聚氨酯泡沫无土栽培基质制备及其在荒山绿化中的应用

孔祥超 魏宁 许祥涛

摘 要：荒山绿化是改善生态环境与造福子孙后代的伟大事业。聚氨酯泡沫采用绿色环保全水发泡，其作为无土栽培基质在荒山绿化中引入与应用具有重要的价值。基于此，本研究介绍了聚氨酯泡沫无土栽培基质制备内容，根据制备的样品测试分析相关因素对泡沫吸水率与保水率的影响，以种子种植试验分析得出聚氨酯泡沫密度與异氰酸酯指数与泡沫无土栽培基质吸水率与保水率呈现负相关关系，高吸水性树脂加入时间为17s时的吸水率与保水率最佳，而催化剂用量为0.4份时吸水率与保水率可达到最大值。

关键词：聚氨酯泡沫;无土栽培;荒山绿化;制备

中图分类号：S26

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915018

收稿日期：2020-07-30

作者简介：孔祥超（1981-），男，工程师。研究方向：森林培育。

目前，我国聚氨酯泡沫塑料行业发展迅速，特别是在市场开发方面得到长足进展。对聚氨酯泡沫无土栽培基质而言，其不依靠天然土壤，而是使用泡沫材料引入亲水基团提高荒山绿化的吸水与保水功能。该机制具有质量强、较高的开孔率等应用优势，可为荒山绿化工程实施奠定良好的基础，相关人员对此方面的研究应该引起重视。

1 聚氨酯泡沫无土栽培基质制备

聚氨酯泡沫塑料由异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡制成，根据硬度情况分为软质和硬质2类，其中软质具有较好的弹性、柔软性及化学稳定性等特点，是一种性能较好的缓冲材料[2]。

1.1 选择材料与试剂

此次基质制备需要从实际出发，对材料的选择具有科学性与合理性，其中材料有广州帕里默有限公司提供的亲水聚醚多元醇（Q37），羟值具体为36±1mgKOH·g-1;美国凡特鲁斯公司提供的蓖麻油多元醇（GR-35），羟值具体为3638mgKOH·g-1;烟台万华聚氨酯有限公司提供的多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI），其中异氰酸酯的质量分数为30.2%～32.0%，PM-200;河北燕兴化工有限公司提供的高吸水性树脂SAP;赢创德固赛（中国）投资有限公司提供的有机硅泡沫稳定剂（B8533）;中山市东峻化工有限公司提供的泡沫开孔剂（O-501），类型为工业级别;美国气体公司提供的三乙烯二胺（A33），类型为工业级别;北京精细化学品有限责任公司提供的二月桂酸二丁基锡（T-12），属有机锡添加剂;五三研究所自制的去离离子水。

1.2 制备过程

对以上所选材料试剂选取后进行制备。此次制备所应用的是一步法发泡工艺，主要是将亲水聚醚多元醇（Q37）、高吸水性树脂SAP及其它催化类助剂在纸杯中进行融合，然后将混合液与多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）混合，制作的混合液用高速搅拌器搅拌10～15s之后，在一定室温下静止发泡约2h，之后放置在70℃温度下进行2h的熟化操作后脱模，具体工艺流程如图1所示。

1.3 制备样品测试

根据图1所示工艺流程制作聚氨酯泡沫无土栽培基质，将该基质制成尺寸为50mm×50mm×50mm的样品，样品尺寸用游标卡尺测量，并用天平称取所需的质量，最后计算其表观密度。此次研究是考察该样品在荒山绿化中的应用，对制备的聚氨酯泡沫无土栽培基质重点是观察其吸水与保水性能[3]。其中，切取样品1g，在水中浸泡1d后，将浸泡后的样品用滤网吸去表面多余的水分，进行称重，泡沫吸水率的计算用吸水后样品质量与干燥后样品质量相减后，将数值与燥后样品质量做百分比;按照上述方法，同样切取样品1g，在水中浸泡1d后，与3倍质量的干燥土壤混合，装入袋子后放入容器，用干燥土壤填充并覆盖土壤，厚度为100mm，在烘箱中50℃干燥1d后，称量袋子中土壤质量，计算吸水率，即用4倍吸水后泡沫质量与烘干燥后袋子中土壤的质量相减，与吸水后泡沫质量做百分比。

作物的生长除了对环境要求较高，对栽培基质的物理及化学性质同样有要求，而聚氨酯泡沫无土栽培基质可在作物栽培时固定作物的保水、保肥及透水能力。对该基质影响因素如表1所示。

根据表1，对此次研究中影响聚氨酯泡沫无土栽培基质的因素进行分析，具体内容表现如下。

1.3.1 聚氨酯泡沫密度因素

研究中发现，聚氨酯泡沫密度情况与炮孔大小有直接关系，在开孔率一定条件下，聚氨酯泡沫孔径减少时，其密度变大。根据试验分析得出随着聚氨酯泡沫密度增大，其吸水率与保水率呈现下降的趋势。造成该情况的原因是泡沫密度变大，孔径变小，在开孔率保持不变的情况下，在同样质量下泡沫体积变小，相应的与水分接触面会减少。

1.3.2 异氰酸酯指数因素

所制备的基质，其性能影响关键因素为异氰酸酯指数因素，在异氰酸酯指数增加情况下，相应的分子链中硬段含量增加，软段相对减少，这时其吸水率与保水率呈现下降。这是由于基质中异氰酸酯用量的增加，提高了分子链中硬段含量，降低软段中亲水聚醚含量，最终降低其吸水率与保水率[4]。

1.3.3 高吸水性树脂加入时间

对基质中高吸水性树脂的加入，若加入时间过早，会影响聚氨酯泡发情况，导致高吸水性树脂在泡沫中混合不均，相应的制备吸水保水性能不佳;若加入时间过晚，发泡剂量粘度过大，对树脂分散不利，若此刻遇水，泡沫会发生膨胀，相应的树脂无法从泡沫体中完全析出。由此可见，掌握高吸水性树脂加入时间十分重要，在此次研究中发现，加入时间为17s时吸水与保水性能最好。其中，吸水率为79%，而保水率为43.2%。

1.3.4 催化剂用量因素

此次基质中加入的催化剂为二月桂酸二丁基锡，该剂量的增加会影响聚氨酯泡沫吸水与保水情况。当该剂量增加，发泡体系黏度不变，可对水与多亚甲基多苯基多异氰酸酯起到促进作用，以此加大二氧化碳产生速率，增加基质开孔率[5]。但该催化剂加入过多，凝胶反应与发泡反应会由此失去平衡，导致基质炮孔受到影响，从而降低基质的吸水与保水性能。

2 在荒山绿化中聚氨酯泡沫无土栽培基质的应用

经以上对聚氨酯泡沫无土栽培基质的制备，将异氰酸酯指数控制为0.7，加入高吸水性树脂时间为17s，而催化剂三乙烯二胺（A33）添加量为0.4份时，采用图1中聚氨酯泡沫一步法发泡工艺流程合成的机制进行应用分析。

2.1 聚氨酯泡沫无土栽培基质中种子种植

该实验应用的聚氨酯泡沫密度为0.02g·cm-3，具体如图2所示。在该泡沫密度上进行种子种植试验，经30d时间的观察发现，种子发芽成活效果比较明显，种子的根部生长情况良好，这表明所制备的聚氨酯泡沫无土栽培基质吸水、保水性能较高，由此种子生长情况良好。同样，将该基质应用于荒山绿化中，保证树木在无土情况下生长良好。

2.2 应用成效

从以上实验可知，在聚氨酯泡沫无土栽培基质中种子种植情况良好，在荒山绿化中同样适用。该基质使用过程中化学组成比较穩定，在极端恶劣环境下生长较好，可见其应用成效突出，值得推广与研究。

3 结语

综上所述，本文通过对聚氨酯泡沫无土栽培基质制备及其在荒山绿化中的应用研究，介绍说明了聚氨酯泡沫无土栽培基质制备内容与流程。将亲水聚醚多元醇（Q37）、高吸水性树脂SAP及其它催化类助剂融合，通过与多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）混合后制作的聚氨酯泡沫无土栽培基质进行实验，得出该基质在荒山绿化中应用前景较好，对无土栽培技术的发展打下了良好基础，可进一步推广与研究。

参考文献

[1] 魏雪英.花卉无土栽培基质的研究[J].农业与技术，2018，38（10）：76.

[2]许烘爽，赵芳，王丽萍.无土栽培在现代农业中的应用及发展[J].农业与技术，2018，38（10）：79.

[3]马洁，王庭慰.组合多元醇对用于无土栽培的聚氨酯吸水泡沫的影响[J].高分子材料科学与工程，2018，34（08）：74-78.

[4]阚现东，何群.绿化荒山水土保持生态示范园区建设措施[J].河南水利与南水北调，2018，47（06）：12-13.

[5]李先鹏.论荒山造林绿化技术的要点[J].种子科技，2020，38（08）：56，59.

（责任编辑 李媛媛）