《农林用矿物复合保水剂》行业标准编制说明

余丽秀，孙亚光，喻广军（.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州　450006；.河南工业大学材料科学与工程学院，河南 郑州45005；.河南有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州　45008）

【开发利用】

《农林用矿物复合保水剂》行业标准编制说明

余丽秀1，孙亚光2，喻广军3
（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州450006；2.河南工业大学材料科学与工程学院，河南 郑州450052；3.河南有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州450018）

论述了《农林用矿物复合保水剂》建材行业标准编制的背景、标准内容、矿物复合保水剂开发及应用情况，并对所制定标准同NY886-2010 农林用保水剂 标准的技术指标项目与取值进行了对比说明，对矿物复合保水剂产品的推广应用前景进行综述。

保水剂；矿物复合；农林用；标准

我国非金属矿产品与制品标准化工作现由中国建筑材料工业联合会下设的全国非金属矿产品及制品标准化技术委员会(SAC/TC 406)归口管理。《农林用矿物复合保水剂》(以下简称《矿物复合保水剂》)建材行业标准制定是根据中华人民共和国工业和信息化部办公厅科【2015】115号《工业和信息化部办公厅关于印发2015年第三批行业标准制修订计划的通知》进行的，该标准制定计划编号为：2 0 1 5-0950T-JC，规定完成期限为2016年。该标准制定工作目前已完成标准文稿的编制及审查，标准文本计划2016年在工业和信息化部网站公示。作为主要起草人，现就《矿物复合保水剂》建材行业标准编制的一些细节做简要说明，以便于下一步对《矿物复合保水剂》建材行业标准的正确理解和使用。

1　《矿物复合保水剂》行业标准制定的背景情况

保水剂是一种吸水能力强的功能材料，已广泛用于人体生理卫生树脂、婴儿及成人纸尿裤原料、农林用吸水保水材料、特种干燥剂、石油钻采堵漏材料等许多领域。按制备用原料分类，产品分为纯聚合物型及矿物复合型。矿物复合保水剂是由非金属矿物同亲水性有机分子经引发、聚合、交联、干燥、粉碎工艺制备的具有强吸水能力的功能高分子材料，可应用于农林业植物种植和沙漠治理等，用于改善植物根系或种子周围土壤的水分状况，起土壤调湿、种子包衣、肥料缓释及固沙粘结等作用，对植物种植过程中的保水节水、提高成活率、促进生长及用于沙漠复垦等具有重要作用，是现代农林业和沙漠治理等急需推广应用的新型功能材料。农林用矿物复合保水剂作用同纯聚合物型保水剂类似，但制备成本更低，某些性能甚至优于纯聚合物型，更有利于在农林和沙漠复垦业中应用。

可用于制备矿物复合保水剂的非金属矿产有膨润土、高岭土、凹凸棒土、菱镁石、白云石、水镁石、沸石、累托石、伊利石、绢云母、硅藻土等。国内许多科研院所、大学开展了矿物复合保水剂制备技术研究[1-8]。其中，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所、河南工业大学等单位2012～2015年在承担国土资源部社会公益项目“环境恢复矿物材料制备及应用研究研究”(项目编号：201211068)子课题之一“沙漠复垦与高效产出配套技术研究”中，根据项目研究材料性能评价需要，在2012年就查阅了国内外相关文献和标准，系统进行了矿物复合保水剂标准制定工作的预研究工作。

国内农林用纯聚合物型保水剂产品的品质控制农业部有NY886-2010标准。而选择我国具有资源优势的非金属矿物，制备的具有吸水能力强的农林用矿物复合保水剂，其吸水、保水性能达到纯聚合物型水平，而且对土壤环境有更好的相容性，其制备原料成本较纯聚合物型可降低约25%，具有较好的应用价值和市场容量。该技术目前已成熟，矿物复合保水剂制备技术与产品是未来沙漠治理、农林行业用高吸水保水材料制备和应用的发展趋势，具有较广阔的市场需求和发展前景。目前，农林用矿物复合保水剂没有行业和国家标准，急需制定相关行业及国家标准。现阶段进行标准制定工作，可为生产和应用企业健康发展提供支撑。

在调研国内外相关标准现状的基础上，由中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所、咸阳非金属矿研究设计院有限公司、中国科学院兰州化学物理研究所、河南工业大学、河南有色金属地质矿产局第三地质大队、山东昊月新材料股份有限公司等单位和人员参加组成标准起草组，经广泛征求各方面的意见，已于2015年11月在郑州召开标准草案研讨会，经讨论和修改形成了《农林用矿物复合保水剂》征求意见稿。

2016年1月，由中国建筑材料工业联合会全国非金属矿产品及制品标准化技术委员会将《农林用矿物复合保水剂》行业标准征求意见稿及其《编制说明》通过邮件和邮寄分发给各标委会委员和有关单位及专家，并发布在国家非金属矿制品质检中心网站(WWW.CNMPI.NET)公开征求意见。累计发放征求意见函邮件110份，其中收到提出修改意见和建议6条，经修改后形成送审稿。2016年4月，全国非金属矿产品及制品标准化技术委员会在杭州对《矿物复合保水剂》和《编制说明》又进行了会议审查，根据审查意见，标准编制组在2016年4月底完成公示稿的编制。

2　《农林用矿物复合保水剂》主要内容

2.1标准主要内容

该标准规定了农林用矿物复合保水剂的要求、试验方法、检验规则、标识、包装、运输、贮存和有效期。适用于由非金属矿物同亲水性有机分子反应制备的矿物复合吸水剂产品，主要用于农林业改善植物根系或种子周围土壤的水分状况，可用作土壤调湿、种子包衣、苗木移栽或肥料缓释添加剂等。下表为农林用矿物复合保水剂与纯聚合物型的NY886-2010农林保水剂技术指标对比表。

农林用矿物复合保水剂与纯聚合物型保水剂技术指标对比

2.2标准主要项目制定依据

(1) 吸水量。

吸水量的检测采用单位质量样品的饱和吸水容量法判定，该方法较用单位质量样品吸水质量法计算吸水倍数的方法更便于操作及数据平行性更好。由于有机—无机杂化作用，采用非金属矿物制备的复合吸水材料吸水、保水性能较好，吸水量测定值较高，将吸水量指标下限定为300mL/g，上限设置为700mL/g较为合理，既保证了保水剂具有较高的吸水量，又避免超出700mL/g过高的吸水量对植物生长的不利影响。

(2) 重复吸水量。

保水剂能否多次吸水、释放水是衡量保水剂的重要指标。根据农林用保水剂需多次重复使用的特性，标准中提出重复吸水量的考核指标，将经3次重复吸水、干燥、再吸水的指标定为≥初次吸水量的85%。

提出重复吸水量的项目评价既考虑了产品使用时的多次有效吸水能力，也考虑反应聚合时其交联度应控制在适中值，使样品重复吸水量在一个适中的范围，因矿物保水材料使用时超过一定的使用周期又要求材料能自然降解成土壤的有益成分，不再对土壤产生废弃物。因而，提出重复吸水量以第3次吸水达到初次吸水量的85%为宜。

(3) 吸盐水量。

农林用保水剂其使用的自然实际环境总盐离子浓度较高，对盐水的吸收性能是评价产品质量优劣的重要项目，将矿物复合保水剂的吸盐水(0.9%NaCl溶液)量定为≥45mL/g，既体现矿物复合型自有的耐盐能力，也反映近年来矿物复合型保水剂制备技术的进步。

(4) 灼烧余量。

对矿物复合型保水剂进行灼烧余量项目检测，可以间接反映矿物在保水剂中的用量，对提高保水剂的耐盐性、减低保水剂制备成本、提高综合性能具有较好的实际价值。同时，灼烧后的残渣又是进行样品K2O含量分析的预处理样，考虑样品K2O分析过程避免有机物干扰，及降低过高温度灼烧取样和熔样的困难，将灼烧余量的灼烧温度定为600℃较为适宜。

(5) K2O含量。

钾是植物生长重要的有益元素，以K2O含量控制反应过程中和用碱的品种和用量，可控制用低成本的氢氧化钠做中和剂的产品对优质钾型保水剂产品的冲击，对采用矿物复合保水剂促进植物生长和应用推广具有重要意义。

2.3与现行标准的协调情况

我国农业部虽在2011年2月发布了用于农林领域的NY886-2010农林用保水剂标准，但该标准是针对用纯有机物合成的聚合物吸水树脂类型，不能满足用非金属矿物制备的农用矿物复合保水剂产品的特殊性，因而有必要结合原料特性提出农林用矿物复合保水剂品质控制的标准项目与指标。

结合近年来农用保水剂制备技术的进步，在提出吸水量、吸盐水量、pH值、水分、粒度等检测项目基础上，结合矿物复合工艺的特点，增加了满足使用性能的重复吸水量、判定矿物含量的灼烧失量、成品含氧化钾含量检测项目；并且本标准根据实际检测采用更为方便的容量法检测吸水和吸盐水性能，而该标准制定过程中吸水和吸盐水采用重量法检测吸水倍数等；本次多数项目的指标较2010年农业部标准有显著提高。本次制定的标准文稿也与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制标准性标准完全协调。

3　矿物复合保水剂开发及应用情况

我国保水剂研制和应用工作起步较晚，始于20世纪80年代中期。目前全国有50多家公司生产保水剂，总年产能力约100万t，实际年产量约60万t，其中在工业和日用卫生品方面所占比重较大。在国际上保水剂已经被称为是继化肥、农药、地膜之后第4个最有希望被农民接受的农用化学制品[9-15]，但在我国近年来农林用产品的推广一直处于徘徊的局面，其主要原因是目前农用保水剂价格太高和实际使用性能较差。

在保水剂的开发中，实现农用高吸水性树脂的低成本、复合化已成为迫切、重要的发展方向，矿物复合是降低保水剂成本的必然趋势。目前商业化的纯聚合物型保水剂以丙烯酸类或丙烯酰胺类聚合物为主。二元或三元聚合物尽管可进一步改善性能，但仍不能降低生产成本。因此，引入价廉的矿物对其进行改性，制备有机—无机复合保水剂则成为了一种较为理想的方法，在提高吸水倍率的同时，能较好地降低产品成本，改善产品使用时的耐盐碱性能。

中国科学院兰州化学物理研究所是国内开展矿物复合保水剂制备研究较早的单位，及涉及的矿种主要是凹凸棒石粘土；而近十年来中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所、河南工业大学等先后利用河南省科技攻关项目“矿物/聚合物复合高吸水材料制备研究”(项目编号：0523021900)、国土资源部公益项目“环境恢复矿物材料制备及应用研究研究”(项目编号：201211068)的资金支持，在矿物多品种筛选方面做了系统的研究，在不同矿物应用于保水剂制备工艺方面申报了多项中国发明专利，为矿物复合保水剂工业化产业制备拓宽了原矿品种的可用类型。

国内多家单位进行的新型农林用矿物复合保水剂的应用试验取得了较好的效果[16]，不仅具有增产增收、节约水资源、减缓水资源流失、赋肥保肥的功能，并且对环境的亲和性强，无毒、无害、无污染。矿物复合保水剂的制备弥补了我国在该领域没有成熟产品和先进技术的空白，打开了保水剂由单纯有机物向无机—有机复合物方向发展的大门，为矿物复合保水剂向保水、保土、赋肥及土壤调理多功能方向发展提供了基础性材料，走出了一条适合我国国情的大幅度降低保水剂实际生产成本的切实可行道路。

4　结语

我国是水资源缺乏的国家之一，干旱半干旱地区总面积超过455万km2，占国土总面积的47%以上，即使在降水较多的地区，也存在季节性干旱问题。随着我国干旱缺水问题日趋加剧和战略重点逐步向西部转移，水资源越来越成为国民经济发展的重要制约因素之一。

从我国目前的农业生产环境和生态恢复需要等客观环境条件来看，农林用矿物复合保水剂产品的市场前景十分看好。原因为：①近年来全球及我国的干旱面积在扩大，在旱、涝、病虫害等几大灾害中，旱灾已经成为对农作物影响最大的天灾；②我国不仅水资源紧缺，而且水资源时空分布不均，不仅北方旱区缺水，南方很多地区也存在季节性缺水；

③我国水资源和肥料的利用率低，应用矿物复合保水剂可提高水和肥利用率；④除了在农业、林业方面应用外，在西部大开发退耕还林以及生态建设方面也有较大的需求等。

选择我国具有资源优势的非金属矿产同具有吸水基团的有机单体复合，经协同作用制备的矿物复合保水剂技术目前已成熟，矿物复合保水剂产品是高效农林业、沙漠治理等领域急需推广的材料，具有较广阔的市场需求和发展前景。在现阶段进行标准制定和推广实施工作，可为生产和应用企业技术不断发展和扩大应用领域提供有效的技术支撑和应用保障。

[1]余丽秀,张然,孙亚光,等.丙烯酸盐/膨润土/淀粉共聚复合高吸水材料制备研究[J].非金属矿,2005,28(6):18-20.

[2]余丽秀,张然,孙亚光,等.丙烯酸盐/高岭土/淀粉复合高吸水材料制备[J].矿产保护与利用,2007,(1):15-19.

[3]张俊平,刘瑞凤,李安,等.丙烯酰胺/凹凸棒复合吸水性树脂的制备及溶胀行为[J].高分子材料科学与工程,2005,21(3):169-172. [4]余丽秀,张薇,喻广军,等.一种白云石矿复合吸附剂及其制备方法[P].中国发明专利,201510231481.1.

[5]张然,余丽秀,孙亚光,等.一种菱镁石复合吸水剂及其制备方法[P].中国发明专利,201510523612.3.

[6]唐祥虎,范力仁,沈上越,等.辉沸石/聚丙烯酸(钠)高吸水保水性复合材料合成研究[J].非金属矿,2006,29(1):20-23.

[7]程争光,沈上越,范力仁,等.伊利石高吸水性复合材料的制备工艺研究[J].化工矿物与加工,2006,(1):10-12.

[8]盛沛,袁继祖.绢云母型高吸水性复合材料的试验研究[J].武汉工程大学学报,2007,29(3):49-51.

[9]杨永辉,武继承,吴普特,等.保水剂用量对小麦不同生育期根系生理特性的影响[J].应用生态学报,2011,22(1):73-78.

[10]李倩,刘景辉,张磊,等.适当保水剂施用和覆盖促进旱作马铃薯生长发育和产量提高[J].农业工程学报,2013,29(7):83-90.

[11]黄占斌,张玲春,董莉,等.不同类型保水剂性能及其对玉米生长效应的比较[J].水土保持学报,2007,21(1):140-144.

[12]彭菊,王文华,林焕新,等.是用不同用量保水剂对烟草农艺形状、产量及品质的影响[J].耕作与栽培,2014(5):4-6.

[13]李兴,蒋进,宋春武,等.保水剂对梭梭幼苗生长及根系形态的影响[J].草业学报,2012,21(6):51-56.

[14]李佳岭,李龙保,廖宗文,等.保水剂施用层次对草坪生长及土壤水肥的影响[J].草业学报,2014,23(4):61-67.

[15]邓琦子,汪天.高吸水性树脂在无土栽培中的应用与展望[J].中国农学通报,2013,29(13):90-94.

[16]党民团,李吉锋.我国农用超强吸水树脂的研究进展[J].陕西农业科学,2016,62(2):83-85.

《Mineral Composite Superabsorbent for Agriculture and Forestry》Industry Standard Manual

YU Li-xiu1, SUN Ya-guang2, YU Guang-jun3
(1. Zhengzhou Institute for Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Zhengzhou 450006, China; 2. College of Material Science and Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China; 3. Henan Nonferrous Metal Geology and Mineral Resources Bureau Third Geological Brigade, Zhengzhou 450018, China)

《Mineral composite superabsorbent for agriculture and forestry》of building materials industry standards for the preparation of the background, content standards, mineral composite water retention agent development and application were discussed. The standard of agriculture and forestry and NY886-2010 aquasorb standard technical indicators of the project and value are compared, on mineral superabsorbent composite products promotion and application prospect were reviewed in this paper.

water retaining agent; mineral composite; agriculture and forestry; standard

TD98；S482.99

A

1007-9386(2016)03-0004-03

2016-05-11

【开发利用】

国土资源部社会公益项目(编号：201211068)。