[发明专利]一种农用保水型肥料的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于高吸水性树脂领域，具体涉及农用保水型肥料的制备方法。

 

背景技术

我国是一个农业大国，农业是国民经济的基础，是无法取代的第一产业。现代农业是以低投入、高产出、高效率和可持续发展为特征。而与此密切相关的化肥工业和水资源利用更是现代农业生产和发展的重要物质基础。化肥在农 业生产中占有重要的地位。根据联合国粮农组织(FAO)估计，发展中国家粮食的增产中，其中55%来自化肥的作用。但是由于挥发、流失、渗透等因素，目前在我国化肥的当季利用率中，氮肥约为30-35%，磷肥约为10-25%，钾肥为35-50%，远远低于发达国家水平。低的肥料利用率不仅造成巨大的经济损失，而且还会导致严重的环境污染，例如水体的富营养化，农田氮素逸出对大气层特别是臭氧层的影响等，进而对人体的健康构成了很大的威胁。因此，提高肥料的利用率，减轻其对环境的污染，发展可持续高效农业已经成为各国共同关注的问题。

干早缺水是制约我国农业发展和加速土地荒漠化的重要因素。据国家有关的统计资料表明，我国荒漠化土地面积262.2万km'，占国土总面积的27.4%，每年因荒漠化造成的直接经济损失达540亿元。大面积颗粒无收的情况在很多地区经常发生。我国农业用水占水资源消耗的80%左右，然而全球水资源危机使得灌溉农业也必须走保水节水的发展途径。因此，提高农田水分利用率是我国农业的中心任务。

近年来，在土壤中使用吸水性聚合物尤其是高吸水树脂来改善植物的营养和水分状况己经引起人们广泛关注。研究发现，在农业上使用吸水性聚合物对于改良土壤物理性质、促进种子发芽和出苗、提高幼苗的成活率、降低植物对灌溉的需要、提高养分利用率等多方面都很有潜力，并已得到了广泛应用，高吸水树脂的实际推广还很缺乏。主要原因如下：一是合成高吸水树脂价格偏高；另外一个主要原因是功能单一，难以满足植物营养的多方面的需求。

高吸水树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta 等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。按原料划分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(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)几大类。其中聚丙烯酸系高吸水树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的研究热点。目前世界高吸水树脂生产中，聚丙烯酸系占到80%。

高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。当水中含有少量盐类时，反渗透压降低，同时由于反离子的屏蔽作用，使高分子链收缩，导致树脂的吸水能力大大下降。通常，高吸水树脂在0.9% NaCl溶液中的吸水能力只有在去离子水中的1/10左右。吸水和保水是一个问题的两个方面，林润雄等对此进行了热力学探讨。在一定温度和压力下，高吸水树脂能自发地吸水，水进入树脂中，使整个体系的自由焓降低，直到平衡。若水从树脂中逸出，使自由焓升高，则不利于体系的稳定。差热分析表明，高吸水树脂吸收的水在150°C以上仍有50%封闭在凝胶网络中。因此，常温下即使施加压力，水也不会从高吸水树脂中逸出，这是由高吸水树脂的热力学性质决定的

虽然高吸水树脂的开发利用只有30多年的历史，但是其发展十分引人注目。无论是合成方面的研究还是应用推广研究十分活跃，已有淀粉类，如淀粉接枝丙烯酸盐等，合成类，如聚丙烯酸盐，纤维素类等，聚合形式有水溶液聚合，反相悬浮聚合等，产品的形式有粉末状，珠状，膜状和纤维状等等。 

在农业方面的应用，由于高吸水树脂成本高，已经严重阻碍了高吸水树脂的应用推广，国内众多科学工作者在降低高吸水树脂成本方面作了大量的工作，但绝大多数的工作主要集中在聚合体系中添加如膨润土，高岭土和凹凸棒等无机土矿物等廉价材料，来达到降低成本的目的，虽然添加有些无机矿物可以提高保水材料吸水后的水凝胶强度，但性能好的高吸水树脂土添加量较低，不能从根本上降低原料成本。另外产品功能只具有与普通吸水树脂一样的吸水、释水功能，缺乏营养功能。