【保水劑是什么】

保水劑使用的是高吸水性樹脂，它是一種吸水能力特別強的功能高分子材料。無毒無害，反復釋水、吸水，因此農(nóng)業(yè)上人們把它比喻為"微型水庫"。同時，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑材料;在工業(yè)方面可廣泛應用于石油化工、電纜、造紙、傳感器、滅火器具、纖維制品、化妝品、食品保鮮、膨脹玩具等。

干旱是全世界關(guān)注的大事。本世紀50年代以來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人口的急劇膨脹，氣候變暖干旱問題變的日益突出。這些問題促使各國科學家開始研究解決干旱問題的有效方法。20世紀50年代以前人類使用的吸水性材料主要為天然物質(zhì)和無機物。例如天然纖維、天然蛋白質(zhì)。50年代，Goodrich公司開發(fā)了交聯(lián)聚丙烯酸的生產(chǎn)技術(shù)，使得吸水性高分子物質(zhì)應用于增黏劑。

超強吸水性樹脂的出現(xiàn)是1961年美國農(nóng)業(yè)部北方研究所C.R.Russell等從淀粉接枝丙烯腈開始研究，該吸水性樹脂最初在亨克爾股份公司(Henkelcorporation)工業(yè)化成功，其商品名為SGP(Starch Graft polymer)，當時美國主要以農(nóng)業(yè)為中心積極推廣應用，首先應用在土壤改良、保水抗旱、育種保苗等方面。

60年代末至70年代，美國Starch、General  Mills Chemical，日本住友化學、三洋化成工業(yè)等公司相繼成功地開發(fā)了高吸水性樹脂。其中成效最大的是美國、日本、法國和德國等。

80年代開始出現(xiàn)用其他天然化合物衍生物經(jīng)化學反應制取吸水性物質(zhì)，合成超強吸水性樹脂的發(fā)展，促進應用研究的開展。

吸水性復合材料在20世紀80年代產(chǎn)生。由于它能改善超強吸水性樹脂的耐鹽性、吸水速度、吸水后水凝膠的強度等許多性能，所以發(fā)展迅速。近年已開始研究吸水性高分子物的共混技術(shù)。這些為發(fā)展高吸水性材料提供了更加廣闊的前景。

中國高吸水性樹脂的研究工作起步較晚，80年代開始起步，近20年來全國已有近20個單位先后進行了研究，有的已轉(zhuǎn)入中試階段，并有小批量的生產(chǎn)。目前國內(nèi)已有批量生產(chǎn)能力的廠家，這些生產(chǎn)廠的產(chǎn)品都是聚丙烯酸鈉或淀粉接枝聚丙烯酸鈉，該類產(chǎn)品質(zhì)量，除了化合物組成本身外，主要還和設備、技術(shù)、工藝有關(guān)。國外進口產(chǎn)品主要有比利時TC(Terra Cottem 土壤植被與科特姆簡稱)，法國SNF的AQUASORB保水劑，德國Stockhau Sen生產(chǎn)的Stocksorb保水劑，隨著國家對生態(tài)環(huán)境建設投資加大和重視，國內(nèi)保水劑類產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)呈現(xiàn)一輪高潮。

吸水原理：
保水劑的吸水原理相同于一般SAPs，是高分子電解質(zhì)分子鏈在水中酰胺基和/或羧基團同性相斥使分子鏈擴張力和由于交聯(lián)點的限制分子鏈的擴張力而相互作用而成的。以聚丙烯酰胺為例，保水劑會有大量酰胺和羧基親水基團，利用樹脂內(nèi)部離子和基團與水溶液相關(guān)成分的濃度之差產(chǎn)生的滲透壓及高分子電解質(zhì)與水的親和力而可大量吸水直至濃度差消失為止。而控制保水劑達到令人滿意吸水程度的是橡膠彈力。分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)度越高，橡膠彈力越強，而橡膠彈力和吸水力的平衡點即是其表觀吸水能力。
由于分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，分子網(wǎng)絡所吸水分不能用一般物理方法擠出而起到保水作用。
由此，同樣組成的聚合物交聯(lián)度越低，吸水倍率相對越高，其保水性、穩(wěn)定性和凝強度就越低，反之亦然。所以，國際上對于使用周期較長的保水劑自然需要較高的交聯(lián)度，并不追求高吸水倍率和速率。以聚丙烯酰胺為例，其表觀倍率并不高，吸水速率也依粒徑不同差別很大，凝強度高的保水劑吸水后有一定形狀，不易解體，利于土壤透氣，吸放水可逆性好。因為保水劑一般摻入地下5至15厘米，故國際上現(xiàn)在更強調(diào)加壓下的吸水倍率。依粒徑不同，聚丙烯酰胺型吸純水倍率150-300。

產(chǎn)品類別： 
目前國內(nèi)外的保水劑共分為兩大類，一類是丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸銨等);另一類是淀粉接枝丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物(淀粉接枝丙烯酸鹽)。
聚丙烯酰胺--聚丙烯酰胺呈白色顆粒晶體狀，主要成分為:丙烯酰胺65%-66%+丙烯酸鉀23%-24%+水8%-10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。在國際上，法國、德國、日本、美國和比利時等國所生產(chǎn)的保水劑大多屬于這類成分的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的特點是:使用周期和壽命較長，在土壤中的蓄水保墑能力可維持4年左右，但其吸水能力會逐年降低。據(jù)黃土區(qū)造林試驗觀察，使用該類保水劑造林后的當年，其吸水倍率維持在100-120倍，第二年吸水倍率降低20%-30%，第三年降低約40%-50%，第四年降低更多。
聚丙烯酸鈉--聚丙烯酸鈉為白色或淺灰色顆粒狀晶體，主要成分有:聚丙烯酸鈉88%(其中含鈉24.5%)+水8%-10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。國內(nèi)生產(chǎn)的保水劑大多是這種成分的產(chǎn)品。其主要特點是:吸水倍率高，吸水速度快，但保水性能只能保持2年有效。據(jù)造林試驗觀測，這類產(chǎn)品的吸水能力和吸水速率明顯高于聚丙烯酰胺產(chǎn)品，在土壤中如遇充分給水，0.5-1.0小時后便迅速吸收自重的130-140倍的水分;但第二年的吸水倍率要降低約60%左右。由于聚丙烯酸鈉會造成土壤中鈉離子含量的遞增，林業(yè)和農(nóng)業(yè)用保水劑的生產(chǎn)廠家大多改為生產(chǎn)聚丙烯酸鉀或聚丙烯酸銨。
淀粉接枝丙烯酸鹽--淀粉接枝丙烯酸鹽為白色或淡黃色顆粒狀晶體，主要成分為:淀粉18%-27%+丙烯酸鹽62%-71%+水10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。這種產(chǎn)品在用于造林地蓄水保墑時，使用壽命一般只能維持1年多的時間，但吸水倍率和吸水速度等性狀極佳。據(jù)實驗室對黃土浸提液的吸水對比試驗，該類保水劑在遇水后的15-20分鐘內(nèi)即可吸收自重150-160倍的水分。

產(chǎn)品特性：
1，無毒.安全環(huán)保，無毒無味，不污染植物，土壤和地下水，果樹花卉，植樹造林，無土栽培，植物保鮮運輸，大田作物等.
土壤保水劑和防水土流失劑到最終分解物為二氧化碳，水，氨態(tài)氮和鈉或鉀離子，無任何殘留.
2，保墑省水.可有效抑制水分蒸發(fā)，防止水土流失，即使在有灌溉的條件下，仍然可省水50%以上.
3，改善土壤結(jié)構(gòu).使粘重土壤，漏水肥的沙土和次生鹽堿土壤得以改良.同時促進土壤微生物發(fā)育，提高土壤有機物的周轉(zhuǎn)利用效率.
4，使用壽命長.集多種聚合物之特性，可反復吸水膨脹和釋放收縮，在生產(chǎn)中使用壽命可達6年以上，是目前市場上使用壽命最長的土壤保濕產(chǎn)品.
5，吸水速度快.一般自然水吸至飽和最長時間約為15-40分鐘，最快0.4分鐘.
6，水肥利用率高.土地保水劑在土壤中形成的"小水庫"接受施肥，灌溉(或降雨)造成淋溶流失的微量元素減少1/3，保護環(huán)境;當再次干旱時，吸足水的保水劑使周圍的土壤保持潮濕,以供給植物根系水分.即使在沙漠地區(qū)和極端的干旱氣候，在年降雨量達200mm時，也可種草植樹.
7，蓄水不爛根吸足似水的保水劑分子膨脹成為水凝膠晶體，即使緊靠植物根系也不會爛根.
8，性能穩(wěn)定即使是極端的干旱，也不會倒吸植物水分.
 主要功能：
1，保水.保水劑不溶于水，但能吸收相當自身重量成百倍的水.保水劑可有效抑制水分蒸發(fā).土壤中滲入保水劑后，在很大程度上抑制了水分蒸發(fā)，提高了土壤飽和含水量，降低了土壤的飽和導水率，從而減緩了土壤釋放水的速度，減少了土壤水分的滲透和流失，達到保水的目的.還可以刺激作物根系生長和發(fā)育，使根的長度增加、條數(shù)增多，在干旱條件下保持較好長勢。
2，保肥.因為保水劑具有吸收和保蓄水分的作用，因此可將溶于水中的化肥，農(nóng)藥等農(nóng)作物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)固定其中，在一定程度上減少了可溶性養(yǎng)分的淋溶損失，達到了節(jié)水節(jié)肥，提高水肥利用率的效果.
3，保溫.保水劑具有良好的保溫性能.施用保水劑之后，可利用吸收的水分保持部分白天光照產(chǎn)生的熱能調(diào)節(jié)夜間溫度，使得土壤晝夜溫差減小.在砂壤土中混有0.1%~0.2%的保水劑，對10厘米土層的溫度監(jiān)測表明，對土溫升降有緩沖作用，使晝夜溫差減少為11~13.5℃，而沒有保水劑的土壤為11~19.5℃.  
4，改善土壤結(jié)構(gòu).保水劑施入土壤中，隨著吸水膨脹和失水收縮的規(guī)律性變化，可使周圍土壤由緊實變?yōu)槭杷?，孔隙增大，從而在一定程度上改善土壤的通透狀況。

【保水劑是什么】

保水劑使用的是高吸水性樹脂，它是一種吸水能力特別強的功能高分子材料。無毒無害，反復釋水、吸水，因此農(nóng)業(yè)上人們把它比喻為"微型水庫"。同時，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑材料;在工業(yè)方面可廣泛應用于石油化工、電纜、造紙、傳感器、滅火器具、纖維制品、化妝品、食品保鮮、膨脹玩具等。

干旱是全世界關(guān)注的大事。本世紀50年代以來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人口的急劇膨脹，氣候變暖干旱問題變的日益突出。這些問題促使各國科學家開始研究解決干旱問題的有效方法。20世紀50年代以前人類使用的吸水性材料主要為天然物質(zhì)和無機物。例如天然纖維、天然蛋白質(zhì)。50年代，Goodrich公司開發(fā)了交聯(lián)聚丙烯酸的生產(chǎn)技術(shù)，使得吸水性高分子物質(zhì)應用于增黏劑。

超強吸水性樹脂的出現(xiàn)是1961年美國農(nóng)業(yè)部北方研究所C.R.Russell等從淀粉接枝丙烯腈開始研究，該吸水性樹脂最初在亨克爾股份公司(Henkelcorporation)工業(yè)化成功，其商品名為SGP(Starch Graft polymer)，當時美國主要以農(nóng)業(yè)為中心積極推廣應用，首先應用在土壤改良、保水抗旱、育種保苗等方面。

60年代末至70年代，美國Starch、General  Mills Chemical，日本住友化學、三洋化成工業(yè)等公司相繼成功地開發(fā)了高吸水性樹脂。其中成效最大的是美國、日本、法國和德國等。

80年代開始出現(xiàn)用其他天然化合物衍生物經(jīng)化學反應制取吸水性物質(zhì)，合成超強吸水性樹脂的發(fā)展，促進應用研究的開展。

吸水性復合材料在20世紀80年代產(chǎn)生。由于它能改善超強吸水性樹脂的耐鹽性、吸水速度、吸水后水凝膠的強度等許多性能，所以發(fā)展迅速。近年已開始研究吸水性高分子物的共混技術(shù)。這些為發(fā)展高吸水性材料提供了更加廣闊的前景。

中國高吸水性樹脂的研究工作起步較晚，80年代開始起步，近20年來全國已有近20個單位先后進行了研究，有的已轉(zhuǎn)入中試階段，并有小批量的生產(chǎn)。目前國內(nèi)已有批量生產(chǎn)能力的廠家，這些生產(chǎn)廠的產(chǎn)品都是聚丙烯酸鈉或淀粉接枝聚丙烯酸鈉，該類產(chǎn)品質(zhì)量，除了化合物組成本身外，主要還和設備、技術(shù)、工藝有關(guān)。國外進口產(chǎn)品主要有比利時TC(Terra Cottem 土壤植被與科特姆簡稱)，法國SNF的AQUASORB保水劑，德國Stockhau Sen生產(chǎn)的Stocksorb保水劑，隨著國家對生態(tài)環(huán)境建設投資加大和重視，國內(nèi)保水劑類產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)呈現(xiàn)一輪高潮。

吸水原理：
保水劑的吸水原理相同于一般SAPs，是高分子電解質(zhì)分子鏈在水中酰胺基和/或羧基團同性相斥使分子鏈擴張力和由于交聯(lián)點的限制分子鏈的擴張力而相互作用而成的。以聚丙烯酰胺為例，保水劑會有大量酰胺和羧基親水基團，利用樹脂內(nèi)部離子和基團與水溶液相關(guān)成分的濃度之差產(chǎn)生的滲透壓及高分子電解質(zhì)與水的親和力而可大量吸水直至濃度差消失為止。而控制保水劑達到令人滿意吸水程度的是橡膠彈力。分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)度越高，橡膠彈力越強，而橡膠彈力和吸水力的平衡點即是其表觀吸水能力。
由于分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，分子網(wǎng)絡所吸水分不能用一般物理方法擠出而起到保水作用。
由此，同樣組成的聚合物交聯(lián)度越低，吸水倍率相對越高，其保水性、穩(wěn)定性和凝強度就越低，反之亦然。所以，國際上對于使用周期較長的保水劑自然需要較高的交聯(lián)度，并不追求高吸水倍率和速率。以聚丙烯酰胺為例，其表觀倍率并不高，吸水速率也依粒徑不同差別很大，凝強度高的保水劑吸水后有一定形狀，不易解體，利于土壤透氣，吸放水可逆性好。因為保水劑一般摻入地下5至15厘米，故國際上現(xiàn)在更強調(diào)加壓下的吸水倍率。依粒徑不同，聚丙烯酰胺型吸純水倍率150-300。

產(chǎn)品類別： 
目前國內(nèi)外的保水劑共分為兩大類，一類是丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸銨等);另一類是淀粉接枝丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物(淀粉接枝丙烯酸鹽)。
聚丙烯酰胺--聚丙烯酰胺呈白色顆粒晶體狀，主要成分為:丙烯酰胺65%-66%+丙烯酸鉀23%-24%+水8%-10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。在國際上，法國、德國、日本、美國和比利時等國所生產(chǎn)的保水劑大多屬于這類成分的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的特點是:使用周期和壽命較長，在土壤中的蓄水保墑能力可維持4年左右，但其吸水能力會逐年降低。據(jù)黃土區(qū)造林試驗觀察，使用該類保水劑造林后的當年，其吸水倍率維持在100-120倍，第二年吸水倍率降低20%-30%，第三年降低約40%-50%，第四年降低更多。
聚丙烯酸鈉--聚丙烯酸鈉為白色或淺灰色顆粒狀晶體，主要成分有:聚丙烯酸鈉88%(其中含鈉24.5%)+水8%-10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。國內(nèi)生產(chǎn)的保水劑大多是這種成分的產(chǎn)品。其主要特點是:吸水倍率高，吸水速度快，但保水性能只能保持2年有效。據(jù)造林試驗觀測，這類產(chǎn)品的吸水能力和吸水速率明顯高于聚丙烯酰胺產(chǎn)品，在土壤中如遇充分給水，0.5-1.0小時后便迅速吸收自重的130-140倍的水分;但第二年的吸水倍率要降低約60%左右。由于聚丙烯酸鈉會造成土壤中鈉離子含量的遞增，林業(yè)和農(nóng)業(yè)用保水劑的生產(chǎn)廠家大多改為生產(chǎn)聚丙烯酸鉀或聚丙烯酸銨。
淀粉接枝丙烯酸鹽--淀粉接枝丙烯酸鹽為白色或淡黃色顆粒狀晶體，主要成分為:淀粉18%-27%+丙烯酸鹽62%-71%+水10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。這種產(chǎn)品在用于造林地蓄水保墑時，使用壽命一般只能維持1年多的時間，但吸水倍率和吸水速度等性狀極佳。據(jù)實驗室對黃土浸提液的吸水對比試驗，該類保水劑在遇水后的15-20分鐘內(nèi)即可吸收自重150-160倍的水分。

產(chǎn)品特性：
1，無毒.安全環(huán)保，無毒無味，不污染植物，土壤和地下水，果樹花卉，植樹造林，無土栽培，植物保鮮運輸，大田作物等.
土壤保水劑和防水土流失劑到最終分解物為二氧化碳，水，氨態(tài)氮和鈉或鉀離子，無任何殘留.
2，保墑省水.可有效抑制水分蒸發(fā)，防止水土流失，即使在有灌溉的條件下，仍然可省水50%以上.
3，改善土壤結(jié)構(gòu).使粘重土壤，漏水肥的沙土和次生鹽堿土壤得以改良.同時促進土壤微生物發(fā)育，提高土壤有機物的周轉(zhuǎn)利用效率.
4，使用壽命長.集多種聚合物之特性，可反復吸水膨脹和釋放收縮，在生產(chǎn)中使用壽命可達6年以上，是目前市場上使用壽命最長的土壤保濕產(chǎn)品.
5，吸水速度快.一般自然水吸至飽和最長時間約為15-40分鐘，最快0.4分鐘.
6，水肥利用率高.土地保水劑在土壤中形成的"小水庫"接受施肥，灌溉(或降雨)造成淋溶流失的微量元素減少1/3，保護環(huán)境;當再次干旱時，吸足水的保水劑使周圍的土壤保持潮濕,以供給植物根系水分.即使在沙漠地區(qū)和極端的干旱氣候，在年降雨量達200mm時，也可種草植樹.
7，蓄水不爛根吸足似水的保水劑分子膨脹成為水凝膠晶體，即使緊靠植物根系也不會爛根.
8，性能穩(wěn)定即使是極端的干旱，也不會倒吸植物水分.
 主要功能：
1，保水.保水劑不溶于水，但能吸收相當自身重量成百倍的水.保水劑可有效抑制水分蒸發(fā).土壤中滲入保水劑后，在很大程度上抑制了水分蒸發(fā)，提高了土壤飽和含水量，降低了土壤的飽和導水率，從而減緩了土壤釋放水的速度，減少了土壤水分的滲透和流失，達到保水的目的.還可以刺激作物根系生長和發(fā)育，使根的長度增加、條數(shù)增多，在干旱條件下保持較好長勢。
2，保肥.因為保水劑具有吸收和保蓄水分的作用，因此可將溶于水中的化肥，農(nóng)藥等農(nóng)作物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)固定其中，在一定程度上減少了可溶性養(yǎng)分的淋溶損失，達到了節(jié)水節(jié)肥，提高水肥利用率的效果.
3，保溫.保水劑具有良好的保溫性能.施用保水劑之后，可利用吸收的水分保持部分白天光照產(chǎn)生的熱能調(diào)節(jié)夜間溫度，使得土壤晝夜溫差減小.在砂壤土中混有0.1%~0.2%的保水劑，對10厘米土層的溫度監(jiān)測表明，對土溫升降有緩沖作用，使晝夜溫差減少為11~13.5℃，而沒有保水劑的土壤為11~19.5℃.  
4，改善土壤結(jié)構(gòu).保水劑施入土壤中，隨著吸水膨脹和失水收縮的規(guī)律性變化，可使周圍土壤由緊實變?yōu)槭杷桑紫对龃?，從而在一定程度上改善土壤的通透狀況。