CN105874034A - 亲水化聚合物以及使用方法 - Google Patents

Abstract

土壤/种子亲水化聚合物，包含：包含至少一个甜菜碱基团或至少一个阳离子基团的单体A_b；以及任选地，包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团的单体B_a，其中该聚合物是水溶性的或水可分散的；并且条件是如果该单体A_b包含阳离子基团，则该单体Ba必须存在并且包含阴离子基团。还披露了用于处理土壤的方法，这些方法包括使该亲水化聚合物与土壤接触，与没有该亲水化聚合物的土壤相比，这些改进包括土壤的亲水性的增加、根特征的增加、发芽率的增加。

Description

亲水化聚合物以及使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年10月31日提交的美国临时申请序列号61/898,068的权益，将其通过引用结合在此。

发明领域

本发明涉及关于土壤处理组合物和种子处理组合物以及特别地关于用于与土壤、种子和/或砂粒接触的亲水化聚合物，以及特别地关于用于包覆种子和/或处理土壤以改进除其他之外土壤调节、草地建立、产量改进、增强的生根效果、种子提升(seed boosting)，和/或增加土壤或砂中的可用容水量的亲水化聚合物的方法和组合物。

发明背景

水短缺是对人类和农业发展的主要约束。所消耗的淡水的大致70％是针对农业相关的使用，例如作为灌溉用水，其进而占据农业使用的大致90％。随着贯穿农业发展以及人类发展对于淡水需求的增加，水的更有效的利用变得越来越必要。鉴于淡水越来越短缺，这个需求甚至更突出。除上述使用之外，对于在食品生产以及非食品相关的原料如生物燃料、生物质和可再生生物材料中的淡水也存在日益增长的需求。因此，对于改进的并且更高效的淡水利用存在不断增长的需求，特别地在农业应用中。

淡水在农业应用中通过三种主要途径损失：(1)径流，(2)蒸发或(3)从植物根区排出。关于径流，水进入土壤中的缓慢或被阻的渗透将导致水的径流，其中特别地土壤区域是倾斜的或有角度的。另一个影响是水在平坦/水平土壤表面上的积累，这允许通过长期暴露于大气中的水蒸发。缓慢渗透是由几个机制引起的，如土壤的多孔结构的破坏(如通过土壤结皮形成或压实指示的)、或作为土壤是斥水的结果。

斥水性是减少渗入容量和作物萌发、减少营养和化学品保持容量、并且促进腐蚀的土壤特性。当土壤变为疏水性的并且基本上或完全抵抗水渗透到其中时，可以开发斥水土壤。引起非润湿现象的方法未被完全理解。据信该现象是由于长链的有机化合物在土壤颗粒上或之间的累积。这些长链的疏水有机物质可以由一系列植物、有机体、和腐烂的有机物质自然地或在燃烧期间释放。

一种解决斥水性、并且因此促进水的更有效利用的方法已经使用表面活性剂。可以被利用的典型的表面活性剂包括乙氧基化物、烷基酚和类似物。已经发现表面活性剂减少局部干点的量和存在并且当被施用于此类局部干点时帮助水的渗透。(特别地，局部干点是高度管理的草皮区域和/或草坪、特别地具有砂土的那些内部的问题。此类干点是在目标土壤内部以及在表面上开发具有不同程度的斥水性的区域的结果。)然而，在使用表面活性剂时，存在缺点；其中之一是，这种处理是不持久的。

关于排水，由根区排出水可能是由土壤的低水保持容量和/或水的不均匀分布引起的。该土壤水保持容量是通过土壤质地以及土壤中有机物质的量确定的。例如，通常粗糙质地的土壤(例如，砂土)具有比精细质地的土壤(例如壤质土)小得多的水保持容量。水的不均匀分布可能是由灌溉用水(例如，沟灌)的施用方法和土壤组合物的非均质性引起的。优先流还可以发生在非均质的土壤中，并且它使给水成漏斗形迅速离开根区并且导致水利用的低效率。

使用了若干种方法试图增加农业中的水利用效率，其中之一是使用交联聚合物，如水凝胶聚合物(或超吸收性聚合物)。水凝胶或超吸收性聚合物包括淀粉-丙烯腈接枝聚合物的水解产物、羧甲基纤维素、交联的聚丙烯酸酯、交联的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚乙二醇。这些高度交联的聚合物形成凝胶网络，吸收其重量的许多倍的水。然而，由于它们的高凝胶强度，这些水凝胶聚合物不容易将它们的水放出到周围介质(例如植物)中。此外，这些超吸收性或水凝胶聚合物在使用条件下是凝胶且不溶于水的。因此，它们呈现不连续的团块、或蓄水物(water reservoir)，其仅位于紧靠凝胶网络附近可以可供植物等使用。因为水凝胶聚合物倾向于附聚并且结块，这些水凝胶聚合物也难以作为处理均匀地分布到土壤上或土壤中。

发明概述

这些缺点通过如在此描述的本发明通过在一个实施例中将预防处理施用到裸露的土壤上来解决。该处理可以是如在此描述的土壤添加剂或如在此描述的亲水化聚合物。据信亲水化聚合物(在此有时称为“聚合物”)被吸收或吸附到砂中，导致持久地增强的表面亲水性、水分保持和/或砂污染的限制或预防。如在此描述的土壤处理和系统还促进遍及土壤的改进的水分布并且使合适的量的水分与根系接触从而减少干点。在另一个实施例中，在此描述了对于改进已经污染的砂的土壤亲水性、水分保持等的处理。

在另一个方面中，本发明涉及一种通过用包含在此描述的聚合物的组合物接触或包覆(全部地或部分地)植物的种子来增加种子生长、种子萌发或所产生的植物生长的方法。

因此，在一个方面中，本发明是一种包含聚合物的土壤添加剂，该聚合物包含：包含至少一个甜菜碱基团或至少一个阳离子基团的单体A_b；以及任选地，包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团的单体B_a，其中该聚合物是水溶性的或水可分散的；并且条件是如果该单体A_b包含阳离子基团，则该单体B_a必须存在并且包含阴离子基团。在一个实施例中，该聚合物增加了与该聚合物接触的土壤的亲水性。在一个实施例中，土壤的增加的亲水性与这种土壤能够保持和/或维持的每面积/体积的水的增加量相关联。任选地，该土壤添加剂可以进一步包含种子或土壤颗粒，其中该聚合物至少部分地包覆该种子或土壤颗粒。

在一个实施例中，该甜菜碱基团选自以下各项中的任一个或多个：a)丙烯酸二烷基氨基烷基酯或甲基丙烯酸二烷基氨基烷基酯的-烷基磺酸酯或–膦酸酯、-丙烯酰胺或–甲基丙烯酰胺；b)-杂环甜菜碱单体；c)二烷基氨基烷基烯丙基类(dialkylammonioalkylallylics)的-烷基磺酸酯或-膦酸酯；d)二烷基氨基烷基苯乙烯的-烷基磺酸酯或-膦酸酯；e)由烯键式不饱和的酸酐和二烯所产生的-甜菜碱；或f)-磷酸甜菜碱。

在另一个实施例中，包含该甜菜碱基团的单体A_b是选自：

甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯(SPE)，

甲基丙烯酸磺基乙基二甲基氨基乙基酯，

甲基丙烯酸磺基丁基二甲基氨基乙基酯，

甲基丙烯酸磺基羟丙基二甲基氨基乙基酯(SHPE)，

磺基丙基二甲基氨基丙基丙烯酰胺，

磺基丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SPP)，

磺基羟丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SHPP)，

甲基丙烯酸磺基丙基二乙基氨基乙基酯，

2-乙烯基-1-(3-磺基丙基)吡啶鎓甜菜碱，

4-乙烯基-1-(3-磺基丙基)吡啶鎓甜菜碱，

甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯，

1-乙烯基-3-(3-磺基丙基)咪唑鎓甜菜碱，或

磺基丙基甲基二烯丙基铵甜菜碱。

在另一个方面中，该亲水化聚合物包含：(i)包含至少一个甜菜碱基团的单体Ab；以及(ii)包含丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、单甲基丙烯酸甘油酯、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二甲基甲基丙烯酰胺、聚(环氧乙烷和/或环氧丙烷)(如果合适无规或呈嵌段形式)、α-甲基丙烯酸酯、乙烯醇或乙烯吡咯烷酮的单体B_a。

在另一个方面中，在此所描述的是两性聚合物，其包含：(i)包含至少一个阳离子基团的单体A_b；以及(i)包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团的单体B_a。在一个实施例中，包含阳离子基团的单体A_b具有通式A(I)：

A(I)

其中：

-R1和R4，彼此独立地代表氢原子或直链或支链的C1-C6烷基；

-R2和R3，彼此独立地代表烷基、羟烷基或氨烷基，其中该烷基是直链或支链的C1-C6链、优选地甲基；

-n和m是在1与3之间的整数；

-X，可以是相同的或不同的，代表与该聚合物(DADMAC)的水溶性的或水可分散的性质相容的抗衡离子；

或

或具有通式A(II)：

其中R1是氢原子或甲基或乙基；R2和R3，它们是相同或不同的，是直链或支链的C1-C6烷基、羟烷基或者氨烷基；

R4、R5和R6，它们是相同或不同的，是直链或支链的C1-C6烷基；

m是从0至10的整数；n是从1至6的整数；

Z代表--C(O)O--或--C(O)NH--基团或氧原子；

A代表(CH2)p基团，p是从1至6的整数；

B代表直链或支链的C2-C12聚亚甲基链，可任选地被一个或多个杂原子或杂基团打断并且任选地被一个或多个羟基或氨基取代，并且

X，是相同或不同的，代表抗衡离子；或其混合物。在一个实施例中，该阴离子基团是选自丙烯酸、甲基丙烯酸、α-乙基丙烯酸，β,β-二甲基丙烯酸、亚甲基丙二酸、乙烯基乙酸、烯丙基乙酸、亚乙基乙酸、亚丙基乙酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、中康酸、N-甲基丙烯酰基丙氨酸、N-丙烯酰基羟基甘氨酸、丙烯酸磺丙酯、丙烯酸磺乙酯、甲基丙烯酸磺乙酯、甲基丙烯酸磺乙酯、苯乙烯磺酸、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、丙烯酸磷酸乙酯、丙烯酸膦酰乙酯、丙烯酸磷酸丙酯、丙烯酸膦酰丙酯、甲基丙烯酸磷酸乙酯、甲基丙烯酸膦酰乙酯、甲基丙烯酸磷酸丙酯和甲基丙烯酸膦酰丙酯、或这些酸的铵和碱金属盐。

在还另一个方面中，在此所描述的是用于处理土壤的方法，这些方法包括使如在此描述的土壤添加剂或亲水化聚合物与土壤和/或种子接触。在一个具体的实施例中，使如在此描述的亲水化聚合物或土壤添加剂与“非根际土壤”接触。非根际土壤是指远离将与它最终接触的地面的土壤或土壤颗粒。在一个实施例中，非根际土壤用土壤添加剂组合物进行预处理，将得到的组合混合以试图均匀分布或制成均质或几乎均质的土壤添加剂和非根际土壤的混合物。然后使该土壤添加剂组合物/非根际土壤与地面接触。该混合装置可以是任何设备、装置或系统，诸如工业混合机、储罐和叶轮、水泥混合机、工业转筒和共混机、带式共混机、带-桨式共混机和类似物。

在另一个方面中，在此所描述的是一种或多种土壤/种子处理组合物，这些组合物包含：亲水化聚合物；水；以及任选地，表面活性剂。通常的成分如粘合剂、活性成分、着色剂等，连同杀虫剂、杀真菌剂、肥料以及类似物可以被结合到这些种子包衣配制品中。

在还另一个方面中，在此所描述的是包含土壤颗粒(例如像，砂粒)；以及与所述土壤颗粒接触的多种亲水化聚合物的复合颗粒。

在最后的方面中，在此所描述的是包含以下各项的土壤处理系统：(i)用于使聚合物与土壤接触的装置、和(ii)一种聚合物，其中该聚合物包含：

包含至少一个甜菜碱基团或至少一个阳离子基团的单体A_b；以及

任选地，包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团的单体B_a，其中该聚合物是水溶性的或水可分散的；并且条件是如果该单体A_b包含阳离子基团，则该单体B_a必须存在并且包含阴离子基团。用于使该聚合物与土壤接触的装置是任何合适的装置，如工业喷雾器、连铸机、灌溉系统、储罐和泵、洒水器以及类似物。

附图简要说明

图1示出了关于CV30砂的水分保持随时间改变的图；

图2示出了关于在与污染物TQ接触后在冲洗下的CV30砂的水分保持随时间改变的图；

图3示出了关于在与稀释(以2倍)的污染物TQ/2接触后在冲洗下的CV30砂的水分保持随时间改变的图；并且

图4示出了关于在与稀释(以4倍)的污染物TQ/4接触后在冲洗下的CV30砂的水分保持随时间改变的图；

图5示出了关于如在此描述的聚合物的预处理和施用相对于对照物的草出苗的图；

图6示出了处理的土壤(“3114”和“3114+泥炭”)相对于对照物(“砂”和“砂+泥炭”)经过一定时间段建立的根长度；

图7示出了处理的土壤(“3114”和“3114+泥炭”)相对于对照物(“砂”和“砂+泥炭”)在一定时间段后测量的根表面面积；

图8示出了处理的土壤(“3114”和“3114+泥炭”)相对于对照物(“砂”和“砂+泥炭”)在一定时间段后的根体积测量；并且

图9示出了处理的土壤(“3114”和“3114+泥炭”)相对于对照物(“砂”和“砂+泥炭”)在一定时间段后测量的根长度密度。

图10示出了DV9599对于在600ppm w/w下处理的各种土壤中的重量水的影响。

图11示出了DV9599对于在300ppm w/w下处理的各种土壤中的重量水的影响。

图12示出了DV9599对于在150ppm w/w下处理的各种土壤中的重量水的影响。

图13示出了DV9599对于在150、300和600ppm w/w下处理的各种土壤中的聚集水含量的影响。

图18示出了DV9551对于在600ppm w/w下处理的各种土壤中的重量水的影响。

图19示出了DV9551对于在300ppm w/w下处理的各种土壤中的重量水的影响。

图20示出了DV9551对于在150ppm w/w下处理的各种土壤中的重量水的影响。

图21示出了DV 9551对于在150、300和600ppm w/w下处理的各种土壤中的聚集水含量的影响。

发明的详细说明

如在此使用的，术语“烷基”是指单价饱和的直链或支链的烃基，典型地单价饱和的(C₁-C₃₀)烃基，例如像甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、或正己基，该基团可以任选地在该基团的一个或多个碳原子上被取代。在一个实施例中，烷基在该基团的一个或多个碳原子上被烷氧基、氨基、卤素、羧基、或膦酰基取代，例如像羟甲基羟乙基、甲氧基甲基、乙氧基甲基、异丙氧基乙基、氨甲基、氯甲基或三氯甲基、羧乙基、或膦酰基甲基。

如在此使用的，术语“亚烷基”是指二价饱和的直链或支链的烃基，例如像亚甲基、二亚甲基、三亚甲基。

如在此使用的，关于有机基团的术语“(C_x-C_y)”，其中x和y各自为整数，指示该基团每个基团可以含有从x个碳原子至y个碳原子。

如在此使用的，术语“体积水容量”、“VWC”或“水保持容量”总体上是指土壤能够储存的、可供植物使用的水的量。这是对于岩石碎片和溶液中的盐向下调节的保持在最高有效水量与萎蔫点之间的水分。最高有效水量是彻底润湿后在自由排水约2天的土壤中保持的水分。萎蔫点是秧苗不可逆地萎蔫所处的含水量。

在另一实施例中，水保持容量可以在数学上定义为：

$\mathrm{\θ}=\frac{V_w}{V_T}$

其中是水的体积并且是总体积(其是土壤体积+水体积+空隙)。

在一个方面中，本发明是一种亲水化土壤颗粒的方法，这些土壤颗粒在一个实施例中包含砂的一种或多种颗粒。在另一个实施例中，这些土壤颗粒包含泥炭质土壤、粘土质(或黏质)土壤、壤质土壤、白垩质土壤、砂、或其混合物。应理解的是当提及特定的土壤类型，例如砂或砂土，意味着此类土壤的内含物总体上或显著地是指定的，例如，砂质的，但其他类型的土壤可以存在。这些土壤颗粒，在还另一个实施例中，是砂土或由砂粒构成的土壤。

在一个方面中，裸砂或未污染的砂用如在此描述的土壤处理组合物和/或亲水化聚合物处理。在一个实施例中，处理是指通过喷雾、浸渍、浇水、混合或以其他方式使该砂与如在此所描述的土壤处理组合物接触。在另一个实施例中，处理是指(通过喷雾、浸渍、浇水、或混合)使该砂与如在此所描述的亲水化聚合物接触。对于运动场地，例如像高尔夫球场和专业田径场，推荐在建造之前或刚建造后和/或在进行“追肥”通风之前或刚“追肥”通风后处理砂。在一个实施例中，在将砂放置在田地上适当位置之前将其进行处理，因为据信这种聚合物处理将是更有效的。

在一个方面中，本发明是通过施用如在此描述的组合物或亲水化聚合物增加土壤中或种子附近的水保持容量和/或有效水容量的组合物和方法。如在此描述的聚合物或组合物可以，例如，被施用在土壤的表面或靠近顶部表面，土壤中或土壤内的层中，然后被施用到土壤的灌溉用水或其他载体中，种子上或类似物上。

在一个实施例中，本发明是一种通过施加预防处理到土壤(其在一个实施例中是裸砂)上处理土壤的方法。在一个实施例中，该预防处理可以包括或者(i)该亲水化聚合物或者(2)含有如在此描述的该亲水化聚合物的土壤处理组合物。该聚合物被持久地吸附到该土壤(或砂)上以增强表面亲水性、水分保持和/或限制或防止在土壤中累积疏水性物质(这防止斥水性的发展)。在此所述的处理还允许遍及土壤的更好的水分布并且使合适的量的水分与根系接触从而减少干点。

所要求的益处是，在一个实施例中，选自以下各项的至少一个：土壤释放效应，在吸附到土壤、砂或种子(或高能表面、氧化物类型表面如陶瓷、砂)时的水分保持，预防或延迟砂污染；增强的亲水性，裸砂(或高能表面、氧化物类型表面如陶瓷、砂)的水分保持；由于土壤与在此所述的聚合物接触的长久的有益效果。

可替代地，有可能这些化学物质带给该表面持久的杀生物剂和/或杀菌剂特性。已知阳离子部分带来这种效果。降低表面粘附减少了在表面上的悬挂(hang-on)。可替代地，有可能将该聚合物与杀生物剂或杀菌剂物质结合，如在专利WO 01/93810和WO 01/10213中描述的。

虽然不受理论的束缚，据信聚合物吸附改变了该裸砂的表面能(需要对裸砂进行)，并且该聚合物层保护该表面免受土壤粘附或削弱土壤粘附，并且在浇水过程中保持被吸附。疑似离子相互作用(主要是聚合物的阳离子位点与表面的阴离子位点)。

本发明解决了现有技术的问题之一在于，在土壤上的表面活性剂施用有效性典型地具有短的持续时间以及有限的有效性。虽然表面活性剂可以减小灌溉用水的表面张力并且增强土壤的水润湿性，但是存在缺点。例如，表面活性剂对于改进土壤水保持容量经常是固有地较不有效的；表面活性剂的持续时间通常是短的，并且可能需要频繁施用昂贵的表面活性剂以防止土壤斥水性的复发，并且；作为小分子。

本发明是可以增加土壤VWC的一种亲水化聚合物、或一种包括亲水化聚合物的组合物。这些亲水化聚合物或其组合物，在自身或与灌溉用水和/或沉淀物一起施用时，可以结合到土壤颗粒、种子上以呈现有利的表面润湿特性和/或帮助维持多孔土壤结构从而增加土壤的水保持容量或VWC。水可以容易地渗入土壤中并且被存储在经处理的土壤中并且可供植物使用。因此，本发明是一种亲水化聚合物或含有此类聚合物的组合物，该聚合物或组合物能够亲水化在目标区域中的土壤颗粒，并且由此增加该目标土壤的益处。

在一个方面中，在此所描述的是对于土壤(即砂土)的处理，处理例如像以下各项的需求：农作物和园艺、草皮和观赏植物、草坪、高尔夫、运动场、田径场等。在此所描述的聚合物和组合物的此类应用有助于防止或延迟砂污染，改善在土壤中用于生产的水效率，表现出更大的产量以及更大的淋溶降低，允许水在草坪、田地、运动场、田径场等中更好的渗透。在另一个方面中，在此所描述的是处理种子，例如像豆、油菜、玉米、小麦、卷心菜等。在此所描述的聚合物和组合物的此类应用有助于加速种子的出苗，增加产量。

在一个实施例中，该亲水化聚合物包含单体A_b和，任选地，单体B_a。在一个实施例中，单体A_b包含两性离子基团。在另一个实施例中，单体A_b包含至少一个甜菜碱基团。在又另一个实施例中，单体A_b包含至少一个甜菜碱基团或至少一个阳离子基团。在另一个实施例中，单体A_b包含至少一个阳离子基团。

单体B_a，其可以存在或可以不存在，包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团。在一个实施例中，单体B_a包含至少一个非离子基团。在另一个实施例中，单体B_a包含至少一个阴离子基团。该亲水化聚合物是这样使得如果该单体A_b包含阳离子基团，则该单体B_a必须存在并且包含阴离子基团，产生是两性聚合物的土壤或种子亲水化聚合物。

所产生的亲水化聚合物是水溶性的或水可分散的。总体上，水溶性的聚合物含有很少或没有在这些聚合物颗粒内部或之间的交联。水可分散的聚合物是基本上不交联的聚合物，或者另外，仅仅不显著交联的聚合物，使得在与水接触时，水可分散的聚合物典型地不溶胀和/或形成凝胶。典型地，水溶性的和/或水可分散的聚合物在没有任何添加的交联剂下聚合，尽管它们可以是一些小的交联(通过一般聚合方法或以其他方式)。在另一个实施例中，水溶性的或水可分散的意味着该聚合物(总体上)不含有交联剂。

在一个实施例中，本发明的亲水化聚合物组合物是包含如在此描述的单体单元的无规共聚物、交替共聚物、统计共聚物、嵌段共聚物、三聚物、线性共聚物、支链共聚物或接枝共聚物。在一个实施例中，该聚合物组合物包含含有衍生自在此描述的单体的单体单元的无规共聚物、统计共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、或接枝共聚物。在一个实施例中，该亲水化聚合物包括其均聚物、共聚物、三聚物、嵌段共聚物、无规聚合物、线性聚合物、或支链聚合物。在另一个实施例中，该亲水化聚合物是线性共聚物或均聚物，或者是支链共聚物或均聚物。

在一个实施例中，本发明的组合物或亲水化聚合物包含呈现10,000g/mol的重均分子量(Mw)作为下限的聚合物。在另一个实施例中，该组合物或亲水化聚合物包含如在此描述的呈现15,000g/mol的重均分子量(Mw)作为下限的聚合物。在另一个实施例中，该组合物或亲水化聚合物包含如在此描述的呈现20,000g/mol或30,000g/mol或40,000g/mol或50,000g/mol或60,000g/mol或70,000g/mol的重均分子量(Mw)作为下限的聚合物。在另一个实施例中，该组合物或亲水化聚合物包含如在此描述的呈现500,000g/mol或600,000g/mol或700,000g/mol或750,000g/mol或800,000g/mol的重均分子量(Mw)作为下限的聚合物。

在一个实施例中，本发明的组合物或亲水化聚合物包含呈现60,000g/mol的重均分子量(Mw)作为上限的聚合物。在一个实施例中，本发明的组合物或亲水化聚合物包含呈现80,000g/mol的重均分子量(Mw)作为上限的聚合物。在又另一个实施例中，本发明的组合物或亲水化聚合物包含呈现100,000g/mol的重均分子量(Mw)作为上限的聚合物。在另一个实施例中，本发明的组合物或亲水化聚合物包含呈现150,000g/mol或200,000g/mol或400,000g/mol或600,000g/mol的重均分子量(Mw)作为上限的聚合物。在另一个实施例中，本发明的组合物或亲水化聚合物包含呈现1,000,000g/mol或1,250,000g/mol或1,500,000g/mol或1,750,000g/mol或2,000,000g/mol或2,400,000g/mol的重均分子量(Mw)作为上限的聚合物。

在另一个实施例中，本发明的组合物或亲水化聚合物包含显示在从500,000g/mol至2,500,000g/mol范围内的重均分子量(Mw)的聚合物。在另一个实施例中，本发明的组合物或亲水化聚合物包含显示在从700,000g/mol至1,500,000g/mol范围内的重均分子量(Mw)的聚合物。

在一个实施例中，该亲水化聚合物是(i)包含含有甜菜碱官能团的单体的均聚物或(ii)包含至少两种含有不同甜菜碱官能团的单体的共聚物或(ii)包含至少一种含有甜菜碱官能团的单体和至少一种含有非离子基团的单体的共聚物。在另一个实施例中，该亲水化聚合物是包含(i)至少一种含有甜菜碱官能团的单体和(ii)至少一种含有非离子基团的单体或至少一种含有阴离子基团的单体的共聚物。

甜菜碱是在同一个甜菜碱单体单元上带有一个或多个正电荷以及一个或多个负电荷的聚合物两性离子。在同一个甜菜碱单体单元上，一个或多个正电荷的数量等于一个或多个负电荷的数量。

在一方面中，该亲水化聚合物是包含如在此所描述的甜菜碱单元的均聚物或共聚物，其中每个甜菜碱单元在强酸pH并且在强碱pH下均表现出永久阴离子电荷和永久阳离子电荷；这些电荷在从1至14的pH范围内是永久的。

该永久阴离子电荷可以由一种或多种磺酸根、磷酸根、膦酸根、次膦酸根或乙烯醇盐阴离子等所贡献。该阳离子电荷可以由氮(铵、吡啶鎓或咪唑鎓阳离子)、磷(磷鎓和类似物)或硫(硫鎓和类似物)家族的一种或多种鎓(onium)或鎓(inium)阳离子所贡献。在一个实施例中，聚甜菜碱的甜菜碱官能团是由侧基携带的。

对于相同的甜菜碱单体单元，在一个实施例中，携带该永久阳离子电荷的原子通过任选地取代的多价烃基、特别地任选地被一个或多个羟基取代的亚烷基被连接到携带该永久阴离子电荷的阴离子上。

携带相等的永久正和负电荷的基团显示出一个或多个甜菜碱官能团，其可以在氮族的阳离子的情况下，通过下式(I)至(V)(显示出在该官能团的中心的阳离子电荷以及在该官能团末端的阴离子电荷)、以及式(VI)(显示出在该官能团中心的阴离子电荷以及在该官能团末端的阳离子电荷)代表：

–N(+)(R1)(R2)–R–A–O(-) (I)

–(R3)C＝N(+)(R4)–R–A–O(-) (II)

–(R3)(R)C-N(+)(R4)(R5)–R–A–O(-) (III)

–N(+)(＝R6)–R–A–O(-) (IV)

–N(+)(R1)(R2)–R–W(-) (V)

–R–A’(–O(-))–R–N(+)(R1)(R2)(R7) (VI)

在式(I)至(IV)中

符号R1、R2和R5，它们是相同的或不同的，代表包含从1至7个碳原子、优选地从1至2个碳原子的烷基，

符号R3和R4代表烃基，这些烃基与氮原子形成任选地包含一个或多个其他杂原子、特别地氮杂原子的含氮杂环，

符号R6代表烃基，该烃基与氮原子形成任选地包含一个或多个其他杂原子、特别地氮杂原子的饱和的或不饱和的含氮杂环，

符号R代表包含从1至15个碳原子、优选地从2至4个碳原子的直链的或支链的亚烷基，该亚烷基任选地被一个或多个羟基取代，或亚苄基，

符号A代表S(＝O)(＝O)、OP(＝O)(＝O)、OP(＝O)(OR’)、P(＝O)(OR’)或P(＝O)(R’)，其中R’代表包含从1至7个碳原子的烷基或苯基，

在式(V)中

符号R1、R2和R具有以上给出的定义

符号W代表具有下式的乙烯醇盐官能团

O-C(O(-))＝C(C≡N)2

O-C(O)–C(-)(C≡N)2

O-C(O)–C(-C≡N)(＝C＝N(-))

在式(VI)中

符号R1和R2具有以上给出的定义，

符号R7，其与R1或R2相同或不同，代表包含从1至7个碳原子、优选地从1至2个碳原子的烷基，

符号A’代表–O-P(＝O)-O-；

在磷族的阳离子的情况下，可以提及具有式(VII)和(VIII)的甜菜碱官能团

–P(+)(R1)(R2)–R–A–O(-) (VII)

–R–A’(–O(-))–R–P(+)(R1)(R2)(R7) (VIII)

在式(VII)中，符号R1、R2、R和A具有以上给出的定义，

在式(VIII)中

符号R1、R2、R7和R具有以上给出的定义，

符号A’代表–O-P(＝O)-O-；

在硫族的阳离子的情况下，可以提及具有式(IX)和(X)的甜菜碱官能团

–S(+)(R1)–R–A–O(-) (IX)

–R–A’(–O(-))–R–S(+)(R1)(R2) (X)

在式(IX)中，符号R1、R和A具有以上给出的定义，

在式(X)中

符号R1、R2和R具有以上给出的定义，

符号A’代表–O-P(＝O)-O-。

这些甜菜碱官能团可以特别地通过任选地被一个或多个杂原子(特别地氧原子)打断的二价或多价烃单元(例如亚烷基或亚芳基单元)、酯单元或酰胺单元或者另外通过价键被连接到该亲水化聚合物的烃链(又称为主链)的碳原子上。

在一个实施例中，该亲水化聚合物的烃链(或主链)是任选地被一个或多个氮和/或硫杂原子打断的直链的或支链的聚亚烷基链。在一个实施例中，该亲水化聚合物的烃链(或主链)是任选地被一个或多个氮和/或硫杂原子打断的直链的聚亚烷基链。

根据一个实施例，该亲水化聚合物是由相同的甜菜碱单元形成的均聚物或由其中至少两种是不同的甜菜碱单元形成的共聚物。

所述亲水化聚合物可以额外地包含在该组合物的pH下或在使用包含该亲水化聚合物的组合物的pH下为非离子或非离子化的至少一种单元和/或在该组合物的pH下或在使用包含该亲水化聚合物的组合物的pH下为阴离子或潜在阴离子的至少一种单元。这些单元可以是亲水的或疏水的。在一个实施例中，它们可以代表该亲水化聚合物的按重量计最高达40％、或按重量计最高达50％、或按重量计最高达60％、按重量计最高达70％、或按重量计最高达80％、或按重量计最高达90％。

然而，在一个实施例中，为了使所述亲水化聚合物保留其两性离子的主要特征，这些非离子的、非离子化的、阴离子的或潜在阴离子的单元在数量上受限。

该亲水化聚合物可以包含小于其重量50％或者更具体地小于70mol％的非离子的、非离子化的、阴离子的或潜在阴离子的单元，在一个实施例中，或者该亲水化聚合物可以包含小于50mol％并且更典型地小于30mol％的非离子的、非离子化的、阴离子的或潜在阴离子的单元。

在可以存在的非离子单元中，可以提及衍生自烯键式不饱和的非离子单体的那些，如丙烯酰胺、乙酸乙烯酯(能够通过水解形成乙烯醇单元)、丙烯酸和甲基丙烯酸的C1-C4烷基酯、丙烯酸和甲基丙烯酸的C1-C4羟烷基酯(特别地乙二醇和丙二醇丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)、丙烯酸和甲基丙烯酸的聚烷氧基酯(特别地聚乙二醇和聚丙二醇酯)等。

在小于或等于3的pH下为非离子化的或者在更高的pH下为潜在阴离子的单元中，可以提及衍生自烯键式不饱和单体的那些，如具有至少一个羧基官能团的单体，如α,β-烯键式不饱和羧酸或对应的酸酐，如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐、马来酸酐、富马酸、衣康酸、N-甲基丙烯酰基丙氨酸、N-丙烯酰基甘氨酸以及其水溶性盐；

为羧酸酯官能团的前体的单体，如丙烯酸叔丁酯，这些单体在聚合后通过水解产生羧基官能团。

在大于或等于9的pH下是非离子化的单体中，可以提及衍生自烯键式不饱和单体的那些，如

ω-α,β-单-烯键式不饱和羧酸的(N,N-二烷基氨基)烷基酰胺，如N,N-二甲基氨基甲基丙烯酰胺或-甲基丙烯酰胺、2-(N,N-二甲基氨基)乙基丙烯酰胺或-甲基丙烯酰胺、3-(N,N-二甲基氨基)丙基丙烯酰胺或-甲基丙烯酰胺、或4-(N,N-二甲基氨基)丁基丙烯酰胺或-甲基丙烯酰胺，

α,β-单烯键式不饱和氨基酯，如甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙基酯(DMAM)、甲基丙烯酸3-(二甲基氨基)丙基酯、甲基丙烯酸2-(叔丁基氨基)乙基酯、甲基丙烯酸2-(二戊基氨基)乙基酯或甲基丙烯酸2-(二乙基氨基)乙基酯，

为胺官能团的前体的单体，如N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺等，这些单体通过简单的酸性或碱性水解产生伯胺官能团。

在阴离子单元(其第一pKa小于3)中，可以提及

具有至少一个硫酸根或磺酸根官能团的单体，如2-磺基氧乙基甲基丙烯酸酯、乙烯基苯磺酸、烯丙基磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、磺乙基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、磺丙基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、以及它们的水溶性盐，

具有至少一个膦酸根或磷酸根官能团的单体，如乙烯基膦酸和类似物、烯键式不饱和磷酸酯、如衍生自甲基丙烯酸羟乙酯的磷酸酯(来自罗地亚(Rhodia)的Empicryl 6835)以及衍生自聚亚氧烷甲基丙烯酸酯的那些、以及它们的水溶性盐。

在一个实施例中，如在此描述的亲水化聚合物不包含除了在从1至14范围内的pH下携带与永久阳离子电荷同样多的永久阴离子电荷的甜菜碱之外的单体单元。如果其他单元存在，则它们反而是以小于50mol％、典型地小于30mol％的量的潜在阴离子单元。

所述亲水化聚合物可以在烯键式不饱和的甜菜碱单体、特别地携带至少一个具有上式(I)至(X)的甜菜碱官能团的烯键式不饱和单体、和任选地其他烯键式不饱和单体的水溶液中特别地通过自由基聚合或共聚获得。在一个实施例中，该亲水化聚合物的聚合或共聚是在添加的交联剂(如硼等)的不存在或基本上不存在下进行的。其结果是，该土壤亲水化不含有、含有最小量的或不显著数量的颗粒内交联基团；产生水可分散的或水溶性的聚合物。通过对比，显著交联的聚合物变为水可溶胀的，产生与水溶性的或水可分散的相反的“凝胶”的此类聚合物。

所述单体可以通过举例显示出：

一个或多个单-或多烯键式不饱和烃基(特别地乙烯基、烯丙基或苯乙烯基等)

一个或多个单-或多烯键式不饱和酯基(特别地丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或马来酸酯基团等)

一个或多个单-或多烯键式不饱和酰胺基(特别地丙烯酰胺基或甲基丙烯酰胺基等)。

通过举例，可以特别地提及衍生自以下甜菜碱单体的聚甜菜碱：

二烷基铵烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺基或甲基丙烯酰胺基的烷基或羟烷基磺酸酯或膦酸酯，如：

-由拉西格(Raschig)以名称SPE销售的甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯：

-甲基丙烯酸磺基乙基二甲基氨基乙基酯和甲基丙烯酸磺基丁基二甲基氨基乙基酯：

其合成描述在论文“基于丙烯酸正丁酯和丙烯酸2-乙氧基乙酯的磺基甜菜碱两性离子聚合物：单体合成和共聚行为(Sulfobetaine zwitterionomersbased on n-butyl acrylate and 2-ethoxyethyl acrylate:monomer synthesis andcopolymerization behavior)”，聚合物科学杂志(Journal of Polymer Science)，40，第511-523页(2002)中，

-甲基丙烯酸磺基羟丙基二甲基氨基乙基酯：

-磺基丙基二甲基氨基丙基丙烯酰胺：

其合成被描述在论文“聚(磺基甜菜碱)和对应的阳离子聚合物的合成和溶解度：1.通过核磁共振谱合成和表征磺基甜菜碱和对应的阳离子单体(Synthesis and solubility of the poly(sulfobetaine)s and the corresponding cationicpolymers:1.Synthesis and characterization of sulfobetaines and the correspondingcationic monomers by nuclear magnetic resonance spectra)”，Wen-Fu Lee和Chan-Chang Tsai，聚合物(Polymer)，35(10)，第2210-2217页(1994)中，

-由拉西格以名称SPP销售的磺基丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺：

-由拉西格以名称SPDA销售的丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯：

-磺基羟丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺：

-甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯：

其合成描述在论文“聚(磺基丙基甜菜碱)：1.合成和表征(Poly(sulphopropylbetaines):1.Synthesis and characterization)”，V.M.MonroySoto和J.C.Galin，聚合物(Polymer)，1984，第25卷，第121-128页中，

杂环甜菜碱单体，如：

-衍生自哌嗪的磺基甜菜碱：

其合成描述在论文“疏水改性的两性离子聚合物：合成、本体特性、以及与无机盐的混溶性(Hydrophobically Modified Zwitterionic Polymers:Synthesis,Bulk Properties,and Miscibility with Inorganic Salts)”，P.Koberle和A.Laschewsky，大分子(Macromolecules)，27，第2165-2173页，(1994)中，

-衍生自2-乙烯基吡啶和4-乙烯基吡啶的磺基甜菜碱，如2-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶鎓甜菜碱(2SPV或“SPV”)，由拉西格以名称SPV销售：

以及4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶鎓甜菜碱(4SPV)，其合成披露在论文“透射电子显微镜下某些两性聚合物中离子聚集的证据(Evidence of ionicaggregates in some ampholytic polymers by transmission electron microscopy)”，V.M.和A.E.González,J.Cardoso,O.Manero和V.M.Monroy，材料研究杂志(J.Mater.Res.)，5(3)，第654-657页(1990)中：

-1-乙烯基-3-(3-磺丙基)咪唑鎓甜菜碱：

其合成描述在论文“聚(乙烯基咪唑鎓磺基甜菜碱)的水溶液特性(Aqueous solution properties of a poly(vinyl imidazolium sulphobetaine))”，J.C.Salamone,W.Volkson,A.P.Oison,S.C.Israel，聚合物(Polymer)，19，第1157-1162页(1978)中，

二烷基铵烷基烯丙基类的烷基或羟烷基磺酸酯或膦酸酯，如磺丙基甲基二烯丙基铵甜菜碱：

其合成描述在论文“由两性离子二烯丙基铵单体制成的新的聚(碳甜菜碱)(New poly(carbobetaine)s made from zwitterionic diallylammoniummonomers)”，Favresse,Philippe；Laschewsky,Andre，大分子化学与物理(Macromolecular Chemistry and Physics)，200(4)，第887-895页(1999)中，

二烷基铵烷基苯乙烯的烷基或羟烷基磺酸酯或膦酸酯，如：

其合成描述在论文“疏水改性的两性离子聚合物：合成、本体特性、以及与无机盐的混溶性(Hydrophobically Modified Zwitterionic Polymers:Synthesis,Bulk Properties,and Miscibility with Inorganic Salts)”，P.Koberle和A.Laschewsky，大分子(Macromolecules)，27，第2165-2173页，(1994)中，

由烯键式不饱和的酸酐和二烯所产生的甜菜碱，如：

以及

其合成描述在论文“疏水改性的两性离子聚合物：合成、本体特性、以及与无机盐的混溶性(Hydrophobically Modified Zwitterionic Polymers:Synthesis,Bulk Properties,and Miscibility with Inorganic Salts)”，P.Koberle和A.Laschewsky，大分子(Macromolecules)，27，第2165-2173页，(1994)中，

-磷酸甜菜碱，如：

或可替代地：

MPC和VPC的合成披露在EP 810 239B1(Biocompatibles，Alister等人)。

-具有下式的甜菜碱：

或具有下式：

其中：

R1是氢或甲基，R2和R3，它们是相同或不同的，是氢或具有从1至6个碳原子的烷基，Y1是具有式-O-或NR2的二价基团，Z-是SO3-，m是2或3，并且n是1-6。

在一个实施例中，该单体A_b选自以下各项中的一个或多个：

甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯(SPE)，

甲基丙烯酸磺基乙基二甲基氨基乙基酯，

甲基丙烯酸磺基丁基二甲基氨基乙基酯，

甲基丙烯酸磺基羟丙基二甲基氨基乙基酯(SHPE)，

磺基丙基二甲基氨基丙基丙烯酰胺，

磺基丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SPP)，

磺基羟丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SHPP)，

丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯(SPDA)，

甲基丙烯酸磺基丙基二乙基氨基乙基酯，

2-乙烯基-1-(3-磺基丙基)吡啶鎓甜菜碱，

4-乙烯基-1-(3-磺基丙基)吡啶鎓甜菜碱，

1-乙烯基-3-(3-磺丙基)咪唑鎓甜菜碱，

磺基丙基甲基二烯丙基铵甜菜碱。

该单体A_b对应于例如下式之一：

在一个实施例中，单体B_a是非离子单体：丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二甲基甲基丙烯酰胺、聚(环氧乙烷和/或环氧丙烷)(如果合适无规或呈嵌段形式)、α-甲基丙烯酸酯、乙烯醇或乙烯吡咯烷酮。

在一个实施例中，该亲水非离子单体B_a是：丙烯酰胺(AM)，

在另一个实施例中，单体A_b是甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯(SPE)和/或SPP。

在一个实施例中，这些聚合物由此通过反相聚合方法制备，该方法包括以下阶段：

a1)：制备反相乳液，并且

a2)：聚合。

阶段a1)是通过包含含有单体的水相、外部相以及至少一种乳化剂的混合物的乳化进行的。该聚合是通过将单体A_b和任选地单体B_a与产生自由基的化合物汇聚在一起进行的，并且，取决于所选择的引发体系，该聚合在例如环境温度与75℃之间的温度下进行。

在另一个实施例中，由前体聚合物通过磺内酯和卤代烷基磺酸酯的化学改性得到聚磺基甜菜碱的主要途径特别地在以下文件中描述：

“在侧链中含有磺基甜菜碱部分的共聚物的合成和水溶液行为(Synthesis and aqueous solution behaviour of copolymers containing sulfobetainemoieties in side chains)”，I.V.Berlinova,I.V.Dimitrov,R.G.Kalinova,N.G.Vladimirov，聚合物(Polymer)，41，第831-837页(2000)

“聚(磺基甜菜碱)和对应的阳离子聚合物：3.衍生自苯乙烯-马来酸酐的聚(磺基甜菜碱)的合成和稀水溶液特性(Poly(sulfobetaine)s and correspondingcationic polymers:3.Synthesis and dilute aqueous solution properties ofpoly(sulfobetaine)s derived from styrene-maleic anhydride)”，Wen-Fu Lee和Chun-Hsiung Lee，聚合物(Polymer)，38(4)，第971-979页(1997)

“聚(磺基甜菜碱)和对应的阳离子聚合物：VIII.阳离子聚(甲基碘季铵化的苯乙烯-N,N-二甲基氨基丙基马来酰胺酸)共聚物的合成和水溶液特性(Poly(sulfobetaine)s and corresponding cationic polymers.VIII.Synthesis andaqueous solution properties of a cationic poly(methyl iodide quaternizedstyrene-N,N-dimethylaminopropyl maleamidic acid)copolymer)”，Lee,Wen-Fu和Chen,Yan-Ming，应用聚合物科学杂志(Journal of Applied Polymer Science)，80，第1619-1626页(2001)

“具有窄分子量分布和受控结构的聚甜菜碱的合成(Synthesis ofpolybetaines with narrow molecular mass distribution and controlled architecture)”，Andrew B.Lowe,Norman C.Billingham和Steven P.Armes，化学通讯(Chem.Commun.)，第1555-1556页(1996)

“低多分散性聚(磺丙基甜菜碱)及其嵌段共聚物的合成和特性(Synthesis and Properties of Low-Polydispersity Poly(sulfopropylbetaine)s andTheir Block Copolymers)”，Andrew B.Lowe,Norman C.Billingham和Steven P.Armes，大分子(Macromolecules)，32，第2141-2146页(1999)

通过化学改性制备聚膦酸基-和亚膦酸基甜菜碱报道在“新的聚合物膦酸基-、亚膦酸基-和羧基甜菜碱(New polymeric phosphonato-,phosphinato-andcarboxybetaines)”，T.Hamaide，大分子化学(Macromolecular Chemistry)，187，第1097-1107页(1986)中。

在一个实施例中，包含该土壤亲水化聚合物的单体选自二烷基铵烷基甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酰胺的烷基磺酸酯或羟烷基磺酸酯以及衍生自乙烯基吡啶的磺基甜菜碱。还更优选地，是二烷基铵甲基丙烯酰胺的烷基磺酸酯或羟烷基磺酸酯。

在一个实施例中，该土壤亲水化是选自：

由选自下式(-SPE-)、(-SPP-)、(-SHPE-)和(-SHPP-)之一的甜菜碱单元形成的均聚物

衍生自具有下式的2-乙烯基吡啶的磺基甜菜碱的均聚物

由甜菜碱单元形成的共聚物，其中至少两种是不同的并且是选自上式(-SPE-)、(-SPP-)、(-SHPE-)和(-SHPP-)的那些

由选自以上具有式(-SPE-)、(-SPP-)、(-SHPE-)和(-SHPP-)的那些的相同或不同的甜菜碱单元和甲基丙烯酸单元形成的共聚物，甲基丙烯酸单元的量代表所述共聚物的小于50mol％、优选地小于30mol％。

在一个实施例中，该土壤亲水化是下式形成的均聚物：(-SPE-)。在一个实施例中，该土壤亲水化是下式形成的均聚物：(-SPP-)。在一个实施例中，该土壤亲水化是下式形成的均聚物：(-SHPE-)。在一个实施例中，该土壤亲水化是下式形成的均聚物：(-SHPP-)。

在另一个实施例中，包含选自式(-SPE-)、(-SPP-)、(-SHPE-)和(-SHPP-)的那些的甜菜碱单元的亲水化聚合物显示出在从10,000至1,000,000g/mol范围内的重均分子量(Mw)。在另一个实施例中，包含如在此描述的选自式(-SPE-)、(-SPP-)、(-SHPE-)和(-SHPP-)的那些的甜菜碱单元的亲水化聚合物显示出在从20,000至500,000g/mol范围内的重均分子量(Mw)。在另一个实施例中，包含如在此描述的选自式(-SPE-)、(-SPP-)、(-SHPE-)和(-SHPP-)的那些的甜菜碱单元的亲水化聚合物显示出在从30,000至80,000g/mol范围内的重均分子量(Mw)。在另一个实施例中，包含如在此描述的选自式(-SPE-)、(-SPP-)、(-SHPE-)和(-SHPP-)的那些的甜菜碱单元的亲水化聚合物显示出在从40,000至60,000g/mol范围内的重均分子量(Mw)。在又另一个实施例中，包含如在此描述的甜菜碱单元的亲水化聚合物具有式(-SPE-)或(-SPP-)，并且显示出在从40,000至60,000g/mol范围内的重均分子量(Mw)。

在一个实施例中，该亲水化聚合物是两性聚合物。在此实施例中，该亲水化聚合物是这样使得单体A_b包含阳离子基团，并且单体B_a存在并且包含阴离子基团。

在此实施例中，单体A_b包含阳离子单体。该阳离子单体可以包含具有式-NR3+的铵基，其中R，它是相同或不同的，代表氢原子、包含1至10个碳原子的烷基、或苄基，任选地带有羟基，并且包含阴离子(抗衡离子)。阴离子的实例是卤素离子如氯离子和溴离子、硫酸根、硫酸氢根、烷基磺酸根(例如包含1至6个碳原子)、磷酸根、柠檬酸根、甲酸根和乙酸根。

阳离子单体的实例包括

-氨基烷基(甲基)丙烯酸酯、氨基烷基(甲基)丙烯酰胺，

-单体，特别地包括(甲基)丙烯酸酯、和(甲基)丙烯酰胺衍生物，包含至少一个仲、叔或季胺官能团，或含有氮原子的杂环基团，乙烯胺或亚乙基亚胺；

-二烯丙基二烷基铵盐；

-它们的混合物、它们的盐、以及由此衍生的大分子单体；

-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、二叔丁基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二甲基氨基甲基(甲基)丙烯酰胺、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺；

-亚乙基亚胺、乙烯胺、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶；

-三甲基铵乙基(甲基)丙烯酸酯氯化物、三甲基铵乙基(甲基)丙烯酸酯甲基硫酸盐、二甲基铵乙基(甲基)丙烯酸酯苄基氯化物、4-苯甲酰基苄基二甲基铵乙基丙烯酸酯氯化物、三甲基铵乙基(甲基)丙烯酰胺(又称为2-(丙烯酰氧基)乙基三甲基铵，TMAEAMS)氯化物、三甲基铵乙基(甲基)丙烯酸酯(又称为2-(丙烯酰氧基)乙基三甲基铵，TMAEAMS)甲基硫酸盐、三甲基铵丙基(甲基)丙烯酰胺氯化物、乙烯基苄基三甲基氯化铵，

-二烯丙基二甲基氯化铵，

-具有下式A(II)的单体：

其中

-R₁是氢原子或甲基或乙基；

-R₂、R₃、R₄、R₅和R₆，它们是相同或不同的，是直链或支链的C₁-C₆、优选地C₁-C₄烷基、羟烷基或氨烷基；

-m是从0至10的整数，例如1；

-n是从1至6、优选地2至4的整数；

-Z代表-C(O)O-或-C(O)NH-基团或氧原子；

-A代表(CH₂)_p基团，p是从1至6、优选地从2至4的整数；

-B代表直链或支链的C2-C12、典型地C3-C6聚亚甲基链，其可任选地被一个或多个杂原子或杂基团、特别地O或NH打断并且任选地被一个或多个羟基或氨基、优选地羟基取代；

-X，它们是相同或不同的，代表抗衡离子(根据式A(I)的单体总体上被标记为“DIQUAT”)，以及

-它们的混合物、以及由此衍生的大分子单体。

其他阳离子单体包括具有通式A(I)的化合物：

其中：

-R1和R4，彼此独立地代表氢原子或直链或支链的C1-C6烷基；

-R2和R3，彼此独立地代表烷基、羟烷基或氨烷基，其中该烷基是直链或支链的C1-C6链、优选地甲基；

-n和m是在1与3之间的整数；

-X，可以是相同的或不同的，代表与该聚合物的水溶性的或水可分散的性质相容的抗衡离子。在一个实施例中，X选自下组：卤素阴离子、硫酸根阴离子、硫酸氢根阴离子、磷酸根阴离子、柠檬酸根阴离子、甲酸根阴离子、或乙酸根阴离子。

在另一个实施例中，单体A_b包含二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC代表二烯丙基二甲基氯化铵)。在另一个实施例中，单体A_b包含具有式A(I)的单体。在又另一个实施例中，单体A_b包含具有式A(II)的单体。

在一个实施例中，单体B_a包含阴离子单体。更确切地，单体B_a可以包含含有单烯键式不饱和度的水溶性的C3-C8羧酸、磺酸、硫酸、膦酸或磷酸、其酸酐以及其水溶性盐。

在另一个实施例中，该单体B_a可以包含丙烯酸、甲基丙烯酸、α-乙基丙烯酸，β,β-二甲基丙烯酸、亚甲基丙二酸、乙烯基乙酸、烯丙基乙酸、亚乙基乙酸、亚丙基乙酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、中康酸、N-甲基丙烯酰基丙氨酸、N-丙烯酰基羟基甘氨酸、丙烯酸磺丙酯、丙烯酸磺乙酯、甲基丙烯酸磺乙酯、甲基丙烯酸磺乙酯、苯乙烯磺酸、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、丙烯酸磷酸乙酯、丙烯酸膦酰乙酯、丙烯酸磷酸丙酯、丙烯酸膦酰丙酯、甲基丙烯酸磷酸乙酯、甲基丙烯酸膦酰乙酯、甲基丙烯酸磷酸丙酯和甲基丙烯酸膦酰丙酯、以及这些酸的铵和碱金属盐。

在一个典型的实施例中，单体B_a包含丙烯酸或甲基丙烯酸、或这些酸的铵或碱金属盐。

在一些实施例中，单体A_b与单体B_a摩尔比(在此有时称为“单体A_b/单体B_a摩尔比”)对应地是在1/5与9/10之间。在一个实施例中，该单体A_b/单体B_a摩尔比对应地是在1/4与4/5之间。在另一个实施例中，该单体A_b/单体B_a摩尔比对应地是在1/2与4/6之间。在另一个实施例中，该单体A_b/单体B_a摩尔比对应地是约1/2。在又另一个实施例中，该单体A_b/单体B_a摩尔比对应地是约4/6。

在替代实施例中，该单体A_b/单体B_a摩尔比具有选自以下之一的下限：对应地1/6、或1/5、或1/4或1/2。在另一个实施例中，该单体A_b/单体B_a摩尔比具有选自以下之一的上限：对应地9/10、或4/5、或7/10、或3/5或1/2。

在一个实施例中，该亲水化聚合物包含以下之一：

-DADMAC/丙烯酸共聚物；

-DADMAC/甲基丙烯酸共聚物；

-DIQUAT/丙烯酸共聚物；或

-DIQUAT/甲基丙烯酸共聚物。

所述亲水化聚合物还可以包含在该组合物的pH下或在使用包含该亲水化聚合物的组合物的pH下为非离子或非离子化的至少一种单元和/或在该组合物的pH下或在使用包含该亲水化聚合物的组合物的pH下为阴离子或潜在阴离子的至少一种单元。

在一个实施例中，单体A_b可以包含该亲水化聚合物或这些单体单元的按重量计最高达40％、或按重量计最高达50％、或按重量计最高达60％、按重量计最高达70％、或按重量计最高达80％、或按重量计最高达90％作为上限。在另一个实施例中，单体A_b可以包含该亲水化聚合物或这些单体单元的按重量计1％、或按重量计2％、或按重量计10％、或按重量计70％、或按重量计80％、或按重量计最高达90％作为下限。

如在此描述的共聚物可以根据已知的用于制备共聚物的技术获得，特别地通过烯键式不饱和的起始单体的自由基介导的聚合，这些起始单体是已知的化合物或者可以通过本领域的技术人员使用有机化学的常规合成方法容易地获得。在一个实施例中，该亲水化聚合物的自由基介导的聚合或共聚是在添加的交联剂的不存在或基本上不存在下进行的。其结果是，该土壤亲水化不含有、含有最小量的或不显著数量的颗粒内交联基团；产生水可分散的或水溶性的聚合物。通过对比，显著交联的聚合物变为水可溶胀的，产生与水溶性的或水可分散的相反的“凝胶”的此类聚合物。

在另一个实施例中，土壤处理包括用包含如在此所述的该亲水化聚合物的组合物包覆所述植物的种子。与没有用此种聚合物包覆的种子相比，此类方法和处理增加了出苗、生长、以及建立。

在一个实施例中，该种子是禾草种子，包括但不限于以下各项：黑麦草(Lolium perenne)、高羊茅(Festuca arundinacea)、肯塔基蓝草(Poa pratensis)、硬羊茅(Festuca longifolia)和紫羊茅(Festuca rubra commutata)、海滨雀稗或匍匐紫羊茅。

在一个实施例中，该种子是作物或植物物种，这些作物或植物物种包括但不限于玉米(Zea mays)、芸苔属物种(例如，B.napus、B.rapa、B.juncea)、苜蓿(Medicago sativa)、稻(Oryza sativa)、裸麦(Secale cereale)、蜀黍(Sorghumbicolor、Sorghum vulgare)、粟(例如，珍珠稷(Pennisetum glaucum)、黍(Panicummiliaceum)、小米(Setaria italica)、龙爪稷(Eleusine coracana))、葵花(Helianthusannuus)、红花(Carthamus tinctorius)、小麦(Triticum aestivum)、大豆(Glycinemax)、烟草(Nicotiana tabacum)、土豆(Solanum tuberosum)、花生(Arachishypogaea)、棉花(Gossypium barbadense、Gossypium hirsutum)、甘薯(Ipomoeabatatus)、树薯(Manihot esculenta)、咖啡(Cofea spp.)、椰子(Cocos nucifera)、菠萝(Ananas comosus)、柑橘属果树(Citrus spp.)、可可(Theobroma cacao)、茶(Camellia sinensis)、香蕉(Musa spp.)、牛油果(Persea americana)、无花果(Ficus casica)、石榴(Psidium guajava)、芒果(Mangifera indica)、橄榄(Oleaeuropaea)、木瓜(Carica papaya)、腰果(Anacardium occidentale)、夏威夷果(Macadamia integrifolia)、扁桃仁(Prunus amygdalus)、糖甜菜(Beta vulgaris)、甘蔗(Saccharum spp.)、燕麦、大麦、蔬菜、观赏植物、木本植物如针叶树和落叶乔木、南瓜属植物、南瓜、大麻、绿皮西葫芦、苹果、梨、温柏、甜瓜、李子、樱桃、桃子、油桃、杏、草莓、葡萄、木莓、黑莓、大豆、蜀黍、甘蔗、油菜籽、三叶草、胡萝卜、和拟南芥。

在一个实施例中，该种子是任何蔬菜物种，这些蔬菜物种包括但不限于西红柿(Lycopersicon esculentum)、生菜(例如，Lactuca sativa)、青豆(Phaseolusvulgaris)、利马豆(Phaseolus limensis)、豌豆(Lathyrus spp.)、花椰菜、西兰花、芜菁(turnip)、萝卜、菠菜、芦笋、洋葱、大蒜、胡椒、芹菜、以及黄瓜属的成员(如黄瓜(C.sativus)、罗马甜瓜(C.cantalupensis)、以及香瓜(C.melo))。

在一个实施例中，该种子是任何观赏植物物种，这些观赏植物物种包括但不限于绣球花(Macrophylla hydrangea)、木槿(Hibiscus rosasanensis)、喇叭花(Petunia hybrida)、玫瑰(Rosa spp.)、杜鹃花(Rhododendron spp.)、郁金香(Tulipa spp.)、水仙花(Narcissus spp.)、康乃馨(Dianthus caryophyllus)、圣诞红(Euphorbia pulcherrima)、以及菊花。

在一个实施例中，该种子是任何针叶树物种，这些针叶树物种包括但不限于针叶松树如厚皮刺果松(Pinus taeda)、湿地松(Pinus elliotii)、杰克松(Pinus ponderosa)、美国黑松(Pinus contorta)、和蒙特利松(Pinus radiata)、花旗松(Pseudotsuga menziesii)；西部铁杉(Tsuga canadensis)；西加云杉(Piceaglauca)；红木(Sequoia sempervirens)；冷杉如银杉(Abies amabilis)和香脂冷杉(Abies balsamea)；以及香柏如西红杉(Thuja plicata)和阿拉斯加黄杉(Chamaecyparis nootkatensis)。

在一个实施例中，该种子是任何豆科植物物种，这些豆科植物物种包括但不限于豆类和豌豆。豆类包括瓜尔豆、槐豆、胡芦巴、大豆、菜用刀豆、豇豆、绿豆、利马豆、蚕豆、扁豆、鹰嘴豆、豌豆、乌头叶菜豆、蚕豆、菜豆、兵豆、干菜豆等。豆科植物包括但不限于，落花生属(例如，花生)、蚕豆属(例如，小冠花、毛叶苕子、赤豆、绿豆、和鹰嘴豆)、羽扇豆属(例如，羽扇豆)、三叶草属、菜豆属(例如，普通菜豆和利马豆)、豌豆属(例如，蚕豆)、草木犀属(例如，三叶草)、苜蓿属(例如，苜蓿)、百脉根属(例如，车轴草)、兵豆属(lens)(例如，兵豆)、以及紫穗槐。用于在此处描述的组合物和方法中使用的典型的牧草和草坪草包括但不限于苜蓿、野茅、高羊茅、黑麦草、匍匐翦股颖、紫花苜蓿、百脉根、三叶草、笔花豆属物种、罗顿豆(lotononis bainessii)、红豆草和小糠草。其他草类物种包括大麦、小麦、燕麦、黑麦、野茅、羊草、高粱或草坪草植物。

在另一个实施例中，该种子选自以下的作物或蔬菜：玉米、小麦、高粱、大豆、西红柿、花椰菜、萝卜、卷心菜、油菜、生菜、黑麦草、草、稻、棉花、葵花以及类似物。

应理解的是术语“种子”或“秧苗”不限于特定或具体类型的物种或种子。术语“种子”或“秧苗”可指的是来自单一植物物种的种子、来自多种植物物种的种子的混合物、或来自一个植物物种中不同株的种子的共混物。在一个实施例中，作物种子包括但不限于稻、玉米、小麦、大麦、燕麦、大豆、棉花、向日葵、苜蓿、高粱、油菜籽、甜菜、西红柿、豆、胡萝卜、烟草或花籽。

该种子包衣组合物还可以包含粘合剂。该粘合剂(或这些层中任一个)可以是糖蜜、粒状糖、海藻酸盐、卡拉亚胶、瓜儿豆胶(jaguar gum)、黄蓍胶、多糖胶、粘质物、凝胶、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醇共聚物、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、苯乙烯丁二烯聚合物、纤维素(包括乙基纤维素和甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基纤维素、羟甲基丙基纤维素)、聚乙烯吡咯烷酮、糊精、麦芽糖糊精、多糖、脂肪、油、蛋白质、阿拉伯胶、虫胶、偏二氯乙烯、偏二氯乙烯共聚物、木质素磺酸钙、丙烯酸共聚物、淀粉、衍生的淀粉、聚丙烯酸乙烯酯、玉米素、羧甲基纤维素、壳聚糖、聚环氧乙烷、丙烯酰亚胺聚合物和共聚物、聚羟乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酰亚胺单体、藻酸盐、乙基纤维素、聚氯丁烯、糖浆剂、或其任何组合。

在另一个实施例中，该种子包衣组合物含有至少一种活性成分。该活性成分可以是一种或多种除草剂、植物生长调节剂、作物干燥剂、杀真菌剂、杀菌剂、抑菌剂、杀虫剂、驱虫剂、三嗪除草剂、磺酰脲除草剂、尿嘧啶、尿素除草剂、乙酰苯胺除草剂、有机瞵酸盐除草剂、草甘膦盐、草甘膦酯、次氮基肟杀真菌剂、咪唑杀真菌剂、三唑杀真菌剂、亚磺酰胺杀真菌剂、二硫氨基甲酸酯杀真菌剂、氯化芳香剂、二氯苯胺杀真菌剂、氨基甲酸酯杀虫剂、有机硫代磷酸盐杀虫剂；全氯化有机杀虫剂、甲氧氯、除螨剂、丙炔基亚硫酸酯(propynyl sulfite)、三氮杂戊二烯除螨剂、氯化芳香族除螨剂、四氯杀螨砜(tetradifan)、二硝基酚除螨剂、乐杀螨、或其任何组合。

在一个实施例中,可以直接地或作为组合物的一部分使用如在此描述的亲水化聚合物处理土壤。在一个实施例中，该土壤亲水化是土壤处理组合物的一部分，其中该土壤处理组合物包含：该亲水化聚合物；水；以及任选的表面活性剂。在另一个实施例中，该亲水化聚合物是包含土壤颗粒(例如像砂粒)以及一种或多种在此描述的亲水化聚合物的复合颗粒的一部分。此实施例，例如，可以用作追肥处理，其中远离该处理田地或区域将砂或土壤颗粒与该土壤亲水化颗粒混合，然后在其建造期间施用到目标田地或地面区域，例如高尔夫球场草坪(golf green)或田径场上。

在一个实施例中，使该亲水化聚合物(直接地或作为组合物的一部分)以有效量与土壤接触以便与没有该亲水化聚合物的土壤相比增加土壤的亲水性。在一个实施例中，使该土壤添加剂组合物以有效量与土壤接触以便与没有该亲水化聚合物的土壤相比增加土壤的植物可用水分的持续时间。植物可用水分的持续(时间)可以在一个实施例中增加到与没有该亲水化聚合物的土壤相比大于30％。植物可用水分的持续(时间)可以在一个实施例中增加到与没有该亲水化聚合物的土壤相比大于40％。植物可用水分的持续(时间)可以在一个实施例中增加到与没有该亲水化聚合物的土壤相比大于50％。植物可用水分的持续(时间)可以在另一个实施例中增加到与没有该亲水化聚合物的土壤相比大于60％。植物可用水分的持续(时间)可以在又另一个实施例中增加到与没有该亲水化聚合物的土壤相比大于70％。

在一个实施例中，该有效量是大于土壤的0.1ppm的土壤添加剂组合物或亲水化聚合物的量。在另一个实施例中，该有效量是大于土壤的1ppm的土壤添加剂组合物或亲水化聚合物的量。在另一个实施例中，该有效量是大于土壤的10ppm的土壤添加剂组合物或亲水化聚合物的量。在另一个实施例中，该有效量是大于土壤的50ppm的土壤添加剂组合物或亲水化聚合物的量。在另一个实施例中，该有效量是大于土壤的100ppm的土壤添加剂组合物或亲水化聚合物的量。在另一个实施例中，该有效量是大于土壤的600ppm的土壤添加剂组合物或亲水化聚合物的量。一ppm相当于1毫克的某物每升水(mg/l)或者，在土壤的背景下，1毫克的某物每千克土壤(mg/kg)。在另一个实施例中，该有效量是大于土壤的400ppm的土壤添加剂组合物或亲水化聚合物的量。

在另一个实施例中，使该亲水化聚合物以有效量与土壤接触以便与没有该亲水化聚合物的土壤相比增加植物的根特征。根特征可以是除其他之外以下各项中的任一项：根长度、根密度、根表面面积、或根体积。可以使该亲水化聚合物以有效量与土壤接触以便与没有该亲水化聚合物的土壤相比增加植物的发芽率。在一个实施例中，发芽率通过以下特征中的至少一个表征：种子出苗、秧苗密度、植物覆盖度、植物产量和加速的植物出苗。在另一个实施例中，使该亲水化聚合物以有效量与土壤接触以便与没有该亲水化聚合物的土壤相比增加土壤的水保持容量。

在一个实施例中，使该土壤添加剂组合物以有效量与土壤接触以便与没有该亲水化聚合物的土壤相比增加土壤的植物可用水分的持续时间。在另一个实施例中，该土壤是非根际土壤。在另一个实施例中，该土壤可以包含砂介质。方法包括将该砂粒介质施用到田地区域作为追肥。

在另一个实施例中，方法包括增加植物的生长，其包括用一种聚合物至少部分地包覆所述植物的种子，该聚合物包含：

包含至少一个甜菜碱基团或至少一个阳离子基团的单体A_b；以及

任选地，包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团的单体B_a，

其中该聚合物是水溶性的或水可分散的；并且条件是如果该单体A_b包含阳离子基团，则该单体B_a必须存在并且包含阴离子基团，

在另一个实施例中，该种子用如在此描述的一种或多种聚合物至少部分地包覆。该种子可以用额外的化合物至少部分地(或全部地)包覆，该化合物选自粘合剂、杀虫剂、肥料或它们的组合。

在另一个实施例中，披露了包含以下各项的水性土壤处理组合物：

1)如在此描述的土壤亲水化聚合物；

2)水；以及

3)任选地，表面活性剂、杀虫剂、杀真菌剂、调节剂或肥料。

在另一个实施例中，在此描述的是包含以下各项的复合颗粒：(i)有机或无机颗粒；以及(ii)与所述颗粒接触的如在此描述的任意一种或多种聚合物。在一个实施例中，该有机或无机颗粒是土壤颗粒。

实验

使用了在高尔夫球场草坪(法国供应商(SIFRACO))中使用的USGA砂(creepy CV30)。USGA砂具有以下特征：99％纯的SiO₂，粒径：75％在250μm与1mm之间，具有342μm的测量的d50。

聚合物处理

使用0.33mg的干的聚合物/g CV30砂比率(1.6mg聚合物/g砂)。制备了0.5g的干的聚合物/l并且使其在塑料瓶中以1升溶液/1.5kg砂的比率接触。将该瓶在室温下放置24小时。在真空过滤下在烧结玻璃漏斗上除去该砂。

污染物溶液的制备

将松针在约35℃干燥并且用配备有大栅格(2mm)的锤磨机研磨。有机物质(污染物)的提取通过在塑料瓶中将该经研磨的松针按照以下比例与水混合而进行：10g经研磨的松针/100ml水。将该瓶在室温下放置24小时。为了除去这些经研磨的针，将该溶液传递穿过两个筛125和40μm。然后该溶液以4000rpm离心一小时。用纸过滤器过滤该上清液并且为了实现该方法用0.8μm膜超滤。所获得的溶液是我们的污染物溶液(TQ)。

砂污染

通过混合恒定比率的150g砂/100ml污染物溶液进行砂污染。该污染在室温下放置4天的塑料瓶内进行。然后将该污染物溶液在真空过滤下在烧结玻璃漏斗上去除并且将该砂在35℃干燥持续至少24小时。

冲洗

我们已经进行一些水冲洗，细节将在文中找到。

柱测试，Washburn方程

使用自制的渗透装置量化聚合物性能，该渗透装置由大的柱制成允许通过毛细上升动态测量水渗透。这一技术受到Washburn法(毛细上升实验)的启发。我们已经使用具有2cm内径和烧结玻璃下部(lower)的30cm高的玻璃柱，其中我们将139g的干砂从恒定高度倾倒并且穿过细漏斗。然后将该柱平衡地悬挂并且使其下部与去离子水接触。我们记录随着时间按重量的水毛细上升。

Washburn方程：

其中dh/dt＝湿润锋速度(m.s-1)，h＝湿润锋高度(m)，g＝9.81m/s²，m＝重量(kg)，ρ＝液体的体积重量(g/cm3)，σ_LV＝在液体/蒸气界面处的表面能(mN/m)，θ＝以度表示的接触角，η＝流体的动态粘度(kg.m^-2.s^-1)，t＝时间(s)并且c＝特征常数，R_d＝孔流体动力学半径(m)，R_st＝理想装填的平行毛细管的孔统计半径(m)。

·当静水压对于毛细管压力而言是可以忽略的时，h/β<<1(该曲线的最初部分)，我们发现线性行为：

$m^2=c\&CenterDot;\frac{P^2\&CenterDot;{\mathrm{\&sigma;}}_{lv}\&CenterDot;cos\mathrm{\&theta;}}{\mathrm{\&eta;}}\&times;t=A\&CenterDot;t$

·当静水压与毛细管压力相当h＝β时(该曲线的末端)，存在平衡，然后获得最大水高度和吸收量。

$h_{max}=\frac{2{\mathrm{\&sigma;}}_{lv}\&CenterDot;cos\mathrm{\&theta;}}{R_{st}\mathrm{\&rho;}g}$

h_max＝该湿润锋的最大高度

在用如在此描述的亲水化聚合物处理砂时，总体上观察到：

-观察到品质是一致地更好的。(相反，草坪没有在未经处理的砂上建立并且存活。)

-叶绿素评级是一致地更高的。

-土壤体积水总体上是更高的。

-种子建立

实例1：

聚合物被吸附到裸砂上(无污染)-亲水化作用/水分保持。已知裸砂是天然亲水的。以下实例表明有可能通过聚合物吸附增加砂的亲水性。图1报告了随时间改变的在砂柱中所吸收的水的量的平方。

参考图1，当该砂用DV9599和DV9551预处理时，水吸收的速度以及总吸收量更高。根据Washburn方程，所有的参数是恒定的(σ_LV、R_st,、η的可忽略的改变)，这证明砂亲水性通过聚合物吸附增加。如在此使用的，DV9599指的是包含甜菜碱单元的亲水化聚合物，而DV9551指的是包含两性聚合物的亲水化聚合物(该两性聚合物包含：(i)包含至少一个阳离子基团的单体A_b以及(i)包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团的单体B_a。)

实例2

参考图2，在各种样品上进行毛细上升实验。空白显示出随时间改变到未污染的砂(裸砂)上的水吸收。其他两条曲线显示出(i)与如在此描述的亲水化聚合物接触的污染的砂的水分保持以及(ii)没有与如在此描述的亲水化聚合物接触的污染的砂的水分保持。

将该第一样品，(具有DV9599的污染的砂+冲洗)，用具有0.33mg/g的干聚合物/CV30砂比率(1.6mg DV9599/g砂)的DV9599预处理，过滤，被污染物溶液(TQ)污染，过滤并且在35℃干燥24小时。然后将该样品水冲洗(667ml水/100g砂)并且在填充柱并且进行毛细上升实验前在35℃干燥24小时。

其他砂样品，(没有聚合物的污染的砂+冲洗)，被污染物溶液(TQ)污染，过滤并且在35℃干燥24小时。然后将该样品水冲洗(667ml水/100g砂)并且在填充柱并且进行毛细上升实验前在35℃干燥24小时。

再次参考图2，图2展示了具有较低的动力学吸收结合通过毛细上升的少得多的吸收的水的砂的剧烈的亚临界亲水化的污染和水冲洗。当在污染和冲洗前通过HC500预处理该砂时，我们获得更好的结果。该聚合物的存在有助于防止沉积和/或有助于一些污染物(较低的粘附)通过水冲洗(在实际情况中雨水或材料的浇水)的脱离：土壤(污染物)释放效果。

应该注意，在高污染物浓度的存在下下进行前述实例。然而，在现实世界环境中，预期缓慢和逐渐的污染，伴随更惊人的土壤释放效果。

实例3和实例4

参考图3，该方案与实例2相同。参考图3，该污染物溶液以2倍(TQ/2)稀释在水中。观测到如在此描述的聚合物的存在防止了沉积和/或有助于一些污染物(更低的粘附)通过水冲洗脱离。

参考图4，该方案与实例2相同。在此实例中，该污染物溶液以4倍(TQ/4)稀释在水中。观测到如在此描述的聚合物的存在防止了沉积和/或有助于一些污染物(更低的粘附)通过水冲洗脱离。

实例5

参考实例5，使用黑麦草进行实验。2.5英寸盆每天浇水，每天约4次，直到一周。这周的水量总计约(水的)1英寸。在随机化完全区组设计中，目标土壤以10磅/1000平方英尺、3次重复/处理的速率播种

参考图5，基底处理如下：

a)只有100％砂，作为对照(“砂”)

b)100％ACA 3114砂混合物(“3114”)

c)砂，1/2英寸ACA 3114砂混合物，砂-中间3114(盆的中间)(“中间”)

d)砂，1/2英寸ACA 3114顶部混合物＝顶部3114(追肥模拟)(“顶部”)

e)只有90％砂/10％泥炭，作为对照(“泥炭”)

f)90％砂/10％3114(未处理的和经处理的砂的90:10共混物)(“3114混合物”)

相对于砂对照和泥炭对照，该3114混合物和顶部显示出改进的建立

实验7

观察到无论根区混合物组合物，生根被增强。参考图7，与对照相比，经处理的土壤的根长度更大(约大于2x)。参考图8，与对照相比，经处理的土壤的根表面面积更大(约高达2x更大)。参考图9，与对照相比，经处理的土壤的根体积更大(约1.5至2x更大)。参考图10，与对照相比，经处理的土壤的根长度密度更大(约2x更大)。

实例8

水保持容量：在此实验中使用的土壤是绿地等级砂、合成制备的斥水的绿地等级砂(与以上同一批)、以及天然存在的亚临界斥水的壤土。

对于以150ppm w/w DV 9599/土壤的处理，将0.69075g的DV 9599(20％a.i.)加入到250mL烧杯中并且用去离子水填充到150g并且使其在搅拌板上混合。在混合后，使用手动喷雾器将整个150mL溶液喷洒到921g的测试土壤上，同时手动连续混合。对于每一种通过调节DV 9599的量以便产生300和600ppm w/w DV 9599/土壤的处理的不同的处理率，重复该过程。对于每种土壤还通过喷洒150mL去离子水到每种土壤上并且混合来进行未处理的对照。

这些土壤柱通过在该柱的底部夹住一片滤纸和筛网来组装。这些柱用或者150g的经处理的壤土、或者200g的经处理的斥水的并且绿地等级砂来装填。一旦这些柱被装填，将它们移动到温室以便更接近模拟环境条件。通过将这些柱放置在托盘中并且用水填充该托盘至这些柱中土壤的高度为这些土壤柱浇水至最高有效水量。同样通过这些柱的顶部倾倒水以保证饱和。在这些柱饱和后，将它们从该托盘取出并且使其排水24小时。

在24小时后开始，然后每天将这些柱称重以便随时间监测水分保持。使这些柱干燥并且该周期重复两次。每个处理重复三次。

参考图10、11和12，在150、300和600ppm下处理的可湿润的砂(接触角＝0°)中的水保持容量，在全部三个周期中水保持容量增加，分别具有12.6％、11.1％和34.6％的重量水的最大增加。

在斥水砂(接触角＝120°)中，贯穿这些周期当与对照相比时，所有处理增加了水保持容量。在150ppm的处理得到5428％的重量水含量的最大增加，并且在300ppm和600ppm的处理分别使重量水增加了5370％和5220％。

在壤土(接触角＝70°)中，用DV 9599的处理具有较少的效果。重量水含量的最大增加在300ppm下是8.7％。在150ppm和600ppm的处理得到2.8％和4.0％的最大重量水增加。

在砂中，在600ppm的处理得到通过两个脱水周期的聚集水含量的11.3％增加。在300ppm和150ppm的处理分别使聚集水含量增加了9.5％和9.6％。

参考图13，观察到壤土中处理率对于聚集水含量有很少影响。在150ppm和600ppm的处理没有积极影响。在300ppm的处理得到2.8％的最小增加。在斥水砂中，全部处理显著增加了随时间的聚集水含量，因为对照没有保持水分。150ppm处理使聚集水增加了5168％。在300ppm的处理使聚集水增加了5137％并且在600ppm的处理使聚集水增加了4995％。DV 9599增加了在可湿润的砂中的水保持容量，虽然没有到斥水系统中的程度。在壤土中，存在很少影响。

实例9

此实例表明了DV9995(i)当作为追肥处理施用时对草坪草品质以及(ii)对土壤体积水含量的影响。如在此实例中使用的，ACA 3114指的是用该亲水化聚合物DV9995处理的一个或多个砂粒。对照＝未经处理的砂。将追肥处理施用到砂上。

参考图14，在70％的ET替换下，观察到在所有的品质测量日期草坪草品质比在未经处理的对照中以及在用未经处理的沙追肥的地块中更好。该ET替换水平在高尔夫球场上不是不常见的并且是低水平的非充分灌溉。

参考图15，在50％的ET替换下，观察到在所有的品质测量日期草坪草品质比在未处理的对照中以及在用未处理的沙追肥的地块中更好。这被考虑为严重的非充分灌溉。

参考图16和17，这些图展示了在用ACA 3114追肥的地块、用未处理的砂追肥的地块、以及未处理的对照之间的相对VWC。

实例10

此实例展示了DV9551如何在两种土壤类型中影响水保持容量，以及DV9551如何随灌溉的不同的量沿着土壤剖面移动。在此实验中使用的土壤是(i)绿地等级砂、(ii)与以上同一批的合成制备的斥水的绿地等级砂(有时在此又称为“斥水砂”)、以及(iii)天然的亚临界斥水的壤土。

对于以150ppm w/w DV 9551/土壤的处理，将0.69075g的DV 9551(20％a.i.)加入到250mL烧杯中并且用去离子水填充到150g并且使其在搅拌板上混合。在混合后，使用手动喷雾器将整个150mL溶液喷洒到921g的测试土壤上，同时手动连续混合。对于每一种通过调节DV9551的量以便产生300和600ppm w/w DV9551/土壤的处理的不同的处理率，重复该过程。对于每种土壤还通过喷洒150mL去离子水到每种土壤上并且混合来进行未处理的对照。

这些土壤柱通过在该柱的底部夹住一片滤纸和筛网来组装。这些柱用或者150g的经处理的壤土、或者200g的经处理的斥水的并且绿地等级砂来装填。一旦这些柱被装填，将它们移动到温室以便更接近模拟环境条件。通过将这些柱放置在托盘中并且用水填充该托盘至这些柱中土壤的高度为这些土壤柱浇水至最高有效水量。同样通过这些柱的顶部倾倒水以保证饱和。在这些柱饱和后，将它们从该托盘取出并且使其排水24小时。

在24小时后开始，然后每天将这些柱称重以便随时间监测水保持容量。使这些柱干燥并且该周期重复两次。每个处理重复三次。

共混的斥水砂(50％可湿润的，50％斥水的，接触角＝110°)和天然的亚临界斥水的壤土(接触角＝70°)各自通过遵循在此实例10中概述的程序用150ppm w/w DV9551/土壤处理。每组包括通过用150mL的去离子H2O处理土壤的对照。每个处理重复三次。

根据如以上概述的程序组装土壤柱；每个柱用精确地六英寸的土壤填充。对应于1.0、0.75、0.5和0.25英寸的灌溉，用51.5、38.6、25.8、或12.8mL的水灌溉这些柱。允许这些柱在灌溉后静置24小时。在24小时后，使用一英寸直径的土壤取芯器从每个柱取出六英寸的长芯。该芯被分成一英寸的区段并且取出样品并且放置到铝托盘中风干两周。每个样品的接触角使用Krüss张力计测定，并且与通过测量在不同比率的DV9551下处理的各种不同土壤的接触角而创建的校准曲线相比较以便检测在该土壤剖面中的聚合物布置。

参考图18和19，在300和600ppm下处理的可湿润的砂(接触角＝0°)中，在八个周期的七个中水保持容量增加，分别具有29.5％和34.6％的重量水的最大增加。参考图20，在150ppm的处理具有更小的影响；当与未处理的对照相比时，7.2％的重量水的增加。

再次参考图18、19和20，在斥水砂(接触角＝120°)中，贯穿这八个周期当与对照相比时，所有处理增加了水保持容量。在150ppm的处理得到130％的重量水含量的最大增加，并且在300ppm和600ppm的处理分别使重量水增加了153％和123％。

再次参考图18、19和20，在壤土(接触角＝70°)中，用DV9551的处理具有更小的影响。重量水含量的最大增加在150ppm下是44.4％。在300ppm和600ppm的处理得到20.3％和17.3％的重量水增加。

参考图21，在砂中，在600ppm的处理通过全部八个脱水周期得到聚集水含量的18％增加。在300ppm和150ppm的处理分别使聚集水含量增加了15.2％和4.1％。

再次参考图21，壤土中的处理率对于聚集水含量有更小的影响。在150ppm和600ppm的处理相似地使聚集水含量增加了7.5％和6.5％。在300ppm的处理得到最小增加。

又一次参考图21，在斥水砂中，所有处理显著地增加了聚集水。150ppm处理使聚集水增加了69％。在300ppm的处理使聚集水增加了73％并且在600ppm的处理使聚集水增加了55％。

图21展示了DV9551有效地增加了在两种砂中的水保持容量，在斥水砂中更多的增加，而对于壤土具有更小的影响。在斥水砂与可湿润的砂之间的水保持容量的差异是比在可湿润的砂与壤土之间的那些更大。还有，DV9551表现为保持在土壤中。贯穿这八个脱水周期，DV9551增加了在斥水的与可湿润的砂中在所有三个比率下的含水量。在壤土中，在150ppm和600ppm下含水量是主要增加的。

参考表I，在两种共混的斥水砂和壤土中，DV9551可以被很容易地沿着土壤剖面放置。在壤土中，例如，在一英寸的灌溉下，DV9551将在土壤剖面中向下移动六英寸。在0.75英寸的灌溉下，DV9551向下移动五英寸，其中更多保留在它上方的四英寸中。这种趋势向下穿过0.25英寸的灌溉继续。

表I.浇水体积对于在壤土土壤剖面中保留的DV9551的量的影响。(n/d指示该聚合物是不可检出的)

参考表II，在共混的斥水砂中，存在更多的变化性。然而，在任意量的灌溉下，DV9551可以沿着剖面移动六英寸，其中0.75英寸提供该聚合物的最均匀的分布。

表II.浇水体积对于在共混的斥水砂剖面中保留的DV9551的量的影响。(n/d指示该聚合物是不可检出的)

显然除了在此清楚地描述的那些实施例之外的实施例在本发明的权利要求书的精神和范围内。因此，本发明不是由以上说明书定义，而是符合权利要求书的全部范围以便包含任何和所有的等效组合物和方法。

Claims (20)

1.一种土壤添加剂组合物，包含：

一种聚合物，该聚合物包含：

(i)包含至少一个甜菜碱基团或至少一个阳离子基团的单体A_b；以及

(ii)任选地，包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团的单体B_a，

其中该聚合物是水溶性的或水可分散的；并且条件是如果该单体A_b包含阳离子基团，则该单体B_a必须存在并且包含阴离子基团；以及

至少被该聚合物部分包覆的种子。

2.如权利要求1所述的土壤添加剂组合物，其中该甜菜碱基团是选自

a)丙烯酸二烷基氨基烷基酯或甲基丙烯酸二烷基氨基烷基酯的-烷基磺酸酯或-膦酸酯、-丙烯酰胺或-甲基丙烯酰胺；

b)-杂环甜菜碱单体；

c)二烷基氨基烷基烯丙基类的-烷基磺酸酯或-膦酸酯；

d)二烷基氨基烷基苯乙烯的-烷基磺酸酯或-膦酸酯；

e)由烯键式不饱和的酸酐和二烯所产生的-甜菜碱；或

f)-磷酸酯甜菜碱。

3.如权利要求1所述的土壤添加剂组合物，其中该甜菜碱基团是对应于式(I)的基团：

或对应于式(II)的基团：

其中：

R₁是氢或甲基，

R₂和R₃各自独立地选自氢或具有从1至6个碳原子的烷基，

Y₁是具有式-O-或NR₂的二价基团，

Z-是SO₃-，

m是2或3，并且

n是1-6。

4.如权利要求1所述的土壤添加剂组合物，其中包含该甜菜碱基团的该单体A_b选自：

甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯(SPE)，

甲基丙烯酸磺基乙基二甲基氨基乙基酯，

甲基丙烯酸磺基丁基二甲基氨基乙基酯，

甲基丙烯酸磺基羟丙基二甲基氨基乙基酯(SHPE)，

磺基丙基二甲基氨基丙基丙烯酰胺，

磺基丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SPP)，

磺基羟丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SHPP)，

甲基丙烯酸磺基丙基二乙基氨基乙基酯，

2-乙烯基-1-(3-磺基丙基)吡啶鎓甜菜碱，

4-乙烯基-1-(3-磺基丙基)吡啶鎓甜菜碱，

甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯，

1-乙烯基-3-(3-磺基丙基)咪唑鎓甜菜碱，或

磺基丙基甲基二烯丙基铵甜菜碱。

5.如权利要求1所述的土壤添加剂组合物，包含：

包含至少一个甜菜碱基团的单体A_b；以及

包含丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、单甲基丙烯酸甘油酯、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二甲基甲基丙烯酰胺、聚(环氧乙烷和/或环氧丙烷)、α-甲基丙烯酸酯、乙烯醇或乙烯吡咯烷酮的单体B_a。

6.如权利要求1所述的土壤添加剂组合物，其中该聚合物是均聚物，该均聚物包含含有该甜菜碱基团的单体A_b，该单体选自以下各项：

甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯(SPE)，

甲基丙烯酸磺基乙基二甲基氨基乙基酯，

甲基丙烯酸磺基丁基二甲基氨基乙基酯，

甲基丙烯酸磺基羟丙基二甲基氨基乙基酯(SHPE)，

磺基丙基二甲基氨基丙基丙烯酰胺，

磺基丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SPP)，

磺基羟丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SHPP)，

甲基丙烯酸磺基丙基二乙基氨基乙基酯，

2-乙烯基-1-(3-磺基丙基)吡啶鎓甜菜碱，

4-乙烯基-1-(3-磺基丙基)吡啶鎓甜菜碱，

甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯，

1-乙烯基-3-(3-磺基丙基)咪唑鎓甜菜碱，或

磺基丙基甲基二烯丙基铵甜菜碱。

7.如权利要求6所述的土壤添加剂组合物，其中该单体A_b是甲基丙烯酸磺基丙基二甲基氨基乙基酯(SPE)或磺基丙基二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(SPP)。

8.如权利要求1所述的土壤添加剂组合物，其中该聚合物的特征在于重均分子量(Mw)是在从10,000g/mol至500,000g/mol的范围内。

9.如权利要求1所述的土壤添加剂组合物，其中该单体A_b包含按重量计最高达50wt％的单体单元。

10.如权利要求1所述的土壤添加剂组合物，其中该包含阳离子基团的单体A_b是：

具有式A(I)：

其中：

R1和R4各自独立地选自氢或直链或支链的C1-C6烷基；

R2和R3各自独立地选自烷基、羟烷基或氨烷基，其中该烷基是直链或支链的C1-C6链；

n和m是在1与3之间的整数；并且

X，可以是相同的或不同的，代表与该聚合物的水溶性的或水可分散的性质相容的抗衡离子；

或

具有式A(II)：

其中R1是选自氢、甲基、或乙基；其中R2和R3各自独立地选自支链的C₁-C₆烷基、直链的C₁-C₆烷基、羟烷基、或氨烷基；

R4、R5和R6各自独立地选自直链的C₁-C₆烷基或支链的C₁-C₆烷基；

m是从0至10的整数；

n是从1至6的整数；

Z代表--C(O)O--基团、--C(O)NH--基团或氧原子；

A代表(CH₂)_p基团，p是从1至6的整数；

B代表直链或支链的C₂-C₁₂聚亚甲基链，可任选地被一个或多个杂原子或杂基团打断并且任选地被一个或多个羟基或氨基取代；并且

X，是相同或不同的，代表抗衡离子；或其混合物。

11.如权利要求10所述的土壤添加剂组合物，其中该单体A_b/单体B_a摩尔比对应地是在1/4与4/5之间。

12.如权利要求10所述的土壤添加剂组合物，其中该单体A_b/单体B_a摩尔比对应地是在1/2与4/6之间。

13.如权利要求10所述的土壤添加剂组合物，其中该包含阴离子基团的单体B_a是选自丙烯酸、甲基丙烯酸、α-乙基丙烯酸，β,β-二甲基丙烯酸、亚甲基丙二酸、乙烯基乙酸、烯丙基乙酸、亚乙基乙酸、亚丙基乙酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、中康酸、N-甲基丙烯酰基丙氨酸、N-丙烯酰基羟基甘氨酸、丙烯酸磺丙酯、丙烯酸磺乙酯、甲基丙烯酸磺乙酯、甲基丙烯酸磺乙酯、苯乙烯磺酸、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、丙烯酸磷酸乙酯、丙烯酸膦酰乙酯、丙烯酸磷酸丙酯、丙烯酸膦酰丙酯、甲基丙烯酸磷酸乙酯、甲基丙烯酸膦酰乙酯、甲基丙烯酸磷酸丙酯和甲基丙烯酸膦酰丙酯、或这些酸的铵或碱金属盐。

14.如权利要求10所述的土壤添加剂组合物，其中该聚合物的特征在于重均分子量(Mw)是在从100,000g/mol至2,500,000g/mol的范围内。

15.如权利要求10所述的土壤添加剂组合物，其中该聚合物的特征在于重均分子量(Mw)是在从500,000g/mol至1,500,000g/mol的范围内。

16.如权利要求10所述的土壤添加剂组合物，其中该聚合物是无规共聚物、交替共聚物、统计共聚物、嵌段共聚物、三聚物、线性共聚物、支链共聚物或接枝共聚物。

17.一种用于处理土壤的方法，该方法包括使土壤添加剂与土壤接触，其中该土壤添加剂包含一种聚合物，该聚合物包含：

包含至少一个甜菜碱基团或至少一个阳离子基团的单体A_b；以及

任选地，包含至少一个非离子基团或至少一个阴离子基团的单体B_a，

其中该聚合物是水溶性的或水可分散的；并且条件是如果该单体A_b包含阳离子基团，则该单体B_a必须存在并且包含阴离子基团。

18.如权利要求17所述的方法，其中使该土壤添加剂组合物以有效量与土壤接触以便与没有该土壤添加剂组合物的土壤相比增加该土壤的亲水性。

19.如权利要求17所述的方法，其中使该土壤添加剂组合物以有效量与土壤接触以便与没有该亲水化聚合物的土壤相比增加植物的根特征。

20.如权利要求17所述的方法，其中该根特征是选自以下各项中的至少一个：根长度、根密度、根表面面积、根重、或根体积。