用鈉基蒙脫土 /聚丙烯酰胺及有機(jī)蒙脫土 / 聚丙烯酰胺兩種復(fù)合涂層材料，對天然纖維進(jìn)行涂層 化處理，制備了兩種蒙脫土 /聚丙烯酰胺復(fù)合涂層導(dǎo)水 纖維。用快速水分測定法研究了導(dǎo)水纖維在不同溫度 和土壤濕度時的動態(tài)導(dǎo)水規(guī)律。利用掃描電銑觀察了 涂層纖維的表面形貌及涂層材料在不同水勢下的微現(xiàn) 形貌。采用X射線衍射儀及比表面積與孔徑分布測 定儀對普通蒙脫土與有機(jī)蒙脫土的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行表 征。實驗表明涂層導(dǎo)水纖維具有基于土壤溫度及濕度 的自調(diào)節(jié)機(jī)制，以便保證植物生長的合理土壤濕度。 對蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化處理后，其層間距及孔徑增大，有利于水分的傳導(dǎo)。
荒漠化已被列為當(dāng)今世界具有局地與全球效應(yīng)的 最為嚴(yán)重的環(huán)境問題，成為實現(xiàn)聯(lián)合國千年發(fā)展目標(biāo) 的主要障礙[1]，我國[2]現(xiàn)有荒漠化土地2. 6362 X 106km2，占國土面積的27. 46% ,分布于18個省的498 個縣，影響我國近4億人口和占全國75%的少數(shù)民族 人口的生產(chǎn)生活，每年因荒漠化造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 540億人民幣，要在荒漠化地區(qū)進(jìn)行生態(tài)治理，恢復(fù) 植被是最根本的解決手段。因此荒漠化地區(qū)干旱條件 下植物的成活和存活問題成為亟待解決的問題?；哪?化地區(qū)的水資源缺乏已成為植物成活和正常生長制約 因素，必須想方設(shè)法合理利用緊缺的水資源[33。目前 國內(nèi)外的合理利用水資源的技術(shù)主要有滴滲灌w，集 水[5]、固體水[6_7]、保水劑[8]等技術(shù)。滴滲灌技術(shù)能夠 保證長期供水，但運行成本高、需定期清理鈣化塞孔、 適合資金周轉(zhuǎn)快的經(jīng)濟(jì)作物和園藝，不適合植樹造 林[9];集水技術(shù)受干旱地區(qū)降水資源的分布的影響；固 體水中98%的成分為水，在土壤微生物的作用下緩慢 釋水，其釋水量受不同土壤微生物的影響，還存在釋水 速度可控和成本上的障礙。保水劑的生產(chǎn)工藝多采用 在引發(fā)劑誘導(dǎo)下的單體聚合工藝,生產(chǎn)成本較髙，生產(chǎn) 工藝較復(fù)雜。用量過大，非但不能促進(jìn)根系發(fā)育，反而 抑制根的伸長和降低根的生理機(jī)能，降低移栽后成活 率和出苗率。
涂層導(dǎo)水纖維由天然植物纖維經(jīng)涂層化處理而制 備，具有隨外界環(huán)境變化而可控導(dǎo)水的性質(zhì)。將涂層 導(dǎo)水纖維與髙分子材料復(fù)合后得到的復(fù)合薄膜包裝一 定水后，埋入植物根部后，涂層纖維可根據(jù)環(huán)境和植物 生長的需要，可控地將水由膜內(nèi)傳向膜外，滿足植物生 長的需要。將涂層導(dǎo)水纖維應(yīng)用于干旱和半干旱地區(qū) 的植樹造林，可合理利用該地區(qū)有限的水資源。本文 采用吸水性高分子聚丙烯酰胺與蒙脫土制備涂層材 料，并用其對纖維進(jìn)行涂層化處理，得到了蒙脫土 /聚 丙烯酰胺復(fù)合涂層導(dǎo)水纖維，同時對其可控導(dǎo)水性能 進(jìn)行研究。
涂層材料由吸水性有機(jī)高分子聚丙烯酰胺 (PAM)與超細(xì)蒙脫土顆粒組成，同時加人微量明膠促 進(jìn)成膜。蒙脫土分別采用鈉基蒙脫土和有機(jī)蒙脫土 (用有機(jī)改性劑十六烷基三甲基銨和芐基三甲基銨對 鈉基蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化改性制備）。按一定比例配制 成蒙脫土-聚丙烯酰胺復(fù)合膠體溶液，將復(fù)合溶液涂敷 于纖維支撐體表面，烘干處理，制備出涂層導(dǎo)水纖維， 并與髙分子基材復(fù)合成膜。
將蒙脫土 /聚丙烯酰胺復(fù)合膠體溶液涂敷于纖維 支撐體表面，供干處理，制備出涂層導(dǎo)水纖維，然后將 導(dǎo)水纖維與高分子基材復(fù)合制成纖維密度為25束/ dm2的復(fù)合薄膜。用該膜包裝一定量水后，用德國 M30快速水分測定儀測定膜在規(guī)定時間不同溫度下 的起始質(zhì)量和最終質(zhì)量，計算失水率;將包裝水放入不 同濕度的土壤中，根據(jù)其在一定時間內(nèi)質(zhì)量的變化，獲 得導(dǎo)水纖維在不同濕度土壤中的導(dǎo)水規(guī)律》由于基體 髙分子薄膜不透水，因此復(fù)合薄膜的失水率即為涂層 導(dǎo)水纖維的失水率。
涂層導(dǎo)水纖維的失水率基本上都隨著溫 度的升髙而增加，說明涂層導(dǎo)水纖維能夠根據(jù)溫度的 高低自動調(diào)節(jié)失水率來滿足干旱地區(qū)對水的箱要。圖 3表明涂層導(dǎo)水纖維的失水率隨土壤濕度的增加而減 小，同時，當(dāng)土壤濕度增加時，涂層導(dǎo)水纖維的失水速 率也減慢，這是由于土壤濕度的增大導(dǎo)致了導(dǎo)水纖維 兩端相對濕度差的減小，從而引起涂層材料中吸附勢 的減小，造成水分傳導(dǎo)速度的減慢，最終導(dǎo)致了滲水速 度減小。由此可見，隨著土壤濕度的變化，涂層纖維可 以相應(yīng)地改變滲水速度以適應(yīng)這種變化，從而將土壤 水分控制在植物正常生長所需的水分范圍之內(nèi)，達(dá)到 了水資源的充分合理利用。
未經(jīng)有機(jī)化改性的蒙脫土和有機(jī)蒙脫土的 XRD譜線，蒙脫土和有機(jī)蒙脫土的衍射角分別為 8.54、7.28°，因此蒙脫土的層間距和有機(jī)蒙脫土的層 間距分別為l.〇37、1.215mn•有機(jī)化后蒙脫土的層間 距增大，因此可能會對涂層的導(dǎo)水效果產(chǎn)生一定影響。 普通鈉基蒙脫土的平均孔徑只有5.45901nm,而經(jīng)有 機(jī)化改性的蒙脫土的平均孔徑為71. 79244mn，有機(jī)蒙 脫土孔徑增大的原因是由于有機(jī)鏈段嵌入蒙脫土的片 層中使層間距增大。
分別為蒙脫土和有機(jī)蒙脫土的孔徑 分布曲線圖，可以看到鈉基膨潤土的孔徑在中孔以上 沒有出現(xiàn)明顯的可幾分布。有機(jī)蒙脫土孔徑在50mn 以下存在可幾分布的峰值，已經(jīng)達(dá)到了超大中孔。由 上分析可知有機(jī)化蒙脫土在物理性能上優(yōu)于普通蒙脫 土，其層間距和孔徑大于未經(jīng)有機(jī)化的蒙脫土，且有機(jī) 化后與聚丙烯酰胺的相互作用將增強(qiáng)，因而用有機(jī)蒙 脫土制備的涂層材料的導(dǎo)水性能較好。
聚丙烯酰胺是具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚電解質(zhì)，吸 水前,髙分子長鏈互相攏纏在一起，彼此交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，當(dāng)遇水時，親水基團(tuán)通過物理作用與化學(xué)作用與水 結(jié)合，使髙分子網(wǎng)束擴(kuò)張。親水性的蒙脫土遇水后，可 以通過與水分子的靜電吸附和氫鍵吸附發(fā)生水化作 用，水分子進(jìn)入蒙脫土的晶層間，蒙脫土發(fā)生膨脹 >隨 著水化膨脹作用的進(jìn)行，當(dāng)晶層間的斥力大于其連結(jié) 力時，蒙脫土顆粒就沿層面分開，由大顆粒變?yōu)樾☆w 粒，出現(xiàn)分散現(xiàn)象。因此蒙脫土可以分散于聚丙烯酰 胺溶液中，而聚丙烯酰胺對分散于其間的蒙脫土顆粒 具有支配作用，當(dāng)聚丙烯酰胺發(fā)生溶脹或脫水時，蒙石 土顆粒在水合官能團(tuán)作用下發(fā)生對應(yīng)性的斷橋或橋 接。當(dāng)涂層纖維復(fù)合薄膜包裝水后，涂層纖維兩側(cè)處 于不同的條件下，膜內(nèi)與膜外有一定的水勢梯度，水分 子從水勢髙的一端（膜內(nèi)）傳導(dǎo)到水勢低的一端（膜 外）。高吸水性樹脂吸水溶脹不一致，導(dǎo)致沿涂層纖維 形成不同水勢梯度，保證水分子通過涂層纖維轉(zhuǎn)移。 通過調(diào)整聚丙烯酰胺與蒙脫土的比例可以調(diào)節(jié)膜外端 涂層纖維合理的水勢。圖7(a)和（b)為聚丙烯酰胺一 蒙脫土復(fù)合涂層材料吸水溶脹后及未吸水時的表面形 貌。涂層材料吸水后，發(fā)生擴(kuò)張;而未吸水的涂層材料的表面則形成交連狀態(tài)。
(1〉蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化處理后層間距及孔徑增 大，孔徑分布較均一，且與聚丙烯酰胺有更強(qiáng)的結(jié)合 力，從而提髙了涂層材料的導(dǎo)水能力。
(2)在不同的溫度和土壤濕度下，蒙脫土 /聚丙 烯酰胺復(fù)合涂層導(dǎo)水纖維的導(dǎo)水速度具有自調(diào)節(jié)性， 可提供植物生長所需的水分。
(3)聚丙烯酰胺對分散于其樹枝網(wǎng)絡(luò)間的蒙脫 土顆粒具有支配作用，當(dāng)聚丙烯酰胺吸水溶脹和脫水 時，蒙脫土在其間的狀態(tài)不同，從而使得纖維縱向形成 順暢的水分運移通道。