本发明涉及一种农业节水领域，且特别涉及一种抗旱保水增产剂及其制备方法。
背景技术：
我国是一个农业大国，农作物的水分不足和养分缺乏是限制粮食生产的重要因素。尤其是在干旱、半干旱地区，水分非常匮乏，提高水的利用率是植物生长乃至增产的关键。另外，由于对于非干旱地区，不合理的放牧和开垦，也导致土壤沙化，易旱易热、漏水漏肥、贫瘠板结，保水性很差。土壤越不容易保水，施肥时，肥料中的营养组分越来不及被植物吸收而渗入了地下。如何提高抗旱、提高肥料利用率，是国内外都非常关心的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种抗旱保水增产剂的制备方法，其制备方法简单，价格低，能制备得到质量好的抗旱保水增产剂。
本发明的另一目的在于提供一种抗旱保水增产剂，该抗旱保水增产剂能够迅速吸收并保住水，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，且具有促进植物生长和增产的作用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种抗旱保水增产剂的制备方法，其原料包括第一原料和水，制备方法包括以下步骤：
混料步骤：将第一原料与水搅拌均匀；按重量份数计，第一原料包括秸秆5-35份、聚丙烯酸钾8-45份、聚丙烯酰胺5-35份和添加剂0.001-0.1份，添加剂为质量比为10-15:1的交联剂和引发剂的混合物。
反应步骤：进行微波加热5-45min，微波加热功率为2000-3000W。
本发明提出一种抗旱保水增产剂，其由上述的抗旱保水增产剂的制备方法制备得到。
本发明实施例的一种抗旱保水增产剂及其制备方法的有益效果是：上述比例的聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺和交联剂、引发剂与水混合在微波功率为2000-3000W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5-45min，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，保证了产品的吸水保水性能。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。用微波进行加热可以为接枝共聚反应提供足够的能量，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抗旱保水增产剂及其制备方法进行具体说明。
本发明提出一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括混料步骤和反应步骤。主要通过将原料混合后采用微波反应工艺复合而成。
进一步地，抗旱保水增产剂的原料包括第一原料和水，混料步骤包括：将第一原料与水搅拌均匀。其中，按重量份数计，第一原料包括：秸秆5-35份、聚丙烯酸钾8-45份、聚丙烯酰胺5-35份和添加剂0.001-0.1份，添加剂为质量比为10-15:1的交联剂和引发剂的混合物。
聚丙烯酸钾，英文名为Potassium polyacrylate，CAS号为25608-12-2。
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-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。
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，可以使其他原料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。且秸秆能提高植物的耐盐性。且合适粒度的秸秆能够促进聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钾接枝共聚反应，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100-400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。
上述比例的聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺和交联剂、引发剂与水混合在微波加热条件下能够发生接枝共聚反应形成分子交联网状结构，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，保证了产品的吸水保水性能。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。且接枝共聚的聚合物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。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。
优选地，按重量份数计，第一原料包括：秸秆5-30份、聚丙烯酸钾10-40份、聚丙烯酰胺6-30份和添加剂0.005-0.05份。
进一步地，水和秸秆的质量比为2-3:1。
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，水与秸秆的质量比为2-3:1。
进一步地，按重量份数计，第一原料还包括白云石粉2-15份、草木灰3-25份。
白云石粉，英文名为Dolomite，CAS号为7000-29-5，为白色或浅白色粉末，是碳酸钙与碳酸镁的天然复盐。其所含的钙离子和镁离子能够为植物提供充足的营养，促进植物的生长，且能提高植物的耐盐性。而另一方面，白云石粉的粒度过粗，则会影响接枝共聚的反应过程而导致抗旱保水增产剂网状结构的强度下降，而过细则成本较高。因此，优选地，白云石粉的粒度为500-700目。
草木灰，为植物燃烧后的残余物。因草木灰为植物燃烧后的灰烬，所以含有植物本身所含的所有的矿质元素，其能够为农作物提供丰富的营养，促进植物生长。而另一方面，草木灰的粒度过粗，则会影响接枝共聚的反应过程而导致抗旱保水增产剂网状结构的强度下降，而过细则成本较高。因此，优选地，草木灰的粒度为100-200目。
进一步地，原料还包括第二原料，按重量份数计，第二原料包括尿素3-25份，混料步骤还包括将第一原料与水搅拌均匀后再加入第二原料的步骤。
尿素，又称碳酰胺，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物，是一种白色晶体。尿素中含有丰富的氮元素，适用于各种土壤和植物。且能够为植物提供充足的氮元素，促进植物的生长。另一方面，尿素呈碱性，能中和掉部分酸性物质，聚丙烯酸钾与聚丙烯酰胺在交联剂和引发剂的作用下发生接枝共聚反应之后残余的羧基会和尿素发生干中和反应，从而促进接枝共聚反应地进行。
混料步骤过后进行反应步骤，反应步骤：进行微波加热5-45min，微波加热功率为2000-3000W。
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2000-3000W的作用下发生接枝共聚反应，微波加热时间为5-45min，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2300-2800W，微波加热时间为13min-35min。
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
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为120目的秸秆10kg、聚丙烯酸钾36kg、聚丙烯酰胺24kg、粒度为500目的白云石粉7kg、粒度为200目的草木灰10kg、添加剂0.004kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质量比为10:1)与22kg的水混合搅拌均匀，10分钟后加入尿素13kg，进行微波加热16分钟，微波加热功率为2200W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例2
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为200目的秸秆20kg、聚丙烯酸钾30kg、聚丙烯酰胺20kg、粒度为600目的白云石粉10kg、粒度为100目的草木灰10kg、添加剂0.006kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵的质量比为12:1)与22kg的水混合搅拌均匀，10分钟后加入尿素10kg，进行微波加热10分钟，微波加热功率为3000W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例3
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为300目的秸秆30kg、聚丙烯酸钾38kg、聚丙烯酰胺12kg、粒度为700目的白云石粉2kg、粒度为120目的草木灰8kg和添加剂0.008kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和硝酸铈铵的质量比为15:1)与80kg的水混合搅拌均匀，10分钟后加入尿素10kg，进行微波加热19分钟，微波加热功率为2600W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例4
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为400目的秸秆22kg、聚丙烯酸钾18kg、聚丙烯酰胺25kg、粒度为540目的白云石粉15kg、粒度为140目的草木灰9kg和添加剂0.01kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质量比为13:1)与50kg的水混合搅拌均匀，10分钟后加入尿素11kg，进行微波加热13分钟，微波加热功率为2800W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例5
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为150目的秸秆5kg、聚丙烯酸钾8kg、聚丙烯酰胺5kg、粒度为650目的白云石粉3kg、粒度为150目的草木灰3kg和添加剂0.001kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和硝酸铈铵的质量比为14:1)与10kg的水混合搅拌均匀，5分钟后加入尿素5kg，进行微波加热45分钟，微波加热功率为2000W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例6
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为270目的秸秆25kg、聚丙烯酸钾40kg、聚丙烯酰胺30kg、粒度为600目的白云石粉12kg、粒度为160目的草木灰20kg和添加剂0.05kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质量比为12:1)与60kg的水混合搅拌均匀，15分钟后加入尿素18kg，进行微波加热30分钟，微波加热功率为2400W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例7
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将上粒度为325目的秸秆35kg、聚丙烯酸钾45kg、聚丙烯酰胺35kg、粒度为650目的白云石粉15kg、粒度为175目的草木灰25kg和添加剂0.1kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵的质量比为15:1)与80kg的水混合搅拌均匀，20分钟后加入尿素25kg，进行微波加热35分钟，微波加热功率为2300W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例8
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为240目的秸秆15kg、聚丙烯酸钾10kg、聚丙烯酰胺6kg、粒度为540目的白云石粉5kg、粒度为180目的草木灰15kg、和添加剂0.005kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质量比为13:1)与45kg的水混合搅拌均匀，18分钟后加入尿素20kg，进行微波加热45分钟，微波加热功率为2500W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例9
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为175目的秸秆18kg、聚丙烯酸钾25kg、聚丙烯酰胺18kg、粒度为600目的白云石粉8kg、粒度为170目的草木灰5kg和添加剂0.08kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质量比为10:1)与22kg的水混合搅拌均匀，12分钟后加入尿素3kg，进行微波加热5分钟，微波加热功率为3000W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
实施例10
一种抗旱保水增产剂的制备方法，其包括以下步骤：将粒度为200目的秸秆26kg、聚丙烯酸钾15kg、聚丙烯酰胺10kg和添加剂0.03kg(N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸铵的质量比为10:1)与55kg的水混合搅拌均匀，进行微波加热20分钟，微波加热功率为2700W，最后取出烘干得抗旱保水增产剂。
一种抗旱保水增产剂，其由上述的制备方法得到。
对比例1
保水剂的原料组分为：高吸水树脂5份、沸石粉15份、复合添加剂15份，其中复合添加剂由膨润土和凹凸棒土按1.5:1的质量比混合而成。
保水剂的制备方法包括以下步骤：将原料分别粉碎，过80目筛，按重量份取沸石粉、复合添加剂、高吸水树脂混匀，加水使混合原料的含水量为10％，经螺旋送料器传送进入轧片机中表面均匀分布半扁圆形弧槽的两压辊之间压缩，脱落后即可形成条状的保水剂。
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制备得到的抗旱保水增产剂，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的抗旱保水增产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。进一步说明该抗旱保水增产剂能够迅速吸收并保住水，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。且实施例1-10的抗旱保水增产剂的吸水率都在300-500倍之间，其保水性能较好，且不会和植物抢水，抗旱保水增产剂效果好，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1-9的抗旱保水增产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中添加了白云石粉、草木灰和尿素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13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的抗旱保水增产剂为玉米的生长提供了充足的营养，有利于玉米的生长。
综上所述，本发明实施例的抗旱保水增产剂及其制备方法：上述比例的聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺和交联剂、引发剂与水混合在微波功率为2000-3000W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5-45min，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，保证了产品的吸水保水性能。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。用微波进行加热可以为接枝共聚反应提供足够的能量，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。