CN109439340A - 一种园林绿化土壤用保水剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种园林绿化土壤用保水剂，包括如下重量份的组分：N,N‑亚甲基双丙烯酰胺‑丙烯酰胺‑丙烯酸钠共聚物60‑86份，钠基蒙脱土10‑60份，聚丙烯酸钾40‑100份，交联剂0.1‑1.0份，引发剂0.1‑1.0份和去离子水1200‑2000份；所述N,N‑亚甲基双丙烯酰胺‑丙烯酰胺‑丙烯酸钠共聚物中，原料单体的质量比为（0.5‑1）:（40‑60）：（15‑25）；其吸水倍率与保水性达到均衡，使其兼具较好的吸水倍率与保水性，改善了保水剂的综合吸水性能；同时可以满足不同环境对保水剂性能的要求；本发明还公开了该园林绿化土壤用保水剂的制备方法及应用。

Description

一种园林绿化土壤用保水剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高吸水性树脂材料技术领域，具体涉及一种园林绿化土壤用保水剂及其制备方法和应用。
背景技术
园林绿化是在一定的地域运用工程技术和艺术手段，通过改造地形（或进一步筑山、叠石、理水）种植树木花草、营造建筑和布置园路等途径创作而成的美的自然环境和游憩境域，就称为园林。园林包括庭园、宅园、小游园、花园、公园、植物园、动物园等，随着园林学科的发展，还包括森林公园、风景名胜区、自然保护区或国家公园的游览区以及休养胜地。在园林的建设中需要消耗大量的水资源，因此发挥保水剂在园林绿化中的节水、保肥与改善土壤的作用，不仅可以有效降低水资源的消耗，而且可以改善人居生态环境。
保水剂使用的是高吸水性树脂，它是一种吸水能力特别强的功能高分子材料；无毒无害，反复释水、吸水，因此农业上人们把它比喻为“微型水库”。同时，它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。
以聚丙烯酰胺为例，保水剂会有大量酰胺和羧基亲水基团，利用树脂内部的离子和基团与水溶液相关成分的浓度之差产生的渗透压，以及高分子电解质与水的亲和力，可大量吸水直至浓度差消失为止。由于分子结构交联，分子网络所吸水分不能用一般物理方法挤出而起到保水作用。而控制保水剂达到令人满意吸水程度的是橡胶弹力，分子结构的交联度越高，橡胶弹力越强，而橡胶弹力和吸水力的平衡点即是其表观吸水能力。
同样组成的聚合物交联度越低，吸水倍率相对越高，其保水性、稳定性和凝强度就越低，反之亦然。以现有技术中的聚丙烯酰胺为例，其表观倍率和吸水倍率并不高，其吸水后有一定形状，不易解体，利于土壤透气，吸放水可逆性好；但是其吸水倍率较低，使该类保水剂的综合吸水性能较差。
此外，现有的聚丙烯酰胺保水剂对蒸馏水、雨水及0.6%NaCl溶液的吸水能力差别较大，不能满足不同环境对保水剂性能的要求；并且，在土壤中含水量不同的情况下，该类保水剂的保水效果差别较大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种园林绿化土壤用保水剂，其吸水倍率与保水性达到均衡，使其兼具较好的吸水倍率与保水性，改善了保水剂的综合吸水性能；同时可以满足不同环境对保水剂性能的要求。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：
一种园林绿化土壤用保水剂，包括如下重量份的组分：N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物60-86份，钠基蒙脱土10-60份，聚丙烯酸钾40-100份，交联剂0.1-1.0份，引发剂0.1-1.0份和去离子水1200-2000份；所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物中，原料单体的质量比为（0.5-1）:（40-60）：（15-25）。
通过采用上述技术方案，蒙脱土经过纳基改性得到的纳基蒙脱土，具有较大的层间距、较好的热稳定性、可调变的酸性，使其具有更好的膨胀性、阳离子交换性，水介质中的分散性、粘性、润滑性、热稳定性及抗压强度，从而增加土壤团粒结构，增强保水剂与土壤的相容性，从而提高了保水剂的吸水倍率。利用N,N-亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺及丙烯酸钠共聚改性，使其交联度高于传统的聚丙烯酰胺，从而提高了保水性、稳定性和凝强度，综合纳基蒙脱土，使保水剂的吸水倍率与保水性均得到提高且保持均衡，提高了保水剂的综合保水性能，使其可以满足不同土壤含水量情况对保水剂性能的要求。并且用N,N-亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺及丙烯酸钠共聚改性后的保水剂，具有更好的耐盐性能，从而可以满足不同的环境对保水剂性能的要求。
作为优选，包括如下重量份的组分：N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物65-75份，钠基蒙脱土30-50份，聚丙烯酸钾50-80份，交联剂0.3-0.7份，引发剂0.3-0.7份和去离子水1500-1800份；所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的共聚物中，原料N,N-亚甲基双丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的质量比为（0.6-0.8）:（45-55）：（15-20）。
作为优选，还包括碳纤维3-5份和草木灰3-5份。
通过采用上述技术方案，草木灰质轻且呈碱性，为植物燃烧后的灰烬，所以凡是植物所含的矿质元素，草木灰中几乎都含有，从而可以使保水剂在保水的同时，为植物提供矿质元素。碳纤维可以增强保水剂的整体结构强度，有效的防止保水剂在土壤中酸碱等腐蚀条件下瓦解，提高保水剂的结构稳定性。
作为优选，所述交联剂为外加交联剂，包括氧化锌、氯化铝、硫酸铝或硼酸中的一种或多种。
作为优选，所述钠基蒙脱土为纳米级。
通过采用上述技术方案，纳米级的钠基蒙脱土，缩小了钠基蒙脱土的粒径，使其可以更均匀分散于保水剂中，从而进一步增强保水剂与土壤的相容性。
作为优选，所述引发剂为过硫酸铵和过硫酸钠，两者的质量比为1:2。
本发明的第二个目的是提供上述保水剂的制备方法，其包括如下制备步骤：
（1）将N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠溶于去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为3%-5%，搅拌下加入过硫酸钾发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将钠基蒙脱土与交联剂混合后溶于剩余的去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入聚丙烯酸钾，引发剂，碳纤维，草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀，然后加热搅拌、干燥和破碎，得到保水剂。
通过采用上述技术方案，步骤（2）中，将钠基蒙脱土与交联剂混合后溶于去离子水中，搅拌混合均匀的同时，对纳基蒙脱土起到深度改性的作用，从而进一步改善其膨胀性、阳离子交换性以及水介质中的分散性、粘性、润滑性、热稳定性及抗压强度，从而增加土壤团粒结构，增强保水剂与土壤的相容性，提高了保水剂的吸水倍率。
作为优选，所述步骤（1）中，控制过硫酸钾占N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵、丙烯酸钠及去离子水总重量的1%-4%，在氮气保护下，搅拌并加热至30-80℃，反应4-8h，得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物共聚物。
通过采用上述技术方案，过硫酸钾为水溶性引发剂，在水溶液中，以及在氮气除氧保护下，即可容易的引发共聚反应。
作为优选，所述步骤（3）中，加热搅拌、干燥和破碎均在双螺杆聚合反应器中完成，双螺杆聚合反应器的温度控制在100-180℃，反应时间为0.5-2.5h。
通过采用上述技术方案，双螺杆聚合反应器中一次性完成加热搅拌、干燥和破碎，简化了工艺操作。
本发明的第三个目的是提供一种上述的园林绿化土壤用保水剂在园林、林业、农业及园艺中的应用。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
（1）通过N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，提高了保水剂的交联度，从而提高了其保水性、稳定性和凝强度，使其可以满足不同土壤含水量情况对保水剂性能的要求；并且使保水剂具有更好的耐盐性能，从而使其在蒸馏水、雨水及0.6%NaCl溶液的情况下，保水性能均较佳，从而可以满足不同的环境对保水剂性能的要求；
（2）通过纳基蒙脱土，增加土壤团粒结构，提高了保水剂的吸水倍率；
（3）通过纳基蒙脱土与N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物相互协同作用，使保水剂的吸水倍率与保水性均得到提高且保持均衡，提高了保水剂的综合保水性能；
（4）钠基蒙脱土与交联剂预先混合搅拌处理，对纳基蒙脱土起到深度改性的作用，进一步改善了其膨胀性、阳离子交换性以及水介质中的分散性、粘性、润滑性、热稳定性及抗压强度，从而增加土壤团粒结构，增强保水剂与土壤的相容性，提高了保水剂的吸水倍率。
具体实施方式
本发明中的各原料组分均为市售产品，且各原料组分的纯度均在98%以上。如下各实施例中所指各组分或原料的份数为重量份数，且1份代表10g。
实施例1
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将0.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、40份丙烯酰铵及19.5份丙烯酸钠溶于1140份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为5%，搅拌下加入20份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至30℃，反应4h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将10份纳米级的钠基蒙脱土与0.1份氧化锌混合后溶于60份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入40份聚丙烯酸钾，0.033份过硫酸铵和0.067份过硫酸钠，以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为100℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应0.5h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
实施例2
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将0.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、40份丙烯酰铵及19.5份丙烯酸钠溶于1140份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为5%，搅拌下加入20份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至30℃，反应4h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将10份纳米级的钠基蒙脱土与0.1份氧化锌混合后溶于60份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入40份聚丙烯酸钾，0.033份过硫酸铵和0.067份过硫酸钠，3份碳纤维，3份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为100℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应0.5h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
实施例3
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将1份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、60份丙烯酰铵及25份丙烯酸钠溶于1660份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为5%，搅拌下加入68.8份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至80℃，反应8h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将60份纳米级的钠基蒙脱土与0.5份氯化铝及0.5份硫酸铝混合后，溶于140份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入100份聚丙烯酸钾，0.33份过硫酸铵和0.67份过硫酸钠，5份碳纤维，5份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为180℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应2.5h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
实施例4
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将1份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、60份丙烯酰铵及15份丙烯酸钠溶于1584份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为4%，搅拌下加入33份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至50℃，反应5h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将20份纳米级的钠基蒙脱土，0.2份氯化铝，0.5份硫酸铝，0.3份硼酸，混合后，溶于100份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入50份聚丙烯酸钾，0.33份过硫酸铵和0.67份过硫酸钠，3份碳纤维，5份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为120℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应1h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
实施例5
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将0.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、40份丙烯酰铵及19.5份丙烯酸钠溶于1940份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为3%，搅拌下加入60份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至50℃，反应5h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将25份纳米级的钠基蒙脱土与0.7份硼酸混合后，溶于60份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入90份聚丙烯酸钾，0.1份过硫酸铵和0.2份过硫酸钠，5份碳纤维，3份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为110℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应1.5h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
实施例6
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将0.6份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、45份丙烯酰铵及19.4份丙烯酸钠溶于1235份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为5%，搅拌下加入13份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至40℃，反应6h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将30份纳米级的钠基蒙脱土与0.3份氯化铝混合后，溶于265份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入50份聚丙烯酸钾，0.1份过硫酸铵和0.2份过硫酸钠，3份碳纤维，4份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为130℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应2h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
实施例7
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将0.8份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、55份丙烯酰铵及19.2份丙烯酸钠溶于1592份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为4.5%，搅拌下加入66.7份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至70℃，反应7h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将50份纳米级的钠基蒙脱土与0.7份硫酸铝混合后，溶于133份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入80份聚丙烯酸钾，0.23份过硫酸铵和0.47份过硫酸钠，4份碳纤维，3份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为170℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应2h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
实施例8
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将0.6份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、50份丙烯酰铵及15份丙烯酸钠溶于1574份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为4%，搅拌下加入32.8份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至60℃，反应6h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将40份纳米级的钠基蒙脱土与0.2份硫酸铝，0.3份氧化锌混合后，溶于126份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入60份聚丙烯酸钾，0.23份过硫酸铵和0.47份过硫酸钠，4份碳纤维，4份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为155℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应1.5h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
实施例9
一种园林绿化土壤用保水剂，通过如下步骤制备得到：
（1）将0.7份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、50份丙烯酰铵及20份丙烯酸钠溶于1697份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为4%，搅拌下加入50.9份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至50℃，反应6h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将45份纳米级的钠基蒙脱土与0.55份硫酸铝，0.15份氧化锌混合后，溶于126份去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入70份聚丙烯酸钾，0.17份过硫酸铵和0.33份过硫酸钠，4份碳纤维，3份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；设定双螺杆聚合反应器的温度为145℃，然后将混合液送入双螺杆聚合反应器中加热搅拌进行共混聚合反应1.8h，并在双螺杆聚合反应器中干燥、破碎后在双螺杆出口出料，得到园林绿化土壤用保水剂。
对比例1
对比例1与实施例9的区别在于：无步骤（1）N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物的制备过程，且将N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物替换为70.7份的聚丙烯酰胺，然后按照后续步骤操作依次操作，制备得到对比例1的保水剂。
对比例2
对比例2与实施例9的区别在于：步骤（1）中，将1.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、65份丙烯酰铵及13.5份丙烯酸钠溶于2040份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为4%，搅拌下加入50.9份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至50℃，反应6h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；然后按照后续步骤操作依次操作，制备得到对比例2的保水剂。
对比例3
对比例3与实施例9的区别在于：步骤（1）中，将0.4份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、38份丙烯酰铵及27.6份丙烯酸钠溶于1584份去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为4%，搅拌下加入50.9份过硫酸钾，并且通入氮气，搅拌并加热至50℃，反应6h，全程均氮气保护，发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；然后按照后续步骤操作依次操作，制备得到对比例3的保水剂。
对比例4
对比例4与实施例9的区别在于：步骤（2）中，钠基蒙脱土为非纳米级，其余与实施例9中均一致，制备得到对比例4的保水剂。
对比例5
对比例5与实施例9的区别在于：步骤（3）中，向步骤（2）的悬浮液中加入70份聚丙烯酸钾，0.37份过硫酸铵和0.13份过硫酸钠，4份碳纤维，3份草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀；其余与实施例9中均一致，制备得到对比例5的保水剂。
性能检测试验
按照如下方法，对实施例1-9及对比例1-5制得的保水剂进行性能检测，检测结果见表1。
吸水倍率：
A：取保水剂10g置于烧杯中，称取烧杯及保水剂的质量m1；取蒸馏水加入烧杯中，均匀搅拌烧杯内混合物20min后停止搅拌，静置30min，用吸管吸出烧杯内的上层清液，称取此刻烧杯总质量m2，保水剂的吸水倍率为（m2- m1）/10。
B：将A中的蒸馏水替换为新接的雨水，其余不变。
C：将A中的蒸馏水替换为0.6%NaCl，其余不变。
保水性能：将上述A情况下吸水饱和的保水剂放置于空气中，25℃下100d，测定保水剂重量能够达到自身重量的倍数。
保水剂在不同水分含量的土壤中的保水能力测定：在土壤达到饱和状态的不同水分条件下，分别添加各对比例及实施例的保水剂，检测土壤内水分完全蒸发所需时间。
表1 实施例1-9及对比例1-5的保水剂的综合保水性能检测结果
由表1可知，本发明的保水剂，在蒸馏水、雨水及0.6%NaCl中的吸水倍率均较佳，且最高达到997%；保水性能稳定且较佳，并且不同土壤情况及含水量情况下的吸水倍率与保水性能均优于同样制备条件下单纯的聚丙烯酰胺类保水剂（对比例1）的综合保水性能。此外，按照实施例1、实施例2、实施例5、实施例6、实施例8、实施例4、实施例9、实施例7和实施例3的顺序，保水剂的吸水倍率及保水性能均先增大后降低，并且在实施例9的条件下制备的保水剂，各项保水性能均处于最佳。
由表1中实施例1和实施例2的检测结果对比可知，本发明中添加了碳纤维后，不仅吸水倍率有所提高，而且保水性能由530%提高到了780%。证明碳纤维的加入，一方面改善了保水剂的整体结构强度及稳定性，从而使保水剂的保水性能有很大的提高，另一方面使保水剂在蒸馏水、雨水及0.6%NaCl中的吸水倍率均提升且处于相对稳定的状态，提高了保水剂的耐盐性能。
由表1中对比例1与实施例9的检测结果可知，本发明的保水剂与聚丙烯酰胺类保水剂（对比例1）相比，在不同的环境中（蒸馏水、雨水及0.6%NaCl中）吸水倍率较稳定，落差较小且优于对比例1；说明本发明的保水剂的耐盐性能也有所提升。在不同的土壤（砂石和壤土）及含水量的情况下，保水能力均优于对比例1，最佳的保水能力可达到21天。
由表1中的对比例2、对比例3及实施例9的检测结果可知，本发明中制备N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物的各原料单体之间存在相互协同作用的效果，并且各原料单体若不在本发明的配比范围内，会造成保水剂的综合保水性能的下降。
由表1中的对比例4与实施例9的检测结果证明，纳米级的钠基蒙脱，可以更均匀分散于保水剂中，进一步增强保水剂与土壤的相容性，从而间接提高了保水剂的保水性能，使保水性能从825%提高到860%。由对比例5和实施例9的检测结果证明，本发明中选用的引发剂为过硫酸铵和过硫酸钠，两者的质量比对保水剂的综合保水性能有影响，若将质量比颠倒则会导致综合保水性能下降。
此外，本发明的园林绿化土壤用保水剂不仅可以应用在园林绿化土壤中，还可以应用在农业、林业及园艺等领域中，对土壤保水，从而实现对植物根部的保水灌溉，具体使用方法为：将本发明的保水剂埋入种植树木根部，使用量为每棵树20-30g（按干保水剂计）；埋好后进行灌溉，即完成保水剂的施加操作。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种园林绿化土壤用保水剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物60-86份，钠基蒙脱土10-60份，聚丙烯酸钾40-100份，交联剂0.1-1.0份，引发剂0.1-1.0份和去离子水1200-2000份；所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物中，原料单体的质量比为（0.5-1）:（40-60）：（15-25）。
2.根据权利要求1所述的园林绿化土壤用保水剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物65-75份，钠基蒙脱土30-50份，聚丙烯酸钾50-80份，交联剂0.3-0.7份，引发剂0.3-0.7份和去离子水1500-1800份；所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的共聚物中，原料N,N-亚甲基双丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的质量比为（0.6-0.8）:（45-55）：（15-20）。
3.根据权利要求1所述的园林绿化土壤用保水剂，其特征在于：还包括碳纤维3-5份和草木灰3-5份。
4.根据权利要求1所述的园林绿化土壤用保水剂，其特征在于：所述交联剂为外加交联剂，包括氧化锌、氯化铝、硫酸铝或硼酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的园林绿化土壤用保水剂，其特征在于：所述钠基蒙脱土为纳米级。
6.根据权利要求1所述的园林绿化土壤用保水剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵和过硫酸钠，两者的质量比为1:2。
7.一种权利要求1-6任一项所述的园林绿化土壤用保水剂的制备方法，其特征在于，其包括如下制备步骤：
（1）将N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠溶于去离子水中，控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵及丙烯酸钠的总质量分数为3%-5%，搅拌下加入过硫酸钾发生聚合反应得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；
（2）将钠基蒙脱土与交联剂混合后溶于剩余的去离子水中，搅拌均匀，得到悬浮液；
（3）向步骤（2）的悬浮液中加入聚丙烯酸钾，引发剂，碳纤维，草木灰以及步骤（1）中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物，混合均匀，然后加热搅拌、干燥和破碎，得到保水剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，控制过硫酸钾占N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰铵、丙烯酸钠及去离子水总重量的1%-4%，在氮气保护下，搅拌并加热至30-80℃，反应4-8h，得到N,N-亚甲基双丙烯酰胺-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，加热搅拌、干燥和破碎均在双螺杆聚合反应器中完成，双螺杆聚合反应器的温度控制在100-180℃，反应时间为0.5-2.5h。
10.一种权利要求1-6任一项所述的园林绿化土壤用保水剂在园林、林业、农业及园艺中的应用。
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