高吸水树脂的性能测定及在大蒜种植中的应用

王云 程天骄 董婧

摘 要：以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）为单体，环己烷（ CYH） 为油相，Span 60 为分散剂，过硫酸铵（ APS） 为引发剂，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺（ MBA） 为交联剂，氢氧化钾为中和剂，采用反相悬浮聚合法制备高吸水树脂[1]，测定其吸水率、保水率，并在在大蒜生长中实际应用，观察其生长情况，测定高度变化。根据高度变化规律分析总结高吸水树脂在农业生产中的最佳使用方法。

关 键 词：高吸水树脂；保水率；吸水率；应用

中图分类号：TQ 028 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）04-0703-03

Abstract： Superabsorbent was prepared by inverse suspension polymerization， using acrylamide（ AM）， acrylic acid（ AA） as monomers，cyclohexane as oilphase，span 60 as dispersant，ammonium persulfate（ APS） as initiator and N，N'-methylenediacrylamide（MBA） as cross-linking agent， potassium hydroxide as the neutralizing agent. Its water absorption rate and water retention rate were determined， and it was also applied in the growth of garlic practically. The growth conditions were observed，and its height change in the growth of garlic were measured. According to the analysis and summary of the law of the garlic height change， the best method of using superabsorbent in agricultural production was analyzed.

Key words：Superaborbent；Water absorption；Water retention rate；Application

高吸水树脂（SAR）是一种新型功能高分子材料，它具有自身质量数十倍乃至数千倍的高吸水能力、加压和受热条件下也不脱水的高保水能力、可反复吸水—释水—再吸水的重复吸水能力以及高度的安全无毒性[1-5]。土壤作为食物的主要生产者，为植物提供养分，是保障粮食生产的根本，而植物又起着清洁空气和水的作用，是地球上生态系统的平衡与稳定的根本保障。随着土壤质量的不断下降，水资源的不断缩减，利用较少水资源，改善土壤质量，成为一个热门话题。高吸水树脂作为“土壤改良剂”，“保水剂”被广泛应用于农业生产中[6]。

1 实验部分

1.1 实验药品

丙烯酸（AA），分析纯，郑州广杰化工有限公司；丙烯酰胺（AM）；分析纯，天津市科密欧化学有限公司；氢氧化钾（KOH），分析纯，郑州广杰化工有限公司；Span60，分析纯，沈阳市新西试剂厂；环己烷（CHY），分析纯，天津市大茂化学试剂厂；过硫酸铵（APS），分析纯，天津市大茂化学试剂厂；无水乙醇，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；N-N亚甲基双丙烯酰胺（MBA），分析纯，郑州广杰化工有限公司。

1.2 高吸水树脂的合成

（1） 油相配制：将油相环己烷放入四口瓶中，然后分散剂司盘60（ Span60）按照一定比例加入四口瓶中，开启搅拌装置。

（2）水相配制：用烧杯将丙烯酸（ AA） 和不同浓度的氢氧化钾（ KOH） 中和，然后加入适量的引发剂过硫酸铵（ APS） ，交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺（ MBA） 和单体丙烯酰胺（ AM），放在磁力搅拌器上搅拌均匀。缓慢的将水相滴入油相之中，在结束滴定后，继续在一样的温度下保温30 min， 升温至73 ℃反应2 h后降至室温，将产物脱水，干燥[7]。

1.3 吸水树脂的性能测试

（1）吸水率的测定

称量0. 1 g 干燥树脂样品放入烧杯，加入500 mL 去离子水，在室温下静置吸水，达到饱和后过滤除去多余的去离子水，并称其质量，按一下式公式计算树脂的吸水率：

2 结果与讨论

2.1 吸水树脂吸水倍率的测定

在合成树脂的过程中，交联剂的作用是使得分子链在其作用下，能够形成空间三维网状的结构，使得水分子在渗透压的作用下能够进入到树脂分子内部并能够保留在其中，交联剂的量决定了树脂的交联密度的高低，交联密度的高低决定的是树脂空间网状立体结构的大小，因此树脂的交联度决定了吸水树脂吸水能力的高低，最佳状态时，高吸水树脂的吸水能力最强[1，5， 11]。

丙烯酸是弱酸，其羧酸基团在水中会离解出来。所以引入中和度，是因为碱的加入能使-COOH部分变成亲水性更强的-COO-，引起高吸水树脂材料网络中电荷浓度的提高，使聚合物链上的-COO-离子相互排斥，使不同链间的距离加大、链伸长，进而三维网状机构扩张，使大量的水进入网格内部[8，10，11]。

因此，本实验分别考察了交联剂用量及中和度对吸水树脂吸水性能的影响。图1是利用反相悬浮聚合法制备的高吸水树脂测定的吸水倍率，从图1中可知：随着中和度的增加吸水倍率先增加后减小，说明随着中和度的增加-COOH变成亲水性更强的-COO-吸水倍率提高但是当吸水倍率过高时吸水倍率降低。交联剂量在0.008 g，中和度为75%是高吸水树脂吸水倍率比较高，效果突出。

2.2 高吸水树脂保水率的测定

取6个相同的纸杯，标号，称重，每个纸杯中加入20 g相同条件的土壤，并分别加入质量分数0.0%， 0.6%， 0.8%， 1.0%， 1.2%， 1.4%的高吸水树脂，加入40 mL蒸馏水，搅拌均匀，称重，放入80 ℃烘箱中，每隔半个小时，再次称重。

从表1中数据可知：随着高吸水树脂量的增加，保水率先增加后减小，并且都优于空白对照组。说明高吸水树脂可有效保持土壤水分，其中吸水树脂添加量为0.60%时其保水效果最佳。

2.3 高吸水树脂在大蒜种植中的应用

取相同的大蒜种子种于土壤质量相同的盆中，每盆大蒜浇等量且适量的水，分别在其表面均匀撒其面积的0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%的高吸水树脂，形成表层保护膜。待其发芽后，每2 d测量大蒜幼苗平均高度的变化。图2为1～12 d大蒜幼苗平均高度的变化；图3为12～24 d大蒜幼苗平均高度的变化。

图2、图3是从发芽开始 24 d内的高度变化曲线，由图可知添加一定量的高吸水树脂可以保持土壤水分促进生长，但是过量的高吸水树脂会吸收大量水分影响植物正常吸收水分，进而影响生长。因此，农业应用中必须严格控制高吸水树脂的量。由图知添加4%高吸水树脂时大蒜生长高度明显高于其它大蒜，也可从实物图中发现其更为茁壮。

3 结 论

在农业生产中利用KOH中的钾元素补充土壤中流失的营养元素，因此可用KOH来中和丙烯酸。此时，中和度为75%，交联剂为0.008 g时，高吸水树脂有较高的吸水性和保水性，适用于农业生产。

利用高吸水树脂改良土壤，应用在农业中必须严格控制高吸水树脂的量。高吸水树脂用量过少时，由于高吸水树脂吸收少量水分，而不能及时释水，影响植物生长；高吸水树脂量过多时，由于其吸收土壤中的大量水分影响植物生长。由实验数据可知，种植大蒜时施用土壤面积的4%的高吸水树脂，大蒜长势优良。

参考文献：

[1]王翠玲，侯宝龙，刘书林，韩彬，王明，等. 聚（丙烯酸-醋酸乙烯酯）-聚乙烯醇互联网络高吸水树脂的合成[J]. 精细化工，2015， 32（3）：245-249.

[2]崔英德，黎新明，尹国强，等. 绿色高吸水树脂[M]. 化学工业出版社，2008（10）：1-3；24-35+94.

[3]于智，郭健，王长安. 反相乳液法制备硅藻土/丙烯酰胺系复合高吸水性树脂[J]. 沈阳化工大学学报，2011，25（2）：126-130.

[4]徐磊，唐玉邦，虞利俊，裴勤，王恒义. 高吸水树脂的性能及农业应用展望[J]. 江苏农业科学，2014， 42（4）：16-17.

[5]阎磊，于智. 反相乳液法制备高吸水性树脂的研究[J]. 沈阳化工大学学报，2010， 24（3）：259-262.

[6]乌兰. 高吸水性树脂在农业上的应用与前景展望[J]. 中国水土保持，2006（4）：45-46.

[7]张圣祖， 杜勇， 袁庭， 徐强. 反相悬浮法合成聚（丙烯酸钠-丙烯酰胺）高吸水树脂及性能研究[J]. 武汉纺织大学学报， 2011， 24（3）：31-34.

[8]吴季怀，林建明，魏月林，等. 高吸水保水材料[M]. 北京：化学工业出版社，2005-03：115-120+135-149+274-275.

[9]查春鸿，扬儒，苏孟兴，李敏，等. 氢氧化钠/丙烯酸钠固体碱的合成及其催化酯交换反应性能[J]. 北京化工大学学报（自然科学版），2011， 38（1）：55-61.

[10]廖人宽，杨培岭，任树梅. 高吸水树脂保水剂提高肥效及减少农业面源污染[J]农业工程学报，2012，28（17）：1-10.

[11]张传娟，林建明，吴季怀，唐群委. 海藻酸钠改性膨润土/聚（丙烯酸钠-丙烯酰胺）高吸水性复合材料的合成及性能[J]. 华侨大学学报（自然科学版），2007， 28（4）： 385-389.