第一節(jié) 產品定義及發(fā)展歷程
一、產品定義
保水劑（又名土壤保水劑、抗旱保水劑、保濕劑、固體水等。僅指農用保水劑）是一種人工合成的具有超強吸水保水和釋放能力的高分子聚合物，其英文名為SuperAbsorbentPolymers，簡稱SAP，主要成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體。它能迅速吸收比自身重數(shù)百倍的脫離子水，數(shù)十倍近百倍的含鹽水分，它創(chuàng)造了一個能快速吸收、儲存、緩慢釋放水分與養(yǎng)分的“小水庫”，并有效降低灌溉水（或雨水）滲漏，控制土壤水分的蒸發(fā)，以滿足植物的生長需要、促進植物根系生長發(fā)育，同時改善土壤結構、增加土壤活性、減少土壤板結等。
從原料來分：保水劑有淀粉類（淀粉-聚丙烯酰胺型，淀粉-聚丙烯酸型）、纖維素類（羧甲基纖維素型，纖維素型）、合成聚合物類（聚丙烯酸型，聚丙烯酰胺型，聚丙烯腈型，聚乙烯醇型，γ聚谷氨酸）。
從形態(tài)來分：保水劑有粉沫狀、薄片狀、纖維狀、液體狀。粉沫狀保水劑應用相對廣泛。
保水劑的主要功能：
1、保水
保水劑不溶于水，但能吸收相當自身重量成百倍的水.保水劑可有效抑制水分蒸發(fā).土壤中滲入保水劑后，在很大程度上抑制了水分蒸發(fā)，提高了土壤飽和含水量，降低了土壤的飽和導水率，從而減緩了土壤釋放水的速度，減少了土壤水分的滲透和流失，達到保水的目的.還可以刺激作物根系生長和發(fā)育，使根的長度增加、條數(shù)增多，在干旱條件下保持較好長勢。
2、保肥
因為保水劑具有吸收和保蓄水分的作用，因此可將溶于水中的化肥，農藥等農作物生長所需要的營養(yǎng)物質固定其中，在一定程度上減少了可溶性養(yǎng)分的淋溶損失，達到了節(jié)水節(jié)肥，提高水肥利用率的效果。
3、保溫
保水劑具有良好的保溫性能.施用保水劑之后，可利用吸收的水分保持部分白天光照產生的熱能調節(jié)夜間溫度，使得土壤晝夜溫差減小。在砂壤土中混有0.1%～0.2%的保水劑，對10厘米土層的溫度監(jiān)測表明，對土溫升降有緩沖作用，使晝夜溫差減少為11～13.5℃，而沒有保水劑的土壤為11～19.5℃。
4、改善土壤結構
保水劑施入土壤中，隨著吸水膨脹和失水收縮的規(guī)律性變化，可使周圍土壤由緊實變?yōu)槭杷?，孔隙增大，從而在一定程度上改善土壤的通透狀況。
二、發(fā)展歷程
高吸水性樹脂（英文簡稱SAP），是具有高吸水特性的功能性高分子材料的統(tǒng)稱，它能吸收自身重量幾百倍至幾千倍的去離子水，數(shù)十倍至百倍的含鹽水分，而且具有反復吸水功能，吸水后膨脹為水凝膠，可緩慢釋放80%～95%的所持水分供作物吸收利用。由于分子結構交聯(lián)，分子網絡所吸水分不能用一般物理方法擠出，故具有很強的保水性。
農用SAP，國內外通稱保水劑。1969年，美國農業(yè)部北部研究中心（NRRC）首先研制出淀粉接枝聚丙烯腈類保水劑，并于20世紀70年代中期將其利用于玉米、大豆種子涂層、樹苗移栽等方面。隨后，美國農業(yè)部森林局和一些大學采用Terrasorb（TAB）進行了一系列試驗，發(fā)現(xiàn)TAB用于地面撒施可節(jié)約用水50%～85%，并在美國、西歐、中東等國家和地區(qū)得到廣泛應用。1974年，保水劑在美國Granprocessingco公司實現(xiàn)了工業(yè)化生產。隨后日本重金購買了其專利，迅速趕上并超過了美國，相繼開發(fā)了聚丙烯酸鹽等一系列高吸水性樹脂，成為目前世界上生產和出口保水劑最多的國家。目前世界已有30多個國家在進行著保水劑的研究和應用。
我國對保水劑的開發(fā)與應用研究始于20世紀80年代初期，“七五”、“八五”期間曾列為國家攻關項目。80年代初，北京化學纖維研究所研制成功SA型保水劑，中科院蘭州化學物理研究所研制成LPA型保水劑，中科院化學研究所、長春應用化學研究所也分別研制了KH841型和IAC13型保水劑，并陸續(xù)應用于農林生產領域，但均未進行批量生產。90年代以來，一批新型的保水劑產品陸續(xù)問世。1998年，河北保定市科瀚樹脂公司科技人員采用生物實驗技術研制成功“科瀚98”系列高效抗旱保水劑；唐山博亞高效抗旱保水劑、“永泰田”保水劑等新型保水劑產品也投入了工業(yè)化生產；陜西楊凌惠中科技開發(fā)公司也研制出吸水率達1500倍的保水劑并投入批量生產；吉林工學院化工系與長春市君子蘭工業(yè)集團吉福公司開發(fā)的一種以玉米淀粉為主要原料的有機保水劑，能吸收比植物自身重1000倍的無離子水；2003年南京工業(yè)大學利用高科技新工藝研制成了新一代生物聚合高效吸水材料γ聚谷氨酸（γPGA），能吸收比植物自身重1108.4倍的自然水。在科研部門和生產企業(yè)的共同努力下，目前單一保水劑產品的生產技術已經成熟。據統(tǒng)計，“七五”期間在全國20多個省、區(qū)、市，60多種作物近6.67萬公頃面積上進行試驗，“八五”和“九五”期間，已推廣到66.67萬公頃。水利部曾把使用保水劑列為十大節(jié)水灌溉技術之一。
目前作為商品的高吸水性樹脂主要是交聯(lián)的聚丙烯酸鹽、丙烯酸共聚物及淀粉-丙烯酸接枝聚合物，一般采用反相懸浮、乳液聚合和淀粉接枝聚合技術生產。
第二節(jié) 產品特點及應用領域分析
一、產品特點
1、無毒：安全環(huán)保，無毒無味，不污染植物，土壤和地下水，果樹花卉，植樹造林，無土栽培，植物保鮮運輸，大田作物等。土壤保水劑和防水土流失劑到最終分解物為二氧化碳，水，氨態(tài)氮和鈉或鉀離子，無任何殘留。
2、保墑省水：可有效抑制水分蒸發(fā)，防止水土流失，即使在有灌溉的條件下，仍然可省水50%以上。
3、改善土壤結構：使粘重土壤，漏水肥的沙土和次生鹽堿土壤得以改良。同時促進土壤微生物發(fā)育，提高土壤有機物的周轉利用效率。
4、使用壽命長：，集多種聚合物之特性，可反復吸水膨脹和釋放收縮，在生產中使用壽命可達6年以上，是目前市場上使用壽命最長的土壤保濕產品。
5、吸水速度快：一般自然水吸至飽和最長時間約為15-40分鐘，最快0.4分鐘。
6、水肥利用率高：土地保水劑在土壤中形成的"小水庫"接受施肥，灌溉（或降雨）造成淋溶流失的微量元素減少1/3，保護環(huán)境；當再次干旱時，吸足水的保水劑使周圍的土壤保持潮濕，以供給植物根系水分.即使在沙漠地區(qū)和極端的干旱氣候，在年降雨量達200mm時，也可種草植樹。
7、蓄水不爛根吸足似水的保水劑分子膨脹成為水凝膠晶體，即使緊靠植物根系也不會爛根。
8、性能穩(wěn)定即使是極端的干旱，也不會倒吸植物水分。
二、應用領域
保水劑適合在降水稀少、雨水年季分布不均勻的地區(qū)以及缺少灌溉水源的地區(qū)使用。保水劑在農業(yè)中的應用如下：
1、草業(yè)
1）草坪
在新建草坪上的應用極為廣泛，出苗率高，成坪快，保濕時間長，施工簡便。多用于高爾夫球場，足球場。
2）牧草
在年降雨量不足200mm的荒漠或純沙地惡劣地帶，一般選種較為抗旱的豆料，菊科牧草品種居多，可以用MP3005S進行種子“保濕胞衣”，簡便節(jié)省，能有效促進種子發(fā)芽，提高發(fā)芽率；山地，平原種植牧草，將保水劑與種子混合播種，在年降雨量200mm以上可不用灌溉。
2、植樹
1）蘸根——根據需要蘸根的苗木數(shù)量，將保水劑攪入30升水中（視水的硬度適量增減），充分攪拌溶解后即可浸根移栽（可根據苗木根系情況，按比例加入已經稀釋的生根劑，以促進根系生長）。如需長途運輸，用塑料薄膜包扎根部或密封保鮮運輸，以防止干枯，提高成活率。
2）灑根——在移栽幼苗時（在沙地，沙壤土的情況下），在回填熟土至苗根處，按15-25g/株撒入保水劑，充分與碎土拌勻，填土灌足水即可；如是土壤粘性較強，需要成比例挖大坑穴，沙拌土回填至苗根下10cm處，將事先吸足水的保水劑與土壤（最好再加少量沙）充分混合回填壓實，地表覆土。
3）挖溝拌土——三年以上的大樹，在其樹冠投影垂直約2/3處環(huán)繞挖溝（寬25cm，深不超過40cm，但要防止傷根），將保水劑與碎土混合（按0.3‰加保水劑）回填，覆土后留出凹槽，灌水再覆土（若是山地或其它無法灌溉的地區(qū)可吸足水后使用）。
4）沙漠植樹時直接用保水劑襁褓。
3、做培養(yǎng)基質
適用于盆栽花卉、蔬菜、樹木等的工廠化育苗。略……
第三節(jié) 產品生產技術發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)在我國實施農業(yè)生態(tài)環(huán)境建設、農業(yè)結構調整和中西部開發(fā)戰(zhàn)略，農業(yè)重點推廣旱作節(jié)水技術，而抗旱保水技術是其重要內容。近年來，保水劑越來越受到農業(yè)領域的重視，研究重心也開始從如何提高保水劑的性能向其在農林業(yè)的實際應用轉移。有關保水劑的研究進展主要集中在以下幾個方面：
1、開發(fā)保水劑的制備新方法
新的制備方法要在保證產品具有優(yōu)良的吸水保水性能的基礎上，提高吸水速率、改善耐鹽堿性能和產品凝膠強度以及熱穩(wěn)定性能，目前主要采用以下措施：引人非離子型親水基團到主鏈上；使用含有大量親水基團交聯(lián)劑；用表面活性劑對樹脂進行外層處理等。天津三農金科技有限公司用玉米淀粉作原料，在引發(fā)劑作用下，用乙烯或丙烯單體在淀粉的天然高分子骨架上接枝共聚，最后接枝共聚物靠爆聚放熱自交聯(lián)，從而生產出高效抗旱保水劑。該方法稱為原子經濟反應，實現(xiàn)了清潔生產。楊瑞成等利用高溫快速反應法成功制備了聚丙烯酸／蒙脫上高吸水性納米復合材料。在外界溫度為20℃時，該復合材料水凝膠所需干燥時間為128h，此復合材料可望廣泛應用于西部高溫干旱地區(qū)的沙漠化治理。
2、研究保水劑的有機—無機復合
通過有機—無機復合方法，可制備出性能優(yōu)良、成本低廉、實用性強的吸水材料。趙娜制備出了白鱔泥／（丙烯酸一丙烯酰胺）高吸水保水材料，吸蒸餾水的倍數(shù)可以達到1900左右，同時吸自來水倍數(shù)可以達到380倍左右，吸生理鹽水能夠達到124倍，在4000r／min的情況下離心1h后，其保水能力為98.97％。內蒙古水利科學研究院首次采用丙烯酸或丙烯酰胺與凹凸棒土合成有機—無機復合保水劑。抗鈣、鎂離子性能明顯提高，原料成本進一步降低，與環(huán)境更友好。產品吸水倍率≥400倍；吸鹽倍率≥70倍；該保水荊適合中國西部年降水量小于400mm，降雨比較集中，沙漠化、鹽堿化嚴重的特點。
3、將常量元素、微量元素、植物生長調節(jié)劑、殺蟲劑、殺菌劑等添加到保水劑中，實現(xiàn)其多功能化
制備多功能化保水劑主要有兩種方法：一種是進行簡單的包裹；另一種是使兩者發(fā)生某種形式的化學反應。林晶將保水劑與化學肥料按比例配合制得了既能吸水保水抗旱保墑，又具有緩釋肥料功效的保水緩釋肥，并以藥用植物板藍根為試驗對象進行盆栽試驗，對其保水效應及板藍根生長狀況進行觀察分析，得出了保水緩釋肥可以提高土壤的水分利用率、合理釋放土壤有效養(yǎng)分、促生長作用明顯的結論。
4、研究高吸水性樹脂在實際應用中與土壤、作物、肥料等的效應問題，以及對灌溉模式。耕作制度和農業(yè)設施等的影響
目前國內關于保水劑的實際應用的研究大多集中在增加入滲、抑制蒸發(fā)等方面。但是大面積推廣應用尚缺少理論基礎與技術指導。莊文化采用離心機法，分別研究了聚丙烯酸鈉與聚丙烯酰胺在不同的條件下對砂土、壤土、黏土持水能力的影響。結果表明高分子對砂土的作用效果要優(yōu)于壤土與黏土，因此大面積推廣應用應首先選擇在土壤偏砂的地區(qū)，實驗證明8／1萬～20／1萬用量效果較好其高分子吸持水分的約83.7％可釋放出供植物利用。楊瑞香等以華南赤紅壤為基質，采用盆栽法研究了保水劑對桉樹幼苗抗寒生長及存活率的影響。結果表明保水劑可以有效提高華南赤紅壤的保溫性能，有利于桉樹苗木抗寒生長。
第四節(jié) 產品生產工藝特點或流程
抗旱保水劑制備
1、配方
按原料配比的不同，可生產出4種保水劑。
農林抗旱保水劑配方
單位：重量或份數(shù)
2、操作
保水劑1：于帶夾套的反應器中，加入水和丙烯酸，攪拌至全溶后，加入氫氧化銨攪拌混合均勻，然后加入過硫酸鉀，混合均勻后，加熱升溫至35℃時，加入催化劑XT10、抗氧劑JFS、交聯(lián)劑105，攪拌升溫至55℃時，開始聚合。此時聚合反應產生的反應熱會使溫度不斷上升，故應及時通入冷水，使反應溫度最高不超過90℃。約經30分鐘，聚合反應完成，即得白色固體保水劑，從反應器中取出。
保水劑2：于帶夾套的反應器中，加入水和丙烯酸，攪拌至全溶后，加入氫氧化鈉水溶液，攪拌混合均勻，加入過硫酸鉀。然后，按保水劑1方法進行即得。
保水劑3、4：于帶夾套的反應器中。加入水和丙烯酸，全溶后，加入氫氧化銨和氫氧化鈉水溶液，攪拌混合均勻，加入過硫酸鉀，混合均勻后，加熱升溫至30℃左右，加入催化劑XTl0、抗氧劑JFS、交聯(lián)劑105，攪拌升溫至55℃左右，聚合開始。通入冷水，使反應溫度保持在80℃以下。約30分鐘，聚合反應完成。保水劑1、2、3、4聚合得到的產品為半成品，再于50℃～60℃條件下干燥后，得含水率5%以下的塊狀白色物質，經粉碎后，即得粉狀或顆粒狀吸水性保水劑。略……
第五節(jié) 國內外生產技術發(fā)展趨勢分析
保水劑的未來開發(fā)方向主要集中在以下幾個方面：
1、研制吸水倍率適中、水分有效性較高、抗離子拮抗、有效期長的新型保水劑。目前使用的陰離子型保水劑耐鹽性較差，吸水速度較慢；而非離子型保水劑的吸水速度較快，耐鹽性也較好，但吸水能力較低。同時目前使用較多的聚丙烯酸鹽類保水劑對土壤等介質中的鈣、鎂等金屬離子拮抗反應明顯，降低了保水劑的吸水和保水倍數(shù)及應用效果。
2、開發(fā)原材料來源廣的產品，尤其更廣泛地開發(fā)天然資源，如纖維素多糖類、淀粉多糖類、野生植物和海生植物類等。目前保水劑的合成材料主要是石油中合成的原料、纖維素、淀粉及它們的衍生物，制造成本較高。開發(fā)天然資源不但可降低成本，而且制得的保水劑多為綠色產品，這對緩解目前的環(huán)境壓力具有重要的作用。
3、開發(fā)新工藝。一方面研究和發(fā)展更簡便的聚合方法，如降低聚合時間、簡化反應條件、簡易反應設備。另一方面可以將保水劑的合成和吸水性材料的加工結合在一起，有效地降低成本。
4、研制專用多功能復合型保水劑產品。目前保水劑生產中存在著功能單一，勞動力投入高，產投比低等問題。合成專用性、多元素全營養(yǎng)性、生物降解無污染、用途明確的環(huán)保新型多功能保水劑是未來保水劑合成的主要趨勢。在研制技術路線上，一是可以考慮功能性成分的合成復合，即單個功能成分通過化學或化工合成方法，增添到保水劑的分子結構中形成復合保水劑；二是各類功能性成分的有效復合，即不同單體功能成分采用混合方法研制新的復合產品。研究重點在于克服不同成分間的拮抗作用，尋求不同用途的各功能成分合理配比比例、適宜混合方法等。
5、開發(fā)生物可降解性產品。這是至關重要的一點。隨著人們環(huán)保意識的增強，生物可降解保水劑的開發(fā)和應用已日益受到人們的重視。國外已有不少研究機構開始做這方面工作。這也將是人類一個重要的研究課題。
6、隨著我國開發(fā)重心向西北轉移，保水劑將被廣泛應用于沙漠改造及干旱地區(qū)的植樹造林，這為保水劑的開發(fā)提供了廣闊空間和強大動力。
第六節(jié) 供給分析
一、產量及其增長分析
近年來由于新原料的選用和材料的復合化，保水劑的類別不僅包括傳統(tǒng)的淀粉類、纖維素類、合成類(聚丙烯酸類、聚丙烯酰胺類等)。還包括生物降解類(氨基酸類、殼聚糖類等)、有機一無機復合類、緩釋功能類(腐殖酸類)。保水劑的聚合工藝主要有水溶液聚合法和反相懸浮聚合法，也可采用輻射引發(fā)聚合、微波引發(fā)聚合以、噴霧聚合、高溫快速反應法等方法。目前，國內生產和供應保水劑的廠家多達40多家，主要有勝利油田長安集團、北京裕德隆科技發(fā)展有限公司、河北科瀚樹脂有限公司、天津晨光化工有限、公司等。
2003-2009年我國農業(yè)專用保水劑產量統(tǒng)計表
單位：萬噸
二、生產區(qū)域結構分析
我國農業(yè)專用保水劑生產主要集中在河北、山東、江西省，這三個省份占據全國產量的50%以上。
三、擬在建項目地區(qū)分布
2009-2010年我國農業(yè)專用保水劑擬在建項目分布
第七節(jié) 需求市場分析
一、需求量及其增長分析
2003-2009年我國農業(yè)專用保水劑需求量統(tǒng)計
單位：萬噸
二、需求地域結構分析
中國作為世界上13個最缺水的國家之一，隨著全球厄爾尼諾現(xiàn)象的不斷發(fā)生和溫室效應的影響，干旱情況變得日趨嚴重，節(jié)約用水成為我國一項長期的方針戰(zhàn)略。目前，我國荒漠化土地有262.2萬平方公里，占國土總面積的27.3％。特別是長江上游、黃河上中游水土流失嚴重地區(qū)以及西北北部、華北北部、東北西部風少干旱地區(qū)，對保水劑的潛在需求量很大。另外，近年來城市美化綠化發(fā)展很快，為了節(jié)水，建設綠地草坪、園林花卉都需要大量的保水劑。
三、市場需求影響因素分析
1、天氣因素影響
前國內大部分的保水劑產品,既不同于肥料,也不屬于農藥,主要成分是一些高分子聚合物。這些聚合物可吸收相當于自身重量上百倍的水。土壤中滲入聚合物后,能抑制水分蒸發(fā),提高含水量。同時,可減緩土壤水分釋放的速度,減少水分的滲透流失,從而達到保水目的。西南地區(qū)持續(xù)的旱情,讓不少農民開始意識到保水抗旱的重要性。一些保水劑生產廠家也瞄準了這塊蛋糕,著力向廣西以及云貴川等地拓展市場，致使2010年保水劑市場銷量大增。
2、農戶對保水劑認知度低
目前國內雖有40余個廠家生產保水劑,但銷售情況普遍不理想。不少廠家反映,農戶對這類產品缺少認識,接受程度低,是導致銷量遲遲不見起色的主因。略……
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