保水涂層多孔材料的制備

李玉龍　張增志　夏青

摘 要： 本文采用有機泡沫浸漬法制備了一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷，利用聚丙烯酰胺和蒙脫土復(fù)合的保水涂層材料將多孔陶瓷制品進行改性處理。結(jié)果表明，有機泡沫浸漬法制備出的多孔陶瓷中保水涂層材料聚丙烯酰胺含量為0.5%，蒙脫土含量為1.0%時，復(fù)合多孔陶瓷浸液最均勻，保水涂層均勻地粘附在陶瓷骨架上，且均勻地填充陶瓷內(nèi)的每個孔隙。

關(guān)鍵詞：多孔材料；改性；聚丙烯酰胺；蒙脫土

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.234

1 引言

沙漠地區(qū)晝夜溫差大，中午氣溫高水分蒸發(fā)快，植物很容易因缺水而難以存活[1]。解決沙漠地區(qū)植物存活問題最根本的是要保證植物存活，提供充足的水和養(yǎng)分。基于這種研究背景，制備一種多孔陶瓷材料，同時利用保水涂層材料對制備的多孔陶瓷材料和有針對性選擇的多孔材料進行改性，研究復(fù)合多孔材料的保水性，在沙漠化地區(qū)退耕還林方面將具有非常重要的意義。

2 實驗部分

2.1 多孔材料的制備

有機泡沫浸漬法制備的多孔陶瓷具有開孔網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得制備的多孔陶瓷有很大的表面積，改性時與高吸水性樹脂的接觸效率高[2]。以聚氨酯海綿作為前驅(qū)體，先放入到20%的NaOH溶液中，在60℃的恒溫水浴中處理6h，取出反復(fù)揉搓并用水沖洗干凈，干燥備用。將干燥后的聚氨酯海綿置于4%的羧甲基纖維素溶液中，同樣在60℃的恒溫水浴中浸泡2h，取出后反復(fù)揉搓并洗凈、干燥。 最后將上述干燥后的海綿置于硅溶膠中，在60℃的恒溫水浴條件下浸泡4h，增加聚氨酯海綿體的表面粗糙度[3]。將制得的有機泡沫體與陶瓷漿料經(jīng)過浸漬處理，最后得到陶瓷坯體。陶瓷漿料的配方（wt%）為SiO260%，蒸餾水37%，粘結(jié)劑1.5%，流變劑0.3，分散劑0.5，減水劑0.2，消泡劑0.5。升溫制度：30℃至250℃，升溫速率為1℃/min；250℃至450℃，升溫速率為0.3℃/min；450℃至750℃段，升溫速率為0.8℃/min；750℃至1400℃，升溫速率為0.5℃/min，燒成最終溫度設(shè)定在1400℃，保溫2小時以后隨爐冷卻。

2.2 保水涂層材料制備

保水涂層材料選用的原料是高吸水性的聚丙烯酰胺和具有親水性的蒙脫土[4] 。本試驗中，聚丙烯酰胺溶液濃度的配制非常關(guān)鍵，若濃度過低，則會導(dǎo)致復(fù)合溶液粘度不夠，使得復(fù)合多孔材料的保水性變差；若濃度過高，則會使復(fù)合溶液粘度變高，整體流動性變差[5]。所以綜合考慮，選擇了3種不同的配比，分別標(biāo)號為a、b、c，其中PAM的含量（wt%）分別為0.3、0.5、1.0，以及50mlMMT懸浮液。

（1）聚丙烯酰胺溶液的配制。先將50ml的去離子水加入燒杯中，然后將燒杯置于磁力加熱攪拌器上先進行攪拌，再將稱量好的聚丙烯酰胺固體逐漸加入燒杯中。接著溶液繼續(xù)攪拌20min，為了使聚丙烯酰胺能夠充分溶解，可對溶液進行適當(dāng)?shù)丶訜幔瑴囟瓤刂圃?0℃。待聚丙烯酰胺完全溶解溶液澄清之后，將其靜置12h。

（2）蒙脫土懸浮液的配制。室溫下將一定量的蒙脫土加入50ml水中，采用磁力加熱攪拌器攪拌20min，然后再使用超聲分散20min，靜置12h后取上層清液。

（3）復(fù)合溶液的配制。將上述聚丙烯酰胺溶液和蒙脫土懸浮液采用溶液共混法進行混合，使用磁力加熱攪拌器攪拌20min。

2.3 復(fù)合涂層多孔材料的制備

將復(fù)合涂層溶液A1、A2 和A3 通過壓力注射方式注入到多孔陶瓷內(nèi)部，然后均置于鼓風(fēng)干燥箱中干燥后取出。

3 保水涂層多孔材料性能研究

3.1 保水涂層多孔材料的結(jié)構(gòu)分析

采用壓力注射方式不僅可以使涂層均勻地分布在多孔陶瓷孔隙內(nèi)部和骨架上，并且僅留下少量的孔隙未被涂覆上。通過不同組分含量涂層的復(fù)合多孔陶瓷進行的顯微形貌測a、b、c試圖中可以看出，復(fù)合多孔陶瓷b浸液最均勻，保水涂層均勻地粘附在陶瓷骨架上，且均勻地填充陶瓷內(nèi)的每個孔隙。

3.2 本章小結(jié)

通過對三種不同組分含量涂層與有機泡沫浸漬法制備的多孔陶瓷復(fù)合后的復(fù)合多孔陶瓷進行顯微形貌分析，涂層組分中聚丙烯酰胺的含量為0.5%，并且采用壓力注射方式進行復(fù)合改性時，保水涂層能均勻地粘附在陶瓷骨架上，且均勻地填充陶瓷內(nèi)的每個孔隙。

參考文獻：

[1]王濤.中國沙漠與沙漠化[M].河北：河北科學(xué)技術(shù)出版社， 2003：209-214.

[2]席本強.多孔材料的特性分析[J].科技信息，2007（03）：316-317.

[3]鄒正光.多孔陶瓷生物載體材料的制備[D].桂林：桂林理工大學(xué)，2007.

[4]李義波.保水劑特性及其對植物生長的影響研究[D].武漢：湖北大學(xué)，2010.

[5]吳季懷，林建明，魏月琳等.高吸水保水材料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：13-50.

作者簡介： 李玉龍（1989-），男，湖北荊州人，碩士，主要從事生態(tài)功能材料的研究與開發(fā)工作。

* 為通訊作者。