一种干旱土壤植被用营养型保水剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种干旱土壤植被用营养型保水剂及其制备方法，该保水剂单体采用丙烯酸，以氨水为中和剂，采用水溶液聚合方法，以尿素和可溶性淀粉作为添加剂，在引发剂存在下，经交联，聚合反应，再经干燥，粉碎制成。本发明具有生产工艺简单、成本低、高吸水性、营养型、可降解、环保无毒等优点，可广泛应用于拥有干旱土壤地区和沙漠地区的农业、林业领域。

说明书

技术领域

本发明属于高吸水性树脂领域，涉及一种低成本干旱土壤植被用营养型 保水剂及其制备方法，

背景技术

防风保水，促进干旱土壤地区的可持续发展，最重要的是种植大量绿色 植物或农作物，改善生态环境，其中关键的是对植物生长所需水分的供给。 这一迫切要求也促进了保水剂的发展。保水剂即高吸水性树脂，是一类含有 亲水基团的交联结构大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化 制得。它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优 良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。因此，在 治理土地沙漠化、改良土壤和保肥增效等方面具有重要的用途。保水剂按原 料划分：淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(羧甲基化、接枝物等)和合 成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)几大类。保水剂虽然与 植物根部接触面积不大，但是却可以保持根部的周围湿度，向根部提供必须 水分，促进植物生长。但当前保水剂品种和功能相对单一，应用价格过高， 无法在农业、林业上推广应用。

中国专利CN 1359974公布了一种丙烯酰胺和丙烯酸钾共聚制备高吸水 性树脂P(AM-KAA)KB，虽然降低了成本，但只具有吸水、释水功能，功能单 一。

因此开发低成本、高吸水性、营养型、可降解、环保、无毒的集多功能 于一体的化学保水剂是国内外保水领域的发展方向。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有化学保水剂品种和功能相对单一、应用价 格过高、易造成污染环境、缺乏植物生长所需营养型等问题，提供一种具有 低成本、高吸水性、可降解、环保、无毒、富含营养型成分等优点的干旱土 壤植被用营养型保水剂及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种干旱土壤植被用营养型保水剂，该保水剂单体采用丙烯酸，以氨水 为中和剂，以尿素和可溶性淀粉作为添加剂，采用水溶液聚合方法制备新型 的保水剂。本发明干旱土壤植被用营养型保水剂包括由如下重量份的原料制 成：丙烯酸100份，氨水30～100份，可溶性淀粉5～50份，尿素10～100份， 磷酸二氢钾5～20份，引发剂0.05～1.0份，交联剂0.05～1.0份。

该保水剂优选由如下重量份的原料制成：丙烯酸100份，氨水60～80份， 可溶性淀粉20～30份，尿素20～50份，磷酸二氢钾6～18份，引发剂0.05～0.2 份，交联剂0.05～0.2份。

本发明所述的氨水中含氨量18～28％(质量分数)，优选含氨量25～28％， 即市售氨水。所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾，交联剂为N， N′-亚甲基双丙烯酰胺(又称亚甲基双丙烯酰胺)。本发明采用的可溶性淀粉 可以通过绿豆、玉米、木薯、甘薯、红薯、马铃薯、麦类、菱角、藕等或 其淀粉按照常规方法制备得到。具体可以是可溶性绿豆淀粉、可溶性玉米 淀粉、可溶性木薯淀粉、可溶性甘薯淀粉、可溶性红薯淀粉、可溶性马铃 薯淀粉、可溶性麦类淀粉、可溶性菱角淀粉、可溶性藕淀粉中的一种，所 述的可溶性淀粉均常规，且市售可得。本发明保水剂使用的单体为丙烯酸， 以氨水为中和剂，尿素、磷酸二氢钾和可溶性淀粉作为添加剂，在引发剂和 交联剂存在下，经交联，通过水溶液聚合方法进行聚合反应，再经干燥，粉 碎制成。

上述干旱土壤植被用营养型保水剂的制备方法包括以下步骤：

a、向丙烯酸中加入50～100份去离子水制成水溶液，控制温度在50℃ 以下，慢慢加入氨水使之部分中和，加入尿素、磷酸二氢钾使之溶解，再加 入质量浓度为10％～30％的可溶性淀粉水溶液、质量浓度为1％～20％的交联 剂水溶液及质量浓度为1％～20％的引发剂水溶液，混合均匀；

b、将混合均匀的物料于40～90℃条件下反应1～5小时后，再升高温度 10～30℃反应1～5小时，得聚合产物；

c、将聚合产物于100～120℃条件下干燥至含水量小于10％，粉碎。

其中，引发剂和交联剂先分别配制成质量浓度为1％～20％的水溶液；可 溶性淀粉先配制成质量浓度为10％～30％的可溶性淀粉水溶液。质量浓度为 10％～30％的淀粉水溶液的制备方法为：向去离子水中加入可溶性淀粉，搅 拌使之分散均匀，升温至50～100℃使之溶解得到淀粉水溶液，再降温至50℃ 以下备用。

本发明方法中对丙烯酸进行中和用的中和剂是氨水而非其他中和剂，其 一方面是可给保水剂带来营养型成分，另一方面更可促进保水剂的保水作用 以及保水性能。另外通过添加尿素可以进一步给保水剂带来营养型成分，提 高对应栽培植物的成活率。磷酸二氢钾的加入能够为保水剂提供磷、钾营养 成分，与尿素并用可达到氮、磷、钾配比平衡，从而使得保水剂营养均衡。

本发明所得聚合产物的吸水倍数为200～1200倍，吸生理食盐水倍率为 25～120倍。

与现有技术比较本发明的有益效果：

1、与现有一般的保水剂相比，本发明的保水剂中含有大量的N、P、K 元素，在保水的同时有效为植物提供养分，有利于干旱土壤及沙漠地区植物 的成活和生长。

2、该干旱土壤植被用营养型保水剂为固体颗粒，运输方便，使用安全， 不污染环境，成本低廉，具有很好的应用价值和推广前景。

3、该干旱土壤植被用营养型保水剂具有良好的生态可降解性和环境友 好性。

具体实施方式

下面就本发明技术方案进行举例说明，但不是对本发明总的技术方案的 限制。

实施例1

在反应釜中加入100份去离子水，加入30份可溶性玉米淀粉，搅拌使 之分散均匀，升温至80℃使之溶解得到淀粉水溶液，降温至50℃以下出料备 用。将0.1份的过硫酸钾和0.1份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺分别配制成浓度 为10％的水溶液，备用。在反应釜中加入丙烯酸100份，加入60份去离子 水形成水溶液，控制温度在50℃以下，慢慢加入60份浓度为25％的氨水后， 再加入20份尿素和6份磷酸二氢钾搅拌，待溶解后，再加入淀粉水溶液、交 联剂水溶液、引发剂水溶液，搅拌均匀；将混合均匀的物料在反应釜中于80℃ 加热反应2小时后，再升高温度至90℃反应2小时，得聚合产物；聚合产物 于105℃干燥至含水量低于10％，粉碎至平均粒径为2.5mm，得到本发明营 养型保水剂。

该营养型保水剂的吸水倍数为900倍，吸生理食盐水倍率为60倍，25℃ 的土壤中降解60天时，质量损失率达到19％。

实施例2

在反应釜中加入100份去离子水，加入20份可溶性玉米淀粉，搅拌使 之分散均匀，升温至70℃使之溶解得到淀粉水溶液，降温至50℃以下出料备 用。将0.2份的过硫酸钠和0.2份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺分别配制成浓度 为8％的水溶液，备用。在反应釜中加入丙烯酸100份，加入80份去离子水 形成水溶液，控制温度在50℃以下，慢慢加入70份浓度为28％的氨水后， 再加入60份尿素和10份磷酸二氢钾搅拌，待溶解后，再加入淀粉水溶液、 交联剂水溶液、引发剂水溶液，搅拌均匀；将混合均匀的物料在反应釜中于 85℃加热3小时后，再升高温度至95℃反应2小时，得聚合产物；聚合产物 于110℃干燥至含水量低于10％，粉碎至平均粒径为1.0mm，得到本发明营 养型保水剂。

该营养型保水剂的吸水倍数为1000倍，吸生理食盐水倍率为80倍。25℃ 的土壤中降解60天时，质量损失率达到24％。

实施例3

在反应釜中加入100份去离子水，加入25份可溶性绿豆淀粉，搅拌使 之分散均匀，升温至90℃使之溶解得到淀粉水溶液，降温至50℃以下出料备 用。将0.1份的过硫酸铵和0.1份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺分别配制成浓度 为10％的水溶液，备用。在反应釜中加入丙烯酸100份，加入90份去离子 水形成水溶液，控制温度在50℃以下，慢慢加入70份浓度为18％的氨水使 之部分中和，加入40份尿素、18份磷酸二氢钾搅拌，待溶解后，再加入淀 粉水溶液、交联剂水溶液、引发剂水溶液，搅拌均匀；将混合均匀的物料在 反应釜中于80℃加热2小时后，再升高温度至90℃反应2小时，得聚合产物； 聚合产物于105℃干燥至含水量低于10％，粉碎至平均粒径为2.0mm，得 到本发明营养型保水剂。

该营养型保水剂的吸水倍数为800倍，吸生理食盐水倍率为55倍。25℃ 的土壤中降解60天时，质量损失率达到22％。

实施例4

在反应釜中加入100份去离子水，加入30份可溶性玉米淀粉，搅拌使 之分散均匀，升温至90℃使之溶解得到淀粉水溶液，降温至50℃以下出料备 用。将0.1份的过硫酸铵和0.1份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺分别配制成浓度 为12％的水溶液，备用。在反应釜中加入丙烯酸100份，加入65份去离子 水形成水溶液，控制温度在50℃以下，慢慢加入70份浓度为25％的氨水使 之部分中和，加入45份尿素和10份磷酸二氢钾搅拌，待溶解后，再加入淀 粉水溶液、交联剂水溶液、引发剂水溶液，搅拌均匀；将混合均匀的物料在 反应釜中于80℃加热2小时后，再升高温度至90℃反应1.5小时，得聚合产 物；聚合产物于110℃干燥至含水量低于10％，粉碎至平均粒径为0.5mm， 得到低成本植被治沙用营养型保水剂。

该营养型保水剂的吸水倍数为950倍，吸生理食盐水倍率为70倍。25℃ 的土壤中降解60天时，质量损失率达到20％。

上述实施例吸水倍数及吸生理食盐水倍率的测试方法参照GB/T 20405.5-2006。上述实施例降解性能的测试方法参照GB/T 19811-2005。