本發(fā)明涉及到水土保持技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可以反復(fù)多次利用的農(nóng)林保水劑。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，多地區(qū)干旱情況日益嚴(yán)重，保水劑可使得水資源充分利用。在農(nóng)林業(yè)保水劑又稱(chēng)微型水庫(kù)，是一種獨(dú)具三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子聚合物。這類(lèi)物質(zhì)含有大量強(qiáng)吸水集團(tuán)，可吸收并保持自身重量幾百倍的水，在土壤中能將雨水或澆灌水迅速吸收并保住，變?yōu)楣虘B(tài)水而不流動(dòng)不滲失，長(zhǎng)久保持局部恒濕、天旱時(shí)緩慢釋放供植物利用。并且這些被儲(chǔ)存在保水劑中的水分可以為各種農(nóng)作物、果樹(shù)、蔬菜、花卉、樹(shù)木等根系直接吸收，這也使得植物的抗旱能力有所提高，它特有的吸水、貯水、保水性能，決定了保水劑在農(nóng)林業(yè)抗旱節(jié)水中的廣泛應(yīng)用前景。

一般上述保水劑具有如下性質(zhì)：當(dāng)與灌溉水或雨水接觸時(shí)，具有較高的吸水性能，較快的吸水速度等。而缺點(diǎn)在與重復(fù)利用次數(shù)較低，反復(fù)吸水放水3次以后，吸水性能就會(huì)大幅度下降，膠體易發(fā)生破碎，保水劑失效，使用受到限制。

美國(guó)是最早進(jìn)行保水劑研究開(kāi)發(fā)的國(guó)家，于六十年代開(kāi)始研究，研制成功一種新型高分子吸水材料，到七十年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。隨后日本、法國(guó)、英國(guó)、比利時(shí)等國(guó)家都先后開(kāi)發(fā)保水劑，形成不同規(guī)模的生產(chǎn)能力，也建立了不少專(zhuān)門(mén)從事保水劑研究的機(jī)構(gòu)。最早的保水劑產(chǎn)品是高分子量聚丙烯酰胺，所謂保水劑就是一種高吸水性樹(shù)脂材料。這類(lèi)物質(zhì)含有大量的強(qiáng)吸水基團(tuán)，結(jié)構(gòu)特異，在樹(shù)脂內(nèi)部可產(chǎn)生高滲透締合作用并通過(guò)其網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)吸水，可吸持自身重量的數(shù)百倍至上千倍的純水。并且這些被貯存在保水劑中的水分，可以為各種農(nóng)作物、果樹(shù)、蔬菜、花卉、林木等根系直接吸收分，這一特性決定了保水劑在農(nóng)林業(yè)抗旱節(jié)水中的廣泛應(yīng)用前景。農(nóng)用保水劑的特點(diǎn)與工業(yè)不同，農(nóng)用保水劑不追求高吸水倍率，而對(duì)反復(fù)吸水能力、凝膠強(qiáng)度和保水性等有特別的要求。同時(shí)必須保證使土壤不會(huì)板結(jié)、不受到污染，不影響種子發(fā)芽、出苗。要有適宜的pH值，要有很好的復(fù)配性能（與養(yǎng)分、農(nóng)藥等）等。

農(nóng)林用保水劑，需要增進(jìn)土壤保持水分和營(yíng)養(yǎng)的能力，還能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和增加生物量。在國(guó)外近30個(gè)國(guó)家已經(jīng)在使用農(nóng)用保水劑。如美國(guó)、澳大利亞、法國(guó)等的應(yīng)用，但大多是用在草坪地、花卉及其它產(chǎn)值高的植物上。單純?cè)诖筇锷系膽?yīng)用不多，主要因?yàn)檗r(nóng)業(yè)比較效益低，產(chǎn)投效益不劃算。

我國(guó)從80年代初開(kāi)始引入保水劑，“七五”、“八五”期間曾列為國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目，80年代初至中期，一些廠家尋求技術(shù)、紛紛上馬，但都維持時(shí)間不長(zhǎng)，這批廠家在經(jīng)歷了慘淡經(jīng)營(yíng)之后，幾乎全部關(guān)閉。究其原因：一是因工藝技術(shù)問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)品觀感不好、質(zhì)量不穩(wěn)定；二是沒(méi)有考慮農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的特點(diǎn)，尤其是對(duì)土、肥、水、種知識(shí)缺乏最基本的理解，保水劑直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上效果不穩(wěn)定。

從94年開(kāi)始，一直到現(xiàn)在是處于第二個(gè)發(fā)展高潮的上升時(shí)期。這次國(guó)內(nèi)新上企業(yè)：注重市場(chǎng)的全方位調(diào)查；注重與科技實(shí)力強(qiáng)的科教單位聯(lián)合；但總起來(lái)看，農(nóng)用保水劑的產(chǎn)業(yè)化，眼下有相當(dāng)大的難度，涉及的因素很多，一是有機(jī)單體為原料的保水劑產(chǎn)品，生產(chǎn)成本高，農(nóng)林用產(chǎn)品價(jià)格較高，農(nóng)民難以接受；二是從化學(xué)、物理和生物學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，保水劑屬高新技術(shù)產(chǎn)品，對(duì)技術(shù)配方、生產(chǎn)工藝及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等方面缺乏必要的研究和開(kāi)發(fā)；三是現(xiàn)有的保水劑產(chǎn)品在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用時(shí)，技術(shù)性強(qiáng)。

因此，在農(nóng)林領(lǐng)域用的保水劑應(yīng)滿足以下必要條件：

（1）超強(qiáng)保水能力，能將水分保留在產(chǎn)品內(nèi)部，不會(huì)自己外流；

（2）可反復(fù)多次吸水、放水，重復(fù)使用次數(shù)多。

（3）凝膠強(qiáng)度要高，不易破碎失效；

（4）保證不污染土壤、土壤不會(huì)板結(jié)；

（5）不影響種子發(fā)芽、出苗。適中的pH值，與化肥、農(nóng)藥、養(yǎng)分的復(fù)配性能好。

傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的保水劑，吸水后膠體偏軟，保水能力差，可重復(fù)利用性差。本發(fā)明使用低溫聚合三段復(fù)合引發(fā)劑聚合的方法，能制造出更加廣闊而堅(jiān)韌的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，保證保水劑的吸水、保水能力；再通過(guò)對(duì)保水劑的表面二次交聯(lián)處理，進(jìn)一步去除水溶物及殘余單體含量、在保水劑表面形成堅(jiān)固的交聯(lián)層，可使保水劑吸水后的凝膠堅(jiān)韌不易破碎，釋放持久，反復(fù)利用次數(shù)多；產(chǎn)品聚合反應(yīng)PH值為中性，使用含有鉀離子的堿液中和丙烯酸，不會(huì)對(duì)土壤造成板結(jié)，殘留單體及水溶物非常少，對(duì)化肥農(nóng)藥無(wú)影響，配伍性能好。

本發(fā)明采用多種含有不飽和雙鍵的單體共聚而成，采用低溫三段復(fù)合引發(fā)體系，制備得到大粒度，性能均勻的保水劑產(chǎn)品。再進(jìn)行表面二次交聯(lián)處理，進(jìn)一步去除水溶物及殘余單體含量、在保水劑表面形成堅(jiān)固的交聯(lián)層，可使保水劑吸水后凝膠表面堅(jiān)韌，不易破碎，最終制備得到可多次反復(fù)利用的農(nóng)林保水劑。

該保水劑外觀白色大顆粒，吸水、保水能力強(qiáng)，耐鹽堿性能優(yōu)越，與化肥、養(yǎng)分、農(nóng)藥復(fù)配性好，吸水后凝膠堅(jiān)韌不易破碎，釋放持久，反復(fù)利用次數(shù)多，可用在對(duì)產(chǎn)品要求較高，對(duì)產(chǎn)品效果要求持久的農(nóng)林行業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的提供一種多次反復(fù)利用的農(nóng)林保水劑及其合成方法。它有多種含有不飽和雙鍵的單體共聚而成，以超低溫水溶液自由基共聚的方式，采用三段復(fù)合引發(fā)體系，達(dá)到多元共聚的目的。再對(duì)保水劑進(jìn)行二次表面后處理，進(jìn)一步去除水溶物及殘余單體含量、在保水劑表面形成堅(jiān)固的交聯(lián)層，可使保水劑吸水后表面堅(jiān)韌。該保水劑外觀白色大顆粒，吸水、保水能力強(qiáng)，耐鹽堿性能優(yōu)越，與化肥、養(yǎng)分、農(nóng)藥復(fù)配性好，吸水后凝膠堅(jiān)韌不易破碎，釋放持久，反復(fù)利用次數(shù)多等優(yōu)良性能。

本發(fā)明的技術(shù)路線是：首先要合成保水劑，是以丙烯酸鉀鹽，丙烯酰胺，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺鉀，為共聚單體，在加入交聯(lián)單體，采用三段復(fù)合引發(fā)體系，在低溫0℃引發(fā)聚合，以水溶液共聚的方式聚合，3~5小時(shí)反應(yīng)達(dá)到最高溫度，保溫2個(gè)小時(shí)后，對(duì)膠體進(jìn)行烘干處理，烘干溫度控制在100~120℃，之后粉碎研磨成4~10目保水劑大顆粒。再采用表面處理液對(duì)保水劑顆粒進(jìn)行表面處理，處理溫度120~150℃，得到可多次反復(fù)利用的農(nóng)林保水劑產(chǎn)品。

這種可反復(fù)多次利用的農(nóng)林保水劑，由以下重量份的、含有不飽和雙鍵的單體共聚而成：

30份—80份單烯不飽和酸及其鹽的單體A

0份—30份不同于單體A的單烯不飽和單體B

0份—20份含抗鹽性能及不飽和雙鍵單體C

0.001份—0.01份的交聯(lián)單體D

其中：

所述的單體A含有3-6個(gè)碳原子的單烯不飽和一元酸和二元酸，包括丙烯酸，甲基丙烯酸或乙基丙烯酸；

所述的單體B，它們可以與單體A共聚并非交聯(lián)，包括丙烯腈，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，丙烯酸甲酯或丙烯酸羥丙酯；

所述的單體C為單烯不飽和磺酸，包括乙烯基磺酸，烯丙基磺酸，甲基丙烯酸磺乙酯，2-羥基-3-丙烯酰氧基丙磺酸或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；

所述的單體D包括分子內(nèi)至少兩個(gè)烯屬不飽和雙鍵化合物，包括N，N-亞甲基-2-丙烯酰胺，聚乙二醇雙丙烯酸酯（PEGDA），乙二醇二丙烯酸酯或二丙二醇二丙烯酸酯。

所述的單體A優(yōu)選丙烯酸；所述的單體B優(yōu)選丙烯酰胺；所述的單體C優(yōu)選2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；所述的單體D優(yōu)選N,N亞甲基-2-丙烯酰胺。

這種可反復(fù)多次利用的農(nóng)林保水劑的制備方法，包含如下步驟：

⑴將單體A、單體B、單體C和單體D按照權(quán)利要求1所述的比例進(jìn)行備料；

⑵用氫氧化鉀對(duì)單體A進(jìn)行中和，控制pH值為7.0；將單體B、單體C和單體D加入中和后的單體A的溶液中，攪拌溶解形成均一的單體料液；

⑶調(diào)整步驟⑵的料液溫度為0℃；

⑷向步驟⑶的料液中吹氮?dú)獬?0分鐘，在低、中、高三段不同溫度下加入不同的引發(fā)劑，使料液發(fā)生聚合；聚合3~5小時(shí)形成膠體，保溫2小時(shí)，對(duì)膠體烘干處理，烘干溫度控制在100~120℃；然后粉碎研磨成4~10目，制得保水劑初品；

⑸對(duì)保水劑初品進(jìn)行表面處理，調(diào)配表面處理液，然后以霧狀形式均勻噴灑在保水劑顆粒表面，再次烘干，控制溫度120~150℃得到本發(fā)明的多次反復(fù)利用的農(nóng)林保水劑產(chǎn)品；所述的表面處理液由如下重量份的材料混合而成：醇類(lèi)5~10份、有機(jī)交聯(lián)劑0.1~3份、含醛類(lèi)后處理劑0.001~0.01份、去離子水90份。

進(jìn)一步地，所述的醇類(lèi)為甲醇、乙醇或異丙醇；有機(jī)交聯(lián)劑為N,N亞甲基雙丙烯酰胺或聚乙二醇雙丙烯酸酯（PEGDA）；含醛類(lèi)后處理劑為三聚甲醛或戊二醛。

進(jìn)一步地，所述的低、中、高三段不同溫度分別是0~10℃、10~50℃、50~80℃，低溫對(duì)應(yīng)的引發(fā)劑為氧化/還原引發(fā)劑，中高溫對(duì)應(yīng)的引發(fā)劑為熱分解引發(fā)劑。

進(jìn)一步地，所述的氧化/還原引發(fā)劑由氧化劑和還原劑一起構(gòu)成氧化還原引發(fā)體系，其中氧化劑為過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀或叔丁基過(guò)氧化物，還原劑為亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、低價(jià)金屬鹽、有機(jī)胺或抗壞血酸；所述的熱分解引發(fā)劑為偶氮類(lèi)引發(fā)劑，為偶氮二異丁腈（AIBN）、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（V50）二者的一種或復(fù)配。優(yōu)選偶氮二異丁腈（AIBN）和偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（V50）配合使用。

進(jìn)一步地，所述引發(fā)劑的用量為反應(yīng)料液重量的1%-5%，其中氧化/還原引發(fā)劑為反應(yīng)料液的0.1%份~3%，熱分解引發(fā)劑用量為反應(yīng)料液的0.5%-2%。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有很多優(yōu)勢(shì)：

（1）超強(qiáng)保水能力，能將水分保留在產(chǎn)品內(nèi)部，不會(huì)自己外流；

（2）可反復(fù)多次吸水、放水，重復(fù)使用次數(shù)多；

（3）凝膠強(qiáng)度要高，不易破碎失效；

（4）保證不污染土壤、土壤不會(huì)板結(jié)；

（5）不影響種子發(fā)芽、出苗；適中的pH值，與化肥、農(nóng)藥、養(yǎng)分的復(fù)配性能好。

具體實(shí)施方式

下面將根據(jù)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的多次反復(fù)利用的農(nóng)林保水劑合成過(guò)程做詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1

原料準(zhǔn)備：選定丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鉀和N,N亞甲基雙丙烯酰胺等反應(yīng)原料按照下面重量配比進(jìn)行稱(chēng)量，配置成溶液：

溶液的配制：稱(chēng)量60g去離子水，加入丙烯酸（30g），加入氫氧化鉀（23.33g）中和，調(diào)節(jié)PH值為7.0；往中和后的丙烯酸溶液中加入AM單體（5g），2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鉀單體（5g）攪拌溶解,并加入交聯(lián)劑MBA（0.005g），攪拌形成均一體系。

溶液的調(diào)整：調(diào)整溶液溫度為0℃。

溶液的聚合：在氮?dú)獗Ｗo(hù)下依次加入引發(fā)劑V50（0.01g），偶氮二異丁腈（0.01g），過(guò)硫酸銨（0.015g），吹氮?dú)獬?0分鐘后加入硫酸亞鐵銨（0.015g），體系變粘稠停止吹氮?dú)獠⒎磻?yīng)器密閉，在保溫密閉條件下反應(yīng)3小時(shí)后結(jié)束，再保溫2小時(shí)。

干燥處理：將已聚合好的膠體進(jìn)行粗造粒，烘干，粉碎成4~10目大顆粒。

配制表面處理液：稱(chēng)量9g乙醇，1g聚乙二醇雙丙酸酯，0.005g三聚甲醛，加入90g水溶解，攪拌形成均一溶液。

表面二次后處理：按照100g保水劑顆粒，加入1g的表面處理液進(jìn)行表面噴霧，然后120℃烘干1小時(shí)，得到最終產(chǎn)品。

實(shí)施例2

原料準(zhǔn)備：選定丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鉀和N,N亞甲基雙丙烯酰胺等反應(yīng)原料按照下面重量配比進(jìn)行稱(chēng)量，配置成溶液：

溶液的配制：稱(chēng)量60g去離子水，加入丙烯酸（35g），加入氫氧化鉀（27.22g）中和，調(diào)節(jié)PH值為7.0；往中和后的丙烯酸溶液中加入AM單體（3g），2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鉀單體（2g）攪拌溶解,并加入交聯(lián)劑MBA（0.005g），攪拌形成均一體系。

溶液的調(diào)整：調(diào)整溶液溫度為0℃。

溶液的聚合：在氮?dú)獗Ｗo(hù)下依次加入引發(fā)劑V50（0.01g），偶氮二異丁腈（0.01g），過(guò)硫酸銨（0.015g），吹氮?dú)獬?0分鐘后加入硫酸亞鐵銨（0.015g），體系變粘稠停止吹氮?dú)獠⒎磻?yīng)器密閉，在保溫密閉條件下反應(yīng)3小時(shí)后結(jié)束，再保溫2小時(shí)。

干燥處理：將已聚合好的膠體進(jìn)行粗造粒，烘干，粉碎成4~10目大顆粒。

配制表面處理液：稱(chēng)量9g乙醇，1g聚乙二醇雙丙酸酯，0.005g三聚甲醛，加入90g水溶解，攪拌形成均一溶液。

表面二次后處理：按照100g保水劑顆粒，加入1g的表面處理液進(jìn)行表面噴霧，然后120℃烘干1小時(shí)，得到最終產(chǎn)品。