一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂的制作方法

[0001]
本发明涉及农业领域，尤其是一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。


背景技术：

[0002]
21世纪全球十大环境问题中，土地荒漠化首当其冲，荒漠化被视为地球的“皮肤病”、“溃疡病”，是目前国际社会高度关注的重大环境问题之一。我国荒漠化面积大、分布广、是世界上遭受荒漠化危害最严重的国家之一。保水剂施入土壤中后，首先会快速吸收土壤中的水分，降低地下渗漏和土壤表面蒸发，减少水分流失，并且可以反复吸水、释水，在土壤中形成一个“微型水库”当土壤含水量降低时就会逐步释放其储藏的水分，供植物吸收利用。
[0003]
cn101955775a公开的一种生物型保水剂及其制备工艺，其是利用一种适应性强、繁殖速度快的微生物菌种和高吸水材料为载体合成一种既有保水功能，又有改良土壤功能的新型功能性保水剂。该发明工艺方法简单，生产成本极低。该发明的产品可以改良土壤、消除板结、促使植物根系发达；减少化肥用量、抑制土壤中有害菌繁殖；实现增收、改善农产品品质的作用。
[0004]
cn101906188a涉及一种利用手工可工业化生产保水剂的生产工艺。它是由丙烯酸、丙烯酰胺、植物淀粉、交联剂、引发剂、碱、稳定剂、自引发加热剂合成的一种既可以应用于农林业做为抗旱保水作用的保水剂，又可以用于工业用的高吸水材料，其作用原理还可用于发香、装饰、育花等多功能性。其特点是利用自引发热剂及合理的配方，使合成产物在全手工操作下，并在极短的时间内形成产品。
[0005]
cn1570005a公开了一种增粘保水剂，该剂由羧甲基淀粉钠、交联多糖醋酸酯、魔芋匍甘聚糖、轻质碳酸钙组成，粘接强度高，保水性能好，无甲醛、无毒无味、绿色环保，ph值为中性，用此剂和石膏及助剂生产的内墙抹末料，具有粘接强度高，耐水，施工性能好、绿色环保，该剂配方合理，使用方便，配方中所含各物质相互作用，起到良好的增粘保水作用。
[0006]
砂性土壤孔隙率大，这就决定了土壤的通气、通水性好，保水性差，地热传导率与热容量小的特点。加上荒漠化土壤的营养物质与有机物质及部分无机物质贫乏，而且土壤的保肥能力非常差。这就造成荒漠化土壤的肥力低下，保水、供水能力不足，地表温度变化强烈，种植作物后土壤水分难以保持平衡，在正常降水或常规灌溉的制度下，作物常因土壤供水不足，而导致气孔关闭，水分循环受阻，光合作用降低，由于水分生产效率和光能转化率降低，使生态系统生产力下降，加上肥力不足，严重时颗粒无收，使农田生态系统崩溃；保水剂的使用能够很好的解决以上问题，但是全合成类的保水剂材料的可降解性差，也为以后的环境安全带来的不小的隐患。现有技术的可降解保水剂天然材料所占比例小，降解性能较差。


技术实现要素：

[0007]
为了解决上述问题，本发明提供了一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。
[0008]
一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂，其具体方案如下：
[0009]
按照质量份数，将2-6份的明胶、8-14份的聚乙烯醇和40-55份的改性植物纤维粉加入到200-300份的80-100℃的水中，搅拌混合10-30min后保温10-30min，然后降温至30-50℃，依次加入8-15份的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺、20-30份的丙烯酰胺和0.5-2份的引发剂，搅拌混合均匀得到混合液，在氮气保护下，于72-78℃恒温反应3-8h，完成后加入0.01-0.1份的顺式-3-己烯醇乳酸酯和0.1-0.5份的引发剂搅拌混合均匀后继续反应1-5h，过滤、滤液循环使用,产品加入到5-12倍重量份的5％-15％的氢氧化钠水溶液中，室温下搅拌30-60min，过滤，,洗涤，干燥后即可得到所述的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。
[0010]
所述的改性植物纤维粉，其制备方法为：
[0011]
份的质量份数，将50-80份的干燥纤维粉碎成粉后加入到水解反应器中，加入0.05-0.2份的油酸钠，0.15-0.4份的甲酸和0.2-0.6份的稀硫酸加入到水解器中，混合均匀后控温55-75℃，水解反应20-60min，然后把物料排出，加入3.4-6.8份的质量份数为8％-16％的双氧水，50-60℃下反应10-25min，然后2.6-7.2份的亚硫酸氢钠，磺化反应20-40min，然后将0.1-0.8份的质量百分比浓度为10％-20％的甲醛溶液，0.4-1.2份的甲基丙烯酸磺酸钠，3-8份的烯丙醇聚氧乙烯醚和1-4份的聚乙二醇单甲醚，控温50-80℃，搅拌反应30-60min，即可得到所述的改性植物纤维粉。
[0012]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，其制备方法为：
[0013]
按质量份数，将40-60份的聚丁二酰亚胺,温度50-60℃，加入0.6-1.2份的乙醇胺，200-300份的乙酸乙酯，搅拌反应2-8h，得到羟乙基聚丁二酰亚胺，然后降温到0-10℃，将4-8份的丙烯酰氯缓慢的加入到反应釜中，加完后室温搅拌7-11h，减压蒸馏除去乙酸乙酯制备得到丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，
[0014]
丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺、丙烯酰胺和顺式-3-己烯醇乳酸酯交联聚合,再经水解得到共聚合的天门冬氨酸。其部分反应的方程式示意如下:
40％。
[0021]
所述的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂在肥料溶液中溶胀后使用。
[0022]
本发明的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂，本发明以明胶和可降解材料聚乙烯醇以及一种改性的植物纤维粉与丙烯酸和丙烯酰胺共聚交联制备的一种保水保肥剂，该种改性的植物纤维粉经过改性后表面接枝了大量的烯丙基基团和亲水性的聚乙二醇链段，增加了与合成材料的亲和性与相容性，为增加添加比例提供了可能；丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺、丙烯酰胺和顺式-3-己烯醇乳酸酯交联聚合,再经水解得到共聚合的天门冬氨酸；本发明的保水保肥剂含有大比例的天然改性物质和可降解材料，具有优良的生物可降解性，而且材料的保水保肥性也非常优异，适合在沙化土壤或沙漠地区使用，是一种优良的农业生长助剂。
附图说明
[0023]
图1为实施例2制备的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂样品所作的傅立叶红外光谱图:
[0024]
在1735cm-1
附近存在酯羰基的吸收峰，在1056cm-1
附近存在酯碳氧单键的对称伸缩吸收峰，说明丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺参与了反应；在903cm-1
附近存在醚键的吸收峰，在2942cm-1
附近存在碳氢键的伸缩吸收峰，在3425cm-1
附近存在羟基的伸缩吸收峰，说明改性植物纤维粉参与了反应；在1603cm-1
附近存在酰胺的羰基的吸收峰，在1276cm-1
附近存在酰胺的碳氮单键的伸缩吸收峰，说明丙烯酰胺参与了反应；在1451cm-1
附近存在羟基的面内弯曲吸收峰，说明聚乙烯醇参与了反应。
具体实施方式
[0025]
下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：
[0026]
称取1.00g高吸水树脂，在1％的磷酸二氢铵溶液中浸泡24h后，用筛网滤去剩余水分，称重，计算吸肥率。将上述吸水后的吸水树脂置于离心机中进行离心振荡处理，测定保水率。在1000r/m的转速下转动，约1分钟后，倒掉分层出的水，将上述剩余物再用电子秤秤出其质量，计算保肥率。
[0027]
实施例1
[0028]
一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂，其具体方案如下：
[0029]
将2g明胶、8g聚乙烯醇和40g改性植物纤维粉加入到200g80℃的水中，搅拌混合10min后保温10min，然后降温至30℃，依次加入8g丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺、20g丙烯酰胺和0.5g引发剂，搅拌混合均匀得到混合液，在氮气保护下，于72℃恒温反应3h，完成后加入0.01g顺式-3-己烯醇乳酸酯和0.1g引发剂搅拌混合均匀后继续反应1h，过滤、滤液循环使用,产品加入到5倍重量份的5％的氢氧化钠水溶液中，室温下搅拌30min，过滤，,洗涤，干燥后即可得到所述的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。
[0030]
所述的改性植物纤维粉，其制备方法为：
[0031]
将50g干燥纤维粉碎成粉后加入到水解反应器中，加入0.05g油酸钠，0.15g甲酸和0.2g稀硫酸加入到水解器中，混合均匀后控温55℃，水解反应20min，然后把物料排出，加入3.4g质量百分比浓度为8％的双氧水，50℃下反应10min，然后2.6g亚硫酸氢钠，磺化反应
20min，然后将0.1g质量百分比浓度为10％的甲醛溶液，0.4g甲基丙烯酸磺酸钠，3g烯丙醇聚氧乙烯醚和1g聚乙二醇单甲醚，控温50℃，搅拌反应30min，即可得到所述的改性植物纤维粉。
[0032]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，其制备方法为：
[0033]
将40g的聚丁二酰亚胺,温度50℃，加入0.6g的乙醇胺，200g的乙酸乙酯，搅拌反应2-8h，得到羟乙基聚丁二酰亚胺，然后降温到0℃，将4g的丙烯酰氯缓慢的加入到反应釜中，加完后室温搅拌7h，减压蒸馏除去乙酸乙酯制备得到丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺。
[0034]
所述的水解反应器为双螺杆挤出机。
[0035]
所述的引发剂为过硫酸铵。
[0036]
所述的植物纤维粉为玉米秸秆粉。
[0037]
所述的烯丙醇聚氧乙烯醚平均分子量为1500。
[0038]
所述的有机溶剂为乙醇。
[0039]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺质量百分比浓度为30％，中和度为20％。
[0040]
实施例2
[0041]
一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂，其具体方案如下：
[0042]
将4g明胶、12g聚乙烯醇和45g改性植物纤维粉加入到250g90℃的水中，搅拌混合20min后保温20min，然后降温至40℃，依次加入12g丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺、25g丙烯酰胺和1.2g引发剂，搅拌混合均匀得到混合液，在氮气保护下，于75℃恒温反应5h，完成后加入0.05g顺式-3-己烯醇乳酸酯和0.3g引发剂搅拌混合均匀后继续反应3h，过滤、滤液循环使用,产品加入到10倍重量份的9％的氢氧化钠水溶液中，室温下搅拌50min，过滤，,洗涤，干燥后即可得到所述的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。
[0043]
所述的改性植物纤维粉，其制备方法为：
[0044]
将60g干燥纤维粉碎成粉后加入到水解反应器中，加入0.1g油酸钠，0.24g甲酸和0.4g稀硫酸加入到水解器中，混合均匀后控温65℃，水解反应40min，然后把物料排出，加入4.6g质量百分比浓度为12％的双氧水，55℃下反应15min，然后4.6g亚硫酸氢钠，磺化反应30min，然后将0.4g质量百分比浓度为15％的甲醛溶液，0.8g甲基丙烯酸磺酸钠，5g烯丙醇聚氧乙烯醚和2g聚乙二醇单甲醚，控温60℃，搅拌反应40min，即可得到所述的改性植物纤维粉。
[0045]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，其制备方法为：
[0046]
将45g的聚丁二酰亚胺,温度52℃，加入0.9g的乙醇胺，240g的乙酸乙酯，搅拌反应4h，得到羟乙基聚丁二酰亚胺，然后降温到5℃，将5g的丙烯酰氯缓慢的加入到反应釜中，加完后室温搅拌9h，减压蒸馏除去乙酸乙酯制备得到丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，
[0047]
所述的水解反应器为双螺杆挤出机。
[0048]
所述的引发剂为过硫酸钾。
[0049]
所述的植物纤维粉为玉米芯粉。
[0050]
所述的烯丙醇聚氧乙烯醚平均分子量为2000。
[0051]
所述的有机溶剂为丙酮。
[0052]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺质量百分比浓度为35％，中和度为30％。
[0053]
实施例3
[0054]
一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂，其具体方案如下：
[0055]
将6g明胶、14g聚乙烯醇和55g改性植物纤维粉加入到300g100℃的水中，搅拌混合30min后保温30min，然后降温至50℃，依次加入15g丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺、30g丙烯酰胺和2g引发剂，搅拌混合均匀得到混合液，在氮气保护下，于78℃恒温反应8h，完成后加入0.1g顺式-3-己烯醇乳酸酯和0.5g引发剂搅拌混合均匀后继续反应5h，过滤、滤液循环使用,产品加入到12倍重量份的15％的氢氧化钠水溶液中，室温下搅拌60min，过滤，,洗涤，干燥后即可得到所述的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。
[0056]
所述的改性植物纤维粉，其制备方法为：
[0057]
将80g干燥纤维粉碎成粉后加入到水解反应器中，加入0.2g油酸钠，0.4g甲酸和0.6g稀硫酸加入到水解器中，混合均匀后控温75℃，水解反应60min，然后把物料排出，加入6.8g质量百分比浓度为16％的双氧水，60℃下反应25min，然后7.2g亚硫酸氢钠，磺化反应40min，然后将0.8g质量百分比浓度为20％的甲醛溶液，1.2g甲基丙烯酸磺酸钠，8g烯丙醇聚氧乙烯醚和4g聚乙二醇单甲醚，控温80℃，搅拌反应60min，即可得到所述的改性植物纤维粉。
[0058]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，其制备方法为：
[0059]
将60g的聚丁二酰亚胺,温度60℃，加入1.2g的乙醇胺，300g的乙酸乙酯，搅拌反应8h，得到羟乙基聚丁二酰亚胺，然后降温到10℃，将8g的丙烯酰氯缓慢的加入到反应釜中，加完后室温搅拌11h，减压蒸馏除去乙酸乙酯制备得到丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，
[0060]
所述的水解反应器为双螺杆挤出机。
[0061]
所述的引发剂为过硫酸铵。
[0062]
所述的植物纤维粉为小麦秸秆粉。
[0063]
所述的烯丙醇聚氧乙烯醚平均分子量为3000。
[0064]
所述的有机溶剂为丙酮。
[0065]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺质量百分比浓度为45％，中和度为40％。
[0066]
所以上实施例制备保水剂的性能结果如下表所示：
[0067] 吸肥率(g/g)保肥率(％)实施例140257.1实施例241662.4实施例343763.8
[0068]
对比例1
[0069]
一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂，其具体方案如下：
[0070]
将2g明胶、8g聚乙烯醇加入到200g80℃的水中，搅拌混合10min后保温10min，然后降温至30℃，依次加入8g丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺、20g丙烯酰胺和0.5g引发剂，搅拌混合均匀得到混合液，在氮气保护下，于72℃恒温反应3h，完成后加入0.01g顺式-3-己烯醇乳酸酯和0.1g引发剂搅拌混合均匀后继续反应1h，过滤、滤液循环使用,产品加入到5倍重量份的5％的氢氧化钠水溶液中，室温下搅拌30min，过滤，,洗涤，干燥后即可得到所述的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。
[0071]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，其制备方法为：
[0072]
将40g的聚丁二酰亚胺,温度50℃，加入0.6g的乙醇胺，200g的乙酸乙酯，搅拌反应
2-8h，得到羟乙基聚丁二酰亚胺，然后降温到0℃，将4g的丙烯酰氯缓慢的加入到反应釜中，加完后室温搅拌7h，减压蒸馏除去乙酸乙酯制备得到丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺。
[0073]
所述的引发剂为过硫酸铵。
[0074]
所述的植物纤维粉为玉米秸秆粉。
[0075]
所述的有机溶剂为乙醇。
[0076]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺质量百分比浓度为30％，中和度为20％。
[0077]
对比例2
[0078]
一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂，其具体方案如下：
[0079]
将2g明胶和40g改性植物纤维粉加入到200g80℃的水中，搅拌混合10min后保温10min，然后降温至30℃，依次加入8g丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺、20g丙烯酰胺和0.5g引发剂，搅拌混合均匀得到混合液，在氮气保护下，于72℃恒温反应3h，完成后加入0.01g顺式-3-己烯醇乳酸酯和0.1g引发剂搅拌混合均匀后继续反应1h，过滤、滤液循环使用,产品加入到5倍重量份的5％的氢氧化钠水溶液中，室温下搅拌30min，过滤，,洗涤，干燥后即可得到所述的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。
[0080]
所述的改性植物纤维粉，其制备方法为：
[0081]
将50g干燥纤维粉碎成粉后加入到水解反应器中，加入0.05g油酸钠，0.15g甲酸和0.2g稀硫酸加入到水解器中，混合均匀后控温55℃，水解反应20min，然后把物料排出，加入3.4g质量百分比浓度为8％的双氧水，50℃下反应10min，然后2.6g亚硫酸氢钠，磺化反应20min，然后将0.1g质量百分比浓度为10％的甲醛溶液，0.4g甲基丙烯酸磺酸钠，3g烯丙醇聚氧乙烯醚和1g聚乙二醇单甲醚，控温50℃，搅拌反应30min，即可得到所述的改性植物纤维粉。
[0082]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺，其制备方法为：
[0083]
将40g的聚丁二酰亚胺,温度50℃，加入0.6g的乙醇胺，200g的乙酸乙酯，搅拌反应2-8h，得到羟乙基聚丁二酰亚胺，然后降温到0℃，将4g的丙烯酰氯缓慢的加入到反应釜中，加完后室温搅拌7h，减压蒸馏除去乙酸乙酯制备得到丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺。
[0084]
所述的水解反应器为双螺杆挤出机。
[0085]
所述的引发剂为过硫酸铵。
[0086]
所述的植物纤维粉为玉米秸秆粉。
[0087]
所述的烯丙醇聚氧乙烯醚平均分子量为1500。
[0088]
所述的有机溶剂为乙醇。
[0089]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺质量百分比浓度为30％，中和度为20％。
[0090]
对比例3
[0091]
一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂，其具体方案如下：
[0092]
将8g聚乙烯醇和40g改性植物纤维粉加入到200g80℃的水中，搅拌混合10min后保温10min，然后降温至30℃，依次加入20g丙烯酰胺和0.5g引发剂，搅拌混合均匀得到混合液，在氮气保护下，于72℃恒温反应3h，完成后加入0.01g顺式-3-己烯醇乳酸酯和0.1g引发剂搅拌混合均匀后继续反应1h，过滤、滤液循环使用,产品加入到5倍重量份的5％的氢氧化钠水溶液中，室温下搅拌30min，过滤，,洗涤，干燥后即可得到所述的一种可生物降解的砂性土壤保水保肥剂。
[0093]
所述的改性植物纤维粉，其制备方法为：
[0094]
将50g干燥纤维粉碎成粉后加入到水解反应器中，加入0.05g油酸钠，0.15g甲酸和0.2g稀硫酸加入到水解器中，混合均匀后控温55℃，水解反应20min，然后把物料排出，加入3.4g质量百分比浓度为8％的双氧水，50℃下反应10min，然后2.6g亚硫酸氢钠，磺化反应20min，然后将0.1g质量百分比浓度为10％的甲醛溶液，0.4g甲基丙烯酸磺酸钠，3g烯丙醇聚氧乙烯醚和1g聚乙二醇单甲醚，控温50℃，搅拌反应30min，即可得到所述的改性植物纤维粉。
[0095]
所述的水解反应器为双螺杆挤出机。
[0096]
所述的引发剂为过硫酸铵。
[0097]
所述的植物纤维粉为玉米秸秆粉。
[0098]
所述的烯丙醇聚氧乙烯醚平均分子量为1500。
[0099]
所述的有机溶剂为乙醇。
[0100]
所述的丙烯酰氧乙氨基聚丁二酰亚胺质量百分比浓度为30％，中和度为20％。
[0101]
所以上对比例制备保水剂的性能结果如下表所示：
[0102] 吸肥率(g/g)保肥率(％)对比例124232.7对比例231746.8对比例328339.2

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