保水劑

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保水劑的作用機理、性質
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保水劑的作用機理、性質

发布时间: 2017-11-14 15:33       作者:巩义市佰斯特       来源:www.51pac.cn

    一.保水劑的作用机理

    保水劑属于高分子化合物,这种高分子化合物的分子链无限长地连接着,分子之间呈复杂的三维网状结构,使其具有一定的交联度。保水劑吸收和贮存水分就是由于其结构中的三维网络上有许多—COONa、—COOH、—OH等亲水基团,—COONa、—COOH基团遇水发生解离,产生—COO-和Na+、H+等离子,由于高分子链上的—COO-不能向水中扩散,而网络中的Na+离子浓度高于水中的Na+离子浓度,产生了浓度差,使高分子聚合物网络外部的水向网络内部渗透,以达到网络内外Na+浓度的平衡;其次,由于解离后网络上—COO-之间同性离子浓度变大,产生斥力,使网络吸水扩张,同时网络上的亲水基团—COO-、—OH、—CONH2可与H2O形成氢键,当保水劑遇水后可以迅速吸收和贮存较多的水,形成水凝胶。这与传统的吸水材料如海绵、棉花、纸浆等物理吸水机理是不同的。所以保水劑的吸水是由于高分子电解质的解离和离子排斥所引起的分子扩张与网状结构引起阻碍分子扩张相互作用所产生的结果。

土壤保水劑/抗旱保水劑化学分子式

    从保水劑结构和吸水机理可以看到,当水中出现一定浓度外加电解质时,降低了水中离子与吸水网络的离子浓度差,特别是 Ca2+离子在浓度较小时就可与吸水网络上的—COO-结合或与其上的 Na+ 进行离子交换形成难电离物,使网络上的羧基所带负电性大大减少,从而阻止了网络的吸水膨胀,网络吸水动力变小,贮水空间减小,使保水劑吸水率降低,高分子的聚集态同时具有线性和体型两种结构,由于链与链之间的轻度交联,线性部分可自由伸缩,而体型结构却使之保持一定的强度,不能无限制地伸缩。因此,保水劑在水中只膨胀形成凝胶而不溶解。当凝胶中的水分释放殆尽后,只要分子链未被破坏,其吸水能力仍可恢复。

    二.保水劑的性质

    1吸水性

    由于保水劑分子中含有大量的亲水基团,这些亲水基团遇水离解,使保水劑的吸水能力大、吸水速度快。保水劑能吸收自身重量几十倍、几百倍甚至几千倍的去离子水,其吸水能力与其组成、结构、粒径大小、水中盐离子浓度及pH值有关。保水劑适宜应用的pH值范围一般为5~9,pH值过大或过小都可使其吸水能力下降。保水劑所吸收的水大部分是可被植物利用的自由水。

    2保水性

    由于保水劑的三维网状结构,使所吸水分被固定在网络空间内,吸水后保水劑变为水凝胶,其吸收的水分在自然条件下蒸发速度很慢,而且加压也不易离析。

    3有效持續性

    保水劑具有反复吸水功能,即吸水——释水—— 干燥—— 再吸水。据室内测定,保水劑经过多次反复吸水,一般吸水倍数下降50%~70%后而趋于稳定,有的品种甚至失去了吸水功能。保水劑的有效持續性与其本身性质、土质及用量有关。

    4安全性

    保水劑的水溶液呈弱酸性或弱碱性,无剌激性。经大量动物试验和农业试验证明:用于食品、医药卫生等方面的保水劑安全无毒;用于农林业方面的保水劑不会改变土壤的酸碱度[10~ 12]。

    5保溫性

    保水劑所吸水分分散在保水劑内部,该部分水分可保持部分白天光照产生的热能,从而调节夜间温度,使土壤的昼夜温差减小,有利于植物生长。

    6保蓄養分性

    保水劑表面分子有吸附、离子交换作用,保水劑对K+ NH4+ 和NO3-有较强的吸附作用,从而降低了其流失量,并且在一定的范围内随着保水劑用量的增加,养分流失量减少。一方面,在土壤中的养分较充分时,它吸附养分,起保蓄作用;另一方面,当植物生长需要土壤供给养分时,保水劑将其吸附的养分通过交换作用供给植物。由此可以看出,通过施用土壤保水劑,使土壤中养分的供给与植物对养分的需求更加同步。

    但需注意的是,有些肥料元素会使保水劑失去亲水性,降低保水能力,经试验验证保水劑不能与锌、锰、镁等二价金属元素的肥料混用,可与硼、钼、钾、氮肥混用。

    7改善土壤結構性

    保水劑施入土壤中,随着它吸水膨胀和失水收缩的规律性变化,可使周围土壤由紧实变为疏松,孔隙增大,从而在一定程度上使土壤的通透状况得到改善。保水劑对土壤团粒结构的形成有促进作用,特别是可使土壤中0.5~5 mm 粒径的团粒结构增加显著。同时,随着土壤保水劑含量的增加,土壤中大于1 mm 的大团聚体胶结状态较多,这对稳定土壤结构,改善通透性,防止表土结皮,减少土面蒸发有重要作用。

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