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(jià)值。基于此,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(yàn)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(fù)相關(guān)關(guān)系,高吸水性樹脂加入時(shí)間為17s時(shí)的吸水率與保水率最佳,而催化劑用量為0.4份時(shí)吸水率與保水率可達(dá)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(xiàn)標(biāo)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(jìn)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(tuán)提高荒山綠化的吸水與保水功能。該機(jī)制具有質(zhì)量強(qiáng)、較高的開孔率等應(yīng)用優(yōu)勢,可為荒山綠化工程實(shí)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(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn),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(shí)際出發(fā),對材料的選擇具有科學(xué)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?jǐn)?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(jī)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(xì)化學(xué)品有限責(zé)任公司提供的二月桂酸二丁基錫(T-12),屬有機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)卡尺測量,并用天平稱取所需的質(zhì)量,最后計(jì)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(diǎn)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(jìn)行稱重,泡沫吸水率的計(jì)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(jì)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(xué)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(shí)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(jìn)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(shí),其密度變大。根據(jù)試驗(yàn)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(huì)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(shí)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(shí)間
對基質(zhì)中高吸水性樹脂的加入,若加入時(shí)間過早,會(huì)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(shí)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(huì)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(shí)間十分重要,在此次研究中發(fā)現(xiàn),加入時(shí)間為17s時(shí)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(huì)影響聚氨酯泡沫吸水與保水情況。當(dāng)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(jìn)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(huì)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(shí)間為17s,而催化劑三乙烯二胺(A33)添加量為0.4份時(shí),采用圖1中聚氨酯泡沫一步法發(fā)泡工藝流程合成的機(jī)制進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行種子種植試驗(yàn),經(jīng)30d時(shí)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(shí)驗(yàn)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(xué)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(jìn)行實(shí)驗(yàn),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(jìn)一步推廣與研究。
參考文獻(xiàn)
[1] 魏雪英.花卉無土栽培基質(zhì)的研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2018,38(10):76.
[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(xué)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(diǎn)[J].種子科技,2020,38(08):56,59.
(責(zé)任編輯?李媛媛)