高吸水性樹脂的制備及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

王云　程天驕　董婧

【摘 要】本文綜述了高吸水樹脂制備方法及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用方法、優(yōu)勢及發(fā)展前景。高吸水樹脂可以利用自身的吸水性、保水特性以及緩釋作用，提高水分、肥料的利用率，改良土壤結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)植物生長發(fā)育、提高產(chǎn)量的目的。我國目前應(yīng)該在提高高吸水樹脂性能，擴大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用方面加強研究。

【關(guān)鍵詞】高吸水性樹脂；制備方法；農(nóng)業(yè)

高吸水性樹脂是一種具有高吸水特性的新型功能高分子材料，由于其特殊的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及含有大量的親水基團(tuán)，具有良好的吸水性和保水性。它又稱為超強吸水劑或高保水劑。高吸水性樹脂具有吸水率高、保水性好、重量輕、受壓后不易脫水等優(yōu)點，擁有廣闊的應(yīng)用空間。高吸水性樹脂可以吸收自身質(zhì)量幾百倍甚至幾千倍的水分，而且具有在加壓加熱條件下也不脫水的高保水能力，可反復(fù)吸水——釋水——再吸水的重復(fù)吸水能力以及高度的安全無毒性[1]。目前，高吸水樹脂被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面，尤其在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉、提高植物保肥能力、提高作物發(fā)芽率等方面具有良好的應(yīng)用前景。

1 高吸水樹脂的制備方法

1.1 反相懸浮聚合

反相懸浮是以油相物質(zhì)為分散介質(zhì)，將分散劑及助分散劑溶解在油相中，在氮氣保護(hù)下加熱至反應(yīng)溫度，再滴加配好的待聚合的單體液，依靠懸浮穩(wěn)定劑的作用分散在油相中，單體水溶液在強力攪拌剪切力的作用下，單體液層中大的液滴被分散成小液滴，形成油包水的懸浮液。在一定攪拌強度和界面張力下，達(dá)到一定的平均細(xì)度。采用水溶液引發(fā)劑在水相中發(fā)生聚合反應(yīng)，當(dāng)聚合反應(yīng)到一定程度，溶液變得具有很大的粘性，兩液滴碰撞時，往往黏在一起，結(jié)果很快黏結(jié)成大塊，這是發(fā)黏階段。當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到60%～70%以上時，液滴變成固體粒子，就沒有黏結(jié)成塊的危險。懸浮液進(jìn)行分離、過濾、洗滌、干燥等工序后得到高吸水性材料[2]。

1.2 溶液聚合

溶液聚合法是反應(yīng)性單體和添加劑溶于適當(dāng)?shù)娜軇?，在光、熱、輻射、引發(fā)劑的作用下，生成高聚物的方法。聚合反應(yīng)以溶液聚合為主，溶液聚合比較容易控制溫度，引發(fā)劑、催化劑、交聯(lián)劑等其他添加物易均勻分散，引發(fā)劑和交聯(lián)劑的效率提高，產(chǎn)物的分子量分布比較窄，分子量比較均勻。但是由于溶劑的存在，單體濃度較低，速率較慢，而且有時溶劑包含于聚合物中，影響產(chǎn)品質(zhì)量[3]。

1.3 反相乳液聚合

將水溶液單體配成水溶液，借助油溶性乳化劑輔以攪拌作用，使在非極性有機介質(zhì)中分散成微小液滴，形成油包水（W/O）型乳液，這種乳液的分散相和分散介質(zhì)恰好與水包油（O/W）乳液的有機分散相和水作分散介質(zhì)相反，因此被稱為反相乳液。反相單體乳液經(jīng)水溶性或油溶性引發(fā)劑引發(fā)聚合，形成反相聚合物膠乳，這種聚合方法被稱為反相乳液聚合[4]。

1.4 光引發(fā)的聚合

光本身是一種電磁波，具有一定的能量，在光的激發(fā)下，可以將某些單體的雙鍵打開形成自由基而引發(fā)聚合。

1.5 輻射聚合

利用高能輻射線來打開烯類單體的雙鍵，并引發(fā)的聚合。常見的輻射線有γ射線、Χ射線、β射線。在較低的溫度下進(jìn)行引發(fā)，溫度對聚合速率的影響較小，聚合過程中無或少量引發(fā)劑的殘留，產(chǎn)品的純度極高。

2 高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用方法

2.1.1 混合法

混合法的具體操作還可以分為許多種：可先將吸水性材料與土壤、肥料配置成混合物，再加適量的種子制得混合物，將混合物播撒于耕地；也可以先讓吸水性材料吸收少量水或肥料溶液，再將吸水性材料的土壤以及其他添加劑混合均勻，最后將種子均勻分撒于混合物中。

2.1.2 薄片法

薄片法是將吸水性水凝膠與不溶性基材制成復(fù)合體，再加工成植物栽培薄片，敷設(shè)在土壤上。使用時將種子播放在復(fù)合體上，施加充足的水分，使水凝膠膨脹，再覆蓋上土壤。

2.1.3 涂層法

涂層法師指將吸水性材料涂在種子上?？梢詫⒎勰畹奈圆牧吓c黏結(jié)劑混合，再加入一定量的農(nóng)藥，然后涂布在種子上；或者將吸水性材料制成水凝膠，再加入一定量的農(nóng)藥和肥料，混合均勻后，將混合物涂覆在種子上。

2.1.4 重點埋設(shè)混入法

重點埋設(shè)混入法是在植物的根部周圍重點埋設(shè)混入高吸水性樹脂，下雨或灌水時，吸收由于重力逃散的水分，通過吸水性樹脂吸存的水分緩慢在土壤中移動的功能有利于植物的生長發(fā)育[2]。

2.1.5 農(nóng)用薄膜

普通的農(nóng)用薄膜，會因為在空氣中的水汽凝結(jié)產(chǎn)生表面結(jié)霜，或者下雨、灑水時在農(nóng)膜上形成水滴，降低了采光效率，影響作物生長。使用高吸水材料作為農(nóng)膜防霧劑，因為高吸水性材料對水、霧等水分具有強的親水性，可以有效地降低農(nóng)膜的表面張力，使表面露水自動流下，達(dá)到防霧的效果，保證了農(nóng)膜的正常透光率[3]。

2.1.6 無土栽培

將高吸水性材料與營養(yǎng)液按一定的濃度配置成水凝膠，可用于育種，也可用于盆栽花卉、蔬菜、苗木等的育苗。

2.2 高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢

2.2.1 抗旱保水

通過摻雜高吸水材料使土壤持水容量增大，減少水分的蒸發(fā)以及深層滲漏，從而提高水分的持有量。在缺水地區(qū)，高吸水性材料在降水和灌溉期間大量吸收水分，在干旱時期緩慢放出水分，延長了灌溉周期，增強了植物的抗旱能力。

2.2.2 提高肥效

高吸水樹脂具有吸收和保蓄水肥的作用，其分子表面能夠進(jìn)行離子吸附和交換，可以通過包裹或絡(luò)合等方式將溶于水中的肥料固定其中并緩慢釋放，在一定程度上減少可淋溶性養(yǎng)分的淋溶損失，協(xié)調(diào)水肥耦合環(huán)境，顯著提高氮肥、鉀肥的利用率[5]。

2.2.3 改良土壤、提高農(nóng)作物品質(zhì)

實驗表明，在一定范圍內(nèi)，隨著高吸水樹脂的增加以上各土壤指標(biāo)都會不斷增加，適量的高吸水樹脂可以有效改良土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、吸濕能力、透水性、透氣性及溫度，促進(jìn)植物生長，提高農(nóng)作物成活率及產(chǎn)量。

2.2.4 環(huán)保防污

在荒漠造林中使用高吸水樹脂可在很大程度上打破地形、地貌及地理條件的限制。大量快速提高綠化面積，減少荒漠化。

此外，高吸水樹脂重金屬離子的吸收能力也很強，還可以做重金屬的吸附劑。目前，土壤、水源的重金屬污染非常嚴(yán)重，研究表明纖維素系高吸水樹脂能有效的出去水體中的重金屬離子[6]。

目前，高吸水性樹脂在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究已取得一些令人欣喜的成果，實現(xiàn)保水、保土、保肥、調(diào)控作物生長的目的，進(jìn)一步研究高吸水性樹脂與土壤、肥料等的相互作用機制，降低高吸水樹脂的成本，提高其抗鹽性能，是高吸水樹脂能在農(nóng)業(yè)上推廣的關(guān)鍵。我國是水資源貧乏、土地沙化嚴(yán)重、貧瘠土地面積大的農(nóng)業(yè)大國，高吸水樹脂的應(yīng)用前景十分廣泛[7-8]。

【參考文獻(xiàn)】

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[6]廖人寬，楊培嶺，任樹梅.高吸水樹脂保水劑提高肥效及減少農(nóng)業(yè)面源污染[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（17）：3-5.

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[8]烏蘭.高吸水性樹脂在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用與前景展望[J].中國水土保持，2006（4）：45-46.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]