生物可降解聚乳酸（PLA）材料在防沙治沙中的应用研究

发布时间：2020-04-26 04:29

【摘要】： PLA纤维是一种生物可降解纤维,使用后借助于土壤中微生物的作用会分解成二氧化碳和水。本文以由日本东丽公司生产的PLA纤维织物为研究对象,于2007年至2009年间,分别在乌兰布和沙漠和毛乌素沙地设置了3个试验区,采用室内实验与野外观测相结合的方法,对PLA纤维材料在作为沙障材料使用时在施工设计、防护效益、灵活使用、材料在使用后本身的降解特性及降解影响因子等方面进行了全面系统的研究,并且对PLA沙障的推广应用前景也进行了探讨,主要结论如下: (1)PVC管+剪刀的施工方法简便、高效,PLA沙障的施工受天气及立地条件影响较大,土壤水分含量影响施工速度,坡面坡度影响障体稳定性,格状沙障的稳定性较带状好。材料经煮沸处理后可显著改善障体漏沙现象,处理后材料基本指标(长度、质量、周长等)都会发生不同程度的变化,但对整体施工速度的影响不大。 (2)PLA沙障在参考传统方式设置时即起到了很好的防护效益。a. PLA沙障内风速廓线呈现独特的“S”型变化规律,对近地表风沙流结构的影响也较大,可以明显降低近地表风速,增加地表粗糙度,改善地表蚀积状况。b. PLA沙障对于植被恢复具有促进作用,沙障规格、沙丘部位及障体保存情况都对障内植被恢复有重要影响。c.坡位对于障内表层土壤含水量的变化有显著影响,沙障规格之间无显著差异,与裸沙丘相比,PLA沙障有助于提高深层土壤的含水量,对于深层土壤则具有一定的恒温作用。沙障设置一年后土壤机械组成没有发生明显变化,土壤中速效养分含量却有较大变幅。 (3)PLA沙障因其可操作性强而具备多种配置方式,从利于沙丘稳定的角度来看,新月型沙丘的理想配置方案为:坡底、坡下铺设1m×1m的小规格,坡中设置1.5m×1m规格,其中长边走向垂直于主风向,坡上设置2m×2m规格。PLA沙障的集流输沙效果体现迅速且明显,在风力治沙领域潜力很大。 (4)PLA纤维作为沙障材料在沙区使用时,材料的机械性能受风沙活动影响最大,光照和水分影响次之。PLA沙障设置一年半以后,材料平均分子量有所下降,但降幅不大,纤维表面整体保持完好。PLA纤维材料在高温高湿条件作用下能够迅速降解,温度越高,降解速度越快,且沙内快于沙表。土壤水分含量对材料降解也有显著影响,且水分含量越高,降解速度越快,且沙表快于沙内。土壤基质对材料降解也有影响。 (5)与草方格沙障及沙柳沙障相比,PLA沙障材料成本较高,但运输、施工费用均较低,使用寿命长,维护费用低。综合分析认为PLA沙障具有很大的发展潜力及广阔的推广应用前景。
【图文】：

聚乳酸纤维,沙障,聚乳酸,分子式

从日本东丽公司引进，它是由玉米为原材料生产的聚乳酸聚乳酸的分子式见图 2.1（1），聚乳酸纤维生产工艺过程如本形状为长的圆筒形，类似于袖筒的形状，将圆筒织物加工，6 卷打包为一箱，每卷重 3kg，见图 2.1（3）。研究中将聚填以就地取材的沙土就形成了最基本的障体，按照一定的设障，，装满后沙障障高在单层平铺时均在 15cm 左右。聚乳酸 PLA 纤维，也可简称作 PLA，依据沙障的一般命名习惯，PLA）纤维织物制作的沙障统称为 PLA 沙障。

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3.1 PLA 沙障适宜灌沙工具的优化选用PLA 纤维材料在作为沙障使用时是以长圆筒状织物装沙进行设置的，自然状态下织物周长为 16cm，最大周长达 23.2cm。这种形式设置的沙障可归属于沙袋沙障类型，沙袋沙障防沙治沙技术目前已在一些公路防沙治沙中应用，甘肃省治沙造林研究所也拟在民勤绿洲流沙固定工程中使用，但在使用过程中总结出来的唯一不足之处就是沙袋的灌沙效率低下，一般使用的是常见的铁锹，还有农民装粮食的工具等，但整体效果不好，费时费力，相对增大了固沙成本。因此，需要开发一种高效省力的灌沙工具，以提高沙障设置效率，降低治沙成本。在探索过程中在对传统方式进行验证的同时，首先实验设计了一种装沙漏斗，理念是在欲设置沙障沙丘上规划好以后，将漏斗置于坡顶，沙袋一头固定在漏斗上，另一头延沙障设置线甩在坡下，当在坡顶装沙时，沙子进入沙袋后借助重力作用再辅以一定的人力，沙子会较容易运动至坡下沙袋的另一头，一条沙袋装好以后，移动漏斗位置，开始下一个沙袋的灌沙工作。对于格状沙障的垂直走向，由于这种方法装沙速度应该可以，因此，有两人装沙的同时，其它工作人员直接进行摆放即可。源于这种理念装沙漏斗的设计图及其在现地施工图如下。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X171

【引证文献】