当今科研的保水剂及其在土壤中的应用

2012/5/12 8:09:12

一、发展历史 干旱问题的日益突出使得各国科学家开始研究解决干旱问题的有效方法。1965年，美国科学家开发了聚乙烯醇等高分子吸水材料，用作土壤保水剂，这些材料即使施加压力，吸水也很难，吸水倍率为自身重量的20至30倍。由于生产规模小，售价较高，只在园林方面有部分应用。

1974年7月，美国农业部北方研究所发明了淀粉一丙烯腈接枝聚合进而水解得到的高吸水聚合物，其吸水倍率之高令人瞩目。但只是近10年才真正得到较大规模的应用，原因是农林业需要较长时间的考察评价，其推广和工业化过程也较工业品周期长。1978年，日本三洋公司引入生产技术后, 使吸水性树脂在卫生用品方面得到了飞速发展，至今，吸水性树脂的95%用于卫生用品。市场行为也促使科研机构更注重这一领域的研究。

　　二、特点 SAP是一类功能性高分子聚合物，英文全称为Super Absorbent Polymers。这类物质含有大量结构特异的强吸水基团，它能吸收自身重量几百倍的水分。由于分子结构交联, 分子网络所吸水分不能用一般物理方法挤出，故具有很强的保水性。作为一类新型功能性材料，应用已涉及多个领域。除卫生用品和农林外，已介入电缆、医疗、土木建筑和食品保鲜等10多个行业。

根据原料及合成方法的不同，SAP可分为淀粉系、纤维素系和合成树脂系三类。淀粉系和纤维系又分为接枝聚合和羧甲基化两种。合成树脂系包括聚丙烯酸盐、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺等。目前，SAP主要为合成树脂系和淀粉接枝共聚交联物。

保水剂(Water-retaining agent)是国内外对农用SAP的统称，它与其他用途的SAP在合成原料和性能上有所区别。目前国际上保水剂共分为两大类，一类是丙烯酰胺--丙烯酸盐共聚交联物(简称聚丙烯酰胺型), 另一类，是淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物(简称淀粉接枝型)。聚丙烯酰胺型的特点是：使用周期和寿命较长，凝胶强度高, 颗粒状产品在土壤中的蓄水保墒能力可维持4至5年，是主流产品，发达国家的产品多属此类。淀粉接枝型的使用寿命最多能维持一年。丙烯酸盐是极为活泼的聚合单体，合羧基，呈离子性，其聚合交联物吸水能力和速率很强，但耐盐和稳定性较差，寿命短。淀粉是天然高分子，价格便宜但易于降解，其吸水能力较聚丙烯酸盐差。丙烯酰胺是具极性而相对惰性的单体，其聚合物吸水倍率较聚丙烯酸盐差，但稳定性和耐盐性好。保水剂的合成就是综合了上述成分的特点优化组合的结果。丙烯酸盐可能是钾型，也可能是钠型，钾较钠贵得多，但钾盐比钠盐好。如果其盐完全是钠型的，对植物和土壤不利。

一般来说，同样组成的聚合物交联度越低，吸水倍率和速率相对越高，其保水性、稳定性和凝胶强度就越低，反之亦然。所以，对于使用周期较长的保水剂自然需要较高的交联度，并不片面追求吸水倍率和速率。凝胶程度高的保水剂吸水后有一定的形状，不易解体，吸放水的可逆性好，所吸水的80%至95%能够被植物利用，因其吸持和释放水分的胀缩性，可使周围土壤由紧实变为疏松，从而在一定程度上使土壤结构和水热状况得到改善。由于保水剂可能要掺入地下5至15厘米，国际上现在更强调加压下的吸水倍率。聚丙烯酰胺型加压下吸纯水倍率150至300倍，淀粉接枝型可达600倍。保水剂可与肥料、农药和植物生长调节剂等复配使用, 并使它们缓慢释放。

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