CN106905977A - 一种农业抗旱保水土壤改良剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂70wt％‑80wt％，偶联剂2wt％‑10wt％,活性土10wt％‑25wt％。本发明将耐盐性树脂以及硅藻土作为原料，以偶联剂搭桥，生产出一种新型配方的农业抗旱保水土壤改良剂，该改良剂不仅具有耐盐性，而且吸水能力高。

Description

一种农业抗旱保水土壤改良剂
技术领域
本发明涉及一种农业抗旱保水土壤改良剂，属于高分子材料，农业及农业保水剂领域。
背景技术
我国干旱半干旱地区总面积为455万公顷，占国土总面积的47％，随着我国战略重点逐步向西部转移，水资源越来越成为国民经济发展的重要制约因素之一。我国农业每年缺水约300亿m3，农业用水危机不断加剧，农业生产要向高产稳产方向发展，必须发展以充分利用有限降水为中心的节水灌溉和旱地农田节水保水技术；利用土壤保水剂达到节水增产目的是目前试验研究的一种新途径和新方法。
保水剂又称土壤保水剂、高吸水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂，是利用强吸水性树脂制成的一种超高吸水保水能力的高分子聚合物。它能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的去离子水、数十倍至近百倍的含盐水分，而且具有反复吸水功能，吸水后膨胀为水凝胶，可缓慢释放水分供作物吸收利用，从而增强土壤保水性，改良土壤结构，减少水的深层渗漏和土壤养分流失，提高水分利用率。保水剂是调节土壤水、热、气状况，改善土壤结构，提高土壤肥力的有效手段。
目前农业抗旱保水剂的高吸水树脂普遍存在耐盐性差(一般情况下含盐溶液的吸水倍率仅为其吸收蒸馏水倍率的10％左右)，而农业抗旱保水剂一般使用土壤环境都有盐存在，提高抗盐性对其作用发挥有着重要意义。作为农业抗旱保水剂的高吸水树脂应具备能够根据作物需要“吸水、防水”，目前大多数农业抗旱保水剂存在不能提供植物根系的呼吸，导致植物产生烂根。另外，目前大多数农业抗旱保水剂施入土壤后，保水性能以及对氮、磷、钾养分的保肥性能急剧下降。
发明内容
针对以上存在的问题，本发明提供一种活性土及高分子聚合物共混的农业抗旱保水土壤改良剂。通过改进作为农业抗旱保水剂的高分子聚合物高吸水树脂的原材料及合成工艺，提高和改善高分子聚合物高吸水树脂的耐盐性，“呼吸”性以及保水保肥性能。采用偶联剂，“搭桥”具有高吸水性活性无机硅藻土，从而使得本土壤改良剂兼具抗盐、吸水性高、保水保肥的作用。
本发明的技术方案具体为：一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂70wt％-80wt％，偶联剂2wt％-10wt％,活性土10wt％-25wt％。
进一步的，所述抗盐高分子聚合物吸水树脂通过如下方法制备：
A，称取原料：丙烯酸单体100份，水133份，氢氧化钠44.7份，引发剂0.067份，交联剂0.01份，乳化剂8份，分散剂470份；
B，混合液的制备：将丙烯酸单体、水、氢氧化钠、引发剂、交联剂、乳化剂、分散剂加入反应器中，搅拌混合均匀得混合液；
C，抗盐高分子聚合物吸水树脂的制备：将混合液温度升至60℃，继续搅拌混合液1h，再引发剂处理混合液处理1h以上，然后在80℃下聚合3h，过滤得滤液，将滤液进行干燥得抗盐高分子聚合物吸水树脂。
进一步的，所述活性土为膨润土、沸石、海绿石、含钾岩石、海泡石、蛭石、碳磷质岩石、硅藻土、珍珠岩其中的一种或几种。
进一步的，所述偶联剂为硅烷。
进一步的，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和亚硫酸氢胺的其中一种。
进一步的，交联剂为N-N’亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸单体乙二醇酯、烷基磷酸酯盐和十八烷基磷酸单酯的其中一种。
进一步的，乳化剂为山梨糖醇酐单硬脂肪酸盐、山梨糖醇酐单月桂酸酯、斯盘60和十二烷基苯磺酸钠的其中一种。
进一步的，上述的分散剂为环己烷和十八烷基磷酸单酯的其中一种。
进一步的，所述土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂76wt％，偶联剂3wt％,活性土21wt％。
本发明还提出一种用于制备农业抗旱保水土壤改良剂的方法，包括如下步骤：
Ⅰ，称取原料：抗盐高分子聚合物吸水树脂，偶联剂以及活性土；
Ⅱ，将抗盐高分子聚合物吸水树脂，偶联剂，加入活性土搅拌均匀后，将混合物放入专用粉碎机粉碎至一定细度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明将耐盐性树脂以及硅藻土作为原料，以偶联剂搭桥，生产出一种新型配方的农业抗旱保水土壤改良剂，该改良剂不仅具有耐盐性，而且吸水能力高。
2、本发明利用硅藻土的黏结性、抗热湿拉压力，提高分子聚合物高吸水树脂吸水后凝胶的强度。
3、利用硅藻土的自身吸水性，并根据土壤湿度有效调剂水的吸水和释放功能，协同协作高分子聚合物高吸水树脂保水保肥工作，利用硅藻土的肥料载体的作用，确保了改良剂的保水保肥供肥能力。
4、本发明通过改进作为农业抗旱保水剂的高分子聚合物高吸水树脂的原材料及合成工艺，提高了高分子聚合物高吸水树脂的耐盐性，“呼吸”性以及保水保肥性能。此外，本发明利用硅藻土的吸附性强，具有离子交换的特性，进一步改善高分子聚合物高吸水树脂的耐盐性，从而保证了本发明土壤改良剂的耐盐性以及保肥能力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1、
本发明提出一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，其中，抗盐高分子聚合物吸水树脂78wt％，硅烷2wt％，硅藻土20wt％。
上述土壤改良剂的制备方法如下：
Ⅰ，按照上述比例称取原料；
Ⅱ，然后将抗盐高分子聚合物吸水树脂，偶联剂，加入硅藻土搅拌均匀后，将混合物放入专用粉碎机粉碎至一定细度，得到本品。
其中，抗盐高分子聚合物吸水树脂采用反相悬浮聚合法合成，其具体步骤如下：所述通过如下方法制备：
A，称取原料：丙烯酸单体100kg，水133kg，氢氧化钠44.7kg，引发剂0.067kg，交联剂0.01kg，乳化剂8kg，分散剂470kg；
B，混合液的制备：将丙烯酸单体、水、氢氧化钠、引发剂、交联剂、乳化剂、分散剂加入反应器中，搅拌混合均匀得混合液；
C，抗盐高分子聚合物吸水树脂的制备：将混合液温度升至60℃，继续搅拌混合液1h，再用引发剂处理混合液处理1h以上，然后在80℃下聚合3h，过滤得滤液，将滤液进行干燥得抗盐高分子聚合物吸水树脂。
所述引发剂优选为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和亚硫酸氢胺的其中一种。交联剂优选为N-N’亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸单体乙二醇酯、烷基磷酸酯盐和十八烷基磷酸单酯的其中一种。乳化剂优选为山梨糖醇酐单硬脂肪酸盐、山梨糖醇酐单月桂酸酯、斯盘60和十二烷基苯磺酸钠的其中一种。分散剂优选为环己烷和十八烷基磷酸单酯的其中一种。
本实施例中，引发剂为过硫酸钾，交联剂为二甲基丙烯酸单体乙二醇酯，乳化剂为山梨糖醇酐单硬脂肪酸盐、分散剂为环己烷。
为了保证本发明制备的土壤改良剂充分发挥其作用，本发明粉碎后的混合物过40-60目筛，进行包装。
实施例2、一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，其中，抗盐高分子聚合物吸水树脂76wt％，硅烷3wt％，硅藻土21wt％。
本实施例中改良剂的制备工艺同实施例1的制备工艺基本相同，其不同之处在于，本实施例中引发剂为过氧化氢，交联剂为N-N’亚甲基双丙烯酰胺，乳化剂为斯盘60、分散剂为十八烷基磷酸单酯。
实施例3、一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂78wt％，硅烷2wt％，珍珠岩20wt％。
本实施例中改良剂的制备工艺同实施例1的制备工艺基本相同，其不同之处在于，本实施例中引发剂为亚硫酸氢胺，交联剂为、烷基磷酸酯盐，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、分散剂为环己烷。
实施例4，一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂75wt％，硅烷3wt％，膨润土22wt％。
本实施例中改良剂的制备工艺同实施例1的制备工艺相同。
实施例5，一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂75wt％，硅烷3wt％，海泡石22wt％。
本实施例中改良剂的制备工艺同实施例1的制备工艺相同。
实施例6，一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂80wt％，硅烷3wt％，硅藻土17wt％。
本实施例中改良剂的制备工艺同实施例1的制备工艺相同。
实施例7，一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂75wt％，硅烷3wt％，沸石10wt％，硅藻土7wt％，蛭石5wt％。
本实施例中改良剂的制备工艺同实施例1的制备工艺相同。
实施例8，一种农业抗旱保水土壤改良剂，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂80wt％，硅烷3wt％，膨润土7wt％，硅藻土10wt％。
本实施例中改良剂的制备工艺同实施例1的制备工艺相同。
表1本发明土壤改良剂抗旱保水及耐盐性的验证
本发明的土壤改良剂，其平均吸水率1400g/g,吸0.9％氯化钠水溶液400g/g,对土壤中的氮、磷、钾肥料具有吸附和解吸能力，适用于农业、林业、园艺的抗旱保水及土壤改良。此外，经过大田试验验证，在土壤中加入0.2％的本发明改良剂，可改善土壤团粒结构，增加土壤透气透水性，所吸收水分95％被植物利用；在土壤中加入0.2％本产品土壤改良剂，小麦增产10-15％，烟草增产35％，树木成活率增加3倍，有利于作物的生长及增产。
首先，本发明通过共聚反应，在树脂的合成材料中引入其他亲水性单体，使树脂具有多种亲水基团，协同作用提高抗盐性。采用表面活性剂和离子交换树脂进行修饰和无机离子载体方法降低溶液中高吸水树脂颗粒环境的盐浓度。选用具有一定分子量的带亲水基团交联剂，可以提高树脂吸水能力和耐盐性。利用互穿网络技术，可将不相容或部分相容聚合物合并一起，使他们物理化学性能良好的性能发挥协同作用。
其次，本发明将活性土作为改良剂的原料。活性土特别是硅藻土，其为非定型土粒，硅藻土可储存150％-300％水，硅藻土施入土壤后，能吸水膨胀，改变土壤中固体、液体、气体的比例，使土壤结构疏松，起到改善土壤物理性状的作用，使土壤保水、保肥又不污染土壤环境，从而提高土壤的抗旱能力。并且硅藻土具有较高的阳离子交换量、较强的保水能力及良好的黏结性。阳离子交换量是土壤保肥供肥的一个重要指标。一般砂质土和砂壤土的阳离子交换量均小于0.7mmol/g，大部分土壤为0.7-2.0mmol/g，而硅藻土阳离子交换量一般为8.0-12.0mmol/g。另外，硅藻土的吸水率高达150％-300％，干压强度可达6kg/cm2。硅藻土用于改良土壤，除了具有较强的保肥保水性能外，它还可以增加土壤的缓冲能力，吸附土壤中的有害元素。土壤中的汞是陆生食物链上的汞源，对叶菜类作物影响较大。大约有17％的汞在叶中，通过蔬菜向人体输送的汞可达植物中汞总含量的25％以上，蔬菜作物对汞的富集已使多种叶菜含汞量超过食品卫生标准。而硅藻土能促进Hg2+向难溶态转化，抑制汞的活性，使它残留在土壤中，减轻土壤有害元素对作物的污染。另外，硅藻土是植物所需肥料、水分的载体，硅藻土还有固氮、固钾和固定有机物的作用，它可以减少肥料在土壤中的损失，控制肥料中养分的释放，提高肥料的利用率，达到促进农作物增产的效果。
再次，本发明中的偶联剂为硅烷偶联剂，其是能提高树脂与固体表面之间的黏合强度与耐久性的一类硅烷。通常是硅原子上连接带官能团的有机基，同时又与可水解基团相键合的一类硅烷。硅烷偶联剂作用原理在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团则可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。硅烷偶联剂的应用一般有三种方法：一是作为骨架材料的表面处理剂；二是加入到粘接剂中，三是直接加入到高分子材料中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，该土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂70wt％-80wt％，偶联剂2wt％-10wt％,活性土10wt％-25wt％。
2.根据权利要求1所述的一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，所述抗盐高分子聚合物吸水树脂通过如下方法制备：
A，称取原料：丙烯酸单体100份，水133份，氢氧化钠44.7份，引发剂0.067份，交联剂0.01份，乳化剂8份，分散剂470份；
B，混合液的制备：将丙烯酸单体、水、氢氧化钠、引发剂、交联剂、乳化剂、分散剂加入反应器中，搅拌混合均匀得混合液；
C，抗盐高分子聚合物吸水树脂的制备：将混合液温度升至60℃，继续搅拌混合液1h，再用引发剂处理混合液处理1h以上，然后在80℃下聚合3h，过滤得滤液，将滤液进行干燥得抗盐高分子聚合物吸水树脂。
3.根据权利要求2所述的一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，所述活性土为膨润土、沸石、海绿石、含钾岩石、海泡石、蛭石、碳磷质岩石、硅藻土、珍珠岩其中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，所述偶联剂为硅烷，所述活性土为硅藻土。
5.根据权利要求4所述的一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和亚硫酸氢胺的其中一种。
6.根据权利要求5所述的一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，所述交联剂为N-N’亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸单体乙二醇酯、烷基磷酸酯盐和十八烷基磷酸单酯的其中一种。
7.根据权利要求6所述的一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，所述乳化剂为山梨糖醇酐单硬脂肪酸盐、山梨糖醇酐单月桂酸酯、斯盘60和十二烷基苯磺酸钠的其中一种。
8.根据权利要求7所述的一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，所述分散剂为环己烷和十八烷基磷酸单酯的其中一种。
9.根据权利要求8所述的一种农业抗旱保水土壤改良剂，其特征在于，所述土壤改良剂包括如下原料及含量，抗盐高分子聚合物吸水树脂76wt％，偶联剂3wt％,活性土21wt％。
10.一种用于制备权利要求1-9任意一项所述的农业抗旱保水土壤改良剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
Ⅰ，称取原料：抗盐高分子聚合物吸水树脂，偶联剂以及活性土；
Ⅱ，将抗盐高分子聚合物吸水树脂，偶联剂，加入活性土搅拌均匀后，将混合物放入专用粉碎机粉碎至一定细度。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20170630

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