高吸水樹脂的性能測(cè)定及在大蒜種植中的應(yīng)用

王云 程天驕 董婧

摘 要：以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）為單體，環(huán)己烷（ CYH） 為油相，Span 60 為分散劑，過(guò)硫酸銨（ APS） 為引發(fā)劑，N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（ MBA） 為交聯(lián)劑，氫氧化鉀為中和劑，采用反相懸浮聚合法制備高吸水樹脂[1]，測(cè)定其吸水率、保水率，并在在大蒜生長(zhǎng)中實(shí)際應(yīng)用，觀察其生長(zhǎng)情況，測(cè)定高度變化。根據(jù)高度變化規(guī)律分析總結(jié)高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的最佳使用方法。

關(guān) 鍵 詞：高吸水樹脂；保水率；吸水率；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ 028 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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

高吸水樹脂（SAR）是一種新型功能高分子材料，它具有自身質(zhì)量數(shù)十倍乃至數(shù)千倍的高吸水能力、加壓和受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(wú)毒性[1-5]。土壤作為食物的主要生產(chǎn)者，為植物提供養(yǎng)分，是保障糧食生產(chǎn)的根本，而植物又起著清潔空氣和水的作用，是地球上生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定的根本保障。隨著土壤質(zhì)量的不斷下降，水資源的不斷縮減，利用較少水資源，改善土壤質(zhì)量，成為一個(gè)熱門話題。高吸水樹脂作為“土壤改良劑”，“保水劑”被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

丙烯酸（AA），分析純，鄭州廣杰化工有限公司；丙烯酰胺（AM）；分析純，天津市科密歐化學(xué)有限公司；氫氧化鉀（KOH），分析純，鄭州廣杰化工有限公司；Span60，分析純，沈陽(yáng)市新西試劑廠；環(huán)己烷（CHY），分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；過(guò)硫酸銨（APS），分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；無(wú)水乙醇，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；N-N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA），分析純，鄭州廣杰化工有限公司。

1.2 高吸水樹脂的合成

（1） 油相配制：將油相環(huán)己烷放入四口瓶中，然后分散劑司盤60（ Span60）按照一定比例加入四口瓶中，開啟攪拌裝置。

（2）水相配制：用燒杯將丙烯酸（ AA） 和不同濃度的氫氧化鉀（ KOH） 中和，然后加入適量的引發(fā)劑過(guò)硫酸銨（ APS） ，交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺（ MBA） 和單體丙烯酰胺（ AM），放在磁力攪拌器上攪拌均勻。緩慢的將水相滴入油相之中，在結(jié)束滴定后，繼續(xù)在一樣的溫度下保溫30 min， 升溫至73 ℃反應(yīng)2 h后降至室溫，將產(chǎn)物脫水，干燥[7]。

1.3 吸水樹脂的性能測(cè)試

（1）吸水率的測(cè)定

稱量0. 1 g 干燥樹脂樣品放入燒杯，加入500 mL 去離子水，在室溫下靜置吸水，達(dá)到飽和后過(guò)濾除去多余的去離子水，并稱其質(zhì)量，按一下式公式計(jì)算樹脂的吸水率：

2 結(jié)果與討論

2.1 吸水樹脂吸水倍率的測(cè)定

在合成樹脂的過(guò)程中，交聯(lián)劑的作用是使得分子鏈在其作用下，能夠形成空間三維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，使得水分子在滲透壓的作用下能夠進(jìn)入到樹脂分子內(nèi)部并能夠保留在其中，交聯(lián)劑的量決定了樹脂的交聯(lián)密度的高低，交聯(lián)密度的高低決定的是樹脂空間網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的大小，因此樹脂的交聯(lián)度決定了吸水樹脂吸水能力的高低，最佳狀態(tài)時(shí)，高吸水樹脂的吸水能力最強(qiáng)[1，5， 11]。

丙烯酸是弱酸，其羧酸基團(tuán)在水中會(huì)離解出來(lái)。所以引入中和度，是因?yàn)閴A的加入能使-COOH部分變成親水性更強(qiáng)的-COO-，引起高吸水樹脂材料網(wǎng)絡(luò)中電荷濃度的提高，使聚合物鏈上的-COO-離子相互排斥，使不同鏈間的距離加大、鏈伸長(zhǎng)，進(jìn)而三維網(wǎng)狀機(jī)構(gòu)擴(kuò)張，使大量的水進(jìn)入網(wǎng)格內(nèi)部[8，10，11]。

因此，本實(shí)驗(yàn)分別考察了交聯(lián)劑用量及中和度對(duì)吸水樹脂吸水性能的影響。圖1是利用反相懸浮聚合法制備的高吸水樹脂測(cè)定的吸水倍率，從圖1中可知：隨著中和度的增加吸水倍率先增加后減小，說(shuō)明隨著中和度的增加-COOH變成親水性更強(qiáng)的-COO-吸水倍率提高但是當(dāng)吸水倍率過(guò)高時(shí)吸水倍率降低。交聯(lián)劑量在0.008 g，中和度為75%是高吸水樹脂吸水倍率比較高，效果突出。

2.2 高吸水樹脂保水率的測(cè)定

取6個(gè)相同的紙杯，標(biāo)號(hào)，稱重，每個(gè)紙杯中加入20 g相同條件的土壤，并分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0%， 0.6%， 0.8%， 1.0%， 1.2%， 1.4%的高吸水樹脂，加入40 mL蒸餾水，攪拌均勻，稱重，放入80 ℃烘箱中，每隔半個(gè)小時(shí)，再次稱重。

從表1中數(shù)據(jù)可知：隨著高吸水樹脂量的增加，保水率先增加后減小，并且都優(yōu)于空白對(duì)照組。說(shuō)明高吸水樹脂可有效保持土壤水分，其中吸水樹脂添加量為0.60%時(shí)其保水效果最佳。

2.3 高吸水樹脂在大蒜種植中的應(yīng)用

取相同的大蒜種子種于土壤質(zhì)量相同的盆中，每盆大蒜澆等量且適量的水，分別在其表面均勻撒其面積的0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%的高吸水樹脂，形成表層保護(hù)膜。待其發(fā)芽后，每2 d測(cè)量大蒜幼苗平均高度的變化。圖2為1～12 d大蒜幼苗平均高度的變化；圖3為12～24 d大蒜幼苗平均高度的變化。

圖2、圖3是從發(fā)芽開始 24 d內(nèi)的高度變化曲線，由圖可知添加一定量的高吸水樹脂可以保持土壤水分促進(jìn)生長(zhǎng)，但是過(guò)量的高吸水樹脂會(huì)吸收大量水分影響植物正常吸收水分，進(jìn)而影響生長(zhǎng)。因此，農(nóng)業(yè)應(yīng)用中必須嚴(yán)格控制高吸水樹脂的量。由圖知添加4%高吸水樹脂時(shí)大蒜生長(zhǎng)高度明顯高于其它大蒜，也可從實(shí)物圖中發(fā)現(xiàn)其更為茁壯。

3 結(jié) 論

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用KOH中的鉀元素補(bǔ)充土壤中流失的營(yíng)養(yǎng)元素，因此可用KOH來(lái)中和丙烯酸。此時(shí)，中和度為75%，交聯(lián)劑為0.008 g時(shí)，高吸水樹脂有較高的吸水性和保水性，適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

利用高吸水樹脂改良土壤，應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中必須嚴(yán)格控制高吸水樹脂的量。高吸水樹脂用量過(guò)少時(shí)，由于高吸水樹脂吸收少量水分，而不能及時(shí)釋水，影響植物生長(zhǎng)；高吸水樹脂量過(guò)多時(shí)，由于其吸收土壤中的大量水分影響植物生長(zhǎng)。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，種植大蒜時(shí)施用土壤面積的4%的高吸水樹脂，大蒜長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)良。

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