專利名稱：雙性離子高聚物土壤改良劑的合成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土壤改良劑，具體涉及一種雙性離子高聚物土壤改良劑，尤其適用于物質(zhì)組成失衡和結(jié)構(gòu)失常的劣質(zhì)土壤，以及所述雙性離子高聚物土壤改良劑的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的不斷發(fā)展，土壤退化問題日益突出，主要表現(xiàn)為土壤緊實(shí)與硬化、侵蝕、鹽堿化、酸化、元素失衡、化學(xué)污染、有機(jī)質(zhì)流失和動(dòng)植物區(qū)系的退化等，嚴(yán)重限制了土地生產(chǎn)力的發(fā)展。劣質(zhì)土壤是因?yàn)槲镔|(zhì)組成失衡和結(jié)構(gòu)失常所致。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤具有農(nóng)學(xué)價(jià)值的基本結(jié)構(gòu)，天然團(tuán)粒是由土壤有機(jī)物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)劑，有機(jī)結(jié)構(gòu)劑主要腐殖酸，從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，它由許多芳香環(huán)單體組成。屬于芳香族或苯基多元羧酸類大分子物質(zhì)，其極性基團(tuán)(如羧基、羥基、酰胺基等)以靜電力及范德華力和金屬離子吸附，通過陽離子橋和土壤微粒發(fā)生交換和吸附作用，形成天然團(tuán)粒，其親水性的極性基團(tuán)是其具有聯(lián)結(jié)礦物質(zhì)顆粒的活性功能基團(tuán)。選擇與腐殖酸等土壤有機(jī)質(zhì)具有相似功能基團(tuán)的高聚物，施入惡化的待改良土壤中，模擬土壤有機(jī)質(zhì)特別是腐殖酸的作用，使土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有農(nóng)學(xué)價(jià)值，有別于傳統(tǒng)土壤改良方法的新方法，這種具有改良土壤作用的高聚物稱為土壤改良劑，簡稱高聚物改良劑。應(yīng)用土壤改良劑是修復(fù)退化土壤的重要措施之一。土壤改良劑能有效地改善土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況，并對土壤微生物產(chǎn)生積極影響，從而提高退化土壤的生產(chǎn)力。因此，其研究與應(yīng)用對防治土壤退化具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域的雙性離子高聚物土壤改良劑的生產(chǎn)方法，該改良劑具有刺激植物生長發(fā)育、增加作物的抗逆性、改善植物營養(yǎng)的功效，又能夠提高土壤的保肥保水能力，而且產(chǎn)品成本低，可廣泛用于抗旱保苗、增產(chǎn)增收、改良土壤、 防風(fēng)固沙、水土保持等，也可拌種。為了合成上述雙性離子高聚物土壤改良劑，所采取的技術(shù)方案如下本發(fā)明的土壤改良劑采用了高分子接枝共聚工藝，在實(shí)現(xiàn)了聚合物陰陽離子單體、交聯(lián)劑分子共聚的同時(shí)將腐殖酸和淀粉進(jìn)行分子內(nèi)接枝。在共聚接枝過程中各組分占料液總重量的配比為(a) 10至20重量％的丙烯酰胺(AM)；(b) 5至2O重量％的丙烯酸(AA)；(c) 5至10重量％的淀粉(ST)；(d) 1至5重量％的甲基丙烯酰胺(MAM)；(e) 1 至 5 重量％ 的陽離子單體(DMC、DAC、DMDAC)；
(f) 5至10重量％的腐植酸鹽(HA)；(g) 0. 002 至 0. 008 重量 % 交聯(lián)劑(MBA、PEGDA)；(h)其余量為水。上述雙性離子土壤改良劑的合成步驟如下(1)選定丙烯酰胺、丙烯酸、淀粉、甲基丙烯酰胺、一種陽離子單體、腐植酸鹽和交聯(lián)劑等反應(yīng)原料按照一定比例進(jìn)行配比；(2)用氫氧化鉀中和丙烯酸，調(diào)節(jié)加堿速度控制體系溫度為70 90°C ；(3)當(dāng)溫度低于80°C時(shí)，開始加入淀粉漿進(jìn)行糊化，糊化1 池；(4)當(dāng)體系溫度冷卻到40°C以下時(shí)加入丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、陽離子單體和交聯(lián)劑，攪拌溶解；(5)加入腐植酸鹽，攪拌形成均一體系；(6)調(diào)整料液溫度為15 士 1 °C ；(7)以水溶液催化劑法產(chǎn)生自由基使上述單體發(fā)生聚合。在以水溶液聚合的過程中需對溶液吹氮?dú)?0分鐘，以除去水中的溶解氧，然后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下加入催化劑，停止吹氮?dú)獠⒕酆细荛]，誘發(fā)10-15分鐘，觀察是否有溫升，當(dāng)誘發(fā)期內(nèi)有2°C的溫升，視為引發(fā)成功，否則需要重新加入催化劑再次引發(fā)。在保溫密閉條件下直至升溫結(jié)束，保溫3小時(shí)。對于所述催化劑沒有特別限制。聚合催化劑的氧化劑為過硫酸鹽或過氧化物，例如過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、過氧化氫、過氧化苯甲酰或叔丁基過氧化物。本發(fā)明中可以使用氧化劑與還原劑一起組成氧化還原體系，所述還原劑可為亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、低價(jià)金屬鹽、有機(jī)胺等。偶氮化合物也是本發(fā)明優(yōu)選的催化劑之一，適用的典型偶氮化合物為偶氮二異丁腈(AZDN)、偶氮二異庚腈(V65)、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(V50)等?？梢酝瑫r(shí)使用兩種或兩種以上上述催化劑，催化劑的量一般為反應(yīng)料液的 0. 001-3%重量。腐植酸是一種天然的有機(jī)大分子化合物，一般認(rèn)為它是復(fù)雜的、分子量不均一的羥基苯羧酸的混合物，組成腐植酸的元素有碳、氫、氧、氮、硫以及少量的磷，腐植酸中含有多種官能團(tuán)，這些官能團(tuán)與腐植酸的性質(zhì)和應(yīng)用有很大關(guān)系，其中主要的官能團(tuán)有羧基、酚羥基、醇羥基、醌基、甲氧基、羰基等。淀粉是以吡喃葡萄糖為結(jié)構(gòu)單元的天然高分子，分子內(nèi)含有大量的活性羥基，能夠和乙烯基單體發(fā)生接枝共聚；在腐植酸酸鹽與淀粉、乙烯基單體的反應(yīng)溶液中，首先是乙烯基單體的自聚和共聚，之后腐植酸、淀粉與聚丙烯酰胺發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，最后聚丙烯酰胺側(cè)鏈間進(jìn)行交聯(lián)，形成不溶于水的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種水溶液接枝共聚的方法，使腐植酸和淀粉固定于高分子結(jié)構(gòu)中，能發(fā)揮其固有的多種生物活性。本發(fā)明的雙性離子高聚物土壤改良劑與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)改善土壤物理性狀、增強(qiáng)土壤的保水保土能力；增強(qiáng)土壤中營養(yǎng)元素的有效性，提高土壤肥力；( 提高土壤中有益微生物和酶活性，抑制病原微生物，增強(qiáng)植物的抗性；(3) 降低重金屬污染土壤中重金屬Cd、Pb、Zn、Co、Cu、Ni等的遷移能力，抑制作物對重金屬吸收；
具體實(shí)施例方式下面將根據(jù)具體的實(shí)施例對本發(fā)明的雙性離子高聚物土壤改良劑合成方法做詳細(xì)的說明。實(shí)施例1各單體與水的重量百分比如下丙烯酰胺(AM)15%丙烯酸(AA)10%玉米淀粉(ST)8%甲基丙烯酰胺(MAM) 3%甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC) 3%腐植酸鹽(HA)8%N, N-亞甲基雙丙烯酰胺MBA :0. 005%蒸餾水53%溶液的配制在2000ml燒杯中加入蒸餾水388g和丙烯酸(AA) IOOg,控制氫氧化鉀的加入速度，使體系溫度維持在70 90°C，氫氧化鉀用量為62g，此時(shí)丙烯酸中和度約為 80% ；將玉米淀粉80g溶入80g蒸餾水中攪拌形成淀粉；將淀粉漿加入到中和的丙烯酸體系中糊化1 池；當(dāng)反應(yīng)液冷卻到40度以下時(shí)，開始加入150g丙烯酰胺、30g甲基丙烯酰胺、30g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和0. 05g交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌溶解；再加入80g腐植酸銨，攪拌形成均一體系。溶液的調(diào)整調(diào)節(jié)溫度15 士 1 °C。溶液的聚合吹氮?dú)獬?0分鐘，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下依次加入催化劑V650. 5g/L，V50 0. 05g/L，過硫酸銨0. 03g/L,甲醛合次硫酸氫鈉0. 03g/L，停止吹氮?dú)獠⒕酆细荛]，誘發(fā)15-20分鐘，觀察是否有溫升，當(dāng)誘發(fā)期內(nèi)有2°C的溫升，視為引發(fā)成功，否則需要重新加入催化劑再次引發(fā)。在保溫密閉條件下直至升溫結(jié)束，保溫3小時(shí)。產(chǎn)品的后處理將已聚合好的膠體進(jìn)行造粒，烘干，粉碎成30目。
權(quán)利要求
1.一種雙性離子高聚物土壤改良劑的合成方法，其特征在于用氫氧化鉀中和丙烯酸，中和度為75 85mol%，加入淀粉糊化，糊化一定時(shí)間后，加入丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、陽離子單體和交聯(lián)劑，攪拌溶解，加腐植酸鹽，攪拌形成均一體系，最后以水溶液催化劑法產(chǎn)生自由基使上述單體發(fā)生聚合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤改良劑，其特征在于在共聚接枝過程中各組分占料液總重量的配比為(a)10至20重量％的丙烯酰胺(AM)；(b)5至20重量％的丙烯酸(AA)；(c)5至10重量％的淀粉(ST)；(d)1至5重量％的甲基丙烯酰胺(MAM)；(e)l至5重量％的陽離子單體；(f)5至10重量％的腐植酸鹽(HA)；(g)0.002至0. 008重量％的交聯(lián)劑；(h)其余量為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙性離子高聚物土壤改良劑的合成方法，其特征在于用氫氧化鉀中和丙烯酸后，再加入淀粉漿，利用酸堿中和熱對淀粉進(jìn)行糊化，溫度控制在58 80°C，糊化時(shí)間1 2小時(shí)；通過調(diào)節(jié)堿加入酸中的速度控制體系溫度在70 90°C，當(dāng)溫度低于80°C時(shí)，開始加入淀粉漿進(jìn)行糊化；糊化冷卻到40°C以下時(shí)加入丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、陽離子單體和交聯(lián)劑，攪拌溶解，再加入腐植酸鹽，攪拌形成均一漿料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙性離子高聚物土壤改良劑的合成方法，其特征在于所述水溶液引發(fā)劑法是指首先要對配制好的單體溶液吹氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)20分鐘，然后向溶液中加入配置好的水溶液引發(fā)劑，誘發(fā)10-15分鐘以產(chǎn)生自由基，從而使單體發(fā)生聚合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙性離子高聚物土壤改良劑的合成方法，其特征在于所述淀粉可以是玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙性離子高聚物土壤改良劑的合成方法，其特征在于所述陽離子單體可以是丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨 (DMC)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAC)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙性離子高聚物土壤改良劑的合成方法，其特征在于所述交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)，聚乙二醇雙丙烯酸酯(PEGDA)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙性離子高聚物土壤改良劑的合成方法，其特征在于所述腐植酸鹽為腐植酸鈉、腐植酸銨、腐植酸鉀、腐植酸鎂、腐植酸鈣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙性離子高聚物土壤改良劑的合成方法，其特征在于所述引發(fā)劑為過硫酸鹽或過氧化物；或者為過硫酸鹽或過氧化物與還原劑一起組成氧化還原體系；或者為偶氮化合物；所述催化劑也可以由上述催化劑類型中的兩種或更多種催化劑組成。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的一種或幾種；所述過氧化物為過氧化氫、過氧化苯、甲酰和叔丁基過氧化物中的一種或幾種；所述還原劑為亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、低價(jià)金屬鹽、有機(jī)胺中的一種或幾種；所述偶氮化合物為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽中的一種或幾種。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于催化劑的量為反應(yīng)料液重量的0.001-3%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙性離子高聚物土壤改良劑及其合成方法，該土壤改良劑可廣泛用于抗旱保苗、改良土壤、防風(fēng)固沙、水土保持等領(lǐng)域，尤其適用于土壤緊實(shí)、硬化、侵蝕、鹽堿化、酸化、元素失衡、化學(xué)污染、有機(jī)質(zhì)流失和動(dòng)植物區(qū)系的退化等劣質(zhì)土壤的改造。采用了高分子接枝共聚工藝，在實(shí)現(xiàn)了聚合物陰陽離子單體的共聚的同時(shí)，將腐殖酸和淀粉進(jìn)行分子內(nèi)接枝，使得合成產(chǎn)品與土壤作用后形成的團(tuán)粒更接近于天然，有利于植物的生長。
文檔編號C09K101/00GK102516476SQ20111039766
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者唐富剛, 郝春玲 申請人:北京希濤技術(shù)開發(fā)有限公司