[發明專利]一種保水型肥料的制備方法

有效

• 申請號: 201210095293.7
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102603420A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王康
• 申請（專利權）人: 王康
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00;C05F3/00
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技術領域

本發明屬于高吸水性樹脂領域，具體涉及保水型肥料的制備方法。

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背景技術

我國是一個農業大國，農業是國民經濟的基礎，是無法取代的第一產業。現代農業是以低投入、高產出、高效率和可持續發展為特征。而與此密切相關的化肥工業和水資源利用更是現代農業生產和發展的重要物質基礎?；试谵r?業生產中占有重要的地位。根據聯合國糧農組織(FAO)估計，發展中國家糧食的增產中，其中55%來自化肥的作用。但是由于揮發、流失、滲透等因素，目前在我國化肥的當季利用率中，氮肥約為30-35%，磷肥約為10-25%，鉀肥為35-50%，遠遠低于發達國家水平。低的肥料利用率不僅造成巨大的經濟損失，而且還會導致嚴重的環境污染，例如水體的富營養化，農田氮素逸出對大氣層特別是臭氧層的影響等，進而對人體的健康構成了很大的威脅。因此，提高肥料的利用率，減輕其對環境的污染，發展可持續高效農業已經成為各國共同關注的問題。

干早缺水是制約我國農業發展和加速土地荒漠化的重要因素。據國家有關的統計資料表明，我國荒漠化土地面積262.2萬km'，占國土總面積的27.4%，每年因荒漠化造成的直接經濟損失達540億元。大面積顆粒無收的情況在很多地區經常發生。我國農業用水占水資源消耗的80%左右，然而全球水資源危機使得灌溉農業也必須走保水節水的發展途徑。因此，提高農田水分利用率是我國農業的中心任務。

近年來，在土壤中使用吸水性聚合物尤其是高吸水樹脂來改善植物的營養和水分狀況己經引起人們廣泛關注。研究發現，在農業上使用吸水性聚合物對于改良土壤物理性質、促進種子發芽和出苗、提高幼苗的成活率、降低植物對灌溉的需要、提高養分利用率等多方面都很有潛力，并已得到了廣泛應用，高吸水樹脂的實際推廣還很缺乏。主要原因如下：一是合成高吸水樹脂價格偏高；另外一個主要原因是功能單一，難以滿足植物營養的多方面的需求。

高吸水樹脂是一類含有親水基團和交聯結構的大分子，最早由Fanta?等采用淀粉接枝聚丙烯腈再經皂化制得。按原料劃分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纖維素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)幾大類。其中聚丙烯酸系高吸水樹脂較淀粉系及纖維素系相比，具有生產成本低、工藝簡單、生產效率高、吸水能力強、產品保質期長等一系列優點，成為當前該領域的研究熱點。目前世界高吸水樹脂生產中，聚丙烯酸系占到80%。

高吸水樹脂一般為含有親水基團和交聯結構的高分子電解質。吸水前，高分子鏈相互靠攏纏在一起，彼此交聯成網狀結構，從而達到整體上的緊固。與水接觸時，水分子通過毛細作用及擴散作用滲透到樹脂中，鏈上的電離基團在水中電離。由于鏈上同離子之間的靜電斥力而使高分子鏈伸展溶脹。由于電中性要求，反離子不能遷移到樹脂外部，樹脂內外部溶液間的離子濃度差形成反滲透壓。水在反滲透壓的作用下進一步進入樹脂中，形成水凝膠。同時，樹脂本身的交聯網狀結構及氫鍵作用，又限制了凝膠的無限膨脹。當水中含有少量鹽類時，反滲透壓降低，同時由于反離子的屏蔽作用，使高分子鏈收縮，導致樹脂的吸水能力大大下降。通常，高吸水樹脂在0.9%?NaCl溶液中的吸水能力只有在去離子水中的1/10左右。吸水和保水是一個問題的兩個方面，林潤雄等對此進行了熱力學探討。在一定溫度和壓力下，高吸水樹脂能自發地吸水，水進入樹脂中，使整個體系的自由焓降低，直到平衡。若水從樹脂中逸出，使自由焓升高，則不利于體系的穩定。差熱分析表明，高吸水樹脂吸收的水在150°C以上仍有50%封閉在凝膠網絡中。因此，常溫下即使施加壓力，水也不會從高吸水樹脂中逸出，這是由高吸水樹脂的熱力學性質決定的。

雖然高吸水樹脂的開發利用只有30多年的歷史，但是其發展十分引人注目。無論是合成方面的研究還是應用推廣研究十分活躍，已有淀粉類，如淀粉接枝丙烯酸鹽等，合成類，如聚丙烯酸鹽，纖維素類等，聚合形式有水溶液聚合，反相懸浮聚合等，產品的形式有粉末狀，珠狀，膜狀和纖維狀等等。?

在農業方面的應用，由于高吸水樹脂成本高，已經嚴重阻礙了高吸水樹脂的應用推廣，國內眾多科學工作者在降低高吸水樹脂成本方面作了大量的工作，但絕大多數的工作主要集中在聚合體系中添加如膨潤土，高嶺土和凹凸棒等無機土礦物等廉價材料，來達到降低成本的目的，雖然添加有些無機礦物可以提高保水材料吸水后的水凝膠強度，但性能好的高吸水樹脂土添加量較低，不能從根本上降低原料成本。另外產品功能只具有與普通吸水樹脂一樣的吸水、釋水功能，缺乏營養功能。