一种水肥一体化保水剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种水肥一体化保水剂及其制备方法与应用。该保水剂由水溶性聚合单体、甘蔗渣或甘蔗渣衍生物、磷矿粉、自由基聚合引发剂和交联剂制备得到。本发明专利技术方法以甘蔗渣为原料，有效地利用了农业废弃资源，并添加了价格低廉、储量极为丰富的磷矿粉，使得本发明专利技术产品成本较低；另外，本发明专利技术方法以磷矿粉为原料，能与残留的酸性单体作用并释放出能被植物吸收的水溶性磷素，显著降低了酸性单体残留带来的毒害作用，且在保水剂缓控释系统作用下，通过溶胀作用稳定而长效地保持和释放作物生长所需养分，使土壤更适合植物生长，并提高肥料所含营养物质的生物利用度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农林业领域，具体涉及一种以甘蔗渣或甘蔗渣衍生物(包括磺化甘蔗渣、磷酸化甘蔗渣、马来酰甘蔗渣、琥珀酰甘蔗渣、甘蔗渣接枝多胺类衍生物、甘蔗渣纤维素醚化物)、磷矿粉为基本原料的水肥一体化保水剂及其制备方法与应用。
技术介绍
保水剂(又称高吸水性树脂)是一类具有很强吸水能力和保水能力的功能性高分子，它能够吸收自身几十倍乃至上千倍的水，被广泛用于农林园艺、医药卫生、建筑材料、日用化工及食品等领域。近年来，旱灾日趋频繁的发生，已经成为影响国农业生产最为严峻的自然灾害之一。因此，在干旱环境下的农业生产迫切需要具有良好吸水保水性能的保水剂。当今市场上保水剂的主要类型有①水解聚丙烯腈或淀粉、纤维素接枝聚丙烯腈； ②交联的聚乙烯醇衍生物；③淀粉与丙烯酸(或丙烯酰胺)的接枝共聚物；④丙烯酸盐交联聚合物；⑤丙烯酰胺交联聚合物。第一和第二类保水剂聚合后需进行水解，难以造粒，在土壤中容易流失。第三类保水剂吸水性和耐盐性较好，成本低，但稳定性较差。第四类保水剂吸水性能最强，稳定性也较好，但耐盐性较差，且其钠盐会造成土壤板结和盐渍，生产中一般宜采用其钾或铵盐。第五类保水剂吸水性能稍差，但耐盐性和稳定性均较好。目前市场上的产品也非常多，包括了美国、日本等国知名企业生产的产品，保水效果不错，但经深入研究发现，不少产品存在严重缺陷第一，不少聚丙烯酸型的保水剂残留丙烯酸单体过多，使用一段时间后释放的酸性单体对农作物有害，会造成作物死亡或减产； 第二，成本高、价格贵；第三，在高盐碱土壤中的吸水和保水性能不佳。第四，功能单一，除对作物供应水分外，无法及时对农作物增施肥料。抗旱保产除了需要对作物供应水分外，还需要对作物及时增施肥料，以增强作物的抗旱能力。水和肥料是作物生长的基础条件。若在保水剂中包裹和负载可控释的肥料，对减少缺水干旱造成的危害、增加作物产量是非常有意义的。肥料缓控释技术是应用物理、化学或生物化学等调控手段使肥料养分在作物生育期内逐渐释放出来并与作物吸收基本同步，以减少肥料损失，提高肥料利用率的技术手段。以控释技术为特征的控释肥是近几年国内外研究的热点。目前，这方面的研究仍集中在通过物理混合、包膜、化学结合等将可溶性化肥与保水剂复配制备成保水微肥或保水缓释肥料(Teodorescu，Μ.； Lungu, Α. ；Stanescu，P.0. et al. Preparation and Properties of Novel Slow-Release NPK Agrochemical Formulations Based on Poly (acrylic acid)Hydrogels and Liquid Fertilizers. Industrial&Engineering Chemistry Research，2009，48(14) 6527-6534. ；Tyliszczak, B. ；Polaczek, J. ；Pielichowski, J. et al. Preparation and Properties of Biodegradable Slow-Release PAA Superabsorbent Matrixes for Phosphorus Fertilizers . Macromolecular Symposia,2009，279 (1) :236-242.； CN200510011017.8，营养保水剂；CN03153942. 4，一种保水缓释肥料)。而这类产品普遍存在以下不足一是控释肥成本高，主要缘于控释材料昂贵；二是控释的养分单一，以控释氮3肥为主，磷肥与钾肥控释肥甚少；三是普通控释肥在干旱条件下因为缺水而使其养分释放受到严重限制，发挥不了作用。四是大部分产品释放期短，养分释放性能不理想。针对控释肥成本高的问题，已有学者尝试以磷矿粉替代控释肥。磷矿粉是一种磷素溶解极其缓慢的天然矿物质，中国专利200910060543. 1以钾矿粉、磷矿粉及水溶性聚合单体为原料，并以硫酸、氢氧化钠及粘土作活化促释剂，通过水溶液聚合法制备成矿物肥料保水剂。该保水剂具有肥料和保水功能，但却存在较多的缺陷， 如钾矿粉、磷矿粉极易沉淀，在水溶液中较难通过搅拌等物理方法将其均勻分散，严重影响产品质量。此外，该方法在磷矿粉中加入一定量的硫酸作活化剂，硫酸会与磷矿粉立即反应生成与过磷酸钙成分类似的混合物(如Ca(H2PO4)2 · H2O,CaSO4,MgSO4,FePO4, AlPO4,H2SiF6, H3PO4, Ca5F(PO4)3等)。磷矿粉的原有主要矿物(碳氟磷灰石)结构被酸破坏，最终与水溶性丙烯酸单体复合的成分，实际上是过磷酸钙成分的混合物。而且由于磷矿粉通过强酸分解使钙、镁、铁、铝等阳离子游离出来，对复合保水剂的保水性能有较大的不利影响。其次磷矿粉与硫酸作用后的磷素养分在保水剂吸水后极易流失，而粘土作活化促释剂不仅其活化效果存在疑问且存在易沉降、难分散的问题，这些问题都会导致活化效果不佳，使产品的缓释肥料性能不好。中国专利200510018564. 9将甘蔗渣置于6tlCo-γ射线辐射下与丙烯酸盐类接枝聚合制备成高吸水性树脂，产品可以吸收去离子水200-500倍，但功能单一，无法控释肥料。 而以农业废弃资源甘蔗渣或其衍生物和价格低廉的天然矿物质磷矿粉为基本原料制备成水肥一体化保水剂则未见国内外有报道，也未见有此类的专利申请。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种水肥一体化保水剂，该水肥一体化保水剂集吸水、保水、缓控释放肥料功能为一体，是一种成本低廉、增效、无毒、耐霉、耐盐性好的新型保水剂。本专利技术的另一目的在于提供上述的水肥一体化保水剂的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述的水肥一体化保水剂的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现一种水肥一体化保水剂，由以下成分制备得到水溶性聚合单体、甘蔗渣或甘蔗渣衍生物、磷矿粉、自由基聚合引发剂和交联剂；其中，甘蔗渣或甘蔗渣衍生物是水溶性聚合单体质量的10-100%，磷矿粉是水溶性聚合单体质量的10-100%，自由基聚合引发剂是水溶性聚合单体质量的0.01-3%，交联剂是水溶性聚合单体质量的0. 01-2% ；优选地，甘蔗渣或甘蔗渣衍生物是水溶性聚合单体质量的30-100%，磷矿粉是水溶性聚合单体质量的30-100%，自由基聚合引发剂是水溶性聚合单体质量的0. 1-3%，交联剂是水溶性聚合单体质量的0. 08-2%。所述的甘蔗渣或甘蔗渣衍生物的平均粒径< 0. 18mm(使用前将甘蔗渣及其衍生物机械粉碎)；所述的甘蔗渣衍生物为碱化甘蔗渣、有机酸酯化甘蔗渣(如马来酰甘蔗渣、琥珀酰甘蔗渣、丙烯酰甘蔗渣)、无机酸酯化甘蔗渣(如磺化甘蔗渣、硝化甘蔗渣、磷酸酯化甘蔗渣)、醚化甘蔗渣(如甲基甘蔗渣、羧甲基甘蔗渣、羟乙基甘蔗渣、羟丙基甲基甘蔗渣)、接枝改性甘蔗渣(如甘蔗渣接枝聚乙二醇、甘蔗渣接枝环氧氯丙烷)或多胺化改性甘蔗渣(如四乙烯五胺改性甘蔗渣、三乙烯二胺改性甘蔗渣、乙二胺改性甘蔗渣等)中的一种；上述的甘蔗渣衍生物的制备完全可仿照其对应的纤维素衍生物或木质素衍生物的制备方法；甘蔗渣的主要成分为纤维素和木质素，在本专利技术中甘蔗渣衍本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种水肥一体化保水剂，其特征在于是由以下成分制备得到：水溶性聚合单体、甘蔗渣或甘蔗渣衍生物、磷矿粉、自由基聚合引发剂和交联剂；其中，甘蔗渣或甘蔗渣衍生物是水溶性聚合单体质量的１０－１００％，磷矿粉是水溶性聚合单体质量的１０－１００％，自由基聚合引发剂是水溶性聚合单体质量的０．０１－３％，交联剂是水溶性聚合单体质量的０．０１－２％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋刚彪，钟康，毛小云，郑锡亮，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：81