CN102432761B

CN102432761B - 一种干旱土壤植被用营养型保水剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102432761B
Application number: CN 201110377884
Authority: CN
Inventors: 杜峰; 项尚林; 方显力
Original assignee: JIANGSU REFONTECH INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: JIANGSU REFONTECH INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: CN102432761A

Abstract

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。

Description

一种干旱土壤植被用营养型保水剂及其制备方法

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/T20405.5-2006。上述实施例降解性能的测试方法参照GB/T 19811-2005。

Claims

1.一种干旱土壤植被用营养型保水剂，其特征在于保水剂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；所述的氨水中氨的质量浓度为18～28%；

上述营养型保水剂是按照以下步骤制备得到的：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，缓慢加入氨水后，再加入尿素和磷酸二氢钾，待溶解后，再加入浓度为10%～30%的可溶性淀粉水溶液、浓度为1%～20%的交联剂水溶液及浓度为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。

2.根据权利要求1所述的干旱土壤植被用营养型保水剂，其特征在于保水剂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。

3.根据权利要求1或2所述的干旱土壤植被用营养型保水剂，其特征在于所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾。

4.根据权利要求1或2所述的干旱土壤植被用营养型保水剂，其特征在于所述的交联剂为N，N' -亚甲基双丙烯酰胺。

5.根据权利要求1或2所述的干旱土壤植被用营养型保水剂，其特征在于所述的可溶性淀粉为可溶性绿豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉、藕淀粉、玉米淀粉中的一种。

6.权利要求1所述的干旱土壤植被用营养型保水剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

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，缓慢加入氨水后，再加入尿素和磷酸二氢钾，待溶解后，再加入浓度为10%～30%的可溶性淀粉水溶液、浓度为1%～20%的交联剂水溶液及浓度为1%～20%的引发剂水溶液，混合均匀；

c、将聚合产物于100～120℃条件下干燥至含水量小于10% ，粉碎。

7.根据权利要求6所述的营养型保水剂的制备方法，其特征在于所述的浓度为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。

8.如权利要求6所述的营养型保水剂的制备方法，其特征在于所述的氨水中含氨18～28%。

9.如权利要求6所述的营养型保水剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾，所述的交联剂为N，N' -亚甲基双丙烯酰胺，所述的可溶性淀粉为可溶性绿豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉、藕淀粉、玉米淀粉中一种。