技术领域
本发明涉及一种水溶性农用松土剂的制备方法，属于高分子材料合成领域及农业制剂的生产领域。
背景技术
肥料在农业生产中大量使用，但仅有小部分营养元素能够被植物所吸收，这主要是由于单一肥料的大量使用及土壤酸碱性过大或过小引起的土壤团粒结构的破坏，造成了土壤板结，不利于植物对营养元素的吸收。
聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺(AM)单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力。在农业领域，聚丙烯酰胺常作为添加剂被广泛应用于土壤缓释材料、复合肥、功能肥、土壤调理剂等产品的制备和生产中，并已有文献公开，如：中国专利文献201410150439.2公开的一种保水松土土壤调理剂及其制备方法和中国专利文献201310276653.8公开的土壤调理剂，聚丙烯酰胺被用于土壤调理剂方面；又如：中国专利文献201310570927.4公开的一种保水松土肥料，和中国专利文献201110296132.X公开的抗旱免深耕养分防渗漏微量元素肥，聚丙烯酰胺被用于肥料方面，上述专利中添加聚丙烯酰胺，起到疏松土壤，改善土壤通气状况，增强土壤保水能力，防止土壤板结等作用。
聚丙烯酰胺抗水解能力较大，絮凝能力强，能与泥屑粘结，产生结构上的稳定性，减少悬浮土壤颗粒脱落及保持开展的结构，增强水渗透性，具有较好的松土功效，但，目前添加的聚丙烯酰胺多为固体，分子量较大，在1000万左右，且溶解速度慢，黏性较大，不适于在水溶肥及复合肥中应用。经过检索，目前还没有专用于农用松土剂聚丙烯酰胺的制备方法。因此，农业市场上急需一种可广泛应用于各种肥料或调理剂产品的小分子量的高效水溶性农用松土剂及其制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足，用作松土作用的聚丙烯酰胺多为固体，分子量较大，在1000万左右，且溶解速度慢，黏性较大，在水溶肥中应用困难及土地现状，本发明提供一种水溶性农用松土剂的制备方法，该松土剂中聚丙烯酰胺的分子量较小，在200-500万之间，抗水解能力较大，絮凝能力强，具有更好的松土功效且工艺流程简单，易操作，可以实现工业化大规模生产，从而大大降低了生产成本，无论在水溶肥还是在复合肥都具有很好的应用前景。
本发明的技术方案如下：
一种水溶性农用松土剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)向反应釜中加入蒸馏水、单体，搅拌至单体完全溶解，得到单体混合物A；
(2)称取EDTA-2Na、尿素，完全溶解在蒸馏水中，得到混料溶液B；
(3)将步骤(2)中混料溶液B加入单体混合物A的反应釜中，然后加入氨水及水解剂，控制反应温度≤30℃，直至中和反应结束，得到混料C；
(4)向步骤(3)混料C中加入交联剂、引发剂，加热升温，反应完成后，即得松土剂产品。
根据本发明优选的，步骤(1)中，蒸馏水的加入量与单体的质量比为(90-100)：(5-10)，搅拌转速10-200r/min，搅拌时间为10-30min。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述的单体为丙烯酰胺和丙烯酸的混合物，丙烯酰胺与丙烯酸的质量比为：1～5:1。
根据本发明优选的，步骤(2)中，EDTA-2Na、尿素与蒸馏水的质量比为：(0.2-20)：(0.5-20)：(6.0-240)。
根据本发明优选的，步骤(3)中混料溶液B与单体混合物A的质量比为1～15:500。
根据本发明优选的，步骤(3)中，氨水的质量浓度为10-20wt％，氨水的加入量与混料溶液B和单体混合物A总质量的比为1-10:1050，氨水与水解剂的质量比为：(0.5-2)：(10-70)。
根据本发明优选的，步骤(3)中，反应温度为10-20℃，反应时间为10-30min。
根据本发明优选的，步骤(3)中的水解剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾中的一种或两种以上混合，水解剂形式为固体或溶液，溶液质量浓度为10-40wt％。
优选的，固体水解剂形状为片状或粒状，水解剂溶液质量浓度为20-30％。
根据本发明优选的，步骤(4)中交联剂为磷酸、N-N亚甲基双丙烯酸胺、硝酸钙、甘油三丙烯酸酯、三羟甲基三丙烯酸酯、壳聚糖、聚乙二醇或甲基丙烯酸中的一种或两种以上组合。
根据本发明优选的，步骤(4)中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠的一种或两种以上组合。
根据本发明优选的，步骤(4)中，交联剂的加入量与混料C的质量比为0.01-1:100，交联剂与引发剂的质量比为：(0.1-20)：(0.5-3)。
根据本发明优选的，步骤(4)中，升温速率为1-2℃/min，反应温度为40-60℃，反应时间在1-3小时。
根据本发明优选的，步骤(4)中，松土剂产品可以制成胶状或粉末两种形态。
本发明制备的农用松土剂聚丙烯酰胺分子量在200-500万之间，且抗水解能力较大，水溶性较好，絮凝能力强，在改良土壤团粒结构，调节土壤水、肥、气、热，提高土壤适种性等方面，具有显著的效果。
本发明具有的有益效果及优点：
1.本发明工艺中聚丙烯酰胺的分子量较小，在200-500万之间，具有更好的松土功效，与传统聚丙烯酰胺工艺相比，反应温度低，散热速度快，能够保证体系在反应的过程中能够比较温和的进行，防止爆聚引发的安全隐患，产品均一，产品无需干燥，更适合工业化大规模生产。
2.本发明工艺制备的松土剂，抗水解能力较大，水溶性好，絮凝能力强，能疏松土壤，调节土壤水、肥、气、热，提高土壤适种性，而且溶解速度快，在水溶肥中，特别是液体水溶肥中具有较好的应用前景。
3.本发明生产工艺合成工艺简单，投资少，大幅度降低了生产成本，有利于在农业中的大量推广和应用。
4.本发明松土剂在土壤中生物毒性低、环境友好，可广泛添加到土壤改良剂、调理剂以及各种肥料中。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行更详细的说明。
实施例1
一种水溶性农用松土剂的制备方法，步骤如下：
(1)向反应釜中加入蒸馏水920kg、丙烯酰胺60kg、丙烯酸20kg，控制转速在120r/min，搅拌至单体完全溶解，得到单体混合物A；
(2)称取EDTA-2Na为0.2kg、尿素5kg，完全溶解在20.8kg蒸馏水中，得到混料溶液B。
(3)将步骤(2)中混料溶液B加入步骤(1)中单体混合物A的反应釜中，然后加入浓度为10-20％的氨水1kg及碳酸钠30kg，其中，碳酸钠要分批次、间歇性投料，溶液反应温度≤30℃，反应时间为10-30min，得到混料C；
(4)向步骤(3)混料C中加入0.2k g磷酸、0.01kg N-N亚甲基双丙烯酸胺、0.8kg过硫酸铵，开始升温到55℃，反应3小时，即可得到松土剂成品。
实施例2
一种水溶性农用松土剂的制备方法，步骤如下：
(1)向反应釜中加入蒸馏水940kg、丙烯酰胺40kg、丙烯酸20kg，控制转速在120r/min，搅拌至单体完全溶解，得到单体混合物A；
(2)称取EDTA-2Na为0.2kg、尿素5kg，完全溶解在20.8kg蒸馏水中，得到混料溶液B。
(3)将步骤(2)中混料溶液B加入步骤(1)中单体混合物A的反应釜中，然后加入浓度为10-20％的氨水1kg及碳酸氢钠30kg，其中，碳酸氢钠要分批次、间歇性投料，溶液反应温度≤30℃，反应时间为10-30min，得到混料C；
(4)向步骤(3)混料C中加入0.15k g磷酸、0.016kg N-N亚甲基双丙烯酸胺、0.6kg过硫酸钾、0.6kg亚硫酸氢钠，开始升温到60℃，反应3小时，即可得到松土剂成品。
实施例3
一种水溶性农用松土剂的制备方法，步骤如下：
(1)向反应釜中加入蒸馏水900kg、丙烯酰胺80kg、丙烯酸20kg，控制转速在120r/min，搅拌至单体完全溶解，得到单体混合物A；
(2)称取EDTA-2Na为0.2kg、尿素5kg，完全溶解在20.8kg蒸馏水中，得到混料溶液B。
(3)将步骤(2)中混料溶液B加入步骤(1)中单体混合物A的反应釜中，然后加入浓度为10-20％的氨水0.5kg及碳酸钾30kg，其中，碳酸钾要分批次、间歇性投料，溶液反应温度≤30℃，反应时间为10-30min，得到混料C；
(4)向步骤(3)混料C中加入0.3kg壳聚糖、0.01kg N-N亚甲基双丙烯酸胺、1kg过硫酸铵、1kg亚硫酸氢钠，开始升温到55℃，反应2小时，即可得到松土剂成品。
实施例4
一种水溶性农用松土剂的制备方法，步骤如下：
(1)向反应釜中加入蒸馏水900kg、丙烯酰胺80kg、丙烯酸20kg，控制转速在120r/min，搅拌至单体完全溶解，得到单体混合物A；
(2)称取EDTA-2Na为0.4kg、尿素5kg，完全溶解在20.8kg蒸馏水中，得到混料溶液B。
(3)将步骤(2)中混料溶液B加入步骤(1)中单体混合物A的反应釜中，然后加入浓度为10-20％的氨水0.5kg及碳酸氢钾60kg，其中，碳酸氢钾要分批次、间歇性投料，溶液反应温度≤30℃，反应时间为10-30min，得到混料C；
(4)向步骤(3)混料C中加入0.3k g硝酸钙、0.01kg N-N亚甲基双丙烯酸胺、1kg过硫酸铵、1kg亚硫酸氢钠，开始升温到55℃，反应3小时，即可得到松土剂成品。
实施例5
一种水溶性农用松土剂的制备方法，步骤如下：
(1)向反应釜中加入蒸馏水900kg、丙烯酰胺80kg、丙烯酸40kg，控制转速在120r/min，搅拌至单体完全溶解，得到单体混合物A；
(2)称取EDTA-2Na为0.4kg、尿素8kg，完全溶解在20.8kg蒸馏水中，得到混料溶液B。
(3)将步骤(2)中混料溶液B加入步骤(1)中单体混合物A的反应釜中，然后加入浓度为10-20％的氨水0.5kg及氢氧化钠60kg，其中，氢氧化钠要分批次、间歇性投料，溶液反应温度≤30℃，反应时间为10-30min，得到混料C；
(4)向步骤(3)混料C中加入0.3k g甲基丙烯酸、0.02kg甘油三丙烯酸酯、1.2kg过硫酸钾、1.2kg亚硫酸氢钠，开始升温到55℃，反应2小时，即可得到松土剂成品。
实施例6
一种水溶性农用松土剂的制备方法，步骤如下：
(1)向反应釜中加入蒸馏水1000kg、丙烯酰胺80kg、丙烯酸40kg，控制转速在120r/min，搅拌至单体完全溶解，得到单体混合物A；
(2)称取EDTA-2Na为0.4kg、尿素8kg，完全溶解在33.6kg蒸馏水中，得到混料溶液B。
(3)将步骤(2)中混料溶液B加入步骤(1)中单体混合物A的反应釜中，然后加入浓度为15％的氨水0.5kg及氢氧化钾60kg，其中，氢氧化钾要分批次、间歇性投料，溶液反应温度≤30℃，反应时间为10-30min，得到混料C；
(4)向步骤(3)混料C中加入0.3k g甲基丙烯酸、0.02kg甘油三丙烯酸酯、1.2kg过硫酸铵、1.2kg亚硫酸氢钠，开始升温到60℃，反应2小时，即可得到松土剂成品。
试验例本发明农用松土剂产品(分子量在200-500万之间)在作物玉米上的效果验证
实验地点：于2015年6月在临沭县石门镇进行田间玉米实验；
试验编号：选用6块试验田，每块试验田0.5亩，分别编号为空白1号；对照2号；对照3号；定植穴4号；垄沟内5号；全面撒施6号；
试验处理如下：
常规施肥为金正大复合肥17-17-17(低氯)，基施按10公斤/亩施用，穗期按20公斤/亩施用；
基施：其中空白1号不进行常规施肥，不施用松土剂；对照2号不进行常规施肥，仅施用松土剂；对照3号进行常规施肥，不施用松土剂；定植穴4号进行常规施肥，松土剂施于定植穴内；垄沟内5号进行常规施肥，松土剂施于垄沟内；全面撒施6号进行常规施肥，松土剂进行全面撒施；
基施松土剂施用量为300g/亩，与20-30公斤细干土充分混匀，分别施于定植穴、垄沟内或全面撒施；
追施松土剂施用量为300g/亩，与20-30公斤细干土充分混匀，然后均匀撒施于玉米植株周围。
结果见表1：
表1施用松土剂对玉米苗期及产量的效果
出苗率(％) 根系增长率(％) 烂根、根腐病发生率(％) 增产率(％) 空白1号 80 -- 23 -- 对照2号 96 4 3 2.5 对照3号 89 9 7 8 定植穴4号 98 13 2 12 垄沟内5号 97 12 2 11 全面撒施6号 98 11 3 10
由表1可以看出，本发明松土剂在玉米出苗率、根系增长率、根腐病发生率等方面较不使用松土剂的试验田具有显著的效果；
在出苗率方面，本发明松土剂因其松土保水作用，更利于提高出苗率，出苗率全部达到96％及以上；本发明松土剂对根系增长率和烂根、根腐病发生率的影响体现在对改良土壤的显著作用上，空白1号和对照3号不施用松土剂的土壤，土壤板结、通透性较差，土壤中的有害微生物增多，土壤中的养分氮(N)、硫(S)等物质就会发生反硝化作用，在厌氧微生物的作用下，被分解成亚硝态氮、氢化硫等有害物质，危害作用物根系的生长，从而引发土传病害和连作危害；
对照2号、定植穴4号、垄沟内5号、全面撒施6号施用本发明松土剂后，可促进土壤微粒形成良好的团粒结构，增加土壤的孔隙度，改善土壤的通透性，协调土壤中的水、肥、气、热，增加地力，好气微生物增多，有害物质就能被氧化、分解，从而大大减少土壤中的有害物质，预防腐根病、烂根病的发生，甚至不发生；
从表1，还可以看出，常规施肥和松土剂一起使用，效果更显著，并且松土剂的施用按定植穴施用优于垄沟内施用，垄沟内施用优于全面撒施。