高吸水性树脂的制备及在农业生产中的应用

王云　程天骄　董婧

【摘 要】本文综述了高吸水树脂制备方法及其在农业生产中的应用方法、优势及发展前景。高吸水树脂可以利用自身的吸水性、保水特性以及缓释作用，提高水分、肥料的利用率，改良土壤结构，达到节约资源、保护环境、促进植物生长发育、提高产量的目的。我国目前应该在提高高吸水树脂性能，扩大农业生产应用方面加强研究。

【关键词】高吸水性树脂；制备方法；农业

高吸水性树脂是一种具有高吸水特性的新型功能高分子材料，由于其特殊的三维空间网状结构以及含有大量的亲水基团，具有良好的吸水性和保水性。它又称为超强吸水剂或高保水剂。高吸水性树脂具有吸水率高、保水性好、重量轻、受压后不易脱水等优点，拥有广阔的应用空间。高吸水性树脂可以吸收自身质量几百倍甚至几千倍的水分，而且具有在加压加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]。目前，高吸水树脂被广泛应用于医学、工业、农业等方面，尤其在农业节水灌溉、提高植物保肥能力、提高作物发芽率等方面具有良好的应用前景。

1 高吸水树脂的制备方法

1.1 反相悬浮聚合

反相悬浮是以油相物质为分散介质，将分散剂及助分散剂溶解在油相中，在氮气保护下加热至反应温度，再滴加配好的待聚合的单体液，依靠悬浮稳定剂的作用分散在油相中，单体水溶液在强力搅拌剪切力的作用下，单体液层中大的液滴被分散成小液滴，形成油包水的悬浮液。在一定搅拌强度和界面张力下，达到一定的平均细度。采用水溶液引发剂在水相中发生聚合反应，当聚合反应到一定程度，溶液变得具有很大的粘性，两液滴碰撞时，往往黏在一起，结果很快黏结成大块，这是发黏阶段。当转化率达到60%～70%以上时，液滴变成固体粒子，就没有黏结成块的危险。悬浮液进行分离、过滤、洗涤、干燥等工序后得到高吸水性材料[2]。

1.2 溶液聚合

溶液聚合法是反应性单体和添加剂溶于适当的溶剂，在光、热、辐射、引发剂的作用下，生成高聚物的方法。聚合反应以溶液聚合为主，溶液聚合比较容易控制温度，引发剂、催化剂、交联剂等其他添加物易均匀分散，引发剂和交联剂的效率提高，产物的分子量分布比较窄，分子量比较均匀。但是由于溶剂的存在，单体浓度较低，速率较慢，而且有时溶剂包含于聚合物中，影响产品质量[3]。

1.3 反相乳液聚合

将水溶液单体配成水溶液，借助油溶性乳化剂辅以搅拌作用，使在非极性有机介质中分散成微小液滴，形成油包水（W/O）型乳液，这种乳液的分散相和分散介质恰好与水包油（O/W）乳液的有机分散相和水作分散介质相反，因此被称为反相乳液。反相单体乳液经水溶性或油溶性引发剂引发聚合，形成反相聚合物胶乳，这种聚合方法被称为反相乳液聚合[4]。

1.4 光引发的聚合

光本身是一种电磁波，具有一定的能量，在光的激发下，可以将某些单体的双键打开形成自由基而引发聚合。

1.5 辐射聚合

利用高能辐射线来打开烯类单体的双键，并引发的聚合。常见的辐射线有γ射线、Χ射线、β射线。在较低的温度下进行引发，温度对聚合速率的影响较小，聚合过程中无或少量引发剂的残留，产品的纯度极高。

2 高吸水树脂在农业生产中的应用

2.1 应用方法

2.1.1 混合法

混合法的具体操作还可以分为许多种：可先将吸水性材料与土壤、肥料配置成混合物，再加适量的种子制得混合物，将混合物播撒于耕地；也可以先让吸水性材料吸收少量水或肥料溶液，再将吸水性材料的土壤以及其他添加剂混合均匀，最后将种子均匀分撒于混合物中。

2.1.2 薄片法

薄片法是将吸水性水凝胶与不溶性基材制成复合体，再加工成植物栽培薄片，敷设在土壤上。使用时将种子播放在复合体上，施加充足的水分，使水凝胶膨胀，再覆盖上土壤。

2.1.3 涂层法

涂层法师指将吸水性材料涂在种子上。可以将粉末状的吸水性材料与黏结剂混合，再加入一定量的农药，然后涂布在种子上；或者将吸水性材料制成水凝胶，再加入一定量的农药和肥料，混合均匀后，将混合物涂覆在种子上。

2.1.4 重点埋设混入法

重点埋设混入法是在植物的根部周围重点埋设混入高吸水性树脂，下雨或灌水时，吸收由于重力逃散的水分，通过吸水性树脂吸存的水分缓慢在土壤中移动的功能有利于植物的生长发育[2]。

2.1.5 农用薄膜

普通的农用薄膜，会因为在空气中的水汽凝结产生表面结霜，或者下雨、洒水时在农膜上形成水滴，降低了采光效率，影响作物生长。使用高吸水材料作为农膜防雾剂，因为高吸水性材料对水、雾等水分具有强的亲水性，可以有效地降低农膜的表面张力，使表面露水自动流下，达到防雾的效果，保证了农膜的正常透光率[3]。

2.1.6 无土栽培

将高吸水性材料与营养液按一定的浓度配置成水凝胶，可用于育种，也可用于盆栽花卉、蔬菜、苗木等的育苗。

2.2 高吸水树脂在农业生产中的优势

2.2.1 抗旱保水

通过掺杂高吸水材料使土壤持水容量增大，减少水分的蒸发以及深层渗漏，从而提高水分的持有量。在缺水地区，高吸水性材料在降水和灌溉期间大量吸收水分，在干旱时期缓慢放出水分，延长了灌溉周期，增强了植物的抗旱能力。

2.2.2 提高肥效

高吸水树脂具有吸收和保蓄水肥的作用，其分子表面能够进行离子吸附和交换，可以通过包裹或络合等方式将溶于水中的肥料固定其中并缓慢释放，在一定程度上减少可淋溶性养分的淋溶损失，协调水肥耦合环境，显著提高氮肥、钾肥的利用率[5]。

2.2.3 改良土壤、提高农作物品质

实验表明，在一定范围内，随着高吸水树脂的增加以上各土壤指标都会不断增加，适量的高吸水树脂可以有效改良土壤的团粒结构、吸湿能力、透水性、透气性及温度，促进植物生长，提高农作物成活率及产量。

2.2.4 环保防污

在荒漠造林中使用高吸水树脂可在很大程度上打破地形、地貌及地理条件的限制。大量快速提高绿化面积，减少荒漠化。

此外，高吸水树脂重金属离子的吸收能力也很强，还可以做重金属的吸附剂。目前，土壤、水源的重金属污染非常严重，研究表明纤维素系高吸水树脂能有效的出去水体中的重金属离子[6]。

目前，高吸水性树脂在农业上的应用研究已取得一些令人欣喜的成果，实现保水、保土、保肥、调控作物生长的目的，进一步研究高吸水性树脂与土壤、肥料等的相互作用机制，降低高吸水树脂的成本，提高其抗盐性能，是高吸水树脂能在农业上推广的关键。我国是水资源贫乏、土地沙化严重、贫瘠土地面积大的农业大国，高吸水树脂的应用前景十分广泛[7-8]。

【参考文献】

[1]许晓秋，刘廷栋.高吸水性树脂的工艺与配方[M].化学工业出版社，2004（2）：8-335.

[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）.

[3]吴季怀，林建明，魏月林，等.高吸水保水材料[M].化学工业出版社，2005（3）：86-149.

[4]于智，雷娇，李婷婷.绿色环保型高吸水树脂的制备及吸水性能的研究[J].沈阳化工大学学报，2013，2（6）：137-168.

[5]李建颖.高吸水与高吸油性树脂[M]化学工业出版社，2005（5）：227-229.

[6]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）：3-5.

[7]卢潮菱.高吸水树脂的研究现状及其应用前景[J].能源与环境，2012（2）：7-9.

[8]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.

[责任编辑：杨玉洁]