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荒漠化问题是影响当今世界最为严重的社会环境问题之一，其不但引起一系列土地减产、经济衰退等社会经济问题，还与全球的气候变化、生物多样性损失构成恶性循环。为全人类的福祉计，防治荒漠化的工作已经在世界范围内展开，并开发出许多对抗荒漠化的策略和技术。 风蚀荒漠化是影响面积最大、危害最为严重的荒漠化类型，而化学固沙在风蚀荒漠化的防治当中所表现出的见效快、人工成本低、促进植物生长等优点，使其获得了广泛关注。在以往的固沙研究中，过于偏重对固沙效果的考察，缺乏对其涉及的相关物理化学过程的研究，致使对化学固沙的理解不够深入，暴露出许多问题。目前对固沙机理的研究多停留于形貌观察和理论推断，缺乏更具针对性的研究方法和检测手段。总体来看，当前研究对于化学固沙所涉及的科学伺题尚缺乏提炼和对应研究，由此导致的理论高度的缺失也造成了在固沙材料开发方面的盲目性。 针对上述问题，本论文开展了以下相应的研究:首先以具有代表性分子结构的一系列阴离子水性聚氨酯分散体为研究载体，从形貌观察、受力分析、表面元素分析及迁移行为考察等角度，探讨了固沙性能、沙体结构、材料性能三者之间的关系，并对材料与沙的相互作用、作用的方式及过程等基本的土力学和物理化学问题进行了提炼及研究。同时，所制备的水性聚氨酯分散体也有助于解决聚氨酯固沙剂本身存在的产品形态与便捷性的矛盾，对于以往水性聚氨酯固沙应用研究不够深入的问题，也有良好改善。 本论文研究内容主要由以下四个部分组成: 1.采用自乳化法制备了一系列具有代表性分子结构的阴离子水性聚氨酯分散体。考察了中和含量、多元醇分子量以及异氰酸酯指数对分散体粒径、ζ电位、机械性能、外观以及稳定性等方面的影响。本部分工作的目的在于为后续的固沙性能考察、机理研究提供性能具备变化梯度的分散体。 2.以自制的阴离子水性聚氨酯分散体为固沙材料进行了化学固沙实验，在较为全面考察包括固结层抗风蚀性、沙模抗压强度、固结层耐水性、固结层保水性、沙模热稳定性、沙模冻融稳定性、固沙材料对微生物的影响、固结层对种子出芽的影响等方面固沙性能的基础上，着重对固结强度、保水性能与材料性能、沙土结构的关系，采用形貌分析、强度测试、受力分析结合分子结构分析等多种方式进行了研究，建立了较为明晰的材料性能与固沙性能的对应关系。 3.基于EDS定量分析方法，对采用阴离子水性聚氨酯分散体进行化学固沙后的沙粒表面金属离子出现的变化进行了分析，通过建立具象的网格模型及抽象的矩阵表达式，对变化的多样化原因进行了解释，并结合理论分析和凝胶行为等对变化机理进行了说明。这部分工作为固沙材料与沙粒的界面相互作用提供了佐证。 4.在第2部分工作中，我们发现阴离子水性聚氨酯分散体在沙土中的堆积效果影响不但影响其固结效果，还左右其保水性能。为此，设计渗透实验装置研究了决定分散体在沙土中堆积效果的渗透过程，研究所发现的胶粒和水分的非同步化迁移解释了不同结构固结层的形成原因，加深了对固结层形成过程的理解。所建立的方法可用于其他类似高分子分散体的渗透行为的研究。