保水剂的研究及应用（共9篇）
保水剂的研究及应用 篇1
1 聚羧酸减水剂的结构及与粘土的作用机理
世界陶瓷生产发达国家十分注重减水剂的开发和应用,其中聚羧酸系高性能减水剂是20世纪90年代之后兴起的新一代减水剂[1]。目前,国内外对聚羧酸系减水剂的研究及应用大都集中于混凝土建筑工程领域,而对其在陶瓷领域中的研究则很少,因此,研究聚羧酸系陶瓷减水剂是目前陶瓷领域的一个重要课题。
聚羧酸系减水剂通常由含羧酸基和聚氧化乙烯基等两种以上的单体,与含磺酸基、酯基或其它基团的一些可聚单体通过自由基共聚反应合成,其化学分子结构中可含有羧酸基和聚氧化乙烯基及其它基团的结构单元[2,3]。在聚合物的分子结构中,不同单体以随机或有规律地聚合在一起,因此聚羧酸系聚合物结构和性能具有多变性,它可作为减水剂应用于不同领域。在合成过程中,按是否含有长链结构的聚氧化乙烯基大单体参与共聚,可以使聚羧酸分子形成梳型和线性两种结构。目前梳型聚羧酸减水剂的合成研究已很深入且在混凝土建筑工程领域得到了广泛的应用,使用效果良好。
性能优良的减水剂在浆料—水界面上具有很强的吸附能。减水剂吸附在浆料颗粒表面能够降低浆料颗粒固液界面能,降低浆料-水分散体系总能量,从而提高分散体系的热力学稳定性,这样有利于浆料颗粒的分散。因此,不但减水剂的极性基种类、数量影响其减水作用效果,而且减水剂的非极性基的结构特征,碳氢链长度也显著影响减水剂的性能[4]。按DLVO理论,由于高效减水剂使用,使吸附减水剂分子的相邻两个浆料颗粒间产生静电斥力作用,带有负电侧基的减水剂分子吸附在浆料颗粒表面,产生双电层。双电层效应使浆料颗粒分散,防止其再凝聚。从而有效地增大拌和物的流动性。带磺酸根的离子型聚合物电解质减水剂,静电斥力作用较强;带羧酸根离子的聚合物电解质减水剂,静电斥力作用次之;带羟基和醚基的非离子型表面活性减水剂,静电斥力作用最小[5]。空间位阻理论认为,减水剂吸附在浆料颗粒表面,形成一层有一定厚度的聚合物分子吸附层,当浆料颗粒相互靠近时,吸附层开始重叠,在浆料颗粒之间就会产生斥力作用,重叠越多,斥力越大,称之为空间位阻斥力。一般认为离子聚合物引起静电斥力和空间位阻斥力两种作用力,大小取决溶液中离子的浓度、聚合物的分子结构和摩尔质量。线型离子聚合物减水剂是以静电斥力为主分散浆料颗粒,其空间位阻斥力较小。具有支链的共聚物减水剂吸附在浆料颗粒表面,形成较厚的聚合物分子吸附层,从而具有较大的空间位阻斥力作用。
刘星宇,姜建华等[6]通过实验研究了线型及梳型减水剂对陶瓷原料的适应性。其研究结果表明,静电斥力和空间位阻作用是减水剂对颗粒分散的基本的两种作用。对于聚合物减水剂,静电斥力作用也必须以减水剂分子能够吸附在颗粒表面为前提。梳形聚羧酸减水剂由于其主链较短,而支链较多且长,与微观结构为层状的粘土颗粒多为点面结合,吸附并不牢固,对粘土泥浆中胶体颗粒的ζ-电位影响较小,游离在溶剂中较多,分散效果不明显。线形聚羧酸减水剂通过线-面结合可以牢固吸附在层板状的粘土颗粒表面,从而实现其静电斥力和空间位阻效应,有效分散了粘土泥浆的絮凝结构,释放出自由水,改善流动性。
基于以上的减水剂对粘土作用机理的分析和研究结果,本实验设计一种线形聚羧酸减水剂的结构,在丙烯酸为主要单体的共聚物中,引入甲基丙烯磺酸钠共聚单体,在聚合物主链结构中引入了SO3-基团,提高了聚合物的离解性质。其线形结构可以实现和粘土颗粒的有效吸附,其高离解性质又保证其赋予粘土颗粒表面较高的双电层电位,从而以静电斥力作用实现对陶瓷原料的高分散和减水效果。本实验对所选择线型聚羧酸系陶瓷减水剂进行合成研究,对其在骨质瓷泥浆中的减水性能进行测定,取得了较好的效果。
2 实验部分
2.1 主要仪器及材料试剂
调速电动搅拌器,90型,江苏江阴科研器械厂;超级恒温水浴,601型,江苏省金坛市医疗仪器厂;恒压滴液漏斗,100m L,天津;球磨机,ND7-4L型,南京南大天尊电子有限公司;恩氏粘度计,SYP1004-Ⅲ型,上海第四石油机械厂。
丙烯酸,甲基丙烯磺酸钠,过硫酸铵,氢氧化钠,氢氧化钾等均为分析纯;骨质瓷辊压泥料由唐山某陶瓷厂提供。
2.2 实验方法
2.2.1 线型聚羧酸系陶瓷减水剂的合成
按照设计的配比精确称量原料、溶剂、引发剂等,加入反应器中,在适当的引发剂的引发作用下,使丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠两种单体发生聚合,按照设定的温度反应4~5个小时,形成一定分子量的聚合物,最后用30%Na OH溶液进行中和,调节p H值在7~8,得到线型聚羧酸系减水剂产品。
2.2.2 减水剂的性能测定
(1)减水剂减水效果的测定
用恩氏粘度计对减水剂进行减水效果测定,其测定方法为:称取适量的干土,按不同的比例加入待测减水剂,加水至每份样品的含水量相同,以恩氏粘度计测量泥浆流出100m L时所用的时间,同时测量100m L水流出所用时间,最后计算泥浆的相对粘度。
相对粘度的测定公式为:B=Cs/Ws
式中:Cs—100m L泥浆流出时间;Ws—100m L水流出时间;B—相对粘度
(2)触变性的测定
触变性是以稠化度与厚化度表示,它等于泥浆在粘度计中静置30min后流出的时间对静置30s后流出的时间的比值。测定方法为:将配好的泥料(干土)、水和减水剂搅拌均匀,静止30s后测其相对粘度值,静止30min后,再测其相对粘度值。
泥浆触变性=静置30分后的流出时间/静置30秒的流出时间
(3)减水率的测定
减水率是等量的陶瓷粉体在达到基本相同的粘度时,原始陶瓷粉体用水量和外加减水剂时用水量的差与原始用水量的比值。测定方法:称取适量原始陶瓷粉体及水配制泥浆样品,加入一定量的减水剂,搅拌均匀,以此时测定的泥浆相对粘度值为基准,然后以同样量的陶瓷粉体配以不同的水(不加减水剂),直到其粘度与基准值相同,即可得到该减水剂的减水率,其计算公式如下:
式中:WR—减水率/%;W0—原始陶瓷粉体用水量/m L;W1—外加减水剂时用水量/m L
3 结果与讨论
3.1 线型聚羧酸减水剂的合成
线型聚羧酸系减水剂的合成是按照自由基聚合反应的机理进行,反应中单体分子经引发产生自由基后,立即与其他分子聚合,连锁反应形成长链自由基,大分子聚合物自由基与其他分子作用,活性链消失成为稳定的大分子,另一分子成为自由基。链转移剂也称分子量调节剂,使聚合物平均分子量降低。聚合物活性链增长到一定程度失去活性,停止增长[2,3]。
本实验选用丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(MAS)为单体进行共聚合反应,甲基丙烯磺酸钠(MAS)单体除提供强极性的阴离子磺酸基(-SO)以提高静电斥力以外,还起到链转移剂的作用。合成工艺对所合成的减水剂性质具有重要影响,合成中需要控制的参数有:原料的摩尔比、投料方式与速度、温度与时间、溶液的浓度与酸碱度等。本实验就单体的摩尔比、引发剂的类型及用量、反应温度、反应时间及p H值等因素进行了研究,对各条件下所合成的减水剂样品进行减水效果的测试。合成方案见表1。
将以上八个方案合成的产品按合成次序编号为1#、2#、3#…7#、8#装入样品瓶中。
3.2 减水剂的减水性能测定及评价
按骨质瓷∶水=10∶6的比例,减水剂的加入量为骨质瓷干土的0.1%~1%之间,按2.2.2(1)测定方法测定泥浆的相对粘度。
测定结果显示,以上的6#和8#样品减水效果和触变性较为理想。其相对粘度测定结果如图1和图2所示。
按2.2.2(2)中所述的实验方法对6#、8#产品泥浆触变性进行测定,其测定结果如表2所示。
按2.2.2(3)中所述减水率测定方法,对6#、8#产品以及对照样品德国进口的PC67减水剂分别进行减水率的测定,测定结果如图3所示。
从以上测试结果可以看出:6#产品随着减水剂含量的增加,泥浆的相对粘度下降,其相对粘度值在3.70左右逐渐趋于稳定;8#产品与PC-67随减水剂含量增加,泥浆的相对粘度值出现最低点后又有所回升,其最低的相对粘度值分别为5.90与4.64,都出现在减水剂产品用量为0.4%~0.6%左右,由关系曲线可以清楚的看到,在此用量时,6#产品的泥浆相对粘度值为3.70%左右,小于8#和PC-67产品的泥浆相对粘度值。
在减水率方面,6#产品随着减水剂含量的增加,其减水率上升,减水率在32%左右逐渐趋于稳定;8#产品与PC-67的减水率随减水剂含量增加,开始呈上升趋势,后又有所下降,其最高减水率分别为28.9%和31.3%,其减水率高峰都出现在减水剂产品用量0.4%~0.6%左右。由关系曲线可以清楚的看到,6#产品减水效果明显好于8#产品;而与PC-67相比,在用量为0.4%左右时,6#产品与PC-67的减水效果相当,而随着用量的继续增加,6#产品的减水率则要明显高于PC-67样品。
结果表明,在所合成的一系列产品中,6#产品的减水效果最佳,在用量为0.4%~0.6%范围内,其最高减水率可达32%左右,稠化度为1.97,减水效果良好。
4 结论
线型聚羧酸系陶瓷减水剂合成过程中单体配比,引发剂类型及用量、反应温度、保温时间等因素对合成产品减水剂效果影响很大。以对骨质瓷泥浆的减水效果作为评价指标,本实验合成线型聚羧酸系陶瓷减水剂的最佳反应条件为:单体摩尔配比MAS∶AA为1∶3,过氧化物引发剂用量为单体质量的5%,反应温度为80℃左右;反应时间为5~6小时。其在骨质瓷泥料当中的最佳用量为0.4~0.6%左右,最高减水率可达32%,减水效果优于进口高效陶瓷减水剂PC67。
参考文献
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[6]刘星宇,姜建华,傅乐峰等.不同减水剂对陶瓷原料的适应性[J].中国陶瓷工业,2007,14(3):10-13
保水剂的研究及应用 篇2
---青岛鼎昌新材料 引言近年来，混凝土外加剂的生产已经朝着高性能、无污染方向发展。以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂大量应用于大型建设工程。该类减水剂的主要优点是掺量低、减水率高、高分散性、高保坍性、引言
近年来，混凝土外加剂的生产已经朝着高性能、无污染方向发展。以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂大量应用于大型建设工程。该类减水剂的主要优点是掺量低、减水率高、高分散性、高保坍性、引气量小、不泌水等，是配制高强度、高耐久性、大流态等高性能混凝土的首选减水剂，并被国内外公认为环保型高性能减水剂，对此类减水剂的合成研究是当前混凝土外加剂研究领域的最热门课题之一。
目前，聚羧酸合成技术已经比较成熟、稳定，但仍存在着合成温度比较高(60 ～80 ℃)，整个反应时间比较长(5 ～7 h)，生产效率低的问题对于在低温条件下、高效合成减水剂的工艺罕见报道，因此开发出一种合成温度低、反应时间短的合成方法显得尤为重要。本研究从降低聚合反应的温度(20 ～25 ℃)入手，以异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠、丙烯酸、复合引发剂 E 等为原料，在较短反应时间内(2 h)，通过自由基共聚合反应合成聚羧酸高效减水剂，实现一种聚羧酸减水剂的低温合成技术。试验
2． 1 主要原料和设备
异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG2400)，工业品;甲基丙烯磺酸钠(SAMS)，化学纯;丙烯酸(AA)，工业品;去离子水，工业品;氢氧化钠，分析纯;引发剂 E。
DF-101S 集热式磁力搅拌(河南智诚仪器有限公司);DW-1 型电动搅拌器(江苏省金坛市医疗仪器厂);分析天平(上海精密仪器有限公司);NJ-160A 水泥净浆搅拌机(无锡市建鼎建工仪器厂);蠕动泵(保定创锐泵业有限公司)。2． 2 聚羧酸减水剂的制备
一定量的 TPEG2400 单体和 SAMS 置入四口烧瓶中，加入适量的去离子水，开启蠕动泵，于2 h 内匀速滴加引发溶剂 E 及 AA 水溶液，反应过程中温度保持在 20 ～25 ℃，滴加完成后，用 w(NaOH)=40% 的水溶液调节体系 pH 值至中性，即得聚羧酸产品。2． 3 产品性能测试
水泥净浆流动度与 1 h 经时流动度的测量，按照 GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，水灰比 0． 29，减水剂掺量 0． 18%，分别测定水泥净浆流动度和水泥砂浆减水率。结果与讨论
3． 1 酸醚比对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定甲基丙烯磺酸钠(SAMS)的配比，引发剂 E 用量为 0． 18%((相对于所有单体总摩尔量的百分比，下同)，保持其他操作条件的相同情况下，考查不同酸醚比 n(AA)∶ n(TPEG2400)对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 1。
由图 1 可知，随着 n(AA)∶ n(TPEG2400)的增大，净浆流动度逐渐增大。当 n(AA)∶ n(TPEG2400)= 4时水泥净浆流动度达到280 mm，1 h 后保持在270 mm。主要是由于减水剂吸附到水泥颗粒表面，TPEG 中的PEO 侧链在水泥颗粒间产生良好的空间阻碍作用，使水泥颗粒不能彼此靠近，有效阻碍水泥的絮凝，且-COOH 与 PEO 侧链的比例适当，主链上带电荷基团的静电斥力和侧链上的空间位阻效应的协同作用充分发挥，分子结构合理，各官能团协调作用，使减水剂的分散性及分散保持性最好。当 n(AA)∶ n(TPEG2400)﹥4 时水泥净浆流动度开始明显下降，可能是因为丙烯酸浓度增大，丙烯酸的自聚倾向增强，很容易形成均聚物，导致水泥的分散性能及分散保持性能下降。
3． 2 SAMS 用量对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，引发剂 E 用量为 0． 18%，保持其他操作条件的不变情况下，考查不同甲基丙烯磺酸钠对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 2。
由图 2 可知，随着 SAMS 用量的增加，水泥的净浆流动度先增大后减小。当 SAMS 用量0． 3 mol 时，减水剂的初始净浆流动度达到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。这是因为 SAMS 具有亲水基团-SO 3 H，具有较好的减水性和缓凝效果，随着 SAMS 用量的增加，聚合产物的分散性显著提高，但其用量过大时，SAMS 具有一定的链转移作用，会影响减水剂相对分子质量的大小，易生成不易溶于水的聚合物。
3． 3 引发剂 E 对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为4∶ 1，SAMS 0． 3 mol，保持其他操作条件的不变情况下，考查不同引发剂 E 用量(相对于所有单体总摩尔量的百分比)对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 3。
由图 3 可知，随着引发剂用量的增加，水泥的净浆流动度先增大后减小，当引发剂用量为 0． 18% 时，水泥净浆初始流动度达到 280 mm，1 h 后仍保持在 270 mm。当用量继续增加时，水泥的净浆流动度反而下降。
这是因为，在聚合反应中，引发剂不仅能起到引发聚合反应的作用，且具备一定的调节分子量作用。引发剂用量较少时，所得聚合物的主链聚合度相对较高，分子量较大，容易产生絮凝，当引发剂用量过高时，所得聚合物的主链聚合度过低，分子量较小，所带的负电基团较少，静电斥力小，减水剂的分散性能降低。1
3． 4 反应温度对减水剂分散性能的影响 固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引发剂 E 用量 0． 18%，在室温下，采用恒温水浴锅控制反应温度 10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃进行实验，考查不同反应温度对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 4。
由图 4 可知，减水剂的分散性随着反应温度的升高呈现曲线变化。反应温度在 25 ℃时，所得减水剂性能最佳，可使水泥初始静净浆流动度达到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。当温度高于 25 ℃时，引发剂 E 分解速率较快，聚合速度太快，支链太多，残余单体数量较多，聚合反应不完全。当温度低于 20 ℃时，引发剂 E分解速率降低，聚合速度变慢，单体转化率降低。
3． 5 投料方式对减水剂分散性能的影响 根据自由基聚合原理，投料方式的不同会影响大单体和丙烯酸的共聚倾向及大单体的转化率。在25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为4∶ 1，SAMS 的用量0． 3 mol，引发剂 E 用量0． 18%，反应时间2 h，此处主要考查了不同投料方式对减水剂分散性能的影响:(1)全混法:将 TPEG、SAMS、AA、引发剂 E 一次性投入三口烧瓶中，控制温度进行反应 2 h。(2)半混法:将一定配比的 TPEG、SAMS、AA 投入三口烧瓶中，引发剂 E 混合均匀后连续滴加 2 h 进行反应。(3)分别滴加法:将一定配比的 TPEG、SAMS 投入三口烧瓶中，AA 及引发剂 E 分别同时以滴加加入。试验结果见图 5。
由图 5 可知，相同条件下，采用分别滴加法所得减水剂流动度较大，初始净浆流动度达到 280 mm。主要原因是全混法和半混法反应体系中，活性较大的单体先行聚合，剩余活性较小的单体聚合速率较低，使得产品中有效成分较少，且分子量不均匀。而分别滴加法有效的控制了活性较高的单体的加入速率，所得产品结构合适、分子量均匀，其净浆的流动度及保留性比较理想。因此，试验中采用分别滴加法。
3． 6 反应时间对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引发剂 E 用量 0． 18%，保持其他操作条件的相同情况下，考查不同反应时间对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 6。
在聚合反应中，自由基聚合反应，一般不存在中间产物，反应体系除了生成一定分子量的聚合物，就是未反应的单体。随着反应时间的增长，减水剂大分子链上接枝的不同官能团的数目随之增加，反应程度也随之增加，所得减水剂的流动度也随之增大。由图 6 可知，反应时间 2 h 时，所得减水剂性能最佳，可使净浆度达到 280 mm。当反应时间超过 2 h，净浆流动度基本保持不变，因此最佳反应时间为 2 h。
3． 7 采用最佳工艺制得的减水剂性能测定
在25 ℃条件下，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG2400)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，2 h 内匀速滴加引发剂 E 及共聚单体AA 于 SAMS、TPEG 混合溶液中，共聚单体 AA 溶液先于引发剂 E 溶液滴加完毕，再用 w(NaOH)=40% 的水溶液中和，制得聚羧酸系减水剂。对此减水剂进行了水泥净浆性能测试，在水灰比为 0． 29，掺量为 0． 18%条件下，水泥净浆初始流动度为 280 mm，1 h 经时流动度为 270 mm，减水率达到 29%。合成的聚羧酸减水剂在低掺量下表现出很好的分散性与分散保持性能，且减水效果较好。结论
(1)本文研究一种聚羧酸减水剂的低温生产工艺，通过单因素实验分析，得到最佳工艺条件:反应温度25 ℃，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，引发剂 E 用量为 0． 18%，反应时间 2 h;(2)采用最佳工艺条件合成得到的减水剂，在水灰比为 0． 29，掺量为 0． 18% 条件下水泥净浆初始流动度为 280 mm，1 h 经时流动度为 270 mm，具有较好的分散性与分散保持性能;(3)在混凝土中掺加采用最佳工艺制得的聚羧类减水剂，其减水率可达 27%，且强度越发稳定。与国内目前广泛应用的聚羧酸类减水剂相比，该减水剂减水率高，保坍性好，合成工艺简单，且聚合反应过程在室温下即可完成，耗能更低，成本较低，具有良好的性价比和市场竞争力。
青岛鼎昌新材料有限公司，是一家专业从事混凝土外加剂新材料的企业，集产品研发、生产、销售及技术服务于一体。公司生产厂位于美丽的青岛胶州市，考虑全国客户产品的使用便捷性，我司先后在广东省东莞市、陕西省西安市、四川省广汉市建立分库房，营销中心坐落于陕西省古城西安，业务面向全国，截止目前成交客户的数量已近千家，遍及全国。公司凭借多年的外加剂从业经验以及强大的技术团队支持，先后研发出一系列适应性强、综合性价比高的混凝土外加剂产品，如：保塑剂系列、缓凝剂系列、改性引气剂系列、阻泥剂系列、高效还原剂系列、抗泥型功能单体，在很大程度上解决了外加剂复配过程中坍损快、和易性差、流动性不好、易泌水等技术难题。
公司的持续发展，离不开广大客户对我司产品的不断建议和信任验证，应市场广大客户需求公司于2014年建立专业的工艺技术研发团队，从事聚羧酸常温合成研究工作，新型的聚羧酸常温工艺解决了部分客户和易性、坍损快等技术问题，简化了材料及生产的复杂性同时达到了环保要求。
保水剂的研究及应用 篇3
关键词：农达41%水剂；杀雄剂；棉花；花粉败育
中图分类号 S562.048 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）17-0067-02
自2001年以来，杂交棉为内地棉区增产增收做出了积极贡献，但随着国家种植结构的调整，内地棉区面积萎缩严重，越来越多的棉花种子企业开拓新疆市场，把内地杂交棉种植模式带入到了新疆棉区。2006—2013年间，新疆兵团棉区纤维品质下降较大[1]，随着机采棉的普及，纤维品质问题更加突出。杂交棉单株优势强，长势旺，抗逆性好，增产潜力大，较常规棉品种易于把抗性、品质、高产性状较好地结合在一起，适合作为机采棉的优势品种。但杂交棉种子生产成本过高，新疆棉区种植密度大，严重影响了杂交棉的示范推广。最近几年很多文章报道了草甘膦作为杀雄剂的应用，草甘膦的作用机理是特异地抑制植物中5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）的活性，耐草甘膦棉花叶片中EPSPS的表达量比非抗材料高57倍，但在果枝和花蕾中只高出12.4和4倍[2]，可见EPSPS在抗草甘膦棉花的生殖器官中表达量比营养器官低，累积高浓度草甘膦对花粉发育产生影响，这是造成花粉败育的主要原因。
1 材料与方法
1.1 材料 自育抗草甘膦品系R3136，药剂为41%农达水剂（孟山都公司）。
1.2 试验设计 试验于2016年在新疆建设兵团农五师金博种业中心棉花试验田进行，在湖北棉区农达41%水剂400倍液可致全株不育，比较其他草甘膦产品负效应最低[3]。新疆棉区日平均气温较低，相对于湖北较高的日平均气温，EPSPS在较低温度环境下活性增大，降解农达能力加强，以致低浓度的41%农达水剂到达生殖器官的量不足，以导致花粉败育[4]。41%农达水剂采用100倍液，试验6种处理方式（见表1），每种处理方式种2行，行长1m。于6月上中旬开始试验（以第一个棉蕾宽0.5cm为准）。
1.3 取样及测定 自第一朵不育花出现时，记载每天的开花数和花粉育性（育性鉴定标准[3]见图1）。A为未处理花，花丝长，散粉好；B为半不育花，花丝缩短，花药干瘪不开裂，内有少量花粉，显微镜下观察花粉粒畸形；C为不育花，花丝缩短，花药内无花粉粒，柱头发育正常，可成铃吐絮。
2 结果与分析
由图2可以看出，处理1中不育花为0，半不育花9朵，其余均为可育花，与处理5（对照）花粉育性基本一致，说明单次41%农达水剂100倍液所含农达剂量不能达到使棉株花粉败育。处理2、3、4中在不育花开始出现之后的几天内有部分半不育花出现，其余期间都表现出花粉高度败育。
棉花花粉发育的过程中最敏感时期是开花前15d前后，这一时期遭遇高温会导致花粉败育[5]，同时也是抗草甘膦棉花花粉对草甘膦最敏感的时期[3，6]。从表2中看出，从喷药开始到不育花出现经过24d左右，其可能的原因如下：一是新疆棉区日平均气温较低，棉株发育较慢，二是单次41%农达水剂100倍液所含农达剂量不能达到使棉株花粉败育，当第二次喷药后累积剂量达到花粉败育剂量，不育花出现较迟。处理2不育花期为25d左右，处理3不育花期长达27d，完全可以满足商品种子生产的生育期。
3 讨论
草甘膦的喷药浓度和喷药间隔期对抗草甘膦棉花的花粉育性有很大影响[3，6]，本试验中41%农达水剂100倍液间隔10～15d喷药3次可以使棉株花粉在全生育期败育。41%农达水剂100倍液单次喷药，不足以使棉株花粉败育，所以第一次喷药剂量应加大处理，但大剂量农达会对杂交铃发育产生影响，乃至种子败育[2]。下一步工作的重点：一是了解北疆棉区喷药间隔时间和喷药浓度之间的关系，二是结合当地气候条件，制定合理的制种方案，增加制种产量，降低制种成本。
参考文献
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保水剂的研究及应用 篇4
在陶瓷实际生产过程中, 陶瓷减水剂在陶泥浆料和水之间产生很好的黏结能力。陶瓷减水剂吸附在浆料颗粒表面能够降低陶泥分子之间的黏结力, 使分子之间具有更好的分散性, 从而改善其流动性。在研究聚羧酸陶瓷减水剂过程中, 主要研究的是聚羧酸单体所具有的特有结构, 即梳型结构。因为单体具有梳型结构, 所以很容易在其特有的结构上引进具有减水和对泥有分散作用的特有磺酸基。在对TD聚羧酸陶瓷减加剂的研究过程中发现, 减水剂分子结构中极性基团种类、数量影响其在实际生产过程中的减水效果, 同时发现, TD聚羧酸陶瓷减加剂分子结构中非极性基团的结构特征、碳氢链的长度也影响着减水剂的各项性能。
在研究聚羧酸结构与陶泥相互作用的过程中应用了DLVO理论, 而在DLVO中所呈现的理论为:聚羧酸系陶瓷减水剂在与陶泥颗粒之间相互作用的过程中, 聚羧酸系陶瓷减水剂与陶泥颗粒之间产生静电斥力作用, 带有负电的侧基减水剂分子吸附在陶泥浆料颗粒的表面, 形成双电层结构。通过多次试验研究证明, 带磺酸根的聚羧酸陶瓷减水剂离子之间静电斥力作用非常强;带羧酸根的聚羧酸陶瓷减水剂离子间静电斥力作用比较弱;带羟基和醚基的非离子型聚羧酸陶瓷减水剂静电斥力作用最小。空间位阻理论认为:聚羧酸陶瓷减水剂吸附在陶泥颗粒表面时, 形成一层具有一定厚度的分子吸附层, 陶泥颗粒在水化过程中相互靠近时, 吸附层之间重叠, 在陶泥颗粒之间就会产生静电排斥作用, 重叠部分越多, 排斥力就越大。通过实验研究了减水剂分子线型结构和梳型结构对陶泥原料的适应性, 结果显示, 陶泥水化过程中, 粒子之间的静电斥力和空间位阻作用是聚羧酸陶瓷减水剂产生分散作用的两种体现方式。通过上述理论知识, 在研究过程中以丙烯酸为主要单体, 引入甲基丙烯磺酸钠聚合物, 相当于在聚合物主链结构中引入了磺酸基, 这样的线形结构可以实现与陶泥颗粒水化过程中的有效吸附, 提升了聚羧酸陶瓷减水剂的分离性能。
1 合成工艺部分
1.1 试验所用原材料
试验所用材料有丙烯酸, 工业品;甲基丙烯磺酸钠, 分析纯;过硫酸铵, 分析纯;氢氧化钠, 分析纯;氢氧化钾, 分析纯;分子链调节剂;骨质瓷辊压泥料 (由山西应县三个陶瓷厂A, B, C提供) 。
1.2 试验所用仪器
试验所用仪器为500 m L四口反应瓶、恒温水浴锅、温度计 (0~100℃) 、JJ-1精密增力电动搅拌机、BT00-100M蠕动泵、NDJ-79旋转黏度计。
1.3 合成工艺
在装有温度计、蠕动泵滴加装置的500 m L四口反应烧瓶中, 加入定量的去离子水、分子链调节剂和甲基丙烯磺酸钠, 搅拌溶解, 并将恒温水浴锅温度控制在75℃。待完全溶解后, 用蠕动泵同时滴加配制好的A溶液 (引发剂过硫酸铵溶液) 和B溶液 (丙烯酸溶液) , 滴加时间为3 h。滴加完毕后, 在60℃的温度下继续保温反应1 h, 然后降温到25℃, 同时用质量分数为30%的Na OH溶液 (p H值在7~8) 进行调节, 这样就得到了TD陶瓷减水剂产品。在本试验中选用丙烯酸 (AA) 和甲基丙烯磺酸钠 (MAS) 作为合成单体进行合成聚合反应, 甲基丙烯磺酸钠 (MAS) 除提供强极性的阴离子磺酸基以提高静电斥力之外, 还起到链转移剂的作用。
1.4 TD聚羧酸陶瓷减水剂性能测定
1.4.1 TD聚羧酸陶瓷减水剂减水性能的测定
在陶瓷工业生产过程中, 改善陶泥颗粒之间的黏结度非常关键, 利用工艺所生产的TD聚羧酸陶瓷减水剂对陶泥黏度检测所用的仪器为NDJ-79黏度计。具体操作步骤为:称取适量的陶泥干土, 选择几种不同的比例加入TD聚羧酸陶瓷减水剂, 然后加适量的水, 使每份样品含水量相同。用NDJ-79黏度计测量定量 (100 m L) 陶泥浆流出时所用的时间, 接着再测量定量 (100 m L) 水流出时所用时间, 最后利用公式计算泥浆的相对黏度值。陶泥浆相对黏度的计算公式为:
式 (1) 中:B——陶泥浆相对黏度;
Cs——陶泥浆 (100 m L) 流出时所用时间;
Ws——水 (100 m L) 流出时所用时间。
1.4.2 TD聚羧酸陶瓷减水剂触变性的测定
在实验室研究过程中, 陶泥的触变性用陶泥的稠化度来表示。该稠化度数值等于陶泥浆于黏度计中静置一定时间 (30 min) 后流出的时间与再静置一定时间 (30 s) 后流出时间的比值。具体操作步骤为:将配制好的陶泥、水和TD陶瓷聚羧酸减水剂搅拌均匀, 静置30 s后测定其流出时间, 再静置30 min后, 测其流出时间。
陶泥浆的触变性=静置30 min后流出的时间/静置30 s后流出的时间。 (2)
1.4.3 TD聚羧酸陶瓷减水剂减水率的测定
在实验室研究过程中, 陶瓷减水剂在陶泥中的减水率是研究的重点, 理论研究表明, 陶瓷减水剂的减水率是等量的陶泥在实验过程中达到相同黏度时, 原始所用陶泥用水量和外加TD聚羧酸陶瓷减水剂时用水量的差值与原始用水量的比值。陶瓷减水剂减水率计算公式为:
式 (3) 中:WR——陶瓷减水剂减水率, %;
W0——原始陶泥用水量, m L;
W1——加TD陶瓷聚羧酸减水剂后的所用水量, m L。
按骨质瓷∶水=10∶6的比例, TD减水剂的加入量为骨质瓷泥土的0.1%~1%, 按式1.4.2中描述的方法测定其泥浆的相对黏度值。
线型聚羧酸减水剂用量和 (A, B, C) 厂黏土相对黏度分别如表1、表2和表3所示, 其坐标图分别为图1、图2和图3所示。
线型聚羧酸减水剂用量和 (A, B, C) 厂黏土减水率分别如表4、表5和表6所示, 其坐标图分别为图4、图5和图6所示.
2 结果讨论
从以上测试结果和图表可以明显看出, 三个陶瓷厂 (A, B, C) 三种陶瓷泥浆随着减水剂含量的增加, 泥浆的相对黏度下降, 其相对黏度值在3.70左右逐渐趋于稳定;在减水率方面, 三种陶泥随着TD系列陶瓷外加剂含量的增加, 其减水率上升, 在TD系列陶瓷外加剂用量为0.4%~0.6%范围内时, 减水率在32%左右逐渐趋于稳定。陶泥黏度在3.7左右时已经达到了陶瓷工业化生产时所有工序的要求, 并且在TD系列陶瓷外加剂掺量很小的条件下减水率就能到达到32%左右, 这样大大降低了工业化成本, 真正使TD系列陶瓷外加剂从实验室走进了工厂, 为企业和社会带来更好的效益。
3 结论
本课题主要对聚羧酸进行改性生成新型的TD系列陶瓷外加剂进行了研究, 并对其在陶瓷原料中的应用性能进行了检测。课题所得结论包括以下两点: (1) TD系列陶瓷聚羧酸外加剂对陶瓷泥浆具有很好的减水效果, 在添加线型减水剂后, 陶瓷泥浆的黏度、流动性得到了明显的改善。 (2) TD系列陶瓷聚羧酸系减水剂合成过程中的引发剂用量、单体配比、反应温度等对最终产品有很大的影响, 其最佳合成条件为甲基丙烯磺酸钠 (MAS) 与丙烯酸 (AA) 的摩尔比为1∶8, 引发剂为单体总量的2%, 反应3 h, 保温1 h, 温度为75℃。在此条件下所合成陶瓷减水剂在陶瓷当中添加量为0.4%~0.6%时, 减水率可达30%以上, 同时泥浆的稳定性好、适应性强。
摘要：目前聚羧酸系高性能减水剂大都应用于混凝土建筑工程领域, 并且已取得多项研究成果, 而在陶瓷领域中的研究较少。通过对羧酸系减水剂和黏土作用机理的分析, 按照双电层理论和空间位阻理论对TD聚羧酸系陶瓷减水剂进行分子结构设计, 将丙烯酸作为单体共聚物, 甲基丙烯磺酸钠为原料, 合成新型的TD系列聚羧酸陶瓷减水剂。
关键词：TD系列,聚羧酸,陶瓷减水剂,合成
参考文献
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保水剂的研究及应用 篇5
随着我国现代化的飞速发展,基础设施、工业与民用建筑建设力度及规模不断加大,混凝土与水泥制品行业发展迅猛,已成为我国建材行业第一大产业。预制混凝土产品作为混凝土与水泥制品行业最为重要的发展方向之一,其应用推广也在不断发展。尤其近几年,我国的高速铁路、轻轨、地铁等进行大规模建设,地铁混凝土管片、轨道盾构管片、高铁轨道板等预制构件的需求与日俱增;另一方面,以住宅产业化为理念的预制混凝土构件装配建造方式也越来越得到人们的认可。与预拌混凝土相比,预制混凝土可大幅度提高生产效率,节省人力,降低工人劳动强度,减少管理环节,降低人员技术水平对工程质量的影响,提高环保效益,促进社会的发展。因此,发展预制混凝土是促进混凝土行业转型和进步的有效途径。
预制混凝土生产过程中需要提高混凝土早期强度,以缩短凝结时间,提高模具的周转率。目前,预制混凝土生产企业通常采用蒸汽养护来提高混凝土的早期强度,蒸汽养护的成本很高,且锅炉燃烧会产生大量有害气体,危害生态环境,因此,在部分地区,锅炉煤炭燃烧已被禁止。另外,降低水胶比、提高水泥用量或等级、掺加早强剂也可提高早期强度,但提高水泥用量一方面提高了成本,一方面会影响体积稳定性,增大开裂的危险性[5]。而常用的无机早强剂含有氯离子,会对钢筋造成锈蚀,降低建筑物的耐久性,而被限制使用。醇胺类早强剂价格高昂亦限制了其推广应用。因此,开发新的早强剂来解决混凝土早强问题势在必行。
聚羧酸高性能减水剂的发明在大大促进了混凝土技术的发展,目前国内已开发各种不同性能的聚羧酸,包括减水型、保坍型及缓释型等。但早强型聚羧酸减水剂的研究仍较缺乏,故极大限制了聚羧酸减水剂在预制混凝土中的应用。我司通过两年的研究,对聚羧酸分子结构进行设计,将醇胺、酰胺等具有早强功能的官能团接枝到聚羧酸主链,合成了具有早强效果的聚羧酸减水剂。并对该早强型聚羧酸减水剂在普通预制构件混凝土和双免管桩混凝土中的应用进行了探究。试验结果表明,该早强型减水剂能较大幅度的提高混凝土的早期强度,可有效提高预制构件模板周转率,具有广阔的市场前景。
2 早强型聚羧酸减水剂PC-11的合成
2.1 原材料及主要仪器设备
异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、双氧水(H2O2)、丙烯酸(AA)、维生素C(VC)、巯基乙酸(AC)、液碱(Na OH)等。
DF-101S集热式磁力加热搅拌器、BT100-2J型恒流泵、电子天平等。
2.2 合成工艺
在装有搅拌器、温度计的2000ml四口烧瓶中,投入一定量底水和TPEG,加热升温至35℃,投入H2O2,然后控温在38℃±2℃,匀速滴加A料(丙烯酸和水的混合溶液)、B料(VC、AC和水的混合溶液),A料控制在3h左右滴完,B料控制在3.5h左右滴完,在41℃±1℃保温1h,反应结束,加碱,PH值控制在6.0左右,最终得到早强型聚羧酸减水剂PC-11。
3 性能测试
3.1 水泥净浆流动度试验
水泥净浆流动度参照GB 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中的水泥净浆流动度相关标准进行测试,水灰比为0.29,减水剂掺量为水泥质量的0.6%。水泥分别为粤秀P·II42.5R、华润P·II42.5R和海螺P·II42.5R,减水剂分别为自产高减水型聚羧酸减水剂PC-4、自产早强型聚羧酸减水剂PC-11、国内某厂家生产的早强型聚羧酸减水剂A和国外著名品牌早强型聚羧酸减水剂B,三种减水剂浓度均为40%。主要考察四种减水剂对不同水泥体系的分散性和相容性。
3.2 混凝土性能试验
3.2.1 几种聚羧酸减水剂混凝土性能常规检测
根据GB/T 8076-2008《混凝土外加剂》试验要求,测试混凝土拌合物的坍落度,检测其混凝土减水率。
考察自产高减水型聚羧酸减水剂PC-4、自产早强型聚羧酸减水剂PC-11、国内某厂家生产的早强型聚羧酸减水剂A和国外著名品牌早强型聚羧酸减水剂B的减水率,水泥为粤秀水泥,掺量为水泥质量的0.4%。检测配合比如表1。
3.2.2 几种聚羧酸减水剂在普通预制构件中的性能检测
考察上述几种早强型聚羧酸减水剂在预制管道中的应用性能。为方便使用,将样品浓度稀释为8%,掺量为胶凝材料质量的1.8%,水泥分别为粤秀P·II42.5R和华润P·II42.5R。所用配合比参照预制构件厂的C50预制管道配合比,如表2。
3.2.3 几种聚羧酸减水剂在双免管桩混凝土中的性能检测
考察上述几种早强型聚羧酸减水剂在双免管桩中的应用性能。将样品浓度稀释为8%,掺量为胶凝材料质量的2.0%,水泥为华润P·II42.5R,矿粉为韶钢S95矿粉。所用配合比参照管桩厂C80配合比设计,如表3。
3.3 混凝土力学性能
混凝土试块在标准养护室养护至不同龄期,根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土的1d、3d、7d、28d立方体抗压强度。
4 结果与讨论
4.1 减水剂对不同水泥的相容性
水泥净浆流动度一定程度上能够反应减水剂对水泥的相容性。本研究主要对粤秀、海螺和骏马三种不同厂家的水泥进行水泥净浆流动度测试,比较几种减水剂对水泥的分散性和相容性,并且测定了掺减水剂的水泥净浆凝结时间。试验结果表明(图1),三种早强剂对不同水泥都表现出良好的相容性和分散性,且变化趋势基本一致,前1h的流动度接近甚至略大于高减水型的PC-4,但2h以后流动度保持性能不如PC-4,且早强型聚羧酸减水剂水泥净浆凝结时间低于减水型聚羧酸(表4)。
4.2 混凝土性能检测
4.2.1 几种外加剂混凝土减水率检测
根据GB/T 8076-2008《混凝土外加剂》试验要求,对比几种聚羧酸减水剂的减水率。试验选用粤秀水泥,根据表1中检测配合比,坍落度控制在210±10mm。由于三种早强型聚羧酸减水剂的流动性保持能力稍不如高减水型PC-4,故将PC-4分别同三种早强型按1:1比例复配,对比减水率及保坍性能的差异。减水剂浓度均为40%,掺量为0.5%,试验结果如表5。
由表5数据可知,早强型聚羧酸PC-11和外样B混凝土初始分散性较好,减水率基本同高减水型PC-4,外样A减水率略低。早强型减水剂单独使用,混凝土保坍性能略差于减水型,但早期强度发展好于减水型,尤其1d、3d的强度增长明显,这由于早强型聚羧酸分子结构中引入了能提高混凝土早期强度的磺酸基及醇胺、酰胺基团,更大程度提高了其早期的分散能力,促进水化反应,使水化放热速率提高,凝结时间提前,从而提高早期强度。而在实际应用中,高减水型聚羧酸和早强型聚羧酸双组份使用可能更利于生产,一方面可减少坍损,另一方面早期强度仍能有较良好的增长。因此,在预制构件和双免管桩的试验中,以高减水型和早强型双组份减水剂作为考察重点。
4.2.2 几种聚羧酸减水剂在普通预制构件中的性能检测
在对几种减水剂进行基本性能检测中,已知高减水型和早强型双组份复合更适用于实际生产。参照预制混凝土生产配合比(表2)试验,检测几种减水剂应用于预制混凝土的工作性能。
减水剂复配浓度为8%,试验选用粤秀和华润两种水泥,试验配合比完全一致,掺量均为2.0%,坍落度根据生产要求控制在160mm左右。试验结果如表6,强度结果如图2、图3。
由表6、图2和图3可知,早强型聚羧酸和高减水型复合后对工作性能无太大影响,凝结时间较之减水型提前30min左右。早强型减水剂早期强度都发展较好,我司PC-4/PC-11复合样1d强度最高,用粤秀水泥和华润水泥分别达到设计强度的55%和63%,7d即可达到设计强度的100%以上,表现出优异的早强性能,可有效提高预制构件模具的周转率,提高经济效益。
4.2.3 几种聚羧酸减水剂在双免管桩混凝土中的性能检测
由于广东省部分地区已明令禁止燃烧锅炉,部分管桩企业已改为生产双免管桩。为了提高场地利用率和模具周转率,双免管桩技术要求24h要达到蒸养的脱模强度(45MPa),7d达到设计强度以上。因此,将早强型减水剂应用于双免管桩中,以达到提高早期强度的目的。
根据表3配合比,考察几种减水剂在双免管桩混凝土中的工作性能及力学性能。另外掺加15%矿粉取代水泥,对比性能差异。试验选用华润P.II42.5R水泥,坍落度根据生产要求控制在40±10mm。试验结果见表7。
由表7数据可知,采用水泥加矿粉双组份体系掺量略低于纯水泥,早期强度也相对低些,但后期增长明显,28d强度稍高于纯水泥体系,这是由于掺加矿粉延迟了水泥水化反应,降低了水化放热量,故早期强度相对略低,而磨细矿粉较细,能有效填充了水泥粒子间空隙,使混凝土结构更密实,因此,后期强度有较好的增长。在水泥加矿粉体系中,高减水型+早强型复合减水剂1d、7d的强度也能满足生产要求,比PC-4的同期强度高出4~5MPa,表现出了优异的早强性能。
5 结论
⑴本研究对聚羧酸分子结构进行设计,采用异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、丙烯酸、引发剂、链转移剂等在水溶液体系中进行共聚,将醇胺、酰胺等具有早强功能的官能团接枝到聚羧酸主链,合成了具有早强效果的聚羧酸减水剂PC-11。
⑵PC-11对不同的水泥都表现出良好的相容性和分散性,初始净浆流动度略微大于高减水型聚羧酸,略优于国内同类型的聚羧酸减水剂,基本达到国外同类型减水剂效果,具有较大优势。
⑶早强型聚羧酸减水剂单独使用,强度发展较好,但混凝土保坍性能略差于减水型,难以满足实际生产对坍损的要求。高减水型和早强型按1:1复配,对减水率影响不大,既能满足强度增长要求,又能使经时损失减小,更利于实际生产。
⑷高减水型和早强型聚羧酸减水剂复合应用于预制构件与双免管桩中,表现出较优异的早强性能,7d即可达到强度设计的100%以上,可有效提高模具和场地的周转率,提高经济效益,具有广阔的市场前景。
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浅谈保水剂的作用及应用前景 篇6
一、保水剂的功能
我国是一个水资源较缺乏的国家，人均水资源占有量不足世界的1/4。目前我国45%的地区年均降水量不足400mm，灌溉农田缺水300多亿m3。干旱与半干旱地区主要分布在西北地区，随着我国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，实施高效节水农业是我国农业可持续发展的必由之路。
利用土壤保水剂达到节水增产目的是目前节水研究的一种新途径和新方法。保水剂又称土壤保水剂、高吸水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂，是利用强吸水性树脂制成的一种超高吸水保水能力的高分子聚合物，通过改善植物根土界面环境供给植物水分。保水剂可以减少降雨或灌溉时水分的下渗流失或蒸发，使植物达萎蔫点时间延长，减少灌水次数，提高水分利用效率。随着植物生长与蒸散耗水，干旱时保水剂保蓄的水分慢慢释放以供作物利用，为植物生长提供一个适宜的水分生态条件和水分供需条件。因此，保水剂用于农业园林、医药卫生、日用化工、油水分离、建筑材料、污泥固化等领域。
保水剂的主要类型有水解聚丙烯腈或淀粉、纤维素接枝聚丙烯腈;交联的聚乙烯醇衍生物;淀粉与丙烯酸 (或丙烯酰胺) 、交联性的单体接枝共聚物;丙烯酸盐交联聚合物;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[1]。
通过试验证明，某些保水剂在秸秆覆盖的情况下，可以使土壤含水量提高117个百分点～311个百分点[2]，而在单独使用的情况下，能够使这个数据更大。还有一些试验指出，保水剂加入土壤中可以增加土壤的保水性能，还可以增加土壤的通气性。在缺水地区，保水剂在降水和灌溉期间大量吸收的水分可以在干旱时期缓慢放出，从而节约灌溉用水，减少劳动强度，抗旱保收。施加保水剂的土壤种植的萝卜比未施加的大3倍左右;在不添加水的情况下，萝卜在14d以后才发生萎蔫，这远高于对照的萎蔫时间9d[3]。这些结果表明，用保水剂处理过的土壤有较高的吸水和保水能力，并且可以缓解干旱等造成的损失。由此可见，采用高能抗旱保水剂进行重盐碱地土壤改造，成本低，效果明显，是一条经济、合理的技术途径。
二、保水剂使用效果
保水剂施入土壤后，一方面可以使土壤疏松，容重降低，总孔隙度增加，从而改善土壤通气状况，增强土壤保肥能力。另一方面在干旱胁迫下，保水剂吸收的水分被植物吸收后，保证了植物体内各种物质代谢仍能正常进行。从这两方面来看都十分有利于植物的营养生长与生殖生长。
保水剂对玉米的生长有明显的促进作用，主要表现为玉米苗期施用保水剂，可以促进玉米苗期的生长发育;施用保水剂处理的玉米植株出现萎蔫的时间均比对照延迟;施用保水剂的各处理，玉米根系的生长显著提高;施用保水剂可以促进植株地上部的生长，生物量均较对照有明显增加，使玉米光合作用能力得到了加强。
小麦保水剂试验结果表明，在适宜用量范围内能使冬小麦提前出苗1d～4d，出苗率提高10%～30%，延迟作物凋萎3d和延长作物枯萎出现的时间1d～5d，小麦增产18.8%。
用保水剂预处理棉种，不管在任何质地的土壤中，土壤含水率只要在棉种萌发最低含水率之间 (7.44%～13.5%) 都促进棉种萌发，处理比对照早出苗2d～3d。棉花产量比对照平均高11%～21%。同期播种的棉花，处理比对照植株高0.9cm (苗龄10d) ，茎粗增加0.4mm，棉花增产21.3%[4]。
在果蔬保鲜包装中，在塑料薄膜包装袋内加入吸水保水剂，一方面保水剂可以吸收包装袋内的结露水，另一方面可以捕集袋内空气中的水分，并且当袋内湿度降低时，可自行放出已捕集的水分，调节湿度，还可以配以气体吸收剂和气体发生剂调节袋内气体的组成，更有益于果蔬的保鲜。
三、保水剂的发展前景及发展趋势
保水剂对改善土壤物理性质、增强土壤的吸水保水和保肥能力、促进作物生长发育有着十分重要的影响，因而保水剂在我国节水农业发展中具有巨大的开发潜力和广阔的应用前景。保水剂有可能成为继化肥、农药、地膜之后又一个对农作物起重要作用的一种化学制品。通过对保水剂在农业上应用技术及其效应的研究，将会形成一套以保水剂应用为中心的保水节水技术体系，对于缓解我国水资源紧缺矛盾、提高水肥利用效率，促进旱作农业的发展有着极其重要的意义。
进入21世纪后，我国的水资源会更加短缺，同时又必须担负起16亿人口的农产品供应的安全重任。对保水剂进行深入性的应用研究，开发研究出价格低廉、实用性强、性能稳定的多功能复合型保水剂对于促进高效农业的进一步发展，对于减少污染、美化环境、促进社会的可持续发展都有积极的现实意义。
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保水剂的研究及应用 篇7
近年来,各类化学 保水剂 (Water Retaining Agent,WRA)的使用尤为 引人注目。保水剂可 改善土壤的通气性、减少水分蒸发,促进土壤团粒结构的形成,增加土壤水分入渗率,减少水土流失,因而具有抗旱、保水、节水等作用[2,3]。李永胜等[4]人在穴盘育苗中,添加一定量的聚丙烯酰胺型保水剂,发现基质的持水量和保水性能够明显提高,基质总孔隙度有所增加,基质中液相比例增加。李常亮[5]研究表明,施用保水 剂后黄瓜、番茄、辣椒、甜瓜等作物成苗率、株高、茎粗、生物量和壮苗指数都有所提高。保水剂能够缓慢释放水分,在穴盘苗受到干旱胁迫时,能够提供根系周围的含水量,维持相对的水分平衡。保水剂对蔬菜作物还有一定的增产作用,在施用保水剂后甜椒产量提高15.4%,黄瓜提高19.1%~41.3%,西瓜提高10%~36%[6,7]。有关保水剂的研究报道多见于土壤栽培中,而无土基质栽培中保水剂的应用研究较为少见。
本研究主要针对新疆地区干旱少雨、水分蒸发量大的气候特点,将保水剂高效保水、节水技术应用到育苗基质中。通过对保水剂基本性质、基质的理化性质的测定以及对于番茄幼苗株高、茎粗、壮苗指数等方面的测定,分析研究保水剂对于育苗基质及幼苗的影响,为合理、高效利用水资源,提高基质育苗中水分利用效率提供理论和实践依据。
1材料与方法
1.1材料
供试番茄品种为“棚悦”(西种苗有限责任公司);供试保水剂为聚丙烯酰胺(上海山浦有限公司生产),分子式为 (C3H5NO)n,平均分子 量为3 000 000;本试验采用72孔穴盘育苗,育苗基质为草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1。
1.2方法
本试验于2014年5月至11月在新疆农业大学三坪教学实习基地进行。试验设定6个处理, 对照以及处理T1~ 处理T5保水剂与基质配比依次为0(CK)、2g·L-1(T1)、4g·L-1(T2)、 6g·L-1(T3)、8g·L-1(T4)、12g·L-1(T5),混匀后浇水、播种后统一管理。分别对所使用聚丙烯酰胺保水剂的基本性质、混合后保水基质的理化性质以及番茄生长指标进行测定。幼苗从播种第3天开始记录出苗数,共记录9d,计算出苗率。其它生长指标从育苗20d开始至40d结束,每4d测定1次,共测定5次。基质pH和EC值采用PHSJ-3FpH计与DDS-307A电导仪测定,叶绿素含量采用SPAD502叶绿素仪测定。
2结果与分析
2.1保水剂理化性质分析
准确称取聚丙 烯酰胺1g(精确到0.001) 记录为m,放入200目的纱布袋内称重记录质量为m1,将装有保水剂的纱布袋放入烧杯中,让保水剂充分吸水24h至恒重m2,悬空沥水,重复3次,计算保水剂吸水倍率公式:Q(g/g)=(m2m1)/m,计算得出 聚丙烯酰 胺保水剂 吸水倍率 为36.735。
2.2加入保水剂后无土基质的理化性质
由表1可以看出,不同处理的容重随着保水剂用量增加而逐渐增大,各处理差异显著。随着保水剂添加量增加,基质总孔隙度和通气孔隙呈现逐渐降低的变化趋势,持水孔隙为先升高后降低,又小幅升高,其中T1持水量最高。保水剂用量过多时,吸水膨胀导致胶体堵塞了基质毛管孔隙,会影响基质水分的吸收。EC值和各处理的pH差异不显著,说明添加保水剂对基质EC和pH影响较小。
2.3保水剂对番茄出苗及幼苗生长的影响
2.3.1保水剂对番茄出苗率的影响由图1可知,随着保水剂用量的增加番茄出苗率各处理间差异显著,呈现出先升高后降低的变化趋势。处理T1的出苗率 最好,较CK高4% 左右,说明2g·L-1保水剂的添加量可以提高番茄的出苗率。 处理T2、T3、T4、T5则抑制了番茄的出苗,分析原因是过量的保水剂使基质紧实,毛管孔隙少,通气性变差,降低了番茄的出苗率。
表中同列数据后不同小写字母表示0.05水平上差异显著。下同。 Different lowercases mean significant difference at 0.05level.The same below.
2.3.2对植株秧苗素质的影响由表2可以看出,随着保水剂用量的增加,番茄幼苗各处理间生长指标均呈先升高后降低的变化趋势,均表现为T1处理各生长指标高 于其它处 理,各指标T3、 T4处理之间差异均不显著;除平均茎粗外,其它指标T4与T5处理差异不显著。说明添加一定范围浓度的保水剂可以促进植株的生长,过量则会抑制秧苗的生长。
2.3.3保水基质对番茄幼苗干鲜重、根冠比及壮苗指数的影响从表3中可以看出,添加保水剂对番茄幼苗的地上部分和地下部分都有影响,地上部分鲜重随着保水剂添加呈下降趋势,但T1、 T2处理与CK无显著差异,地下鲜重随着保水剂添加表现为先升高后降低。从壮苗指数上来看, 主要的差异表现在壮苗指数上,随着保水剂添加呈先升高后降低趋势,CK与各处理间均存在显著差异,其中T1的壮苗指数最大,说明2g·L-1的保水剂浓度有益于番茄幼苗的生长,过量的保水剂浓度不利于番茄幼苗的生长。各处理之间的根冠比无显著差异,全株干鲜比除T5处理与T1和T3处理差异 显著,其余各处 理间差异 不显著。
3结论与讨论
试验结果表明,添加聚丙烯酰胺保水剂的育苗基质其理化性质均有所改变,添加适量的聚丙烯酰胺保水剂可增加基质的持水孔隙,起到基质保水的作用,保水剂用量过多,吸水膨胀导致胶体堵塞了基质毛管孔隙,不利于基质水分的吸收与保持。浓度为2g·L-1的聚丙烯酰胺保水剂下,育苗基质的通气孔隙和持水孔隙有利于番茄幼苗植株的生长,可提高番茄出苗率、壮苗指数等,过量添加反而抑制番茄幼苗的生长。本研究是在育苗基质为草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1基础上开展的聚丙烯酰胺保水剂对番茄幼苗品质的影响试验, 至于在其它配比育苗基质上的应用效果,同样还需进一步的验证和研究。
保水剂的研究及应用 篇8
1 分类
天然产物如, 淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质、海藻酸盐、瓜拉胶等广泛存在于自然界, 他们存量丰富, 自然降解, 是自然界中可再生的天然资源, 这些天然产物分子内一般都有大量羟基、羧基、氨基等活性基团, 通过对这些活性基团进行化学改性使其引入其他基团, 或者与烯类单体接枝共聚制备高分子保水剂。
农林用保水剂的种类繁多, 根据所用天然原料的来源不同, 保水剂大致可分为: (1) 淀粉及其衍生物系; (2) 纤维素及其衍生物系; (3) 蛋白质及其衍生物系; (4) 其他天然产物及其衍生物系。
1.1 淀粉系
淀粉及其衍生物系保水剂的研究始于1961年, 研究人员希望该产品能应用于土地改良、保水抗旱、育种保苗等方面, 其后Fanta[1,2]等人最先研究开发成功了淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂。淀粉系保水剂是淀粉在引发剂或辐射源存在下, 淀粉分子中羟基上氢被夺走, 从而产生自由基, 通过链引发生成淀粉大分子自由基和烯类自由基, 继而链增长、链终止从而得到淀粉系吸水性高分子树脂由于吸水环境不同对保水剂性能要求也不同, 因此与淀粉接枝反应的单体主要有丙烯腈、丙烯酸盐、丙烯酰胺、多元单体等。由于丙烯酸盐分子中有大量的羧基, 能增加分子亲水性能, 丙烯酰胺分子中有氨基, 分子结构呈网状, 而且非离子基团不受外部溶液中离子影响, 引入可以加快保水剂的吸水速率和耐盐性。因此为了提高树脂性能将不同基团的物质进行接枝共聚, 发挥不同基团之间的协同效应, 提高树脂性能。曹宏梅[3]等以淀粉和丙烯酸为原料, 探讨淀粉、交联剂及引发剂用量, 制得的淀粉系树脂的吸水率为890g/g, 且具有良好的凝胶强度。罗旭辉[4]等以荞麦淀粉-丙烯酸-丙烯酰胺为原料, 制得三元接枝共聚物, 产物吸水倍率达615, 有较好的保水性和耐盐性。目前实验主要通过改变交联剂和引发剂, 选择不同单体聚合, 采用不同的工艺, 目的是改善淀粉系高吸水树脂性能。
1.2 纤维素系
纤维素大分子的基环是D-葡萄糖以β-1, 4糖苷键组成的大分子多糖, 分子中虽然含大量亲水基团羟基但纤维素水溶性差, 为了制备吸水性树脂通常以纤维素及其衍生物为主要原料, 通过醚化、酯化、交联、接枝方法进行制备。在制备纤维素类高吸水性树脂反应中常常用到交联剂, 而交联剂的选择直接影响纤维素高吸水性树脂的绿色环保性, Demitri等[5]在纤维素体系中引入廉价的柠檬酸为交联剂, 得到了环境友好的羧甲基纤维素钠/羟乙基纤维素高吸水树脂, 其交联原因可能是纤维素与柠檬酸之间的酯化反应形成了酸酐类中间体物质。Yoshimura等[6]在纤维素和甲壳素的酯化反应中, 以4-二甲胺基吡啶为催化剂时, 酯化与交联反应同时发生进行碱水解后无需交联剂即可得到高吸水树脂, 吸水倍率可达300～400, 吸水性能可与合成的聚丙烯酸类吸水树脂媲美。改进纤维素亲水性、使用环保的交联剂、选择合适的工艺和制备方法都能提高纤维素系高吸水性树脂的使用范围。
1.3 蛋白质系
蛋白质广泛存在于动植物体内, 许多蛋白质本身就是亲水性材料, 具有亲水保水的性能。蛋白的亲水性是由于分子内分布着羧基、氨基、酰胺基、羟基、巯基等亲水基团, 通过交联、接枝等方法进行改性, 如基于羽毛蛋白、鱼蛋白、棉籽蛋白等天然蛋白质与丙烯酸、丙烯酰胺等单体接枝聚合, 合成一系列高吸水树脂。其中用溶液聚合法制备了鱼蛋白基丙烯酸 (FP-g-AA) 高吸水性树脂, 该高吸水性树脂的吸水倍率达981g/g, 体现了优良的吸水效果[7]。
1.4 其他天然物及其衍生物
腐植酸类物质是由动植物残体在微生物以及地球化学作用下分解和合成的一类天然有机化合物。它的分子结构不同于其他天然高分子, 没有某种完整确定的化学结构, 是结构组成不一致的高分子复杂混合物。腐植酸类物质含有酚羟基、醇羟基、磺酸基、氨基和羧基等多种官能团, 以及少量的氨基酸、维生素和酶类, 其主要组成元素是C、H、O、N和S。由于分子中具有多种活性官能团, 它具有酸性、亲水性、界面活子交换能力、络合作用及吸附分散能力, 因而腐植酸类物质在环保、农林园艺都有应用。腐植酸本身对植物有促进生长、提高植物抗旱、抗病的作用, 用腐植酸溶液与氮、磷、钾、铜、铁、锌、锰等微量元素复配可以改良土壤, 刺激作物生长, 用腐植酸做原料与丙烯腈、丙烯酸盐、丙烯酰胺、多元单体交联或接枝共聚可以制得新型高性能吸水性树脂[8]。
2 保水剂在农林业中的应用概况
2.1 土壤保水
不同保水剂对不同土质的保水能力不同, 保水效果和土壤本身的保水蓄水能力也相关。保水剂与肥料同时施加在土壤中, 土壤持水能力随着肥料浓度的增加而降低, 作物被利用的有效水份含量也有所减少[9]。在不同土壤水份含量条件下, 抑制水份的蒸发, 提高土壤含水量, 淀粉类保水剂作用大于聚丙烯酸盐类, 保水剂对土壤的作用大于砂土[10]。
2.2 作物生长
天然原料的保水剂由于分子结构优势和分子内有效物质含量不同, 作为保水剂使用可以促进作物生长腐植酸顺丁烯二酸丙烯酰胺型的保水剂使玉米、马铃薯分别增产了14.0%和20.6%, 总体上使油松、沙棘、柠条、紫穗槐、沙地云杉5种树种成活率提高了12.4%～118.2%[11]。研究4种不同类型的保水剂在水溶液及土壤中的保水性能及其差异, 其中淀粉-丙烯酸类聚合物的增产增效作用较好, 对玉米产量的增幅高达12.1%, 对水份利用率的增幅则高达15.06%[12]。因此, 天然原料的保水剂有很大的应用价值优势。
2.3 种子涂层
在待播的种子上包膜或涂层, 使其表面形成一层水凝胶的保护膜, 称种子包衣 (种子涂层) 。许多种子在发芽期具有耐旱性差、需水量大的特性, 因此种子发芽期需要充足的水份, 高吸水树脂具有吸水、保水的功能, 可用来制作种子包衣剂。甘薯淀粉基高吸水树脂作为包衣剂, 种子发芽率、幼苗的茎长、茎质量、叶质量等指标均显著增加, 叶绿素含量有所增加, 膜脂过氧化产物丙二醛 (MDA) 的含量降低, 多酚氧化酶 (PPO) 的活性提高。因此甘薯淀粉基高吸水树脂能有效缓解植物干旱问题, 是一种优良的抗旱性包衣剂[13]。
3 存在的问题及其应用前景
保水剂是一类用途广泛的高分子材料, 在作物栽培等方面取得了显著的成效, 但就当前的环境形势, 农林用天然原料的保水剂还存在诸多不足: (1) 目前广泛应用的天然原料保水剂主要以天然产物如淀粉、纤维素、蛋白质、甲壳质、腐植酸等为原料与丙烯酸盐、丙烯酰胺等单体制得保水剂, 由于丙烯酸盐等单体的难降解造成一定环境污染。 (2) 保水剂的应用作物范围窄, 使用面积小。由于天然原料保水剂的生产工艺和原料来源, 使国产保水剂的价格普遍高于国外产品, 而且部分保水剂的研究还仅限在实验室和部分作物, 在一定程度上限制了保水剂的推广使用。
农林业生产水平的提高需要高科技技术的应用, 天然原料高分子保水剂的使用将成为解决部分干旱地区农业生产、保护环境的手段, 该类产品的应用还有许多问题需要研究, 如开发可完全降解的、多功能、性能优良, 适合不同气候、土壤、不同作物的保水剂;研究保水剂长期使用对作物、土壤的影响;针对不同土壤环境、不同气候、不同作物制定不同保水剂的应用技术规范, 把实验室成果应用到农林业实践中, 让保水剂在我国农林业领域发挥作用。
摘要：介绍了农林业常用天然原料合成保水剂的种类、应用概况及存在的不足和将来的研究方向。
吐鲁番葡萄园应用保水剂效果研究 篇9
1 材料与方法
1.1 试验概况
供试作物为葡萄 (无核白) 。供试保水剂为水星牌GR-18D生物营养保水剂 (兰州立信科技有限公司提供) 。试验地共设4个点:吐鲁番市亚尔乡幸福5队、吐鲁番市葡萄乡铁提尔村、鄯善县连木沁镇汉墩夏村四组、托克逊县郭勒布依乡5大队1队哈力瓦尔葡萄园, 肥力中等。
1.2 试验设计与实施
试验设2个处理, 分别为常规施肥+保水剂750 kg/hm2 (A) ;常规施肥为对照 (CK) 。3次重复, 随机排列, 每小区面积20~50 m2。小区形状为长方形, 其他栽培管理措施各处理完全一致。在葡萄沟内距葡萄主干30 cm处挖沟, 深度30 cm, 将保水剂与沙土、羊粪按1∶3∶3比例施入, 然后再覆土轻压。
1.3 调查内容与方法
在整个生育期选取整体葡萄同样的节位新梢生长度进行观察, 2008年4月25日至5月5日调查记载日生长量。每小区定3个观测点, 施入保水剂后, 在每次灌水前1~2 d取样, 用烘干法测定土壤含水量。取样层次:离葡萄根部30~50 cm远处分别取0~20、20~40、40~60 cm等3层土样, 并将钻孔用土回填, 土壤取回实验室后立即进行测定。同时分别对4个试验点的葡萄地进行产量、品质的观察、记载及测产。
2 结果与分析
2.1 对葡萄生长发育的影响
从表1可以看出, 处理A的平均新梢生长量与CK相同, 说明保水剂处理的葡萄与未使用保水剂处理的葡萄其日生长量无差异。
(cm)
2.2 葡萄灌溉前后土壤不同层次含水量
从表2可以看出, 灌水前不同土层土壤含水量处理A均相应高于CK;灌水后不同土层土壤含水量处理A均相应高于CK。
2.3 对葡萄的产量及品质的影响
从表3可以看出, 使用保水剂后, 葡萄的增产率为1.24%~14.25%, 含糖量比对照增加0.4~1.0度。干尖率比对照减少30%, 增加了葡萄的品质, 提高其鲜食率, 增加农民收入。
2.4 经济效益
2007年在葡萄展叶期 (4月10日) , 施入保水剂后灌水与常规相比少浇3次水。2008年在葡萄展叶期 (4月12日) , 施入保水剂后灌水与常规相比少浇2次水。葡萄灌溉1次, 平均用水量为1 275 m3/hm2, 在施入农用保水剂后, 可节约水2 550~3 825 m3/hm2。由此计算出可节约用水成本637.50~956.25元/hm2。
3 结论与讨论
保水剂吸水性能较强, 吸水倍率较高, 在干旱条件下, 保水剂所吸存的水90%以上能为作物吸收利用[7,8], 可使葡萄的增产率达1.24%~14.25%, 含糖量比对照增加0.4~1.0度, 干尖率比对照减少30%, 增加了葡萄的品质, 提高其鲜食率, 增加农民收入。保水剂对土壤的蓄水保肥效果很明显, 全生育期比对照少浇2~3次水, 节水率达30%, 可节约用水成本637.50~956.25元/hm2, 有一定的经济效益。
总之, 经过2年的试验示范, 保水剂对吐鲁番葡萄的生长和产量有一定的效果, 综合品质优于对照。该产品对吐鲁番地区主要经济作物葡萄有一定增质增效作用, 对于发展节水型农业有重要的生态意义, 可以在严重缺水的吐鲁番地区大面积推广应用。
摘要：吐鲁番葡萄园应用保水剂效果研究结果表明, 保水剂在葡萄上的应用能增强土壤保水性, 改良土壤结构, 提高水分利用率, 节水率达30%, 可节约637.50～956.25元/hm2, 可使葡萄的增产率达1.24%～14.25%;含糖量比对照增加0.4～1.0度;干尖率比对照减少30%, 改善了葡萄的品质, 提高其鲜食商品率, 增加了农民收入, 有一定的经济效益。
关键词：葡萄,保水剂,效果,新疆吐鲁番
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