專利名稱：：一種保水劑吸液能力的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)節(jié)水領(lǐng)域，特別是涉及一種保水劑吸液能力的測試方法。
背景技術(shù)：
：保水劑又稱土壤保水劑、高吸水劑、保濕劑、高吸水性樹脂、高分子吸水劑，是一種超高吸水保水能力的高分子聚合物，它能迅速吸收和保持自身重量幾百倍甚至上千倍的水分，而且具有反復吸水功能，吸水后膨脹為水凝膠，可緩慢釋放水分供植物吸收利用，由于分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，能夠?qū)⑽盏乃秩磕z化，分子網(wǎng)絡(luò)所吸水分不能用一般物理方法擠出，因而具有很強的保水性。保水劑自20世紀被美國農(nóng)業(yè)部研究中心研制，并在玉米、大豆種子涂層、樹苗移栽應用取得顯著效果后，1974年保水劑實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。曰本隨后購買美國專利進行產(chǎn)品開發(fā)，并成為目前生產(chǎn)和出口保水劑最多的國家，英國、法國、俄羅斯、韓國等國家也投入大量資金進行農(nóng)用保水劑研發(fā)，目前全世界年生產(chǎn)保水劑草果200萬噸。我國農(nóng)用保水劑研發(fā)與應用始于20世紀80年代初，發(fā)展速度較快。許多科研單位引進和開發(fā)不同類型的農(nóng)用保水劑，如SA型、IPA型、KH841和IAC-B型等保水劑，并應用于農(nóng)林生產(chǎn)領(lǐng)域，但均未進行批量生產(chǎn)。90年代中期，保定科瀚樹脂廠"高吸水樹脂實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)"后，我國保水劑研發(fā)形成第二個高潮，一批保水劑廠家和產(chǎn)品陸續(xù)問世，但缺乏有序的指導，一些廠家在競爭中轉(zhuǎn)行。2002年科技部在"生物與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)"領(lǐng)域的863節(jié)水重大專項中，列入"新型多功能保水劑系列產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)"專題，將保水劑研究和生產(chǎn)、應用和推廣提升到一個新的層次，迎來我國保水劑發(fā)展的第三次高潮。解決我國的抗旱節(jié)水問題，不僅需要發(fā)展投資較大的噴灌、微灌、渠道襯砌等工程技術(shù)，根據(jù)國情推廣相對價格低廉的節(jié)水技術(shù)產(chǎn)品-保水劑也有廣闊空間。業(yè)內(nèi)專家稱保水劑是繼化肥、農(nóng)藥、地膜之后第4種最有希望被農(nóng)民接受的新型農(nóng)用化學制品，是國家鼓勵推廣并重點支持開發(fā)的農(nóng)林業(yè)節(jié)水新技術(shù)產(chǎn)品。2000年水利部全國農(nóng)村水利工作會議也將保水劑列為十大節(jié)水灌溉技術(shù)之一，2001年農(nóng)業(yè)部將抗單保水劑應用列為重點推廣的種植業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。保水劑在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、沙產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮抗單保苗、增產(chǎn)增收、改良土壤、防風固沙、水土保持等多種功能，是工程方法所不能比擬和達到的，已成為農(nóng)業(yè)抗旱節(jié)水的一種新途徑和新方法，在果樹林木、糧食作物、素菜花卉等方面得到了廣泛應用。保水劑吸水能力指保水劑吸水倍率，是衡量保水劑應用性能的主要指標，是其一切使用的基礎(chǔ)。根據(jù)在中國學術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫、維普中文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀博(碩)學位論文數(shù)據(jù)庫、中國萬方數(shù)據(jù)庫中國專利數(shù)據(jù)庫(1985-2007)以及Elservier、Springer、Blackwell、ProQuest等檢索結(jié)果來看，國內(nèi)外提出了雙層醫(yī)用紗布過濾法、100目(100mesh)篩網(wǎng)法、100mesh尼龍布袋法、120mesh篩子法、80mesh篩子法等多種保水劑吸水能力的測試方法，個別使用的確良布過濾法。但由于釆用的測定方法不同，同時保水劑顆粒粒徑級配組合差異極大(不同粒徑保水劑吸水特性差異顯著)，導致吸水能力測量結(jié)果無從比較，同時保水劑生產(chǎn)廠家為推廣其產(chǎn)品，而往往會夸大其產(chǎn)品性能，因而統(tǒng)一吸水性能的測定與計算方法無論對于科研還是生產(chǎn)應用無疑都是重要的。目前保水劑性能測試過程中測定方法與計算方法差異較大，從未考慮對吸水特性差異較大的粒徑級配。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種消除粒徑對保水劑吸水能力的影響誤差、確定合理的試驗控制時間與相應的吸水能力計算方法的一種保水劑吸液能力的測試方法。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種保水劑吸液能力的測試方法，包括以下步驟稱取待測保水劑，將所述保水劑浸泡在溶液中；分別經(jīng)過不同的時間間隔t吸液后，將經(jīng)過浸泡的保水劑凝膠倒在整個篩底上，控液到所述保水劑凝膠不再滴下液體后，用干燥器皿稱量保水劑凝膠質(zhì)量為Wt;根據(jù)所述保水劑凝膠質(zhì)量Wt,得到所述保水劑的相對吸水速率，當所述相對吸水速率低于0.0005(g.g")/(g.g".min-1)實驗停止；根據(jù)公式t/W=A+Bt進行擬合，得到參數(shù)A、B的數(shù)值，B的倒數(shù)即為表示所述保水劑吸水能力的最大吸液倍率。其中，所述保水劑是不同直徑的顆粒，分別浸泡在溶液中。其中，不同直徑顆粒是指直徑大于3.0mm的顆粒和直徑介于2.0mm和3.0mm之間的顆粒，以及直徑介于l.Omm和2.0mm之間的顆粒。其中，對所述保水劑按不同顆粒直徑進行篩分時，使用100目篩網(wǎng)。其中，經(jīng)過不同的時間間隔t吸液是指前三次時間間隔分別為l分鐘、2分鐘、3分鐘，以后的時間間隔均為8分鐘。上述技術(shù)方案僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點本發(fā)明提出了一種基于保水劑100mesh篩網(wǎng)法與保水劑溶脹動力學模型計算聯(lián)合應用的保水劑吸水能力的測試方法，并確定了合理的試驗控制時間、相應的吸水能力計算方法等關(guān)鍵內(nèi)容，消除了粒徑對保水劑吸水能力的影響誤差。圖l是本發(fā)明實施例的一種保水劑吸液能力的測試方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的另一種保水劑吸液能力的測試方法的流程示意3是本發(fā)明實施例保水劑A在(NH2)2CO溶液中的吸水能力分析圖；圖4是本發(fā)明實施例保水劑B在(NH2)2CO溶液中的吸水能力分析圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。袋濾法(包括尼龍袋、的確良布、紗布等)由于起過濾作用的部位容易受操作方法和個人習慣的影響，其數(shù)據(jù)重現(xiàn)性和可靠性相對較差。而篩網(wǎng)法由于篩子形狀固定，起過濾作用的篩底面積一定，不易受人為操作因素的影響，因此篩網(wǎng)法較為合適的?？紤]保水劑吸水過程中的溶脹、溶解過程，使用100mesh篩網(wǎng)最為合適，本試驗亦采用100mesh篩過濾法。圖l是本發(fā)明實施例的一種保水劑吸液能力的測試方法的流程示意圖，圖2是對圖1中的保水劑吸液能力的測試方法進行進一步細化的流程示意圖，下面結(jié)合圖l、圖2，介紹保水劑吸液能力的測試過程，首先需要對保水劑吸水能力進行測試實驗，具體過程如下用精度為0.Glg的電子稱稱取5.00g的待測保水劑，將保水劑浸泡在一定數(shù)量的溶液中(最好釆用塑料、玻璃制品盛裝，以防止材料腐蝕)，一定間隔時間后將經(jīng)過浸泡的保水劑凝膠倒在整個篩底上，控液10-20min(以基本不再下滴液體為基準)后迅速用干燥器皿稱量保水劑凝膠質(zhì)量，得到保水劑在不同時刻的吸水倍率。稱量后再將保水劑放入溶液中吸水，重復上述試驗過程。分別以lmin、2min、4min、8min的時間間隔(以后均以8min為時間間隔)進行吸水、控水、稱量過程，當相對吸水速率低于0.0005(g.g-l)/(g.g-l.min-l)實驗停止。然后對保水劑的吸水能力進行計算，吸水倍率計算如式(1)所S=(R-『d)/『d(1)式中S為吸水倍率；^為t時刻的保水劑水凝膠質(zhì)量；^為保水劑干膠質(zhì)量。相對吸水速率的計算如式(2)所示KH)/(A"『')(2)式中^為相對吸水速率；Af為時間增量。當實驗停止時的吸水倍率稱為飽和吸水倍率，這是目前保水劑吸水性能的評價指標。保水劑吸水溶脹是一個極為復雜的過程，保水劑凝膠內(nèi)水分擴散速率可用Schott二階溶脹動力學模型進行描述。載(3)式中『^為保水劑最大吸水倍率(本發(fā)明提出的保水劑吸水能力評價指標)，即為吸水達到溶脹平衡的凝膠質(zhì)量；尺是速度常數(shù)。經(jīng)過變換則式(3)可變?yōu)檩d在范圍[O，t]和[O，^]內(nèi)對式(4)進行積分，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>上一^^或=卜(9),爿爿(則保水劑凝膠的溶脹度的倒數(shù)與溶脹時間的關(guān)系可轉(zhuǎn)變?yōu)閠/W=A+B.t(10)這里的A和B是兩個常數(shù)，它們的物理意義被解釋如下在一個相當長的溶脹內(nèi)，說>>」，則有萬=1/『(=1/『_，即它是凝膠達到溶脹平衡時吸水量的倒數(shù)；相反在一個很短時間內(nèi)^價，則lim(cZ^/甸=1",通過回歸分析，則截距A表示初始溶脹速率的倒數(shù)。根據(jù)以上試驗在不同間隔時間內(nèi)得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合公式(10)擬和，即可得到參數(shù)A、B的數(shù)值，因為5=1/『_，所以，保水劑最大吸水倍率『_即可求得。本測試方法可以進行不同溶液類型、不同溶液濃度以及反復吸釋水等條件下保水劑吸水能力。下面以不同類型溶液條件下保水劑吸水能力的測試為例進行本發(fā)明的具體過程分析。供試保水劑為A、B兩公司生產(chǎn)的聚丙烯酰胺-丙烯酸鉀交聯(lián)共聚物。試驗前對保水劑干膠顆粒進行篩分處理，分〉3.0mm、2.0-3,0mm、1.0-2.0mm三個粒級。供試化學藥劑為北京化學分析純廠生產(chǎn)的NaCl、(NH2)2CO、NH4C1、ZnC12、CaC12,供試水為北京屈臣氏水廠生產(chǎn)的實驗用去離子水，溶液濃度為0.02Mol/L，每個試驗設(shè)置3次重復。準備塑料盆(量程10L)108個、100mesh標準篩54個待用，按照上述實驗步驟進行試驗。用塑料盆盛裝配置好的溶液6-8L。用精度為O.Olg的電子稱稱取5.00g的待測保水劑，將保水劑浸泡塑料盆的溶液中，分別以lmin、2min、4min、8min的時間間隔(以后均以8min為時間間隔)進行吸水、控水、稱量過程，當相對吸水速率低于0.0005(g.g-l)/(g.g-l.min-l)實驗停止，相對吸水速率根據(jù)公式(3)求得。表l保水劑飽和吸水倍率(g.g")<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表1顯示了不同溶液類型條件下飽和吸水倍率的測試結(jié)果，從中看出不同粒徑保水劑吸水倍率差異顯著，隨著粒徑降低保水劑飽和吸水倍率增加，從本質(zhì)上來講，對于同一種溶液而言決定保水劑吸水倍率的主要因素是親水性基團和交聯(lián)密度，每一種類型保水劑的原材料、制作工藝均相同，那么粒徑影響保水劑吸水倍率的原因何在？究其主要原因是測試的時間遠未達到保水劑最大吸水能力，僅僅是吸水速度較為緩慢。不同生產(chǎn)保水劑通常為不同顆粒粒徑的組合，沒有一定的規(guī)律，為此國內(nèi)外選用此指標進行保水劑吸水能力測試是不合理的。根據(jù)以上試驗在不同間隔時間內(nèi)得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合公式(10)擬和，即可得到參數(shù)A、B的數(shù)值，從而得到圖1、圖3。圖1、圖3顯示了兩種保水劑在(NH2)2CO溶液中的分析過程，圖3中最上端的直線為粒徑大于3mm的保水劑A由公式(10)確定的直線，中間的直線是為粒徑介于23mm之間的保水劑A由公式(10)確定的直線，最下端的直線是為粒徑介于l~2mm的保水劑A由公式(10)確定的直線。由三條直線可以看出代表斜率的參數(shù)B分別為0.0034，0.0034，0.0032;參數(shù)A分別為0.2361,0,0932，0.0059。由圖3，可以看出，三條直線的幾乎平行，斜率一致，所以保水劑A最大吸水能力指標為參數(shù)B的倒數(shù)。圖4中最上端的直線為粒徑大于3mm的保水劑B由公式(10)確定的直線，中間的直線是為粒徑介于23mm之間的保水劑B由公式(10)確定的直線，最下端的直線是為粒徑介于12mm的保水劑B由公式(10)確定的直線。由三條直線可以看出代表斜率的參數(shù)B分別為:0.0025,0.0026，0.0026;參數(shù)A分別為0.2739,0.0967,0.0118。由圖4，可以看出，三條直線的幾乎平行，斜率一致，所以保水劑B最大吸水能力指標為參數(shù)B的倒數(shù)。從圖3、圖4可以看出，相關(guān)系數(shù)(R2)都在0.92以上，也進而證實了利用Schott二階動力學模型描述保水劑吸水溶脹過程的可行性，不同粒徑條件下斜率相等，則表明不同粒徑條件下保水劑最大能力相等。對于保水劑最大吸水倍率的分析結(jié)果如表2所示表2保水劑最大吸水倍率溶液類型粒徑保水劑A保水劑B溶月長平衡倍率/g.g"溶5長平衡倍率/g.g"(l/B)/『，(1/A)R2(l/B)/『，(1/B)R2去離子水>3mm294.124.240.98400.003.650.992-3mm294.1210.730.98384.6210.340.99l-2mm312.50169.490.99384.6284.750.97NaCl>3mm82.649.280.99102.045.390.992-3mm86.218.360.99108.708.180.99l-2mm90.0951.020.99116,2813.460.99NH4C1>3mm114.941.600.98138.891.380.952-3mm105.199,780.99128.213.170.98l-2mm107.5838.340.97117.5412.580.96(NH2)2CO>3mm287.743.660.98395.474.750.972-3mm292.5318.570.98389.6015.830.96l-2mm298.4492.440.97400.5379.880.97ZnCl2>3mm23.921.100.9927.012.620.992-3mm26.531.460.9829.502.460.98l-2mm—_—■~_—CaCl2>3mm26.183.730.9928.492.380.992-3mm23.047.940.9928.0110.490.99l-2mm—_—__—注表中鹽溶液濃度均為0.02mol/L,1/B表示保水劑的最大吸水倍率，1/A表示保水劑的初始溶脹速率。從表中可以看出不同溶液類型也顯示了同樣的結(jié)果，可見釆用保10水劑最大吸水能力指標作為保水劑吸水能力評價是最為合理的，它能夠消除不同顆粒粒徑吸水特性差異引起的試驗結(jié)果差異，也能夠反映出不同溶液類型中保水劑吸水能力的差異。由以上實施例可以看出，本發(fā)明提出了一種基于保水劑100mesh篩網(wǎng)法與保水劑溶脹動力學模型計算聯(lián)合應用的保水劑吸水能力的測試方法，并確定了合理的試驗控制時間、相應的吸水能力計算方法等關(guān)鍵內(nèi)容，消除了粒徑對保水劑吸水能力的影響誤差。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。權(quán)利要求1、一種保水劑吸液能力的測試方法，其特征在于，包括以下步驟稱取待測保水劑，將所述保水劑浸泡在溶液中；分別經(jīng)過不同的時間間隔t吸液后，將經(jīng)過浸泡的保水劑凝膠倒在整個篩底上，控液到所述保水劑凝膠不再滴下液體后，用干燥器皿稱量保水劑凝膠質(zhì)量為Wt；根據(jù)所述保水劑凝膠質(zhì)量Wt，得到所述保水劑的相對吸水速率，當所述相對吸水速率低于0.0005(g.g-1)/(g.g-1.min-1)實驗停止；根據(jù)公式t/W＝A+B·t進行擬合，得到參數(shù)A、B的數(shù)值，B的倒數(shù)即為表示所述保水劑吸水能力的最大吸液倍率。2、如權(quán)利要求1所述的保水劑吸水能力的測試方法，其特征在于，所述保水劑是不同直徑的顆粒，分別浸泡在溶液中。3、如權(quán)利要求2所述的保水劑吸水能力的測試方法，其特征在于，不同直徑的顆粒是指直徑大于3.0mm的顆粒和直徑介于2.0mm和3.0mm之間的顆粒，以及直徑介于1.0mm和2.0mm之間的顆粒。4、如權(quán)利要求3所述的保水劑吸水能力的測試方法，其特征在于，對所述保水劑按不同顆粒直徑進行篩分時，使用IOO目篩網(wǎng)。5、如權(quán)利要求1所述的保水劑吸水能力的測試方法，其特征在于，經(jīng)過不同的時間間隔t吸液是指前三次時間間隔分別為l分鐘、2分鐘、3分鐘，以后的時間間隔均為8分鐘。全文摘要本發(fā)明公開了一種保水劑吸液能力的測試方法，包括以下步驟稱取待測保水劑，將所述保水劑浸泡在溶液中；分別經(jīng)過不同的時間間隔t吸液后，將經(jīng)過浸泡的保水劑凝膠倒在整個篩底上，控液到所述保水劑凝膠不再滴下液體后，用干燥器皿稱量保水劑凝膠質(zhì)量為W_t；當相對吸水速率低于0.0005(g.g^-1)/(g.g^-1.min^-1)實驗停止；根據(jù)公式t/W_t＝A+Bt進行擬合，得到參數(shù)A、B的數(shù)值，B的倒數(shù)即為表示所述保水劑吸水能力的最大吸液倍率。本發(fā)明提出了一種基于保水劑100mesh篩網(wǎng)法與保水劑溶脹動力學模型計算聯(lián)合應用的保水劑吸水能力的測試方法，并確定了合理的試驗控制時間、相應的吸水能力計算方法等關(guān)鍵內(nèi)容，消除了粒徑對保水劑吸水能力的影響誤差。文檔編號G01N5/04GK101251461SQ200810103188公開日2008年8月27日申請日期2008年4月1日優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日發(fā)明者任樹梅,劉洪祿,李云開,楊培嶺,林雄財,許廷武申請人:中國農(nóng)業(yè)大學