一種超高腐植酸含量的接枝型農(nóng)林用保水劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)資料制備領(lǐng)域，具體涉及一種超高腐植酸含量的接枝型農(nóng) 林用保水劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 保水劑是一種新型功能高分子材料，它能夠在短時(shí)間內(nèi)吸收自身重量幾十到上千 倍的水分，并且吸水膨脹后生成的凝膠在加壓條件下也不易析出水分。當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度降 低時(shí)，它可以將水分緩慢釋放出來(lái)，在農(nóng)林業(yè)使用時(shí)堪稱為植物生長(zhǎng)的"小水庫(kù)"。因此，保 水劑在保水抗旱、節(jié)水農(nóng)作物增產(chǎn)、植樹造林、沙漠治理、作物種子包衣、提高發(fā)芽率、防止 根部干燥、減少移植休克、提高成活率等方面都具有廣泛的用途。它可以作為土壤改良的保 水劑，用以改良土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤的透氣性和透水性，縮小土壤白天和晚上的溫 差。保水劑也可以作為苗木移植保存劑和種子包衣劑。此外，保水劑也可用于無(wú)土栽培、菌 種的培育和培養(yǎng)、蘑菇培育和生產(chǎn)、花盆的花卉栽培、果實(shí)、蔬菜及鮮花的生產(chǎn)與保鮮、保 水、儲(chǔ)存、保護(hù)、防霉、防腐等。
[0003] 然而從實(shí)際應(yīng)用情況看，目前農(nóng)用保水劑通常性能單一、沒有針對(duì)性的合成系的 保水劑。這類保水劑雖然具有較高的吸收去離子水的能力，但仍然存在以下幾方面問題： (1)耐鹽堿能力差。當(dāng)在土壤中施用時(shí)，市場(chǎng)上的農(nóng)用保水劑吸水倍率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其在去離 子水中的吸水倍率，所以非常不適用于我國(guó)中西部一些地下水硬度較高地區(qū)。（2)重復(fù)吸水 能力很差。由于易受水硬度影響，市場(chǎng)上的農(nóng)用保水劑重復(fù)吸水能力非常低，重復(fù)吸水放水 一兩次之后，其吸水倍率便不足初始吸水倍率的50%。（3)機(jī)械強(qiáng)度低，在土壤中容易破碎。 由于耐鹽堿性較差且重復(fù)吸水性不好，如果想提高保水劑重復(fù)吸水次數(shù)，只能盡量提高其 初始吸水倍率。這樣一來(lái)，其機(jī)械強(qiáng)度大大低于農(nóng)林業(yè)實(shí)際可使用水平。并且，初始吸水倍 率太高，會(huì)造成保水劑和作物根系搶水的惡果，非常不利于作物生長(zhǎng)發(fā)育。（4)市場(chǎng)上的農(nóng) 用保水劑，如果在土壤中長(zhǎng)期施用，易造成土壤板結(jié)、酸化，不利于作物根系呼吸。（5)市場(chǎng) 上的農(nóng)用保水劑生產(chǎn)成本高、價(jià)格昂貴，通常此類保水劑的市場(chǎng)價(jià)格在25000元/噸以上，無(wú) 法作為基本的農(nóng)用生產(chǎn)資料。（6)有些品種的農(nóng)用保水劑在土壤中難以自然降解，而能夠自 然降解的保水劑其耐鹽堿性和機(jī)械強(qiáng)度又非常低下。（7)性能單一。市場(chǎng)上的農(nóng)用保水劑只 具備吸水放水功能，完全沒有促進(jìn)作物吸收土壤中微量元素肥料的作用。（8)與正常施用于 作物的氮磷鉀肥的兼容性差。即市場(chǎng)上的農(nóng)用保水劑在施用了氮磷鉀肥的環(huán)境下吸水倍率 顯著降低，而在施用農(nóng)用保水劑的環(huán)境下，氮磷鉀肥的利用率也會(huì)大為降低。
[0004] 綜上所述，由于農(nóng)用保水劑的特殊性，迫切需要針對(duì)現(xiàn)有農(nóng)用保水劑的缺陷，研究 開發(fā)可為施用農(nóng)作物和林木的、具有抗旱保墑、促進(jìn)植被生長(zhǎng)、改善作物吸收、土壤微量元 素效率、可自然降解等多種特點(diǎn)，而且生產(chǎn)成本較低的農(nóng)林用保水劑產(chǎn)品。
[0005] 現(xiàn)已審批通過的與"腐植酸"關(guān)鍵詞相關(guān)的保水劑專利中，所提及的保水劑及其制 備技術(shù)與本專利申請(qǐng)中的保水劑及制備技術(shù)相比，主要的不足有兩點(diǎn)：（1)腐植酸含量過于 低下（申請(qǐng)?zhí)?201010253830 ·7、201410020559·0、201210299294·3、201110035599· 9)。因而， 造成了他們產(chǎn)品中腐植酸能夠發(fā)揮效力的能力低，保水劑成本較高的缺點(diǎn)；（2)腐植酸并未 參與保水劑的分子結(jié)構(gòu)，僅僅是通過表面處理(交聯(lián)），使腐植酸依附于普通保水劑顆粒表 面（申請(qǐng)?zhí)?00510090363 ·Χ、200910079875 ·4、201310676519 ·7、201310676511 ·0、 201310043860.9、201210244051.Χ、200510041929.Χ)。因而，此類保水劑一旦施用于土壤中 時(shí)，腐植酸會(huì)迅即被雨水或灌溉水沖刷進(jìn)土壤縫隙深處而流失掉。
[0006] 其中對(duì)于專利（申請(qǐng)?zhí)?01210299294.3)，其原材料和制備工藝與本專利申請(qǐng)有一 些近似之處，然而其所申請(qǐng)保護(hù)的保水劑及其制備方法卻有一些明顯不足。
[0007] (1)該專利需要預(yù)先準(zhǔn)備幾種不同溶液，然后才用以進(jìn)行下一步混合反應(yīng)。我們的 產(chǎn)品僅需要一個(gè)反應(yīng)器就可以，大大縮短了工藝流程和減少了生產(chǎn)線的投資。
[0008] (2)他們的產(chǎn)品是以丙烯酰胺為主體材料，腐植酸僅僅作為低含量的添加劑混入。 而我們的產(chǎn)品是以腐植酸鹽和淀粉為主要材料，腐植酸含量超高(可高達(dá)70%)。從分子結(jié)構(gòu) 角度來(lái)看，該專利所宣稱產(chǎn)品與我們的保水劑屬于兩種截然不同的產(chǎn)品。
[0009] (3)該專利制備方法反應(yīng)溫度太高，會(huì)導(dǎo)致腐植酸失去活性。因此，其制備方法并 不具備科學(xué)性。我們的反應(yīng)溫度適宜，在盡量保持腐植酸活性的同時(shí)，盡量縮短了反應(yīng)時(shí) 間。
[0010] (4)該專利制備方法中提及直接摻混氮磷鉀肥在保水劑中，是個(gè)錯(cuò)誤做法。行業(yè)內(nèi) 已有保水劑與氮磷鉀肥分開施用于土壤的共識(shí)，其描述方法并不具備科學(xué)性。
[0011] (5)該專利中所描述，形成粘稠膠狀產(chǎn)物后，混合氮磷鉀肥進(jìn)入的做法有疑點(diǎn)。因 為此時(shí)物料高度粘稠，甚至反應(yīng)釜中的攪拌槳不能正常施以攪拌，必須停機(jī)。如果強(qiáng)行攪 拌，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的惡果。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，混合氮磷鉀肥的方法并不能通過施以 攪拌來(lái)混合。如果強(qiáng)行投入氮磷鉀肥，不施加攪拌，則產(chǎn)物將會(huì)極度不均勻，產(chǎn)品質(zhì)量不過 關(guān)。因此，該專利此處描述并不具備實(shí)際可操作性。
[0012] (6)該專利中所描述產(chǎn)品顏色"黃黑色"，于業(yè)內(nèi)人士經(jīng)驗(yàn)來(lái)看不符合實(shí)際情況。腐 植酸的顏色極深，在水溶液中染色能力極強(qiáng)。以文中所述比例，產(chǎn)物只能為"棕黑色"，而不 能為描述的"黃黑色"。
[0013] (7)該專利中前述權(quán)利要求中原料僅有"丙烯酰胺"，可是后面應(yīng)用實(shí)例中莫名其 妙出來(lái)"丙烯酸"。存疑。因?yàn)?，此兩種原料其化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)能力截然不同，由二者所制備 的保水劑其吸水倍率、吸水速率及機(jī)械強(qiáng)度等性能參數(shù)差別異常巨大。該專利將二者混為 一談，甚至有機(jī)會(huì)誤認(rèn)為是一種化學(xué)品，并不具備科學(xué)性。
[0014] (8)該專利權(quán)利要求為保水劑，卻并無(wú)任何吸水倍率的數(shù)據(jù)提供存疑。由于沒有提 供其宣稱作為"保水劑"的基本性能參數(shù)，不能讓讀者了解其描述產(chǎn)品是否真正具備基本的 吸水能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種超高腐植酸含量的接枝型農(nóng)林用保 水劑及其制備方法。
[0016] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案： 一種超高腐植酸含量的接枝型農(nóng)林用保水劑，包括原料腐植酸鹽、淀粉、主交聯(lián)劑、輔 交聯(lián)劑和引發(fā)劑，以上原料在水溶液中聚合而成為超高腐植酸含量的接枝型農(nóng)林用保水 劑，所述原料的重量百分比為：腐植酸鹽30-70%;淀粉5-30%;主交聯(lián)劑5-35%;輔交聯(lián)劑 0 · 01 -0 · 5%;引發(fā)劑0 · 05-0 · 5%。
[0017] 所述主交聯(lián)劑為中和度60-80%的丙烯酸鹽。
[0018] 所述中和度60-80%的丙烯酸鹽為丙烯酸溶液和堿溶液中和的產(chǎn)物，所述堿溶液為 氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液和濃氨水溶液的任一種。
[0019] 所述堿溶液優(yōu)選為質(zhì)量百分比濃度20-40%的氫氧化鉀溶液、質(zhì)量百分比濃度20-40%氫氧化鈉溶液和體積濃度為20-30%的濃氨水溶液的任一種。
[0020] 所述輔交聯(lián)劑為N，N 亞甲基雙丙烯酰胺。
[0021 ]所述引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀的任一種。
[0022] -種超高腐植酸含量的接枝型農(nóng)林用保水劑的制備方法，包括以下步驟:a、向反 應(yīng)器中加入5~30 g淀粉和100 g水，攪拌加熱至50~90°C，并保持此溫度20~60分鐘糊化;b、 將步驟a制得的糊化物冷卻至50°C，加入5~35 g丙烯酸，充分?jǐn)嚢?小時(shí);c、加入一定濃度的 堿溶液，調(diào)節(jié)丙烯酸鹽使其中和度至60~80% ;d、加入30~70 g腐植酸鹽，充分?jǐn)嚢柚辆鶆颍?e、 加入0.01~0.50 g 亞甲基雙丙烯酰胺和0.05~0.50 g過硫酸銨，攪拌5-10分鐘； f、 將反應(yīng)液升高溫度至70~80°C進(jìn)行反應(yīng);反應(yīng)1-2 h至形成粘稠凝膠狀產(chǎn)物時(shí)停止反應(yīng)； g、 冷卻至室溫，取出產(chǎn)物，切成小塊，干燥，用粉碎機(jī)粉碎得到不同粒徑的超高腐植酸含量 的接枝型農(nóng)林用保水劑。
[0023]步驟C中的溫度為40°C及以下。
[0024] f步驟中的溫度為80°C及以下。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： 1、我國(guó)具有豐富的煤炭腐植酸資源，已探明儲(chǔ)量約2000億噸。采用煤炭腐植酸為主要 原料合成保水劑，決定了其必將具有低廉的原料價(jià)格，可使腐植酸基保水劑的成本降到最 低，為占據(jù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)提供了不可比擬內(nèi)在和外在條件，也為企業(yè)提供了極強(qiáng)的抗經(jīng)濟(jì) 風(fēng)險(xiǎn)能力。腐植酸是構(gòu)成土壤營(yíng)養(yǎng)成分的重要物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)中分布有羧基、酚羥基、醇羥基、 醌基、甲氧基、氨基、羰基等活性功能基團(tuán)，具有絡(luò)合能力及較高的吸附能力、刺激植物生長(zhǎng) 發(fā)育、增加作物的抗逆性、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)植物營(yíng)養(yǎng)狀況的功效。由于腐植酸特殊 的理化和生物活性，其被制成各種形式的液肥和復(fù)合肥，并被大量應(yīng)用于農(nóng)林、園藝領(lǐng)域， 均取得了良好的生態(tài)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。
[0026] 2、本發(fā)明選取可溶性腐植酸鹽為原料，將腐植酸鹽-淀粉共聚后，獲得了一種能夠 自然降解的、對(duì)施用農(nóng)作物和林木具有針對(duì)性的、腐植酸基農(nóng)用保水劑。本發(fā)明的保水劑以 腐植酸鹽和淀粉為構(gòu)成保水劑的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主體，使得保水劑具有高機(jī)械強(qiáng)度、多樣 化的親水基團(tuán)和可降解等多種功能。丙烯酸鹽和Ν,Υ-亞甲基雙丙烯酰胺分別作為主輔交 聯(lián)劑，使得保水劑的三維網(wǎng)格具有大小不同的尺寸，有利于提高保水劑機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明的 保水劑可使土壤中形成較多和較大的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤疏松、多孔，改善土壤的透水