保水涂层多孔材料的制备

李玉龙　张增志　夏青

摘 要： 本文采用有机泡沫浸渍法制备了一种具有三维网状结构的多孔陶瓷，利用聚丙烯酰胺和蒙脱土复合的保水涂层材料将多孔陶瓷制品进行改性处理。结果表明，有机泡沫浸渍法制备出的多孔陶瓷中保水涂层材料聚丙烯酰胺含量为0.5%，蒙脱土含量为1.0%时，复合多孔陶瓷浸液最均匀，保水涂层均匀地粘附在陶瓷骨架上，且均匀地填充陶瓷内的每个孔隙。

关键词：多孔材料；改性；聚丙烯酰胺；蒙脱土

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

1 引言

沙漠地区昼夜温差大，中午气温高水分蒸发快，植物很容易因缺水而难以存活[1]。解决沙漠地区植物存活问题最根本的是要保证植物存活，提供充足的水和养分。基于这种研究背景，制备一种多孔陶瓷材料，同时利用保水涂层材料对制备的多孔陶瓷材料和有针对性选择的多孔材料进行改性，研究复合多孔材料的保水性，在沙漠化地区退耕还林方面将具有非常重要的意义。

2 实验部分

2.1 多孔材料的制备

有机泡沫浸渍法制备的多孔陶瓷具有开孔网状骨架结构，这种结构使得制备的多孔陶瓷有很大的表面积，改性时与高吸水性树脂的接触效率高[2]。以聚氨酯海绵作为前驱体，先放入到20%的NaOH溶液中，在60℃的恒温水浴中处理6h，取出反复揉搓并用水冲洗干净，干燥备用。将干燥后的聚氨酯海绵置于4%的羧甲基纤维素溶液中，同样在60℃的恒温水浴中浸泡2h，取出后反复揉搓并洗净、干燥。 最后将上述干燥后的海绵置于硅溶胶中，在60℃的恒温水浴条件下浸泡4h，增加聚氨酯海绵体的表面粗糙度[3]。将制得的有机泡沫体与陶瓷浆料经过浸渍处理，最后得到陶瓷坯体。陶瓷浆料的配方（wt%）为SiO260%，蒸馏水37%，粘结剂1.5%，流变剂0.3，分散剂0.5，减水剂0.2，消泡剂0.5。升温制度：30℃至250℃，升温速率为1℃/min；250℃至450℃，升温速率为0.3℃/min；450℃至750℃段，升温速率为0.8℃/min；750℃至1400℃，升温速率为0.5℃/min，烧成最终温度设定在1400℃，保温2小时以后随炉冷却。

2.2 保水涂层材料制备

保水涂层材料选用的原料是高吸水性的聚丙烯酰胺和具有亲水性的蒙脱土[4] 。本试验中，聚丙烯酰胺溶液浓度的配制非常关键，若浓度过低，则会导致复合溶液粘度不够，使得复合多孔材料的保水性变差；若浓度过高，则会使复合溶液粘度变高，整体流动性变差[5]。所以综合考虑，选择了3种不同的配比，分别标号为a、b、c，其中PAM的含量（wt%）分别为0.3、0.5、1.0，以及50mlMMT悬浮液。

（1）聚丙烯酰胺溶液的配制。先将50ml的去离子水加入烧杯中，然后将烧杯置于磁力加热搅拌器上先进行搅拌，再将称量好的聚丙烯酰胺固体逐渐加入烧杯中。接着溶液继续搅拌20min，为了使聚丙烯酰胺能够充分溶解，可对溶液进行适当地加热，温度控制在50℃。待聚丙烯酰胺完全溶解溶液澄清之后，将其静置12h。

（2）蒙脱土悬浮液的配制。室温下将一定量的蒙脱土加入50ml水中，采用磁力加热搅拌器搅拌20min，然后再使用超声分散20min，静置12h后取上层清液。

（3）复合溶液的配制。将上述聚丙烯酰胺溶液和蒙脱土悬浮液采用溶液共混法进行混合，使用磁力加热搅拌器搅拌20min。

2.3 复合涂层多孔材料的制备

将复合涂层溶液A1、A2 和A3 通过压力注射方式注入到多孔陶瓷内部，然后均置于鼓风干燥箱中干燥后取出。

3 保水涂层多孔材料性能研究

3.1 保水涂层多孔材料的结构分析

采用壓力注射方式不仅可以使涂层均匀地分布在多孔陶瓷孔隙内部和骨架上，并且仅留下少量的孔隙未被涂覆上。通过不同组分含量涂层的复合多孔陶瓷进行的显微形貌测a、b、c试图中可以看出，复合多孔陶瓷b浸液最均匀，保水涂层均匀地粘附在陶瓷骨架上，且均匀地填充陶瓷内的每个孔隙。

3.2 本章小结

通过对三种不同组分含量涂层与有机泡沫浸渍法制备的多孔陶瓷复合后的复合多孔陶瓷进行显微形貌分析，涂层组分中聚丙烯酰胺的含量为0.5%，并且采用压力注射方式进行复合改性时，保水涂层能均匀地粘附在陶瓷骨架上，且均匀地填充陶瓷内的每个孔隙。

参考文献：

[1]王涛.中国沙漠与沙漠化[M].河北：河北科学技术出版社， 2003：209-214.

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

[3]邹正光.多孔陶瓷生物载体材料的制备[D].桂林：桂林理工大学，2007.

[4]李义波.保水剂特性及其对植物生长的影响研究[D].武汉：湖北大学，2010.

[5]吴季怀，林建明，魏月琳等.高吸水保水材料[M].北京：化学工业出版社，2005：13-50.

作者简介： 李玉龙（1989-），男，湖北荆州人，硕士，主要从事生态功能材料的研究与开发工作。

* 为通讯作者。