專利名稱：：一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)節(jié)水領(lǐng)域，特別是涉及一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
：保水劑又稱土壤保水劑、高吸水劑、保濕劑、高吸水性樹(shù)脂、高分子吸水劑，是一種超高吸水保水能力的高分子聚合物，它能迅速吸收和保持自身重量幾百倍甚至上千倍的水分，而且具有反復(fù)吸水功能，吸水后膨脹為水凝膠，可緩慢釋放水分供植物吸收利用，由于分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，能夠?qū)⑽盏乃秩磕z化，分子網(wǎng)絡(luò)所吸水分不能用一般物理方法擠出，因而具有很強(qiáng)的保水性。保水劑自20世紀(jì)被美國(guó)農(nóng)業(yè)部研究中心研制，并在玉米、大豆種子涂層、樹(shù)苗移栽應(yīng)用取得顯著效果后，1974年保水劑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。曰本隨后購(gòu)買美國(guó)專利進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，并成為目前生產(chǎn)和出口保水劑最多的國(guó)家，英國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)等國(guó)家也投入大量資金進(jìn)行農(nóng)用保水劑研發(fā)，目前全世界年生產(chǎn)保水劑草果200萬(wàn)噸。我國(guó)農(nóng)用保水劑研發(fā)與應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代初，發(fā)展速度較快。許多科研單位引進(jìn)和開(kāi)發(fā)不同類型的農(nóng)用保水劑，如SA型、IPA型、KH841和IAC-B型等保水劑，并應(yīng)用于農(nóng)林生產(chǎn)領(lǐng)域，但均未進(jìn)行批量生產(chǎn)。90年代中期，保定科瀚樹(shù)脂廠"高吸水樹(shù)脂實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)"后，我國(guó)保水劑研發(fā)形成第二個(gè)高潮，一批保水劑廠家和產(chǎn)品陸續(xù)問(wèn)世，但缺乏有序的指導(dǎo)，一些廠家在競(jìng)爭(zhēng)中轉(zhuǎn)行。2002年科技部在"生物與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)"領(lǐng)域的863節(jié)水重大專項(xiàng)中，列入"新型多功能保水劑系列產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)"專題，將保水劑研究和生產(chǎn)、應(yīng)用和推廣提升到一個(gè)新的層次，迎來(lái)我國(guó)保水劑發(fā)展的第三次高潮。解決我國(guó)的抗旱節(jié)水問(wèn)題，不僅需要發(fā)展投資較大的噴灌、微灌、渠道襯砌等工程技術(shù)，根據(jù)國(guó)情推廣相對(duì)價(jià)格低廉的節(jié)水技術(shù)產(chǎn)品-保水劑也有廣闊空間。業(yè)內(nèi)專家稱保水劑是繼化肥、農(nóng)藥、地膜之后第4種最有希望被農(nóng)民接受的新型農(nóng)用化學(xué)制品，是國(guó)家鼓勵(lì)推廣并重點(diǎn)支持開(kāi)發(fā)的農(nóng)林業(yè)節(jié)水新技術(shù)產(chǎn)品。2000年水利部全國(guó)農(nóng)村水利工作會(huì)議也將保水劑列為十大節(jié)水灌溉技術(shù)之一，2001年農(nóng)業(yè)部將抗單保水劑應(yīng)用列為重點(diǎn)推廣的種植業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。保水劑在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、沙產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮抗單保苗、增產(chǎn)增收、改良土壤、防風(fēng)固沙、水土保持等多種功能，是工程方法所不能比擬和達(dá)到的，已成為農(nóng)業(yè)抗旱節(jié)水的一種新途徑和新方法，在果樹(shù)林木、糧食作物、素菜花卉等方面得到了廣泛應(yīng)用。保水劑吸水能力指保水劑吸水倍率，是衡量保水劑應(yīng)用性能的主要指標(biāo)，是其一切使用的基礎(chǔ)。根據(jù)在中國(guó)學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)、維普中文數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)優(yōu)秀博(碩)學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)(1985-2007)以及Elservier、Springer、Blackwell、ProQuest等檢索結(jié)果來(lái)看，國(guó)內(nèi)外提出了雙層醫(yī)用紗布過(guò)濾法、100目(100mesh)篩網(wǎng)法、100mesh尼龍布袋法、120mesh篩子法、80mesh篩子法等多種保水劑吸水能力的測(cè)試方法，個(gè)別使用的確良布過(guò)濾法。但由于釆用的測(cè)定方法不同，同時(shí)保水劑顆粒粒徑級(jí)配組合差異極大(不同粒徑保水劑吸水特性差異顯著)，導(dǎo)致吸水能力測(cè)量結(jié)果無(wú)從比較，同時(shí)保水劑生產(chǎn)廠家為推廣其產(chǎn)品，而往往會(huì)夸大其產(chǎn)品性能，因而統(tǒng)一吸水性能的測(cè)定與計(jì)算方法無(wú)論對(duì)于科研還是生產(chǎn)應(yīng)用無(wú)疑都是重要的。目前保水劑性能測(cè)試過(guò)程中測(cè)定方法與計(jì)算方法差異較大，從未考慮對(duì)吸水特性差異較大的粒徑級(jí)配。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種消除粒徑對(duì)保水劑吸水能力的影響誤差、確定合理的試驗(yàn)控制時(shí)間與相應(yīng)的吸水能力計(jì)算方法的一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法，包括以下步驟稱取待測(cè)保水劑，將所述保水劑浸泡在溶液中；分別經(jīng)過(guò)不同的時(shí)間間隔t吸液后，將經(jīng)過(guò)浸泡的保水劑凝膠倒在整個(gè)篩底上，控液到所述保水劑凝膠不再滴下液體后，用干燥器皿稱量保水劑凝膠質(zhì)量為Wt;根據(jù)所述保水劑凝膠質(zhì)量Wt,得到所述保水劑的相對(duì)吸水速率，當(dāng)所述相對(duì)吸水速率低于0.0005(g.g")/(g.g".min-1)實(shí)驗(yàn)停止；根據(jù)公式t/W=A+Bt進(jìn)行擬合，得到參數(shù)A、B的數(shù)值，B的倒數(shù)即為表示所述保水劑吸水能力的最大吸液倍率。其中，所述保水劑是不同直徑的顆粒，分別浸泡在溶液中。其中，不同直徑顆粒是指直徑大于3.0mm的顆粒和直徑介于2.0mm和3.0mm之間的顆粒，以及直徑介于l.Omm和2.0mm之間的顆粒。其中，對(duì)所述保水劑按不同顆粒直徑進(jìn)行篩分時(shí)，使用100目篩網(wǎng)。其中，經(jīng)過(guò)不同的時(shí)間間隔t吸液是指前三次時(shí)間間隔分別為l分鐘、2分鐘、3分鐘，以后的時(shí)間間隔均為8分鐘。上述技術(shù)方案僅是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提出了一種基于保水劑100mesh篩網(wǎng)法與保水劑溶脹動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算聯(lián)合應(yīng)用的保水劑吸水能力的測(cè)試方法，并確定了合理的試驗(yàn)控制時(shí)間、相應(yīng)的吸水能力計(jì)算方法等關(guān)鍵內(nèi)容，消除了粒徑對(duì)保水劑吸水能力的影響誤差。圖l是本發(fā)明實(shí)施例的一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的另一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法的流程示意3是本發(fā)明實(shí)施例保水劑A在(NH2)2CO溶液中的吸水能力分析圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例保水劑B在(NH2)2CO溶液中的吸水能力分析圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。袋濾法(包括尼龍袋、的確良布、紗布等)由于起過(guò)濾作用的部位容易受操作方法和個(gè)人習(xí)慣的影響，其數(shù)據(jù)重現(xiàn)性和可靠性相對(duì)較差。而篩網(wǎng)法由于篩子形狀固定，起過(guò)濾作用的篩底面積一定，不易受人為操作因素的影響，因此篩網(wǎng)法較為合適的?？紤]保水劑吸水過(guò)程中的溶脹、溶解過(guò)程，使用100mesh篩網(wǎng)最為合適，本試驗(yàn)亦采用100mesh篩過(guò)濾法。圖l是本發(fā)明實(shí)施例的一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法的流程示意圖，圖2是對(duì)圖1中的保水劑吸液能力的測(cè)試方法進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化的流程示意圖，下面結(jié)合圖l、圖2，介紹保水劑吸液能力的測(cè)試過(guò)程，首先需要對(duì)保水劑吸水能力進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，具體過(guò)程如下用精度為0.Glg的電子稱稱取5.00g的待測(cè)保水劑，將保水劑浸泡在一定數(shù)量的溶液中(最好釆用塑料、玻璃制品盛裝，以防止材料腐蝕)，一定間隔時(shí)間后將經(jīng)過(guò)浸泡的保水劑凝膠倒在整個(gè)篩底上，控液10-20min(以基本不再下滴液體為基準(zhǔn))后迅速用干燥器皿稱量保水劑凝膠質(zhì)量，得到保水劑在不同時(shí)刻的吸水倍率。稱量后再將保水劑放入溶液中吸水，重復(fù)上述試驗(yàn)過(guò)程。分別以lmin、2min、4min、8min的時(shí)間間隔(以后均以8min為時(shí)間間隔)進(jìn)行吸水、控水、稱量過(guò)程，當(dāng)相對(duì)吸水速率低于0.0005(g.g-l)/(g.g-l.min-l)實(shí)驗(yàn)停止。然后對(duì)保水劑的吸水能力進(jìn)行計(jì)算，吸水倍率計(jì)算如式(1)所S=(R-『d)/『d(1)式中S為吸水倍率；^為t時(shí)刻的保水劑水凝膠質(zhì)量；^為保水劑干膠質(zhì)量。相對(duì)吸水速率的計(jì)算如式(2)所示KH)/(A"『')(2)式中^為相對(duì)吸水速率；Af為時(shí)間增量。當(dāng)實(shí)驗(yàn)停止時(shí)的吸水倍率稱為飽和吸水倍率，這是目前保水劑吸水性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。保水劑吸水溶脹是一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程，保水劑凝膠內(nèi)水分?jǐn)U散速率可用Schott二階溶脹動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行描述。載(3)式中『^為保水劑最大吸水倍率(本發(fā)明提出的保水劑吸水能力評(píng)價(jià)指標(biāo))，即為吸水達(dá)到溶脹平衡的凝膠質(zhì)量；尺是速度常數(shù)。經(jīng)過(guò)變換則式(3)可變?yōu)檩d在范圍[O，t]和[O，^]內(nèi)對(duì)式(4)進(jìn)行積分，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>上一^^或=卜(9),爿爿(則保水劑凝膠的溶脹度的倒數(shù)與溶脹時(shí)間的關(guān)系可轉(zhuǎn)變?yōu)閠/W=A+B.t(10)這里的A和B是兩個(gè)常數(shù)，它們的物理意義被解釋如下在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的溶脹內(nèi)，說(shuō)>>」，則有萬(wàn)=1/『(=1/『_，即它是凝膠達(dá)到溶脹平衡時(shí)吸水量的倒數(shù)；相反在一個(gè)很短時(shí)間內(nèi)^價(jià)，則lim(cZ^/甸=1",通過(guò)回歸分析，則截距A表示初始溶脹速率的倒數(shù)。根據(jù)以上試驗(yàn)在不同間隔時(shí)間內(nèi)得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合公式(10)擬和，即可得到參數(shù)A、B的數(shù)值，因?yàn)?=1/『_，所以，保水劑最大吸水倍率『_即可求得。本測(cè)試方法可以進(jìn)行不同溶液類型、不同溶液濃度以及反復(fù)吸釋水等條件下保水劑吸水能力。下面以不同類型溶液條件下保水劑吸水能力的測(cè)試為例進(jìn)行本發(fā)明的具體過(guò)程分析。供試保水劑為A、B兩公司生產(chǎn)的聚丙烯酰胺-丙烯酸鉀交聯(lián)共聚物。試驗(yàn)前對(duì)保水劑干膠顆粒進(jìn)行篩分處理，分〉3.0mm、2.0-3,0mm、1.0-2.0mm三個(gè)粒級(jí)。供試化學(xué)藥劑為北京化學(xué)分析純廠生產(chǎn)的NaCl、(NH2)2CO、NH4C1、ZnC12、CaC12,供試水為北京屈臣氏水廠生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)用去離子水，溶液濃度為0.02Mol/L，每個(gè)試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)。準(zhǔn)備塑料盆(量程10L)108個(gè)、100mesh標(biāo)準(zhǔn)篩54個(gè)待用，按照上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)。用塑料盆盛裝配置好的溶液6-8L。用精度為O.Olg的電子稱稱取5.00g的待測(cè)保水劑，將保水劑浸泡塑料盆的溶液中，分別以lmin、2min、4min、8min的時(shí)間間隔(以后均以8min為時(shí)間間隔)進(jìn)行吸水、控水、稱量過(guò)程，當(dāng)相對(duì)吸水速率低于0.0005(g.g-l)/(g.g-l.min-l)實(shí)驗(yàn)停止，相對(duì)吸水速率根據(jù)公式(3)求得。表l保水劑飽和吸水倍率(g.g")<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表1顯示了不同溶液類型條件下飽和吸水倍率的測(cè)試結(jié)果，從中看出不同粒徑保水劑吸水倍率差異顯著，隨著粒徑降低保水劑飽和吸水倍率增加，從本質(zhì)上來(lái)講，對(duì)于同一種溶液而言決定保水劑吸水倍率的主要因素是親水性基團(tuán)和交聯(lián)密度，每一種類型保水劑的原材料、制作工藝均相同，那么粒徑影響保水劑吸水倍率的原因何在？究其主要原因是測(cè)試的時(shí)間遠(yuǎn)未達(dá)到保水劑最大吸水能力，僅僅是吸水速度較為緩慢。不同生產(chǎn)保水劑通常為不同顆粒粒徑的組合，沒(méi)有一定的規(guī)律，為此國(guó)內(nèi)外選用此指標(biāo)進(jìn)行保水劑吸水能力測(cè)試是不合理的。根據(jù)以上試驗(yàn)在不同間隔時(shí)間內(nèi)得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合公式(10)擬和，即可得到參數(shù)A、B的數(shù)值，從而得到圖1、圖3。圖1、圖3顯示了兩種保水劑在(NH2)2CO溶液中的分析過(guò)程，圖3中最上端的直線為粒徑大于3mm的保水劑A由公式(10)確定的直線，中間的直線是為粒徑介于23mm之間的保水劑A由公式(10)確定的直線，最下端的直線是為粒徑介于l~2mm的保水劑A由公式(10)確定的直線。由三條直線可以看出代表斜率的參數(shù)B分別為0.0034，0.0034，0.0032;參數(shù)A分別為0.2361,0,0932，0.0059。由圖3，可以看出，三條直線的幾乎平行，斜率一致，所以保水劑A最大吸水能力指標(biāo)為參數(shù)B的倒數(shù)。圖4中最上端的直線為粒徑大于3mm的保水劑B由公式(10)確定的直線，中間的直線是為粒徑介于23mm之間的保水劑B由公式(10)確定的直線，最下端的直線是為粒徑介于12mm的保水劑B由公式(10)確定的直線。由三條直線可以看出代表斜率的參數(shù)B分別為:0.0025,0.0026，0.0026;參數(shù)A分別為0.2739,0.0967,0.0118。由圖4，可以看出，三條直線的幾乎平行，斜率一致，所以保水劑B最大吸水能力指標(biāo)為參數(shù)B的倒數(shù)。從圖3、圖4可以看出，相關(guān)系數(shù)(R2)都在0.92以上，也進(jìn)而證實(shí)了利用Schott二階動(dòng)力學(xué)模型描述保水劑吸水溶脹過(guò)程的可行性，不同粒徑條件下斜率相等，則表明不同粒徑條件下保水劑最大能力相等。對(duì)于保水劑最大吸水倍率的分析結(jié)果如表2所示表2保水劑最大吸水倍率溶液類型粒徑保水劑A保水劑B溶月長(zhǎng)平衡倍率/g.g"溶5長(zhǎng)平衡倍率/g.g"(l/B)/『，(1/A)R2(l/B)/『，(1/B)R2去離子水>3mm294.124.240.98400.003.650.992-3mm294.1210.730.98384.6210.340.99l-2mm312.50169.490.99384.6284.750.97NaCl>3mm82.649.280.99102.045.390.992-3mm86.218.360.99108.708.180.99l-2mm90.0951.020.99116,2813.460.99NH4C1>3mm114.941.600.98138.891.380.952-3mm105.199,780.99128.213.170.98l-2mm107.5838.340.97117.5412.580.96(NH2)2CO>3mm287.743.660.98395.474.750.972-3mm292.5318.570.98389.6015.830.96l-2mm298.4492.440.97400.5379.880.97ZnCl2>3mm23.921.100.9927.012.620.992-3mm26.531.460.9829.502.460.98l-2mm—_—■~_—CaCl2>3mm26.183.730.9928.492.380.992-3mm23.047.940.9928.0110.490.99l-2mm—_—__—注表中鹽溶液濃度均為0.02mol/L,1/B表示保水劑的最大吸水倍率，1/A表示保水劑的初始溶脹速率。從表中可以看出不同溶液類型也顯示了同樣的結(jié)果，可見(jiàn)釆用保10水劑最大吸水能力指標(biāo)作為保水劑吸水能力評(píng)價(jià)是最為合理的，它能夠消除不同顆粒粒徑吸水特性差異引起的試驗(yàn)結(jié)果差異，也能夠反映出不同溶液類型中保水劑吸水能力的差異。由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明提出了一種基于保水劑100mesh篩網(wǎng)法與保水劑溶脹動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算聯(lián)合應(yīng)用的保水劑吸水能力的測(cè)試方法，并確定了合理的試驗(yàn)控制時(shí)間、相應(yīng)的吸水能力計(jì)算方法等關(guān)鍵內(nèi)容，消除了粒徑對(duì)保水劑吸水能力的影響誤差。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1、一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟稱取待測(cè)保水劑，將所述保水劑浸泡在溶液中；分別經(jīng)過(guò)不同的時(shí)間間隔t吸液后，將經(jīng)過(guò)浸泡的保水劑凝膠倒在整個(gè)篩底上，控液到所述保水劑凝膠不再滴下液體后，用干燥器皿稱量保水劑凝膠質(zhì)量為Wt；根據(jù)所述保水劑凝膠質(zhì)量Wt，得到所述保水劑的相對(duì)吸水速率，當(dāng)所述相對(duì)吸水速率低于0.0005(g.g-1)/(g.g-1.min-1)實(shí)驗(yàn)停止；根據(jù)公式t/W＝A+B·t進(jìn)行擬合，得到參數(shù)A、B的數(shù)值，B的倒數(shù)即為表示所述保水劑吸水能力的最大吸液倍率。2、如權(quán)利要求1所述的保水劑吸水能力的測(cè)試方法，其特征在于，所述保水劑是不同直徑的顆粒，分別浸泡在溶液中。3、如權(quán)利要求2所述的保水劑吸水能力的測(cè)試方法，其特征在于，不同直徑的顆粒是指直徑大于3.0mm的顆粒和直徑介于2.0mm和3.0mm之間的顆粒，以及直徑介于1.0mm和2.0mm之間的顆粒。4、如權(quán)利要求3所述的保水劑吸水能力的測(cè)試方法，其特征在于，對(duì)所述保水劑按不同顆粒直徑進(jìn)行篩分時(shí)，使用IOO目篩網(wǎng)。5、如權(quán)利要求1所述的保水劑吸水能力的測(cè)試方法，其特征在于，經(jīng)過(guò)不同的時(shí)間間隔t吸液是指前三次時(shí)間間隔分別為l分鐘、2分鐘、3分鐘，以后的時(shí)間間隔均為8分鐘。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種保水劑吸液能力的測(cè)試方法，包括以下步驟稱取待測(cè)保水劑，將所述保水劑浸泡在溶液中；分別經(jīng)過(guò)不同的時(shí)間間隔t吸液后，將經(jīng)過(guò)浸泡的保水劑凝膠倒在整個(gè)篩底上，控液到所述保水劑凝膠不再滴下液體后，用干燥器皿稱量保水劑凝膠質(zhì)量為W_t；當(dāng)相對(duì)吸水速率低于0.0005(g.g^-1)/(g.g^-1.min^-1)實(shí)驗(yàn)停止；根據(jù)公式t/W_t＝A+Bt進(jìn)行擬合，得到參數(shù)A、B的數(shù)值，B的倒數(shù)即為表示所述保水劑吸水能力的最大吸液倍率。本發(fā)明提出了一種基于保水劑100mesh篩網(wǎng)法與保水劑溶脹動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算聯(lián)合應(yīng)用的保水劑吸水能力的測(cè)試方法，并確定了合理的試驗(yàn)控制時(shí)間、相應(yīng)的吸水能力計(jì)算方法等關(guān)鍵內(nèi)容，消除了粒徑對(duì)保水劑吸水能力的影響誤差。文檔編號(hào)G01N5/04GK101251461SQ200810103188公開(kāi)日2008年8月27日申請(qǐng)日期2008年4月1日優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日發(fā)明者任樹(shù)梅,劉洪祿,李云開(kāi),楊培嶺,林雄財(cái),許廷武申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)