孔祥超 魏寧 許祥濤

摘 要：荒山綠化是改善生態(tài)環(huán)境與造福子孫后代的偉大事業(yè)。聚氨酯泡沫采用綠色環(huán)保全水發(fā)泡，其作為無土栽培基質(zhì)在荒山綠化中引入與應(yīng)用具有重要的價值?；诖?，本研究介紹了聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)制備內(nèi)容，根據(jù)制備的樣品測試分析相關(guān)因素對泡沫吸水率與保水率的影響，以種子種植試驗分析得出聚氨酯泡沫密度與異氰酸酯指數(shù)與泡沫無土栽培基質(zhì)吸水率與保水率呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，高吸水性樹脂加入時間為17s時的吸水率與保水率最佳，而催化劑用量為0.4份時吸水率與保水率可達到最大值。

關(guān)鍵詞：聚氨酯泡沫;無土栽培;荒山綠化;制備

中圖分類號：S26

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915018

收稿日期：2020-07-30

作者簡介：孔祥超（1981-），男，工程師。研究方向：森林培育。

目前，我國聚氨酯泡沫塑料行業(yè)發(fā)展迅速，特別是在市場開發(fā)方面得到長足進展。對聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)而言，其不依靠天然土壤，而是使用泡沫材料引入親水基團提高荒山綠化的吸水與保水功能。該機制具有質(zhì)量強、較高的開孔率等應(yīng)用優(yōu)勢，可為荒山綠化工程實施奠定良好的基礎(chǔ)，相關(guān)人員對此方面的研究應(yīng)該引起重視。

1?聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)制備

聚氨酯泡沫塑料由異氰酸酯和羥基化合物經(jīng)聚合發(fā)泡制成，根據(jù)硬度情況分為軟質(zhì)和硬質(zhì)2類，其中軟質(zhì)具有較好的彈性、柔軟性及化學穩(wěn)定性等特點，是一種性能較好的緩沖材料[2]。

1.1?選擇材料與試劑

此次基質(zhì)制備需要從實際出發(fā)，對材料的選擇具有科學性與合理性，其中材料有廣州帕里默有限公司提供的親水聚醚多元醇（Q37），羥值具體為36±1mgKOH·g-1;美國凡特魯斯公司提供的蓖麻油多元醇（GR-35），羥值具體為3638mgKOH·g-1;煙臺萬華聚氨酯有限公司提供的多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI），其中異氰酸酯的質(zhì)量分數(shù)為30.2%～32.0%，PM-200;河北燕興化工有限公司提供的高吸水性樹脂SAP;贏創(chuàng)德固賽（中國）投資有限公司提供的有機硅泡沫穩(wěn)定劑（B8533）;中山市東峻化工有限公司提供的泡沫開孔劑（O-501），類型為工業(yè)級別;美國氣體公司提供的三乙烯二胺（A33），類型為工業(yè)級別;北京精細化學品有限責任公司提供的二月桂酸二丁基錫（T-12），屬有機錫添加劑;五三研究所自制的去離離子水。

1.2?制備過程

對以上所選材料試劑選取后進行制備。此次制備所應(yīng)用的是一步法發(fā)泡工藝，主要是將親水聚醚多元醇（Q37）、高吸水性樹脂SAP及其它催化類助劑在紙杯中進行融合，然后將混合液與多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI）混合，制作的混合液用高速攪拌器攪拌10～15s之后，在一定室溫下靜止發(fā)泡約2h，之后放置在70℃溫度下進行2h的熟化操作后脫模，具體工藝流程如圖1所示。

1.3?制備樣品測試

根據(jù)圖1所示工藝流程制作聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)，將該基質(zhì)制成尺寸為50mm×50mm×50mm的樣品，樣品尺寸用游標卡尺測量，并用天平稱取所需的質(zhì)量，最后計算其表觀密度。此次研究是考察該樣品在荒山綠化中的應(yīng)用，對制備的聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)重點是觀察其吸水與保水性能[3]。其中，切取樣品1g，在水中浸泡1d后，將浸泡后的樣品用濾網(wǎng)吸去表面多余的水分，進行稱重，泡沫吸水率的計算用吸水后樣品質(zhì)量與干燥后樣品質(zhì)量相減后，將數(shù)值與燥后樣品質(zhì)量做百分比;按照上述方法，同樣切取樣品1g，在水中浸泡1d后，與3倍質(zhì)量的干燥土壤混合，裝入袋子后放入容器，用干燥土壤填充并覆蓋土壤，厚度為100mm，在烘箱中50℃干燥1d后，稱量袋子中土壤質(zhì)量，計算吸水率，即用4倍吸水后泡沫質(zhì)量與烘干燥后袋子中土壤的質(zhì)量相減，與吸水后泡沫質(zhì)量做百分比。

作物的生長除了對環(huán)境要求較高，對栽培基質(zhì)的物理及化學性質(zhì)同樣有要求，而聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)可在作物栽培時固定作物的保水、保肥及透水能力。對該基質(zhì)影響因素如表1所示。

根據(jù)表1，對此次研究中影響聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)的因素進行分析，具體內(nèi)容表現(xiàn)如下。

1.3.1?聚氨酯泡沫密度因素

研究中發(fā)現(xiàn)，聚氨酯泡沫密度情況與炮孔大小有直接關(guān)系，在開孔率一定條件下，聚氨酯泡沫孔徑減少時，其密度變大。根據(jù)試驗分析得出隨著聚氨酯泡沫密度增大，其吸水率與保水率呈現(xiàn)下降的趨勢。造成該情況的原因是泡沫密度變大，孔徑變小，在開孔率保持不變的情況下，在同樣質(zhì)量下泡沫體積變小，相應(yīng)的與水分接觸面會減少。

1.3.2?異氰酸酯指數(shù)因素

所制備的基質(zhì)，其性能影響關(guān)鍵因素為異氰酸酯指數(shù)因素，在異氰酸酯指數(shù)增加情況下，相應(yīng)的分子鏈中硬段含量增加，軟段相對減少，這時其吸水率與保水率呈現(xiàn)下降。這是由于基質(zhì)中異氰酸酯用量的增加，提高了分子鏈中硬段含量，降低軟段中親水聚醚含量，最終降低其吸水率與保水率[4]。

1.3.3?高吸水性樹脂加入時間

對基質(zhì)中高吸水性樹脂的加入，若加入時間過早，會影響聚氨酯泡發(fā)情況，導(dǎo)致高吸水性樹脂在泡沫中混合不均，相應(yīng)的制備吸水保水性能不佳;若加入時間過晚，發(fā)泡劑量粘度過大，對樹脂分散不利，若此刻遇水，泡沫會發(fā)生膨脹，相應(yīng)的樹脂無法從泡沫體中完全析出。由此可見，掌握高吸水性樹脂加入時間十分重要，在此次研究中發(fā)現(xiàn)，加入時間為17s時吸水與保水性能最好。其中，吸水率為79%，而保水率為43.2%。

1.3.4?催化劑用量因素

此次基質(zhì)中加入的催化劑為二月桂酸二丁基錫，該劑量的增加會影響聚氨酯泡沫吸水與保水情況。當該劑量增加，發(fā)泡體系黏度不變，可對水與多亞甲基多苯基多異氰酸酯起到促進作用，以此加大二氧化碳產(chǎn)生速率，增加基質(zhì)開孔率[5]。但該催化劑加入過多，凝膠反應(yīng)與發(fā)泡反應(yīng)會由此失去平衡，導(dǎo)致基質(zhì)炮孔受到影響，從而降低基質(zhì)的吸水與保水性能。

2?在荒山綠化中聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)的應(yīng)用

經(jīng)以上對聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)的制備，將異氰酸酯指數(shù)控制為0.7，加入高吸水性樹脂時間為17s，而催化劑三乙烯二胺（A33）添加量為0.4份時，采用圖1中聚氨酯泡沫一步法發(fā)泡工藝流程合成的機制進行應(yīng)用分析。

2.1?聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)中種子種植

該實驗應(yīng)用的聚氨酯泡沫密度為0.02g·cm-3，具體如圖2所示。在該泡沫密度上進行種子種植試驗，經(jīng)30d時間的觀察發(fā)現(xiàn)，種子發(fā)芽成活效果比較明顯，種子的根部生長情況良好，這表明所制備的聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)吸水、保水性能較高，由此種子生長情況良好。同樣，將該基質(zhì)應(yīng)用于荒山綠化中，保證樹木在無土情況下生長良好。

2.2?應(yīng)用成效

從以上實驗可知，在聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)中種子種植情況良好，在荒山綠化中同樣適用。該基質(zhì)使用過程中化學組成比較穩(wěn)定，在極端惡劣環(huán)境下生長較好，可見其應(yīng)用成效突出，值得推廣與研究。

3?結(jié)語

綜上所述，本文通過對聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)制備及其在荒山綠化中的應(yīng)用研究，介紹說明了聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)制備內(nèi)容與流程。將親水聚醚多元醇（Q37）、高吸水性樹脂SAP及其它催化類助劑融合，通過與多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI）混合后制作的聚氨酯泡沫無土栽培基質(zhì)進行實驗，得出該基質(zhì)在荒山綠化中應(yīng)用前景較好，對無土栽培技術(shù)的發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)，可進一步推廣與研究。

參考文獻

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[2]許烘爽，趙芳，王麗萍.無土栽培在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2018，38（10）：79.

[3]馬潔，王庭慰.組合多元醇對用于無土栽培的聚氨酯吸水泡沫的影響[J].高分子材料科學與工程，2018，34（08）：74-78.

[4]闞現(xiàn)東，何群.綠化荒山水土保持生態(tài)示范園區(qū)建設(shè)措施[J].河南水利與南水北調(diào)，2018，47（06）：12-13.

[5]李先鵬.論荒山造林綠化技術(shù)的要點[J].種子科技，2020，38（08）：56，59.

（責任編輯?李媛媛）