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20世紀50年代以前人類使用的吸水性材料主要為天然物質和無機物。例如天然纖維、天然蛋白質。50年代,Goodrich公司開發了交聯聚丙烯酸的生產技術,使得吸水性高分子物質應用于增黏劑。

超強吸水性樹脂的出現是1961年美國農業部北方研究所C.R.Russell等從淀粉接枝丙烯腈開始研究,該吸水性樹脂最初在亨克爾股份公司(Henkelcorporation)工業化成功,其商品名為SGP(Starch Graft polymer),當時美國主要以農業為中心積極推廣應用,首先應用在土壤改良、保水抗旱、育種保苗等方面。

60年代末至70年代,美國Starch、General Mills Chemical,日本住友化學、三洋化成工業等公司相繼成功地開發了高吸水性樹脂。其中成效最大的是美國、日本、法國和德國等。

80年代開始出現用其他天然化合物衍生物經化學反應制取吸水性物質,合成超強吸水性樹脂的發展,促進應用研究的開展。

吸水性復合材料在20世紀80年代產生。由于它能改善超強吸水性樹脂的耐鹽性、吸水速度、吸水后水凝膠的強度等許多性能,所以發展迅速。近年已開始研究吸水性高分子物的共混技術。這些為發展高吸水性材料提供了更加廣闊的前景。

中國高吸水性樹脂的研究工作起步較晚,80年代開始起步,近20年來全國已有近20個單位先后進行了研究,有的已轉入中試階段,并有小批量的生產。目前國內已有批量生產能力的廠家,這些生產廠的產品都是聚丙烯酸鈉或淀粉接枝聚丙烯酸鈉,該類產品質量,除了化合物組成本身外,主要還和設備、技術、工藝有關。國外進口產品主要有比利時TC(Terra Cottem 土壤植被與科特姆簡稱),法國SNF的AQUASORB保水劑,德國Stockhau Sen生產的Stocksorb保水劑,隨著國家對生態環境建設投資加大和重視,國內保水劑類產品研究、開發、生產呈現一輪高潮。

由于分子結構交聯,分子網絡所吸水分不能用一般物理方法擠出而起到保水作用。

由此,同樣組成的聚合物交聯度越低,吸水倍率相對越高,其保水性、穩定性和凝強度就越低,反之亦然。所以,國際上對于使用周期較長的保水劑自然需要較高的交聯度,并不追求高吸水倍率和速率。以聚丙烯酰胺為例,其表觀倍率并不高,吸水速率也依粒徑不同差別很大,凝強度高的保水劑吸水后有一定形狀,不易解體,利于土壤透氣,吸放水可逆性好。因為保水劑一般摻入地下5至15厘米,故國際上現在更強調加壓下的吸水倍率。依粒徑不同,聚丙烯酰胺型吸純水倍率150-300。

聚丙烯酰胺——聚丙烯酰胺呈白色顆粒晶體狀,主要成分為:丙烯酰胺65%-66%+丙烯酸鉀23%-24%+水8%-10%+交聯劑0.5%-1.0%。在國際上,法國、德國、日本、美國和比利時等國所生產的保水劑大多屬于這類成分的產品。該產品的特點是:使用周期和壽命較長,在土壤中的蓄水保墑能力可維持4年左右,但其吸水能力會逐年降低。據黃土區造林試驗觀察,使用該類保水劑造林后的當年,其吸水倍率維持在100-120倍,第二年吸水倍率降低20%-30%,第三年降低約40%-50%,第四年降低更多。

聚丙烯酸鈉——聚丙烯酸鈉為白色或淺灰色顆粒狀晶體,主要成分有:聚丙烯酸鈉88%(其中含鈉24.5%)+水8%-10%+交聯劑0.5%-1.0%。國內生產的保水劑大多是這種成分的產品。其主要特點是:吸水倍率高,吸水速度快,但保水性能只能保持2年有效。據造林試驗觀測,這類產品的吸水能力和吸水速率明顯高于聚丙烯酰胺產品,在土壤中如遇充分給水,0.5-1.0小時后便迅速吸收自重的130-140倍的水分;但第二年的吸水倍率要降低約60%左右。由于聚丙烯酸鈉會造成土壤中鈉離子含量的遞增,林業和農業用保水劑的生產廠家大多改為生產聚丙烯酸鉀或聚丙烯酸銨。

淀粉接枝丙烯酸鹽——淀粉接枝丙烯酸鹽為白色或淡黃色顆粒狀晶體,主要成分為:淀粉18%-27%+丙烯酸鹽62%-71%+水10%+交聯劑0.5%-1.0%。這種產品在用于造林地蓄水保墑時,使用壽命一般只能維持1年多的時間,但吸水倍率和吸水速度等性狀極佳。據實驗室對黃土浸提液的吸水對比試驗,該類保水劑在遇水后的15-20分鐘內即可吸收自重150-160倍的水分。

土壤保水劑和防水土流失劑到最終分解物為二氧化碳,水,氨態氮和鈉或鉀離子,無任何殘留。

2、保墑省水.可有效抑制水分蒸發,防止水土流失,即使在有灌溉的條件下,仍然可省水50%以上。

3、改善土壤結構.使粘重土壤,漏水肥的沙土和次生鹽堿土壤得以改良.同時促進土壤微生物發育,提高土壤有機物的周轉利用效率。

4、使用壽命長.集多種聚合物之特性,可反復吸水膨脹和釋放收縮,在生產中使用壽命可達6年以上,是目前市場上使用壽命最長的土壤保濕產品。

5、吸水速度快.一般自然水吸至飽和最長時間約為15-40分鐘,最快0.4分鐘。

6、水肥利用率高.土地保水劑在土壤中形成的"小水庫"接受施肥,灌溉(或降雨)造成淋溶流失的微量元素減少1/3,保護環境;當再次干旱時,吸足水的保水劑使周圍的土壤保持潮濕,以供給植物根系水分.即使在沙漠地區和極端的干旱氣候,在年降雨量達200mm時,也可種草植樹。

7、蓄水不爛根吸足似水的保水劑分子膨脹成為水凝膠晶體,即使緊靠植物根系也不會爛根。

8、性能穩定即使是極端的干旱,也不會倒吸植物水分。

2、保肥.因為保水劑具有吸收和保蓄水分的作用,因此可將溶于水中的化肥,農藥等農作物生長所需要的營養物質固定其中,在一定程度上減少了可溶性養分的淋溶損失,達到了節水節肥,提高水肥利用率的效果.

3、保溫.保水劑具有良好的保溫性能.施用保水劑之后,可利用吸收的水分保持部分白天光照產生的熱能調節夜間溫度,使得土壤晝夜溫差減小.在砂壤土中混有0.1%~0.2%的保水劑,對10厘米土層的溫度監測表明,對土溫升降有緩沖作用,使晝夜溫差減少為11~13.5℃,而沒有保水劑的土壤為11~19.5℃.

4、改善土壤結構.保水劑施入土壤中,隨著吸水膨脹和失水收縮的規律性變化,可使周圍土壤由緊實變為疏松,孔隙增大,從而在一定程度上改善土壤的通透狀況.

1、草坪:在新建草坪上的應用極為廣泛:出苗率高,成坪快,保濕時間長,施工簡便.多用于高爾夫球場,足球場。

方法A在整地時將保水劑按比例(根據土壤類型和保墑情況每平方米播撒20-50g)撒在碎土地表,用鐵齒耙梳理拌勻整平,灌足水即可等待播種;

方法B將保水劑與草種按上述比例混播,但播后需覆上表土,方能撒水澆透.如灌溉不便的干旱地段,在澆水時干撒或噴灑(用量:乳狀0.2-0.4kg/畝,干粉0.08-0.15kg),以減少水分蒸發.

方法C在已成坪的草坪上施用保水劑,將草修剪至5cm以下并清理干凈后,按比例每平米不超過40g(可與草坪肥混播),之后用鐵齒耙松土,使其能與土壤充分結合均勻,灌水即可。

方法D公路護坡,巖石綠化通常采用高壓罐車噴播(該方法僅限于使用),根據噴播載體性質增減用量或搭配比例.混合噴播用量少,成本低. 護坡(中性沙壤土為例)每平方米使用干粉6-10g;

巖石綠化(又稱植被混凝土)的載體多為人工混凝土骨架,受養分和水資源的約束,混合比例略有提高每平方米使用干粉9-15g.

2、牧草:在年降雨量不足200mm的荒漠或純沙地惡劣地帶,一般選種較為抗旱的豆料,菊科牧草品種居多,可以用MP3005S進行種子"保濕包衣",簡便節省,能有效促進種子發芽,提高發芽率;山地,平原種植牧草,將保水劑與種子混合播種,在年降雨量200mm以上可不用灌溉.

植樹

1、蘸根——根據需要蘸根的苗木數量,將保水劑攪入30升水中(視水的硬度適量增減),充分攪拌溶解后即可浸根移栽(可根據苗木根系情況,按比例加入已經稀釋的生根劑,以促進根系生長).如需長途運輸,用塑料薄膜包扎根部或密封保鮮運輸,以防止干枯,提高成活率.

2、灑根——在移栽幼苗時(在沙地,沙壤土的情況下),在回填熟土至苗根處,按15-25g/株撒入保水劑,充分與碎土拌勻,填土灌足水即可;如是土壤粘性較強,需要成比例挖大坑穴,沙拌土回填至苗根下10cm處,將事先吸足水的保水劑與土壤(最好再加少量沙)充分混合回填壓實,地表覆土.

3、挖溝拌土——三年以上的大樹,在其樹冠投影垂直約2/3處環繞挖溝(寬25cm,深不超過40cm,但要防止傷根),將保水劑與碎土混合(按0.3‰加保水劑)回填,覆土后留出凹槽,灌水再覆土(若是山地或其它無法灌溉的地區可吸足水后使用).

4、沙漠植樹時直接用保水劑襁褓.大樹移栽方法同"2",數量按比例增加.

拌土又可分為直接拌土和復配拌土,復配拌土又可引出噴播。直接拌土一般是種樹,采用原始粒徑在2-4mm,4-6mm的顆粒,以0.1%干重拌于有效根系周圍。復配拌土既可采用上述顆粒,也可采用0.85-2mm和粉末的0.3-0.85mm兩個粒徑。噴播表層時采用粉末保水劑,噴播內層時最好采用0.85-2mm顆粒,此規格保水劑有更好的保水性,更長壽命,更好的透氣性。一旦遇高溫干旱,土壤不易板結。0.1%拌土可節水50%-70%,節肥30%以上。

拌種和包衣在環境治理中可隨草種、灌木種撒播、飛播,可為種子提供一個小水庫,使種子早發芽,有利于出苗和壯苗。

沾根是簡單的方法,把超過50目細末放于溶有生根粉的水中攪拌20分鐘,裸根苗浸上30秒可使裸根苗長途運輸,減少脫水而縮短緩苗期,提高成活率15%-20%。

1、保水劑的使用壽命在2年左右。

2、保水劑的吸水倍率通常在300以上,但是隨著使用時間的增加,吸水倍率會減小。

3、以淀粉為主要原料的保水劑會自動降解,不會對環境造成危害,如果化學原料的就沒有保障了。