一种可降解型保水剂及其制备方法技术领域
本发明涉及一种农业节水领域，且特别涉及一种可降解型保水剂及其制备方法。
背景技术
人类生产活动对土壤沙化的产生和防止有很大影响。由于不合理的放牧和开垦，
严重破坏了原有沙地的自然植被，可导致土壤沙化趋于严重，加速沙化过程。大量研究表
明，土壤中加入一定浓度的高吸水树脂能加强土壤对水的吸收能力并能抑制土壤水分的蒸
发而且可以保持土壤结构的稳定性。高吸水树脂的种类很多，如聚丙烯酸树脂、聚丙烯酸
盐-乙烯醇树脂等。上述树脂具有一定的土壤改良能力，但是成本高、吸水保水能力不足且
难于生物降解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降解型保水剂的制备方法，其制备方法简单，能制
备得到质量好的可降解型保水剂。
本发明的另一目的在于提供一种可降解型保水剂，其能够迅速吸收并保住水，可
降低水的渗漏或者挥发；其含有微量氮磷等营养组分，可用于土地荒漠化治理或耕种、农作
物种植、园林绿化等领域。且因其可生物降解，对环境不会造成污染。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：
混料步骤：将原料和水搅拌均匀；按重量份数计，原料包括：秸秆5-32份、聚丙烯酰
胺20-50份、丙烯醇10-30份和添加剂0.001-0.01份，添加剂为质量比为5-10:1的交联剂和
引发剂的混合物。
反应步骤：进行微波加热3-40min，微波加热功率为1800-3000W。
一种可降解型保水剂，其由要求上述的可降解型保水剂的制备方法制备得到。
本发明实施例的一种可降解型保水剂及其制备方法的有益效果是：上述比例的丙
烯醇、聚丙烯酰胺在上述比例的交联剂和引发剂与水混合，在微波加热功率为1800-3000W
的作用下发生接枝共聚反应形成分子交联网状结构，微波加热时间为3-40min，保证了接枝
共聚反应能充分地进行，同时能达到合适的交联度。当水分子与聚合物网状链相接触时，其
分子含有的羧基、羟基和酰胺基等强亲水性官能团通过三维网状结构及分子内外侧电解质
离子浓度差产生的渗透压，对水分子产生缔合存储作用。秸秆一方面具有较强亲水性和吸
附性，能够增加产品的吸水保水性能，另一方面其能够为农作物提供丰富的氮、磷、钾、钙等
养分。且聚丙烯酰胺和丙烯醇的共聚物为可降解的，最终降解产物为氨、二氧化碳、水和钾
离子，对环境没有污染，这些缓慢释放出来的营养物质还能为植物提供营养，具有促进植物
生长和增产的作用。用微波进行加热，可以为接枝共聚反应提供足够的能量，能够制备得到
的抗旱保水增产剂质量更好，且微波加热方式操作简单，成本低。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中
的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建
议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产
品。
下面对本发明实施例的可降解型保水剂及其制备方法进行具体说明。
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：
混料步骤：将原料和水搅拌均匀。按重量份数计，原料包括：秸秆5-32份、聚丙烯酰
胺20-50份、丙烯醇10-30份和添加剂0.001-0.01份，添加剂为质量比为5-10:1的交联剂和
引发剂的混合物。
聚丙烯酰胺，英文名为Poly acrylamide，英文简称为PAM。聚丙烯酰胺是由丙烯酰
胺单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低
液体之间的摩擦阻力。在一定的低浓度下，聚丙烯酰胺溶液可视为网状结构，链间机械的缠
结和氢键共同形成网状节点。浓度较高时，由于溶液含有许多链一链接触点，使得PAM溶液
呈凝胶状。PAM水溶液与许多能和水互溶的有机物有很好的相容性，对电解质有很好的相容
性。
丙烯醇，英文名为Allyl alcohol，CAS号为107-18-6，为具有刺激性芥子气味的无
色液体。
秸秆，是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称。本发明的实施例中，秸秆可以是大豆秸
秆、玉米秸秆、小麦秸秆或是稻草秸秆等。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆
中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质，作为保水剂的原料，其能够为农作物提供丰富的养
分，促进植物生长。且秸秆中含有丰富的木质素、纤维素，纤维素分子内含有大量的亲水性
羟基，且多孔，比表面积大，故具有较强亲水性和吸附性，同时若通过化学改性还可以得到
亲水性更强的衍生物。其衍生物在水中可以溶胀并形成粘稠的溶胀液，该溶胀液可以实现
对其他原料助悬，可以使其均匀稳定地分散在水溶液中。同时由于其衍生物固有的吸附作
用，可以将其他原料包裹于其中，形成吸附能力强的微包膜或微环境，从而保证了营养不易
被流失，缓慢向土壤中释放营养元素的目的。且合适粒度的秸秆能够促进接枝共聚反应，使
得共聚物的网状交联度处于一个合适的范围，既能保持较高的吸水率又能提高其保水的能
力。另一方面，秸秆过细会增加成本。因此优选地，秸秆的粒度为40-200目。
交联剂，是一种能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线性分子相互键合交联
成网状结构的物质，促进或者调解聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。
进一步地，交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺。
N-N亚甲基双丙烯酰胺，英文名为Methylene-Bis-Acrylamide，CAS号为110-26-9。
引发剂，指容易受热分解成自由基(即初级自由基)的化合物，可用于引发烯类、双
烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反
应。
进一步地，引发剂为十二烷基磺酸铵、过硫酸铵或硝酸铈铵。
十二烷基磺酸铵，英文名为Sodium Dodecyl Sulfonate，CAS号为2386-53-0。且十
二烷基磺酸铵能够提高水在土壤中的渗透能力。
过硫酸铵，英文名为Ammonium persulphate，英文简称为APS，CAS号为7727-54-0，
为白色结晶或粉末。
硝酸铈铵，英文名为Ceric ammonium nitrate，CAS号为16774-21-3，为桔红色颗
粒状结晶。
上述比例的聚丙烯酰胺、丙烯醇和上述比例的交联剂、引发剂与水混合在一定条
件可发生接枝共聚反应形成分子交联网状结构，因其具有较高的交联度，当水分子与聚合
物网状链相接触时，其分子含有的羧基、羟基和酰胺基等强亲水性官能团通过三维网状结
构及分子内外侧电解质离子浓度差产生的渗透压，对水分子产生缔合存储作用。由于分子
交联结构，分子网络所吸水分是不能用一般的物理方法挤出的，从而起到保水的作用。在土
壤中能将雨水或浇灌水迅速吸收并保住，避免了水分蒸发或者渗入地下而造成植物缺水，
同时能改善土壤的板结与贫瘠。且接枝共聚的的聚合物为可降解的，最终降解产物为氨、二
氧化碳、水和钾离子，对环境没有污染，这些缓慢释放出来的营养物质还能为植物提供营
养，具有促进植物生长和增产的作用。
优选地，按重量份数计，原料包括：秸秆8-30份、聚丙烯酰胺23-45份、丙烯醇12-25
份和添加剂0.002-0.008份。
进一步地，水与聚丙烯酰胺的质量比为2-6:1。
加水的多少会影响原料的浓度，进而影响接枝共聚反应的反应速率。因此，优选
地，水与聚丙烯酰胺的质量比为2-6:1。
进一步地，按重量份数计，原料还包括膨润土5-30份、沸石5-20份和二氧化钛
0.01-1份。
膨润土，也叫斑脱岩、皂土或膨土岩，是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产。
其主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素。膨润土具有
强的吸湿性和膨胀性，在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质溶液具有一定的黏
滞性、触变性和润滑性；有较强的阳离子交换能力；对各种气体、液体、有机物质有一定的吸
附能力。
沸石，较常见的有方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等，
都以含钙、钠为主。沸石的晶体结构是由硅(铝)氧四面体连成三维的格架，格架中有各种大
小不同的空穴和通道，具有很大的开放性。晶格中存在的大小不同空腔，可以吸取或过滤大
小不同的其他物质的分子，因而具有吸水和保水的作用。沸石也能提高植物的耐盐性，且其
价格便宜，节约了成本。而另一方面，沸石的粒度过粗，会影响接枝共聚的反应过程而导致
可降解型保水剂网状结构的强度下降，而过细则会增加成本。因此，优选地，沸石的粒度为
50-150目。
二氧化钛，又称钛白粉、钛糖或钛白，其英文名为Titanium Dioxide，CAS号为
13463-67-7，为白色固体或粉末状的两性氧化物。二氧化钛具有一定的亲水性，能够吸收水
分。且其粘附能力强，能形成包覆层，从而保证了膨润土、沸石的营养不易被流失，缓慢向土
壤中释放营养元素的目的，二氧化钛也能提高植物的耐盐性。另一方面，二氧化钛粒度过
粗，会影响接枝共聚的反应过程而导致可降解型保水剂网状结构的强度下降，而过细则会
增加成本。因此，优选地，二氧化钛的粒度为300-500目。
二氧化钛分为金红石型和锐钛矿型，因金红石型的二氧化钛分散性能优于锐钛矿
型，因此，二氧化钛优选为金红石型。
混料步骤过后进行反应步骤，反应步骤：进行微波加热3-40min，微波加热功率为
1800-3000W。
用微波进行加热，一方面可以为接枝共聚反应提供足够的能量，另一方面，在微波
功率为1800-3000W的作用下发生接枝共聚反应，微波加热时间为3-40min，保证了接枝共聚
反应能充分地进行，同时能达到合适的交联度。且微波加热方式操作简单，成本低。
微波加热功率过低，不能为接枝共聚反应提供充足的能量；微波加热功率过高，一
方面使得反应速率过快，存在一定的安全问题，另一方面，加热功率过高会使得交联点过
多，产品最终可能会变成胶状，则制品的吸水、保水性能都会变差。微波加热时间过短，接枝
共聚反应不充分；时间过长，同样会使得交联点过多，制品的吸水、保水性能都会变差。因
此，优选地，微波加热功率为2000-2800W，微波加热时间为10min-40min。
微波加热的同时反应装置进行旋转，旋转时能起到搅拌的作用，能够使得各原料
之间充分接触，分散更均匀，制备得到的抗旱保水增产剂质量更好。优选地，微波加热的同
时进行反应装置进行旋转或对原料进行搅拌。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为100目的玉米秸秆
12kg、聚丙烯酰胺40kg、丙烯醇15kg、膨润土15kg、粒度为100目的沸石17.9kg、粒度为400目
的金红石型二氧化钛0.1kg和添加剂0.002kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的
质量比为7:1)与90kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热20min，微波加热功率为1800W，
最后取出烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例2
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为120目的小麦秸秆
28kg、聚丙烯酰胺30kg、丙烯醇12kg、膨润土13kg、粒度为100目的沸石16.8kg、粒度为300目
的金红石型二氧化钛0.2kg和添加剂0.003kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵的质量比
为5:1)与70kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热15min，微波加热功率为2200W，最后取
出烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例3
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为200目的大豆秸秆
30kg、聚丙烯酰胺35kg、丙烯醇20kg、膨润土5kg、粒度为100目的沸石9.9kg、粒度为500目的
锐钛矿型二氧化钛0.1kg和添加剂0.004kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和硝酸铈铵的质量比为
8:1)与80kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热3min，微波加热功率为3000W，最后取出
烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例4
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为150目的大豆秸秆
20kg、聚丙烯酰胺50kg、丙烯醇10kg、膨润土12kg、粒度为100目的沸石7.7kg、粒度为325目
的金红石型二氧化钛0.3kg和添加剂0.002kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和硝酸铈铵的质量比
为10:1)与105kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热6min，微波加热功率为2600W，最后
取出烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例5
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为180目的稻草秸秆
5kg、聚丙烯酰胺20kg、丙烯醇15kg、膨润土8kg、粒度为50目的沸石18kg、粒度为425目的锐
钛矿型二氧化钛0.01kg和添加剂0.001kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质量
比为6:1)与60kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热10min，微波加热功率为2000W，最后
取出烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例6
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为40目的小麦秸秆
8kg、聚丙烯酰胺23kg、丙烯醇18kg、膨润土26kg、粒度为80目的沸石5kg、粒度为400目的金
红石型二氧化钛1kg和添加剂0.005kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和硝酸铈铵的质量比为9:1)
与92kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热25min，微波加热功率为2400W，最后取出烘干
得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例7
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为80目的玉米秸秆
32kg、聚丙烯酰胺45kg、丙烯醇30kg、膨润土20kg、粒度为150目的沸石10kg、粒度为300目的
锐钛矿型二氧化钛0.02kg和添加剂0.008kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质
量比为7:1)与90kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热40min，微波加热功率为2500W，最
后取出烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例8
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为50目的稻草秸秆
15kg、聚丙烯酰胺28kg、丙烯醇25kg、膨润土30kg、粒度为120目的沸石8kg、粒度为400目的
金红石型二氧化钛0.5kg和添加剂0.01kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵的质量比为
10:1)与168kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热30min，微波加热功率为2800W，最后取
出烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例9
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为140目的小麦秸秆
25kg、聚丙烯酰胺38kg、丙烯醇28kg、膨润土25kg、粒度为140目的沸石20kg、粒度为500目的
金红石型二氧化钛0.8kg和添加剂0.006kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质
量比为5:1)与190kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热35min，微波加热功率为2600W，
最后取出烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
实施例10
一种可降解型保水剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为140目的玉米秸秆
20kg、聚丙烯酰胺32kg、丙烯醇22kg和添加剂0.007kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺
酸铵的质量比为6:1)与110kg的水混合搅拌均匀，然后进行微波加热18min，微波加热功率
为2500W，最后取出烘干得可降解型保水剂。
一种可降解型保水剂，其由上述的制备方法得到。
对比例1
保水剂的制备方法包括以下步骤：将50份丙烯酰胺、100份丙烯酸置于混料器中，
加入300份去离子水搅拌溶解，用氢氧化钾调节体系PH值，使体系PH值在7.0左右，加入脲20
份、磷酸氢二铵20份、搅拌均匀后通氮气30分钟，加入引发剂、氧化剂过氧化氢0.3份，还原
剂抗坏血酸0.3份，反应促进剂三乙醇胺0.5份，交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺0.3份等聚合
水溶液移入聚合反应器，在聚合温度为50℃时聚合，聚合时间为4小时，得到保水剂。
对比例2
保水剂的原料为硅藻土30份、滑石15份、丙烯酰胺100份、丙烯酸15份、淀粉50份、
引发剂4份、交联剂0.7份、壬基酚聚氧乙烯醚7份和石油醚7份。
保水剂的制备方法包括以下步骤：首先将淀粉加入到两倍重量的蒸馏水中，然后
在90℃条件下糊化1小时，得到糊化淀粉。将丙烯酰胺、丙烯酸、壬基酚聚氧乙烯醚和石油醚
混合在一起，得到第一混合物。将硅藻土、作为交联剂的N-羟甲基丙烯酰胺和作为引发剂的
过硫酸铵以及滑石混合，得到第二混合物。将第一混合物加入到糊化淀粉中并搅拌均匀，得
到第三混合物。将第二混合物加入到第三混合物中，在60℃条件下以300RPM(转/分钟)速率
搅拌2小时，从而使混合浆料接枝共聚形成共聚产物。将共聚产物倒入四氟乙烯板中，将盛
有共聚产物的四氟乙烯板在80℃条件下干燥6小时，获得保水剂。
试验例1
吸水率测定：取实施例1-10和对比例1、2中制备的样品各1g置于纱布带中，置于自
来水溶液中，使样品与去离子水充分接触，室温放置24小时，吸水过滤至30s无水滴下为准。
过滤后，称样品吸水后的重量。以上过程重复3次，最后求其平均值。
测定公式：Q＝[(W1-W0)/W0]*100％
其中Q为吸水率，W1为样品吸水后的质量，W0为样品吸水前的质量。将实施例1-10和
对比例1-2的吸水率记录在表1中。
试验例2
保水性能：称取50g充分烘干的土12份，分别与实施例1-10和对比例1、2的样品1g
混合均匀，再分别加入30mL的蒸馏水；然后将土放置室内让其自然蒸发，72h后称其重量。
测定公式：G＝m1-m2
其中，G为水的蒸发量，m1为土吸收蒸馏水后的重量，m2为最后进行的自然蒸发72h
后的土的重量。将实施例1-10和对比例1-2的水的蒸发量记录在表1中。
试验例3
实验品种：玉米
实验地点：甘肃省张掖市民乐县永固镇
试验情况：在将供试土壤分成13个种植区，每个种植区的土壤情况均一致。在每个
区种植玉米，密度为0.8×0.5m。在编号为1-9的种植区内分别使用实施例1-10制备得到的
可降解型保水剂，在编号为11和12的种植区内分别使用对比例1和对比例2的保水剂，其用
量均相同。在编号为13的种植区不使用任何保水剂。编号1-13的种植区其他的田间管理均
一样。将玉米的生长情况记录于表2中。
表1实施例1-10和对比例1-2的样品吸水率和保水率
由表1可以看出，实施例1-10的可降解型保水剂的吸水率和水的蒸发量均优于对
比例1和对比例2的方案，说明了实施例1-9的样品的吸水性能和保水性能均比对比例1、2的
样品好。进一步说明该可降解型保水剂能够在土壤中将雨水或浇灌水迅速吸收并保住，以
供给适当充足利用。实施例1-9的可降解型保水剂的吸水率和水的蒸发量均优于实施例10
的方案，说明了添加了膨润土、沸石和二氧化钛能增加产品的保水、吸水性能。且实施例1-
10的可降解型保水剂的吸水率都在300-500倍之间，其保水性能较好，且不会和植物抢水，
可降解型保水剂效果好，质量优。
表2编号1-13的种植地中的玉米生长情况
由表2可以看出，编号1-10的种植地的玉米存活率均高于编号11-12的种植地的玉
米存活率，编号1-10的种植地的30天玉米平均生长株高也都优于编号11-12种植地的玉米。
从而说明了实施例1-10的可降解型保水剂对植物生长所提供的营养均比对比例1、2的保水
剂所提供的营养丰富，更适于玉米的生长。通过对比编号1-9和编号10种植地的玉米存活率
和生长均高，可以看出，编号1-9种植地的玉米生长情况均好于编号10种植地的玉米，说明
了实施例1-9中添加了膨润土、沸石和二氧化钛的方案能够为植物提供更多的营养，更有利
于玉米的生长。通过对比编号1-10和编号12的种植地中的玉米生长情况，编号为1-10的种
植地中的玉米存活率和30天平均生长株高均优于编号为13的种植地玉米，这说明了实施例
1-10的可降解型保水剂为玉米的生长提供了充足的氮、磷等营养成分，有利于玉米的生长。
综上所述，本发明实施例的可降解型保水剂及其制备方法：上述比例的丙烯醇、聚
丙烯酰胺在上述比例的交联剂和引发剂与水混合在微波加热功率为1800-3000W的作用下
发生接枝共聚反应形成分子交联网状结构，微波加热时间为3-40min，保证了接枝共聚反应
能充分地进行，同时能达到合适的交联度。当水分子与聚合物网状链相接触时，其分子含有
的羧基、羟基和酰胺基等强亲水性官能团通过三维网状结构及分子内外侧电解质离子浓度
差产生的渗透压，对水分子产生缔合存储作用。秸秆一方面具有较强亲水性和吸附性，能够
增加产品的吸水保水性能，另一方面其能够为农作物提供丰富的氮、磷、钾、钙等养分。且聚
丙烯酰胺和丙烯醇的共聚物为可降解的，最终降解产物为氨、二氧化碳、水和钾离子，对环
境没有污染，这些缓慢释放出来的营养物质还能为植物提供营养，具有促进植物生长和增
产的作用。用微波进行加热，可以为接枝共聚反应提供足够的能量，能够制备得到的抗旱保
水增产剂质量更好，且微波加热方式操作简单，成本低。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实
施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施
例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的
所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。