保水劑使用的是高吸水性樹脂，它是一種吸水能力特別強(qiáng)的功能高分子材料。無毒無害，反復(fù)釋水、吸水，因此農(nóng)業(yè)上人們把它比喻為"微型水庫"。同時(shí)，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑材料;在工業(yè)方面可廣泛應(yīng)用于石油化工、電纜、造紙、傳感器、滅火器具、纖維制品、化妝品、食品保鮮、膨脹玩具等。
干旱是全世界關(guān)注的大事。本世紀(jì)50年代以來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人口的急劇膨脹，氣候變暖干旱問題變的日益突出。這些問題促使各國(guó)科學(xué)家開始研究解決干旱問題的有效方法。20世紀(jì)50年代以前人類使用的吸水性材料主要為天然物質(zhì)和無機(jī)物。例如天然纖維、天然蛋白質(zhì)。50年代，Goodrich公司開發(fā)了交聯(lián)聚丙烯酸的生產(chǎn)技術(shù)，使得吸水性高分子物質(zhì)應(yīng)用于增黏劑。
超強(qiáng)吸水性樹脂的出現(xiàn)是1961年美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所C.R.Russell等從淀粉接枝丙烯腈開始研究，該吸水性樹脂最初在亨克爾股份公司(Henkelcorporation)工業(yè)化成功，其商品名為SGP(Starch Graft polymer)，當(dāng)時(shí)美國(guó)主要以農(nóng)業(yè)為中心積極推廣應(yīng)用，首先應(yīng)用在土壤改良、保水抗旱、育種保苗等方面。
60年代末至70年代，美國(guó)Starch、General Mills Chemical，日本住友化學(xué)、三洋化成工業(yè)等公司相繼成功地開發(fā)了高吸水性樹脂。其中成效最大的是美國(guó)、日本、法國(guó)和德國(guó)等。
80年代開始出現(xiàn)用其他天然化合物衍生物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)制取吸水性物質(zhì)，合成超強(qiáng)吸水性樹脂的發(fā)展，促進(jìn)應(yīng)用研究的開展。
吸水性復(fù)合材料在20世紀(jì)80年代產(chǎn)生。由于它能改善超強(qiáng)吸水性樹脂的耐鹽性、吸水速度、吸水后水凝膠的強(qiáng)度等許多性能，所以發(fā)展迅速。近年已開始研究吸水性高分子物的共混技術(shù)。這些為發(fā)展高吸水性材料提供了更加廣闊的前景。
中國(guó)高吸水性樹脂的研究工作起步較晚，80年代開始起步，近20年來全國(guó)已有近20個(gè)單位先后進(jìn)行了研究，有的已轉(zhuǎn)入中試階段，并有小批量的生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)已有批量生產(chǎn)能力的廠家，這些生產(chǎn)廠的產(chǎn)品都是聚丙烯酸鈉或淀粉接枝聚丙烯酸鈉，該類產(chǎn)品質(zhì)量，除了化合物組成本身外，主要還和設(shè)備、技術(shù)、工藝有關(guān)。國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品主要有比利時(shí)TC(Terra Cottem 土壤植被與科特姆簡(jiǎn)稱)，法國(guó)SNF的AQUASORB保水劑，德國(guó)Stockhau Sen生產(chǎn)的Stocksorb保水劑，隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)投資加大和重視，國(guó)內(nèi)保水劑類產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)呈現(xiàn)一輪高潮。
吸水原理：
保水劑的吸水原理相同于一般SAPs，是高分子電解質(zhì)分子鏈在水中酰胺基和/或羧基團(tuán)同性相斥使分子鏈擴(kuò)張力和由于交聯(lián)點(diǎn)的限制分子鏈的擴(kuò)張力而相互作用而成的。以聚丙烯酰胺為例，保水劑會(huì)有大量酰胺和羧基親水基團(tuán)，利用樹脂內(nèi)部離子和基團(tuán)與水溶液相關(guān)成分的濃度之差產(chǎn)生的滲透壓及高分子電解質(zhì)與水的親和力而可大量吸水直至濃度差消失為止。而控制保水劑達(dá)到令人滿意吸水程度的是橡膠彈力。分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)度越高，橡膠彈力越強(qiáng)，而橡膠彈力和吸水力的平衡點(diǎn)即是其表觀吸水能力。
由于分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，分子網(wǎng)絡(luò)所吸水分不能用一般物理方法擠出而起到保水作用。
由此，同樣組成的聚合物交聯(lián)度越低，吸水倍率相對(duì)越高，其保水性、穩(wěn)定性和凝強(qiáng)度就越低，反之亦然。所以，國(guó)際上對(duì)于使用周期較長(zhǎng)的保水劑自然需要較高的交聯(lián)度，并不追求高吸水倍率和速率。以聚丙烯酰胺為例，其表觀倍率并不高，吸水速率也依粒徑不同差別很大，凝強(qiáng)度高的保水劑吸水后有一定形狀，不易解體，利于土壤透氣，吸放水可逆性好。因?yàn)楸Ｋ畡┮话銚饺氲叵?至15厘米，故國(guó)際上現(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)加壓下的吸水倍率。依粒徑不同，聚丙烯酰胺型吸純水倍率150-300。
產(chǎn)品類別：
目前國(guó)內(nèi)外的保水劑共分為兩大類，一類是丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸銨等);另一類是淀粉接枝丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物(淀粉接枝丙烯酸鹽)。
聚丙烯酰胺--聚丙烯酰胺呈白色顆粒晶體狀，主要成分為:丙烯酰胺65%-66%+丙烯酸鉀23%-24%+水8%-10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。在國(guó)際上，法國(guó)、德國(guó)、日本、美國(guó)和比利時(shí)等國(guó)所生產(chǎn)的保水劑大多屬于這類成分的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是:使用周期和壽命較長(zhǎng)，在土壤中的蓄水保墑能力可維持4年左右，但其吸水能力會(huì)逐年降低。據(jù)黃土區(qū)造林試驗(yàn)觀察，使用該類保水劑造林后的當(dāng)年，其吸水倍率維持在100-120倍，第二年吸水倍率降低20%-30%，第三年降低約40%-50%，第四年降低更多。
聚丙烯酸鈉--聚丙烯酸鈉為白色或淺灰色顆粒狀晶體，主要成分有:聚丙烯酸鈉88%(其中含鈉24.5%)+水8%-10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的保水劑大多是這種成分的產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是:吸水倍率高，吸水速度快，但保水性能只能保持2年有效。據(jù)造林試驗(yàn)觀測(cè)，這類產(chǎn)品的吸水能力和吸水速率明顯高于聚丙烯酰胺產(chǎn)品，在土壤中如遇充分給水，0.5-1.0小時(shí)后便迅速吸收自重的130-140倍的水分;但第二年的吸水倍率要降低約60%左右。由于聚丙烯酸鈉會(huì)造成土壤中鈉離子含量的遞增，林業(yè)和農(nóng)業(yè)用保水劑的生產(chǎn)廠家大多改為生產(chǎn)聚丙烯酸鉀或聚丙烯酸銨。
淀粉接枝丙烯酸鹽--淀粉接枝丙烯酸鹽為白色或淡黃色顆粒狀晶體，主要成分為:淀粉18%-27%+丙烯酸鹽62%-71%+水10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。這種產(chǎn)品在用于造林地蓄水保墑時(shí)，使用壽命一般只能維持1年多的時(shí)間，但吸水倍率和吸水速度等性狀極佳。據(jù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)黃土浸提液的吸水對(duì)比試驗(yàn)，該類保水劑在遇水后的15-20分鐘內(nèi)即可吸收自重150-160倍的水分。
產(chǎn)品特性：
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(yùn)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(jié)構(gòu).使粘重土壤，漏水肥的沙土和次生鹽堿土壤得以改良.同時(shí)促進(jìn)土壤微生物發(fā)育，提高土壤有機(jī)物的周轉(zhuǎn)利用效率.
4，使用壽命長(zhǎng).集多種聚合物之特性，可反復(fù)吸水膨脹和釋放收縮，在生產(chǎn)中使用壽命可達(dá)6年以上，是目前市場(chǎng)上使用壽命最長(zhǎng)的土壤保濕產(chǎn)品.
5，吸水速度快.一般自然水吸至飽和最長(zhǎng)時(shí)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(hù)環(huán)境;當(dāng)再次干旱時(shí)，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(dá)200mm時(shí)，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(huì)爛根.
8，性能穩(wěn)定即使是極端的干旱，也不會(huì)倒吸植物水分.
主要功能：
1，保水.保水劑不溶于水，但能吸收相當(dāng)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(dǎo)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(dá)到保水的目的.還可以刺激作物根系生長(zhǎng)和發(fā)育，使根的長(zhǎng)度增加、條數(shù)增多，在干旱條件下保持較好長(zhǎng)勢(shì)。
2，保肥.因?yàn)楸Ｋ畡┚哂形蘸捅Ｐ钏值淖饔�，因此可將溶于水中的化肥，農(nóng)藥等農(nóng)作物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(dá)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(chǎn)生的熱能調(diào)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(duì)10厘米土層的溫度監(jiān)測(cè)表明，對(duì)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(jié)構(gòu).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(shí)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。