为1%时，所形成的固化层抗压强度达到2.5Mpa，8次耐水性实验后，固化层仍能恢复较好的固沙效果，与纯羟丙基纤维素固沙剂相比，该固沙剂的各项固沙性能更优，保水性能和耐水性能提升显著。

关键词：聚丙烯酰胺；羟丙基纤维素；共聚；固沙

中图分类号：S157 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）26-0045-02

Abstract： A high molecular sand fixing agent with hydroxypropyl cellulose as skeleton and poly-acrylamide as branched chain was prepared and the preparation conditions were optimized. When the concentration of sand fixing agent is 1% under the optimum conditions， the compressive strength of the solidified layer can reach 2.5 Mpa. After 8 times of water resistance test， the solidified layer can still recover better sand-fixing effect. Compared with the pure hydroxypropyl cellulose sand-fixing agent， the modified sand-fixation agent have better sand-fixation performance， water retention and water resistance.

Keywords： poly-acrylamide； hydroxypropyl cellulose； co-polymerization； sand fixation

土地的荒漠化，沙漠化，嚴重影响人们的生产生活，我国的土地荒漠化，沙漠化也日益严重，因此，继续开发治理或者延缓土地荒漠化和沙漠化的方法，在目前所有的技术中，化学固沙时效果最好，操作最简单的方法。源自于生物质的高分子固沙剂固沙性能好，来源较多，污染和毒性小，但是其本身性质决定了其保水性能和耐水性能不够。但是高分子类吸水材料具有良好的保水、吸水和耐水性能。利用一步法，在溶液中将丙烯酰胺和羟丙基纤维素进行共聚，合成出一种保水性能和耐水性能均较好，且固沙效果优异的固沙剂。

1 实验部分

1.1 改性羟丙基纤维素的合成

称取一定量的羟丙基纤维素，将其溶于水中。加入少量碱使整个体系pH值≈8。在上述体系中加入丙烯酰胺溶液，混合均匀。容器中通入N2，通气30min并充分搅拌，升温至70℃。之后滴入过硫酸钾溶液，用作引发剂，在此温度下反应一段时间，用乙醇将体系中的产物沉淀，离心分离，并多次洗涤。然后用丙酮提纯产物，烘干后即得固沙剂产品。

1.2 固沙剂及固化层基本性质参数的测量方法

1.2.1 粘度的测定

采用粘度计型号为NDJ-79型。根据测量液的粘度范围选择合适的转子，测量温度为25℃。

1.2.2 pH值的测定

采用Seven Easy S20实验室pH计测量。

1.2.3 固化层平均厚度的测量

待沙子表层的固化层形成，稳定和干燥后，分区域取出两块固化层，再每块固化层上，均匀取5个位点，每个位点测量三次，对所有测量的数值取平均，即近似为固化剂固化层的平均厚度。

1.2.4 固化层抗压强度的测量

采用769Yp-15A 型粉末压片机测量固化层抗压强度，将固化层形成后的沙洋，放入压片机中，对沙样表面施加压力，测量固化层损坏时的压强，即为固沙剂固化层的抗压强度。

1.2.5 固沙剂固相保水率的测量公式

2 结果与讨论

2.1 丙烯酰胺与羟丙基纤维素使用比例的影响

合成时，只改变丙烯酰胺和羟丙基纤维素的投料比，分别为：1：1、1：2、1：3、1：4合成四种不同投料比的固化剂，将固化剂配成1%的溶液，按2.5kg/m2的使用量喷洒在沙堆表面。投料比对固沙剂固沙性能的影响见表1。

从表1中的数据可以看出，当羟丙基纤维素用量增多时，所形成的固化层厚度逐渐增加，但是增加幅度越来越慢，保水率的趋势与其一致；固化层厚度和耐水性能是先增加后减少的趋势，投料比为1：2 时，固化层强度和耐水性性能达到最佳。综合后将丙烯酰胺和羟丙基纤维素的比例确定为1：2。

2.2 过硫酸钾浓度的影响

固定其他反应条件，考察引发剂过硫酸钾的浓度对固沙剂固沙效果的影响，其结果如表2所示。

从表2的数据可以得到，当引发剂过硫酸钾的浓度在逐渐增大时，固化层厚度、固化层强度、保水率和耐水性都呈现先增大到一个最大值后，再减少的趋势，在过硫酸钾浓度为0.15g/L时各项性能均能够达到最优值，此时的固化剂所产生的固化效果为最佳，据此，确定过硫酸钾的最佳使用浓度为0.15g/L。

2.3 反应温度的影响

反应温度不仅从热力学上影响聚合反应，也从动力学上影响反应速率，其动力学关系符合Arrhenius公式：k=A·e-E/RT。其动力学影响见表3。

从表3的数据中可以看出，当反应温度升高时，固沙剂的固化层厚度、固化层强度、保水率和耐水性均是先逐渐增加，到达一个最优值之后，再下降。结果显示，当反应温度为70℃时，各项性能均达到最佳值。最终确定反应温度为70℃。

2.4 反应时间的影响

根据前面确定的各项反应条件的最佳值，考察反应时间对聚合接枝反应生成固沙剂性能的影响，其结果如表4所示。

从表4中的数据可得出，随着体系反应时间逐渐增加，固沙剂的固化层厚度固和耐水性先快速增加，后缓慢降低，在4h时达到最佳值，固化层强度和保水率先随着反应时间延长而逐渐增加，到4h时到最佳，之后变化很小，因此确定最佳反应时间为4h。

3 结束语

通过一步法，将羟丙基纤维素和丙烯酰胺在溶液中进行接枝聚合制备出一种结合生物高分子和聚合物高分子综合性能的固沙剂，得到了最优制备条件：反应时间4h，引发剂K2S2O3浓度为0.15g/L，羟丙基纤维素与丙烯酰胺的投料比1：2，反应温度70℃。该产品具有优良的耐水性和保水性，且固化层厚度和强度均满足要求。

参考文献：

[1]赖俊华，张凯，王维树.化学固沙材料研究进展及展望[J].中国沙漠，2017，37（4）：644-658.

[2]丁伟.丙烯酰胺类聚合物合成及性能研究[D].大庆：大庆石油学院，2005.