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1、10种保水剂基本特性对比研究保水剂是一种高分子化合物，可以吸持是自身重量数百倍的水分 I2 J。1969年，美国农业部北部研究中心(NRRC)首先研制出淀粉接枝聚丙烯腈类保水剂，并于20世纪70年代中期将其利用于玉米、大豆种子涂层、树苗移栽等方面，取得良好的效果，随后世界各国竟相研制保水剂。1974年，保水剂在美国Granproce ssingco公司实现了工业化生产。随后日本重金购买了其专利，迅速赶上并超过了美国，相继开发了聚丙烯酸盐等一系列高吸水性树脂，成为目前世界上生产和出口保水剂最多的国家。目前世界已有30多个国家在进行着保水剂的研究和应用 。 我国保水剂研制和应用始于20世纪80年代
2、中期，发展较快。全国有40余个单位研究开发，并陆续应用于农林生产领域，但未批量化。90年代以来，一批新型保水剂厂家和产品陆续问世。例如，中国矿业大学(北京)利用风化煤研制出腐殖酸复合保水剂；1998年，河北保定市科瀚树脂公司科技人员采用生物实验技术研制成功“科瀚98”系列高效抗旱保水剂；2003年南京工业大学利用高科技新工艺研制成了新一代生物聚合高效吸水材料丫聚谷氨酸(了一PGA)，能吸收比植物自身重1 1084倍的自然水。中国科学院兰州化物所研制出凹凸棒复合保水剂，在胜利油田长安实业(集团)公司有限责任公司建成3 000 ta的生产线，率先在国内实现了有机无机复合保水剂的产业化；唐山博亚科技
3、(集团)有限公司研发12个系列农用保水剂产品，年产保水剂15万t，被农业部命名“国家保水剂生产示范基地”。 目前，生产保水剂的厂家众多，国家还没有出台保水剂产品的统一的标准。为了使保水剂的使用者了解保水剂的特性和正确使用保水剂，笔者对东莞普华实业有限公司等单位提供的10种保水剂的保水剂特性进行了研究，希望为厂家制定生产规范和用户正确使用保水剂提供参考依据。1 材料与方法11 保水剂 N ：法国SNF农林业保水剂(购于北京绿色奇点有限公司，N 粒径05 mFI1是小颗粒)；N2：法国SNF农林业保水剂(购于北京绿色奇点有限公司，N 粒径2 mm是大颗粒)；H1：旱露植保保水营养缓释剂(北京绿色奇
4、点有限公司提供)；B：博亚高能抗旱保水剂(购于博亚科技有限公司)；S：美国四达抗旱保水剂(购于四达公司北京办事处)；Hm：华美抗旱保水剂(购于北京华美有限公司)；K：“科瀚98”高吸水树脂抗旱保水剂(保定市科瀚树脂有限公司提供)；Ph：普华高能抗旱保水剂(东莞普华实业有限公司提供)；J：稷丰农林保水剂(广州德一丰生物有限公司提供)；Hs：鸿森保水剂(西安鸿森农业生态有限公司提供)。12 不同保水剂性能测定 主要包括在纯水中的吸水(液)倍率、吸水速率、保水性、反复吸水性和对01 、05 、1 、15浓度下氮肥(尿素CO(NH2)2)、钾肥(K2S04分析纯)、磷肥(NH4)2HP04分析纯肥料溶
5、液的吸液性能等指标。所有保水剂粒径为051 mm之间(除法国SNF农林业保水剂N2)，所测试验处理均设3个重复。13 测定方法L -6 1.3.1 不同保水剂吸水倍数(Q)的测定依据下式计算： 式中，m1，m2为干、吸水饱和后的保水剂质量。 1.3.2 不同保水剂吸水速率的测定按照测定吸水倍率的过滤方法称取保水剂1 g数份，分别置于水和不同溶液中静置，依次以不同时间进行过滤称量，得到保水剂在不同时间的吸水速率。 1.3.3 不同保水剂保水能力测定 1)在土壤中的保水率。 称取充分烘干的土样(陕西关中蝼土)50 g于蒸发皿中，分别加入相当于土样质量01的保水剂(05 g)，并以相同质量土壤不加保
6、水剂作对照，再加入50 mL蒸馏水，放置室内让其自然蒸发，每12 h称重一次，记录土壤的水分蒸发量，直至恒重不变为止。 2)加热蒸发条件下的保水率。 按下式计算保水率QrQr： (W We W )Wl叫式中，w 为烧杯与溶胀的保水剂总质量；We为烧杯质量；w 为干保水剂重；Ww 为初始水的重。 134 保水剂反复吸水次数测定通过对保水剂进行吸水一烘干一再吸水一再烘干这一可逆反应的测定。2 结果与分析21 不同保水剂在不同肥料溶液中的吸水倍数比较 吸水倍数是衡量保水剂应用性能的最主要指标评价之一，而不同浓度的不同肥料溶液的吸水倍数在实际生产应用中更是尤为重要。由表l可以看出：在纯水情况下都有相对
7、较高的吸水倍数，可以吸收自身质量的几百倍，其中Hs最高，达640多倍，比最低的Hl高593；但肥料溶液对所有保水剂吸水倍数有着不同的影响，在CO(NH2)2溶液中，部分保水剂随CO(NH2)2溶液浓度的增大其吸水倍数相对增大，(这试验结果与黄占斌等“保水剂与氮肥配合施用，吸氮量的氮肥的利用率可提高2706”的结果一致)，尤其是保水剂N1、N2、K和H在15浓度中的吸水倍数还高于纯水吸水倍数；在K2SO4和(NH4)2HP04溶液中所有的保水剂吸水倍数都急剧的降低，并随溶液浓度的增大其吸水倍数降低相当显著：K2SO4溶液浓度从01上升到15 ，N1、N2、H1、B、S、Hm、K、Ph、J、Hs吸
8、水倍数就分别下降了942、963、952、838 %、955% 、769 %、73 .6%、 97.2%、91.7%、965，下降幅度多数都在90以上，特别是在15K2So4溶液，大部分保水剂的吸水倍数仅有纯水的九十分之一到百分之一。从上述分析得出，在相同浓度条件下，B、Hm、K和Hs四种保水剂相对其他保水剂其吸水倍数较高，但Hs在K2SO4溶液中受溶液浓度的影响较显著。 N1和N2保水剂的化学成分均相同，只是粒径不同(N】粒径05 mm，N2粒径2 mm)，从表1可以看出，两种保水剂在不同溶液中的吸水倍率在纯水和尿素溶液中，粒径对保水剂的吸水倍率几乎没有影响；在磷肥和钾肥溶液中，粒径不同，保
9、水剂的吸水倍率略有差异，但相差不大。故认为粒径对保水剂吸水倍率影响不大。22 不同保水剂吸水速率 吸水速率是保水剂应用性能又一关键性评价指标。它是指单位质量保水剂在单位时间内能吸收相当于自身质量多少倍的水溶液，是衡量保水剂能否快速吸水的一个重要指标。 221 不同保水剂在纯水中的累积吸水量 由图1可看出，在1 min时B、K、J和Hs保水剂都能较快地吸水，吸水倍数在100倍以上，在吸水5 min后其吸水量分别达到60 min时吸水量的804、777、841、761 ；而大颗粒N2最低，在吸水5 min后，保水剂的吸水量仅达到60 min时吸水量的133 ，说明B、K、J和Hs保水剂的吸水速度比
10、较快，能迅速吸收外来水，更适合于生产应用。222 颗粒对保水剂吸水速率的影响 选择法国SNF农林业保水剂N1(粒径05 mm)和N2(粒径2ram)保水剂作为研究对象，以纯水为例，结果如图2。 从图2可以看出，随着时间的变化， 保水剂吸水速率几乎不变，在03133 gmin之间，变幅非常小，甚至在05 min内其吸水速率一直在减小，这在农林应用上是非常不利的；而N，保水剂在整个过程中的变幅则比较大，在041016 gmin之间，在前5 rain，其吸水速率都很高，这与其他保水剂在纯水中的变化规律是一致的。因此就吸水速率来说，法国SNF农林业保水剂(N2)表现较差，不适合在农林上采用。可见，粒径
11、对保水剂吸水速率影响很大。23 不同保水剂保水能力 保水剂的保水能力指的是吸水后的膨胀体保持其水溶液不离析的能力，是反映所获溶液是否能被充分地利用并长期加以应用的一项重要指标 J。 231 在土壤中的保水率 室内自然条件下(前26 d和后15 d室内相对湿度平均分别为55 和50 ，温度平均为19 和2l)，土壤中的保水率测定结果表明，与对照相比，保水剂都具有明显的保水效果；在15 d后，失水量最低的保水剂为K，最高的为s；在8 d后，B、Hm、K、Hs具有较高的保水率，与对照相比保水效率分别增加了289、285、273、272；在26 d时，对照基本蒸发结束；通过持续观察，与对照蒸发结束的天
12、数，N 、Hl可以延长10 d，N Hm、Ph和J可延长13 d，K、Hs、B、S可延长15 d。 232 颗粒对保水剂失水速率的影响 以法国SNF农林业保水剂(N1、N2)为研究对象，结果如下图3所示。 从图3可以看出，虽然两种保水剂粒径相差很大，但是它们的失水速率相差却非常小，最大仅为03gd，且总体变化趋势一致，因此可以说，粒径对保水剂失水速率影响不大。 233 加热蒸发条件下的保水率通过在加热蒸发条件下观察不同保水剂的保水率，其测定结果见表3。在恒定温度(6o)的烘箱中加热120 rain后，所有保水剂保水率都在85以上，B、S、K、Hs四种保水剂的保水率要高出最低的Hm保水剂34 ，
13、随着加热的时间延长(加热360 rain)，其变化规律和120 min各保水剂蒸发量相近，仍然是B、S、K、Hs四种保水剂的保水率仍然高于其他保水剂，说明这4种保水剂在加热条件下，性能较稳定。24 不同保水剂反复吸水次数的比较 保水剂随吸水次数增加吸水倍率变化采用折线图分析(图4)。从图4可以看出：随着反复吸水次数的增加，所有保水剂的吸水倍率都在下降。在经过l0次反复吸水一烘干一再吸水后，除B、Hs降幅较大外(分别为518和524)，其他8种降幅相对较为稳定，Nl、N2、HI、S、Hm、K、Ph、J的降幅分别是279、195、256 、209弼、368、291 、l21 、l8 、374 ，在
14、经过25次反复吸水一烘干后，N2、S、Hm、Ph四种保水剂其吸水倍率仍能达到150倍以上。 从图4可以看出：不同粒径的保水剂N，、N：随反复吸水次数增加，其吸水倍率变化相差不大，变化最小为63 gg，最大为653 gg。而相对于其400倍的吸水倍率来说，这种变化相对较小，因此可以说，随着反复吸水次数增加，粒径对保水剂的吸水倍率影响不大。3 结论 1)所有保水剂在纯水中都有较高的吸水倍率，可以吸收相当于自身质量300倍以上的水分。但其吸水倍率受尿素，钾肥和磷肥浓度的制约，同一种肥料随着浓度的升高这种制约作用越明显，但相同浓度的三种肥料对保水剂吸水倍率影响也不相同，磷肥对它的抑制作用最大，钾肥次之
15、，尿素对它的抑制作用最小。可见，肥料溶液中的阳离子所带电荷越多，其对保水剂吸水倍率的抑制作用越明显。 2)保水剂在前五分钟吸水速率较快，能迅速吸收外来水，尤其是第一分钟的吸水速率是整个过程中最大的，这与保水剂的应用特性有关保水剂的吸水速率同样受尿素，钾肥、磷肥和盐溶液浓度的制约，同一种肥料随着浓度的升高这种制约作用越明显。 3)通过实验证明，这10种保水剂都具有较高的保水能力和较强的反复吸水能力。B、S、K、Hs四种保水剂的保水能力要好于其他保水剂；在经过25次反复吸水一烘干后，N2、S、Hm、Ph四种保水剂其吸水倍率仍能达到150倍以上。 4)保水剂颗粒大小对吸水倍率、保水能力和反复吸水次数影响均不大，而对吸水速率有较大的影响；在实际应用特别是农林业中，大粒径保水剂吸水速度低，会影响在较短的时间内对外来水的快速吸收。
10种保水剂基本特性对比研究要点
