保水剂及其在农林业中的应用

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1、专论综述保水剂及其在农林业中的应用11*2黄麟叶建仁朱云峰(1南京林业大学森林资源与环境学院2浙江省林业有害生物防治检疫局)摘要:研究干旱地区和干旱条件下的作物栽培、植树造林是我国和其他许多国家面临的共同课题。保水剂作为一种具有高吸水性能的高分子材料,在旱区农林业生产中有着广阔的应用前景。对保水剂研发、应用历史、种类、作用机理及影响因素、使用方法及效果进行了综合分析,并讨论了保水剂在农林业应用中存在的问题和今后研究的方向。关键词:保水剂;农林业;应用;研究方向[8]荒漠化问题是当今世界上最严重的环境问题之界上生产和出口保水剂最多的国家。与此同时,2一,荒漠化已影响到全球100余个国家的

2、36亿hm世界上许多国家在保水剂应用方面也做了大量的应的土地。全世界陆地面积约1/3是干旱、半干旱荒漠用研究,在节水、保水、抗旱、改良土壤等方面都收到2地,而且每年以6万km的速度在扩大。我国干旱半了良好效果,其产量也在逐年增加。据统计,19982干旱地区总面积为455万hm,占国土总面积的年,世界保水剂需求总量在70万t左右。其中美国47%,即使在降水较多的地区,也存在着季节性干旱市场占1/3,欧盟国家消费22万,t日本市场消费8.2或水分胁迫的问题[1,2]。干旱已经给世界农林业生[9]万t。据美国农业部估计,美国近几年保水剂的年产造成严重影响,因此,研究干旱地区和干旱条件下消费量

3、可达20万,t超过20世纪80年代初估计数字[10,11]的作物栽培、植树造林是我国和其他许多国家面临的的20倍。我国保水剂的研制和应用始于20世共同课题。高吸水树脂,作为一种高分子材料,可吸纪70年代后期,最早研制成功的单位是吉林省石油收自身重量的几百至几千倍的水,并可反复使化工设计研究院和河南省化学研究所。目前已有40[3,4]用,在农林业生产领域有着广泛的应用前景。文多个单位进行研制和开发。随着相关研究的不断深中就高吸水树脂在我国农林业生产上的应用研究进入,一批新型的保水剂产品也陆续问世,如/科瀚980行综述,为我国旱区农林业生产提供参考。高效抗旱保水剂、/沙漠王0固体水、唐山博

4、亚高效抗1保水剂的研究开发和农林业应用历史旱保水剂等产品在保水性能方面都有了很大的提高。保水剂又称农用吸水树脂,美国是最早研制和开据统计,1996年我国高吸水性树脂的年生产能力仅发使用保水剂的国家。1974年,美国农业部发明了6000,t实际产量仅1200,t用于农、林业的保水剂不淀粉-丙烯腈接枝聚合技术率先研制出保水剂,并将[8]足200,t离需求差距甚远。[5,6]其应用于玉米、大豆种子涂层、树苗移栽等方面。2保水剂的合成原理与方法及其种类此后,日本、德国、英国、法国、比利时以及南非、北非2.1保水剂的合成原理与方法等国家也相继对此类产品进行了大量研究和开发。高吸水性树脂的合成原理

5、是自由基引发聚合,可1975年,日本三洋化学公司首先开发了淀粉-丙烯酸分为亲水性单体均聚、共聚和接枝共聚。大多数以化接枝共聚物,并于1978年将其产品投入市场。进入学引发为主,还有少数使用于C射线辐射引发、紫外20世纪80年代后,世界各国的保水剂发展更快,美光辐射引发和微波辐射引发。高吸水性树脂的合成国的HerculesCo公司、NationalStarchCo公司、日本方法主要有溶液聚合、反相乳液聚合,反相悬浮聚的住友化学公司、花王石碱公司等相继成功的开发出[12]合等。[7]了多种不同类型的保水剂。目前,日本已成为世2.2保水剂的种类收稿日期:2006-06-19修回日期:2006

6、-11-122.2.1淀粉类树脂基金项目:国家/十五0攻关项目/南方松寄主主导性病害生态控制技由极性吸水基团组成,具有吸水倍率和速率较术研究0(编号:2001BA509B1003)资助。大,成本相对较低,能被微生物降解,对环境无害等优第一作者简介:黄麟(1981-),男,博士生,研究方向为森林健康与生态控制技术。通讯作者:叶建仁,男,教授,博士生导师。点。但吸水后凝胶强度较低,稳定性和耐盐性较12林业科技开发2007年第21卷第3期专论综述[13,14]差,在吸水状态下会发生缓慢水解,尤其是在光3.2.2溶液pH值的影响照或加热情况下,使用寿命一般只能维持1~2a左右。保水剂的吸水基团

7、主要是-COONa/-COOK,在强酸+++2.2.2纤维素类条件下,羧酸钠基上的Na(K)被H所置换,从而纤维素是一类含有多羟基的高分子多糖,由于羟使树脂内部阳离子浓度下降,使得树脂内部及溶液中基的亲水性,天然纤维素本身就具有一定的吸水吸湿的渗透压下降,最终导致吸水率的下降。而在强碱条能力,只是其高度结晶结构使大部分羟基处于氢键缔件下,不存在这个问题,因此碱性条件对保水剂吸收[19]合状态,限制了这种吸水能力。目前,这一类吸水树能力的影响不如