一、产品定义

 

保水剂（又名土壤保水剂、抗旱保水剂、保湿剂、固体水等。仅指农用保水剂）是一种人工合成的具有超强吸水保水和释放能力的高分子聚合物，其英文名为SuperAbsorbentPolymers，简称SAP，主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体。它能迅速吸收比自身重数百倍的脱离子水，数十倍近百倍的含盐水分，它创造了一个能快速吸收、储存、缓慢释放水分与养分的“小水库”，并有效降低灌溉水（或雨水）渗漏，控制土壤水分的蒸发，以满足植物的生长需要、促进植物根系生长发育，同时改善土壤结构、增加土壤活性、减少土壤板结等。

 

从原料来分：保水剂有淀粉类（淀粉-聚丙烯酰胺型，淀粉-聚丙烯酸型）、纤维素类（羧甲基纤维素型，纤维素型）、合成聚合物类（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）。

 

从形态来分：保水剂有粉沫状、薄片状、纤维状、液体状。粉沫状保水剂应用相对广泛。

 

保水剂的主要功能：

 

1、保水

 

保水剂不溶于水，但能吸收相当自身重量成百倍的水.保水剂可有效抑制水分蒸发.土壤中渗入保水剂后，在很大程度上抑制了水分蒸发，提高了土壤饱和含水量，降低了土壤的饱和导水率，从而减缓了土壤释放水的速度，减少了土壤水分的渗透和流失，达到保水的目的.还可以刺激作物根系生长和发育，使根的长度增加、条数增多，在干旱条件下保持较好长势。

 

2、保肥

 

因为保水剂具有吸收和保蓄水分的作用，因此可将溶于水中的化肥，农药等农作物生长所需要的营养物质固定其中，在一定程度上减少了可溶性养分的淋溶损失，达到了节水节肥，提高水肥利用率的效果。

 

3、保温

 

保水剂具有良好的保温性能.施用保水剂之后，可利用吸收的水分保持部分白天光照产生的热能调节夜间温度，使得土壤昼夜温差减小。在砂壤土中混有0.1%～0.2%的保水剂，对10厘米土层的温度监测表明，对土温升降有缓冲作用，使昼夜温差减少为11～13.5℃，而没有保水剂的土壤为11～19.5℃。

 

4、改善土壤结构

 

保水剂施入土壤中，随着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，从而在一定程度上改善土壤的通透状况。

 

二、发展历程

 

高吸水性树脂（英文简称SAP），是具有高吸水特性的功能性高分子材料的统称，它能吸收自身重量几百倍至几千倍的去离子水，数十倍至百倍的含盐水分，而且具有反复吸水功能，吸水后膨胀为水凝胶，可缓慢释放80%～95%的所持水分供作物吸收利用。由于分子结构交联，分子网络所吸水分不能用一般物理方法挤出，故具有很强的保水性。

 

农用SAP，国内外通称保水剂。1969年，美国农业部北部研究中心（NRRC）首先研制出淀粉接枝聚丙烯腈类保水剂，并于20世纪70年代中期将其利用于玉米、大豆种子涂层、树苗移栽等方面。随后，美国农业部森林局和一些大学采用Terrasorb（TAB）进行了一系列试验，发现TAB用于地面撒施可节约用水50%～85%，并在美国、西欧、中东等国家和地区得到广泛应用。1974年，保水剂在美国Granprocessingco公司实现了工业化生产。随后日本重金购买了其专利，迅速赶上并超过了美国，相继开发了聚丙烯酸盐等一系列高吸水性树脂，成为目前世界上生产和出口保水剂最多的国家。目前世界已有30多个国家在进行着保水剂的研究和应用。

 

我国对保水剂的开发与应用研究始于20世纪80年代初期，“七五”、“八五”期间曾列为国家攻关项目。80年代初，北京化学纤维研究所研制成功SA型保水剂，中科院兰州化学物理研究所研制成LPA型保水剂，中科院化学研究所、长春应用化学研究所也分别研制了KH841型和IAC13型保水剂，并陆续应用于农林生产领域，但均未进行批量生产。90年代以来，一批新型的保水剂产品陆续问世。1998年，河北保定市科瀚树脂公司科技人员采用生物实验技术研制成功“科瀚98”系列高效抗旱保水剂；唐山博亚高效抗旱保水剂、“永泰田”保水剂等新型保水剂产品也投入了工业化生产；陕西杨凌惠中科技开发公司也研制出吸水率达1500倍的保水剂并投入批量生产；吉林工学院化工系与长春市君子兰工业集团吉福公司开发的一种以玉米淀粉为主要原料的有机保水剂，能吸收比植物自身重1000倍的无离子水；2003年南京工业大学利用高科技新工艺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。在科研部门和生产企业的共同努力下，目前单一保水剂产品的生产技术已经成熟。据统计，“七五”期间在全国20多个省、区、市，60多种作物近6.67万公顷面积上进行试验，“八五”和“九五”期间，已推广到66.67万公顷。水利部曾把使用保水剂列为十大节水灌溉技术之一。

 

目前作为商品的高吸水性树脂主要是交联的聚丙烯酸盐、丙烯酸共聚物及淀粉-丙烯酸接枝聚合物，一般采用反相悬浮、乳液聚合和淀粉接枝聚合技术生产。

 

第二节 产品特点及应用领域分析

 

一、产品特点

 

1、无毒：安全环保，无毒无味，不污染植物，土壤和地下水，果树花卉，植树造林，无土栽培，植物保鲜运输，大田作物等。土壤保水剂和防水土流失剂到最终分解物为二氧化碳，水，氨态氮和钠或钾离子，无任何残留。

 

2、保墒省水：可有效抑制水分蒸发，防止水土流失，即使在有灌溉的条件下，仍然可省水50%以上。

 

3、改善土壤结构：使粘重土壤，漏水肥的沙土和次生盐碱土壤得以改良。同时促进土壤微生物发育，提高土壤有机物的周转利用效率。

 

4、使用寿命长：，集多种聚合物之特性，可反复吸水膨胀和释放收缩，在生产中使用寿命可达6年以上，是目前市场上使用寿命最长的土壤保湿产品。

 

5、吸水速度快：一般自然水吸至饱和最长时间约为15-40分钟，最快0.4分钟。

 

6、水肥利用率高：土地保水剂在土壤中形成的"小水库"接受施肥，灌溉（或降雨）造成淋溶流失的微量元素减少1/3，保护环境；当再次干旱时，吸足水的保水剂使周围的土壤保持潮湿，以供给植物根系水分.即使在沙漠地区和极端的干旱气候，在年降雨量达200mm时，也可种草植树。

 

7、蓄水不烂根吸足似水的保水剂分子膨胀成为水凝胶晶体，即使紧靠植物根系也不会烂根。

 

8、性能稳定即使是极端的干旱，也不会倒吸植物水分。

 

二、应用领域

 

保水剂适合在降水稀少、雨水年季分布不均匀的地区以及缺少灌溉水源的地区使用。保水剂在农业中的应用如下：

 

1、草业

 

1）草坪

 

在新建草坪上的应用极为广泛，出苗率高，成坪快，保湿时间长，施工简便。多用于高尔夫球场，足球场。

 

2）牧草

 

在年降雨量不足200mm的荒漠或纯沙地恶劣地带，一般选种较为抗旱的豆料，菊科牧草品种居多，可以用MP3005S进行种子“保湿胞衣”，简便节省，能有效促进种子发芽，提高发芽率；山地，平原种植牧草，将保水剂与种子混合播种，在年降雨量200mm以上可不用灌溉。

 

2、植树

 

1）蘸根——根据需要蘸根的苗木数量，将保水剂搅入30升水中（视水的硬度适量增减），充分搅拌溶解后即可浸根移栽（可根据苗木根系情况，按比例加入已经稀释的生根剂，以促进根系生长）。如需长途运输，用塑料薄膜包扎根部或密封保鲜运输，以防止干枯，提高成活率。

 

2）洒根——在移栽幼苗时（在沙地，沙壤土的情况下），在回填熟土至苗根处，按15-25g/株撒入保水剂，充分与碎土拌匀，填土灌足水即可；如是土壤粘性较强，需要成比例挖大坑穴，沙拌土回填至苗根下10cm处，将事先吸足水的保水剂与土壤（最好再加少量沙）充分混合回填压实，地表覆土。

 

3）挖沟拌土——三年以上的大树，在其树冠投影垂直约2/3处环绕挖沟（宽25cm，深不超过40cm，但要防止伤根），将保水剂与碎土混合（按0.3‰加保水剂）回填，覆土后留出凹槽，灌水再覆土（若是山地或其它无法灌溉的地区可吸足水后使用）。

 

4）沙漠植树时直接用保水剂襁褓。

 

3、做培养基质

 

适用于盆栽花卉、蔬菜、树木等的工厂化育苗。略……

 

第三节 产品生产技术发展现状

 

现在我国实施农业生态环境建设、农业结构调整和中西部开发战略，农业重点推广旱作节水技术，而抗旱保水技术是其重要内容。近年来，保水剂越来越受到农业领域的重视，研究重心也开始从如何提高保水剂的性能向其在农林业的实际应用转移。有关保水剂的研究进展主要集中在以下几个方面：

 

1、开发保水剂的制备新方法

 

新的制备方法要在保证产品具有优良的吸水保水性能的基础上，提高吸水速率、改善耐盐碱性能和产品凝胶强度以及热稳定性能，目前主要采用以下措施：引人非离子型亲水基团到主链上；使用含有大量亲水基团交联剂；用表面活性剂对树脂进行外层处理等。天津三农金科技有限公司用玉米淀粉作原料，在引发剂作用下，用乙烯或丙烯单体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热自交联，从而生产出高效抗旱保水剂。该方法称为原子经济反应，实现了清洁生产。杨瑞成等利用高温快速反应法成功制备了聚丙烯酸／蒙脱上高吸水性纳米复合材料。在外界温度为20℃时，该复合材料水凝胶所需干燥时间为128h，此复合材料可望广泛应用于西部高温干旱地区的沙漠化治理。

 

2、研究保水剂的有机—无机复合

 

通过有机—无机复合方法，可制备出性能优良、成本低廉、实用性强的吸水材料。赵娜制备出了白鳝泥／（丙烯酸一丙烯酰胺）高吸水保水材料，吸蒸馏水的倍数可以达到1900左右，同时吸自来水倍数可以达到380倍左右，吸生理盐水能够达到124倍，在4000r／min的情况下离心1h后，其保水能力为98.97％。内蒙古水利科学研究院首次采用丙烯酸或丙烯酰胺与凹凸棒土合成有机—无机复合保水剂。抗钙、镁离子性能明显提高，原料成本进一步降低，与环境更友好。产品吸水倍率≥400倍；吸盐倍率≥70倍；该保水荆适合中国西部年降水量小于400mm，降雨比较集中，沙漠化、盐碱化严重的特点。

 

3、将常量元素、微量元素、植物生长调节剂、杀虫剂、杀菌剂等添加到保水剂中，实现其多功能化

 

制备多功能化保水剂主要有两种方法：一种是进行简单的包裹；另一种是使两者发生某种形式的化学反应。林晶将保水剂与化学肥料按比例配合制得了既能吸水保水抗旱保墒，又具有缓释肥料功效的保水缓释肥，并以药用植物板蓝根为试验对象进行盆栽试验，对其保水效应及板蓝根生长状况进行观察分析，得出了保水缓释肥可以提高土壤的水分利用率、合理释放土壤有效养分、促生长作用明显的结论。

 

4、研究高吸水性树脂在实际应用中与土壤、作物、肥料等的效应问题，以及对灌溉模式。耕作制度和农业设施等的影响

 

目前国内关于保水剂的实际应用的研究大多集中在增加入渗、抑制蒸发等方面。但是大面积推广应用尚缺少理论基础与技术指导。庄文化采用离心机法，分别研究了聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺在不同的条件下对砂土、壤土、黏土持水能力的影响。结果表明高分子对砂土的作用效果要优于壤土与黏土，因此大面积推广应用应首先选择在土壤偏砂的地区，实验证明8／1万～20／1万用量效果较好其高分子吸持水分的约83.7％可释放出供植物利用。杨瑞香等以华南赤红壤为基质，采用盆栽法研究了保水剂对桉树幼苗抗寒生长及存活率的影响。结果表明保水剂可以有效提高华南赤红壤的保温性能，有利于桉树苗木抗寒生长。

 

第四节 产品生产工艺特点或流程

 

抗旱保水剂制备

 

1、配方

 

按原料配比的不同，可生产出4种保水剂。

 

农林抗旱保水剂配方  单位：重量或份数

 

 

2、操作

 

保水剂1：于带夹套的反应器中，加入水和丙烯酸，搅拌至全溶后，加入氢氧化铵搅拌混合均匀，然后加入过硫酸钾，混合均匀后，加热升温至35℃时，加入催化剂XT10、抗氧剂JFS、交联剂105，搅拌升温至55℃时，开始聚合。此时聚合反应产生的反应热会使温度不断上升，故应及时通入冷水，使反应温度最高不超过90℃。约经30分钟，聚合反应完成，即得白色固体保水剂，从反应器中取出。

 

保水剂2：于带夹套的反应器中，加入水和丙烯酸，搅拌至全溶后，加入氢氧化钠水溶液，搅拌混合均匀，加入过硫酸钾。然后，按保水剂1方法进行即得。

 

保水剂3、4：于带夹套的反应器中。加入水和丙烯酸，全溶后，加入氢氧化铵和氢氧化钠水溶液，搅拌混合均匀，加入过硫酸钾，混合均匀后，加热升温至30℃左右，加入催化剂XTl0、抗氧剂JFS、交联剂105，搅拌升温至55℃左右，聚合开始。通入冷水，使反应温度保持在80℃以下。约30分钟，聚合反应完成。保水剂1、2、3、4聚合得到的产品为半成品，再于50℃～60℃条件下干燥后，得含水率5%以下的块状白色物质，经粉碎后，即得粉状或颗粒状吸水性保水剂。略……

 

第五节 国内外生产技术发展趋势分析

 

保水剂的未来开发方向主要集中在以下几个方面：

 

1、研制吸水倍率适中、水分有效性较高、抗离子拮抗、有效期长的新型保水剂。目前使用的阴离子型保水剂耐盐性较差，吸水速度较慢；而非离子型保水剂的吸水速度较快，耐盐性也较好，但吸水能力较低。同时目前使用较多的聚丙烯酸盐类保水剂对土壤等介质中的钙、镁等金属离子拮抗反应明显，降低了保水剂的吸水和保水倍数及应用效果。

 

2、开发原材料来源广的产品，尤其更广泛地开发天然资源，如纤维素多糖类、淀粉多糖类、野生植物和海生植物类等。目前保水剂的合成材料主要是石油中合成的原料、纤维素、淀粉及它们的衍生物，制造成本较高。开发天然资源不但可降低成本，而且制得的保水剂多为绿色产品，这对缓解目前的环境压力具有重要的作用。

 

3、开发新工艺。一方面研究和发展更简便的聚合方法，如降低聚合时间、简化反应条件、简易反应设备。另一方面可以将保水剂的合成和吸水性材料的加工结合在一起，有效地降低成本。

 

4、研制专用多功能复合型保水剂产品。目前保水剂生产中存在着功能单一，劳动力投入高，产投比低等问题。合成专用性、多元素全营养性、生物降解无污染、用途明确的环保新型多功能保水剂是未来保水剂合成的主要趋势。在研制技术路线上，一是可以考虑功能性成分的合成复合，即单个功能成分通过化学或化工合成方法，增添到保水剂的分子结构中形成复合保水剂；二是各类功能性成分的有效复合，即不同单体功能成分采用混合方法研制新的复合产品。研究重点在于克服不同成分间的拮抗作用，寻求不同用途的各功能成分合理配比比例、适宜混合方法等。

 

5、开发生物可降解性产品。这是至关重要的一点。随着人们环保意识的增强，生物可降解保水剂的开发和应用已日益受到人们的重视。国外已有不少研究机构开始做这方面工作。这也将是人类一个重要的研究课题。

 

6、随着我国开发重心向西北转移，保水剂将被广泛应用于沙漠改造及干旱地区的植树造林，这为保水剂的开发提供了广阔空间和强大动力。

 

第六节 供给分析

 

一、产量及其增长分析

 

近年来由于新原料的选用和材料的复合化，保水剂的类别不仅包括传统的淀粉类、纤维素类、合成类(聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类等)。还包括生物降解类(氨基酸类、壳聚糖类等)、有机一无机复合类、缓释功能类(腐殖酸类)。保水剂的聚合工艺主要有水溶液聚合法和反相悬浮聚合法，也可采用辐射引发聚合、微波引发聚合以、喷雾聚合、高温快速反应法等方法。目前，国内生产和供应保水剂的厂家多达40多家，主要有胜利油田长安集团、北京裕德隆科技发展有限公司、河北科瀚树脂有限公司、天津晨光化工有限、公司等。

 

2003-2009年我国农业专用保水剂产量统计表  单位：万吨

 

 

二、生产区域结构分析

 

我国农业专用保水剂生产主要集中在河北、山东、江西省，这三个省份占据全国产量的50%以上。

 

三、拟在建项目地区分布

 

2009-2010年我国农业专用保水剂拟在建项目分布

 

 

第七节 需求市场分析

 

一、需求量及其增长分析

 

2003-2009年我国农业专用保水剂需求量统计  单位：万吨

 

 

二、需求地域结构分析

 

中国作为世界上13个最缺水的国家之一，随着全球厄尔尼诺现象的不断发生和温室效应的影响，干旱情况变得日趋严重，节约用水成为我国一项长期的方针战略。目前，我国荒漠化土地有262.2万平方公里，占国土总面积的27.3％。特别是长江上游、黄河上中游水土流失严重地区以及西北北部、华北北部、东北西部风少干旱地区，对保水剂的潜在需求量很大。另外，近年来城市美化绿化发展很快，为了节水，建设绿地草坪、园林花卉都需要大量的保水剂。

 

三、市场需求影响因素分析

 

1、天气因素影响

 

前国内大部分的保水剂产品,既不同于肥料,也不属于农药,主要成分是一些高分子聚合物。这些聚合物可吸收相当于自身重量上百倍的水。土壤中渗入聚合物后,能抑制水分蒸发,提高含水量。同时,可减缓土壤水分释放的速度,减少水分的渗透流失,从而达到保水目的。西南地区持续的旱情,让不少农民开始意识到保水抗旱的重要性。一些保水剂生产厂家也瞄准了这块蛋糕,着力向广西以及云贵川等地拓展市场，致使2010年保水剂市场销量大增。

 

2、农户对保水剂认知度低

 

目前国内虽有40余个厂家生产保水剂,但销售情况普遍不理想。不少厂家反映,农户对这类产品缺少认识,接受程度低,是导致销量迟迟不见起色的主因。略……