聚氨酯泡沫無(wú)土栽培基質(zhì)制備及其在荒山綠化中的應(yīng)用

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(wú)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(wú)土栽培基質(zhì)制備內(nèi)容，根據(jù)制備的樣品測(cè)試分析相關(guān)因素對(duì)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(wú)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(shù)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(wú)土栽培;荒山綠化;制備

中圖分類號(hào)：S26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915018

收稿日期：2020-07-30

作者簡(jiǎn)介：孔祥超（1981-），男，工程師。研究方向：森林培育。

目前，我國(guó)聚氨酯泡沫塑料行業(yè)發(fā)展迅速，特別是在市場(chǎng)開(kāi)發(fā)方面得到長(zhǎng)足進(jìn)展。對(duì)聚氨酯泡沫無(wú)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(kāi)孔率等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，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(duì)此方面的研究應(yīng)該引起重視。

1?聚氨酯泡沫無(wú)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(duì)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(guó)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(tái)萬(wàn)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(shù)脂SAP;贏創(chuàng)德固賽（中國(guó)）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(kāi)孔劑（O-501），類型為工業(yè)級(jí)別;美國(guó)氣體公司提供的三乙烯二胺（A33），類型為工業(yè)級(jí)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(guò)程

對(duì)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(shù)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(cè)試

根據(jù)圖1所示工藝流程制作聚氨酯泡沫無(wú)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(cè)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(duì)制備的聚氨酯泡沫無(wú)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(zhǎng)除了對(duì)環(huán)境要求較高，對(duì)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(wú)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(duì)該基質(zhì)影響因素如表1所示。

根據(jù)表1，對(duì)此次研究中影響聚氨酯泡沫無(wú)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(kāi)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(shì)。造成該情況的原因是泡沫密度變大，孔徑變小，在開(kāi)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(duì)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(shù)脂加入時(shí)間

對(duì)基質(zhì)中高吸水性樹(shù)脂的加入，若加入時(shí)間過(guò)早，會(huì)影響聚氨酯泡發(fā)情況，導(dǎo)致高吸水性樹(shù)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(guò)晚，發(fā)泡劑量粘度過(guò)大，對(duì)樹(shù)脂分散不利，若此刻遇水，泡沫會(huì)發(fā)生膨脹，相應(yīng)的樹(shù)脂無(wú)法從泡沫體中完全析出。由此可見(jiàn)，掌握高吸水性樹(shù)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(duì)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(kāi)孔率[5]。但該催化劑加入過(guò)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(wú)土栽培基質(zhì)的應(yīng)用

經(jīng)以上對(duì)聚氨酯泡沫無(wú)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(shù)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(wú)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(zhǎng)情況良好，這表明所制備的聚氨酯泡沫無(wú)土栽培基質(zhì)吸水、保水性能較高，由此種子生長(zhǎng)情況良好。同樣，將該基質(zhì)應(yīng)用于荒山綠化中，保證樹(shù)木在無(wú)土情況下生長(zhǎng)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(wú)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(guò)程中化學(xué)組成比較穩(wěn)定，在極端惡劣環(huán)境下生長(zhǎng)較好，可見(jiàn)其應(yīng)用成效突出，值得推廣與研究。

3?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)聚氨酯泡沫無(wú)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(shuō)明了聚氨酯泡沫無(wú)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(shù)脂SAP及其它催化類助劑融合，通過(guò)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(wú)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(duì)無(wú)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。

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（責(zé)任編輯?李媛媛）