本发明涉及保水剂领域，具体涉及一种复合型高效农林保水剂及其制备方法。
背景技术：
干旱是全世界关注的大事。本世纪50年代以来，随着工业的快速发展和人口的急剧膨胀，气候变暖干旱问题变的日益突出，对于产业而言，干旱的危害尤其严重，干旱会导致农作物减产甚至绝收以及树木枯死，这些问题都在促使各国科学家着手研究解决干旱问题的有效方法。
保水剂是一种吸水能力特别强的功能高分子材料，无毒无害，可以反复释水、吸水，因此农业上人们把它比喻为"微型水库"。同时，它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。它不仅可以应广泛用于农业、林业、园艺、建筑材料领域；也可广泛应用于石油化工、电缆、造纸、传感器、灭火器具、纤维制品、化妆品、食品保鲜、膨胀玩具等工业领域。
保水剂作为一种独具三维网状结构的有机高分子聚合物，在土壤中能将雨水或浇灌水迅速吸收并保住，变为固态水而不流动不渗失，长久保持局部恒湿、天旱时缓慢释放供植物利用。它特有的吸水、贮水、保水性能，在改善生态环境、防风固沙工程中起到决定成败的作用。
目前国内外的保水剂共分为两大类，一类是丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵等；另一类是淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物如淀粉接枝丙烯酸盐，但是目前的保水剂的降解性能和稳定性较差，保水性能不好，在农林领域使用并不广泛。
中国专利cn107033300a公开了一种具有高效保水性能的农林保水剂及制作方法，按重量百分比包括以下组分：改性淀粉15-35％；丙烯酸30-50％；聚醋酸乙烯5-17％；氢氧化钠15-40％；十二烷基硫酸钠溶液3-9％；过硫酸铵0.1-0.35％；硫代硫酸钠0.1-0.8％；乙二醇0.2-0.65％，这样制得的保水剂具有良好的耐盐性和抗压性，且使用期在三年以上，且含有c、o、h、n、k等多种对植物生长及水土保持十分有利的元素及由这些元素组成的化学键和基团，与农家肥、化肥、土壤和细沙等的搀和性好，具有高吸水、保水性和释水性，该产品对人、动植物无毒害，且其网状分子结构中的特殊功能基团对pb、cd、hg等有毒金属离子有很强的络合螯合作用，从而净化了土壤环境水源。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种复合型高效农林保水剂及其制备方法。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体30-40份、玉米淀粉10-20份、魔芋葡甘聚糖5-10份、苔藓凝胶3-7份、羧甲基纤维素钠1-3份、卡拉胶3-7份、微细二氧化硅气凝胶5-10份、双丙酮丙烯酰胺7-15份、丙烯酸20-30份、膨润土40-60份、过硫酸钾0.01-0.05份、交联剂1-3份、氢氧化钠2-5份、去离子水100-120份。
进一步地，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体32份、玉米淀粉15份、魔芋葡甘聚糖6份、苔藓凝胶5份、羧甲基纤维素钠1.5份、卡拉胶4份、微细二氧化硅气凝胶8份、双丙酮丙烯酰胺12份、丙烯酸25份、膨润土60份、过硫酸钾0.02份、交联剂3份、氢氧化钠4份、去离子水105份。
进一步地，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体40份、玉米淀粉18份、魔芋葡甘聚糖7份、苔藓凝胶3份、羧甲基纤维素钠2份、卡拉胶4份、微细二氧化硅气凝胶6份、双丙酮丙烯酰胺10份、丙烯酸25份、膨润土50份、过硫酸钾0.03份、交联剂3份、氢氧化钠4份、去离子水110份。
进一步地，所述苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎10-20min后加入乙醇，继续超声破碎5-10min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
进一步地，上述固液混合物与乙醇的重量比为1：5-8。
进一步地，所述交联剂为交联剂mbam、交联剂mba中的至少一种。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将膨润土先置于烘箱中70-80℃干燥5-8h后，再转移到碳管炉中，一次升温至300-350℃保温焙烧2-4h，再二次升温至450-480℃保温焙烧1-2h，炉冷至室温得到改性膨润土；
(2)将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，500-800r/min机械搅拌5-10min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，水浴反应1-3h后减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体；
(3)将得到的粘稠固体移入干燥箱中，60-65℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
进一步地，步骤(1)中一次升温速度为20-30℃/min，二次升温速度为2-5℃/min。
进一步地，步骤(2)中水浴反应的温度为70-75℃。
进一步地，步骤(2)中减压浓缩的温度应≤50℃。
(三)有益效果
本发明提供了一种复合型高效农林保水剂及其制备方法，具有以下有益效果：
小麦秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，如果利用小麦秸秆作为原料制备保水剂，将会获得比高分子树脂材料更低廉的价格、更高的抗盐碱性和降解性能，本发明中将小麦秸秆粉体和玉米淀粉作为复合原料，与丙烯酸进行枝接，形成复合交联的三维空间结构，双丙酮丙烯酰胺具有n-取代的酰胺和甲酮两种反应性基团，可以与丙烯酸单体共聚，从而向保水剂聚合物中引入酮羰基，利用酮羰基的化学性质，进一步提升三维空间结构的交联密度，所以其具有一定的交联性能，另一方面在本发明中利用其粘结性，提升保水剂的结构强度，使其不易松散，造成保水能力下降，魔芋葡甘聚糖具有粘度高、吸水多、膨胀快的特点，作为植物性多糖，可以与玉米淀粉协同增效，实现各组分间的性能互补，提高保水和机械性能，苔藓凝胶目前还没有将其应用到保水剂领域的先例，发明人突发奇想、打破常规，将其从新鲜苔藓中提取后，作为保水成分加入，通过对比实验验证，加入自制的苔藓凝胶后，保水剂无论是吸水性能还是稳定性都大大提高，本发明保水剂具有极强的吸水能力，而且热稳定性好，在较高温度下都有良好的保水性能。
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，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。
实施例1：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体32份、玉米淀粉15份、魔芋葡甘聚糖6份、苔藓凝胶5份、羧甲基纤维素钠1.5份、卡拉胶4份、微细二氧化硅气凝胶8份、双丙酮丙烯酰胺12份、丙烯酸25份、膨润土60份、过硫酸钾0.02份、交联剂mbam3份、氢氧化钠4份、去离子水105份。
苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎12min后加入乙醇，固液混合物与乙醇的重量比为1：6，继续超声破碎8min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将膨润土先置于烘箱中75℃干燥7h后，再转移到碳管炉中，一次升温至320℃保温焙烧2h，再二次升温至460℃保温焙烧1h，一次升温速度为30℃/min，二次升温速度为4℃/min，炉冷至室温得到改性膨润土；
(2)将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，600r/min机械搅拌8min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，72℃水浴反应2h后，50℃以下减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体；
(3)将得到的粘稠固体移入干燥箱中，60℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
实施例2：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体40份、玉米淀粉18份、魔芋葡甘聚糖7份、苔藓凝胶3份、羧甲基纤维素钠2份、卡拉胶4份、微细二氧化硅气凝胶6份、双丙酮丙烯酰胺10份、丙烯酸25份、膨润土50份、过硫酸钾0.03份、交联剂mba3份、氢氧化钠4份、去离子水110份。
苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎12min后加入乙醇，固液混合物与乙醇的重量比为1：8，继续超声破碎8min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法：
将膨润土先置于烘箱中75℃干燥8h后，再转移到碳管炉中，一次升温至340℃保温焙烧2.5h，再二次升温至470℃保温焙烧2h，一次升温速度为30℃/min，二次升温速度为4℃/min，炉冷至室温得到改性膨润土，将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，800r/min机械搅拌8min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，72℃水浴反应2h后，50℃以下减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体，将得到的粘稠固体移入干燥箱中，65℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
实施例3：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体32份、玉米淀粉15份、魔芋葡甘聚糖6份、苔藓凝胶3份、羧甲基纤维素钠2份、卡拉胶7份、微细二氧化硅气凝胶8份、双丙酮丙烯酰胺10份、丙烯酸20份、膨润土45份、过硫酸钾0.02份、交联剂mbam、交联剂mba按质量比1:1组成的交联剂2份、氢氧化钠4份、去离子水110份。
苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎10min后加入乙醇，固液混合物与乙醇的重量比为1：7，继续超声破碎10min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法：
将膨润土先置于烘箱中75℃干燥6h后，再转移到碳管炉中，一次升温至340℃保温焙烧3h，再二次升温至450℃保温焙烧1.2h，一次升温速度为20℃/min，二次升温速度为4℃/min，炉冷至室温得到改性膨润土，将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，800r/min机械搅拌8min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，72℃水浴反应2h后，50℃以下减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体，将得到的粘稠固体移入干燥箱中，65℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
实施例4：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体30份、玉米淀粉18份、魔芋葡甘聚糖6份、苔藓凝胶6份、羧甲基纤维素钠1份、卡拉胶3份、微细二氧化硅气凝胶8份、双丙酮丙烯酰胺12份、丙烯酸25份、膨润土50份、过硫酸钾0.01份、交联剂mbam、交联剂mba按质量比1:1组成的交联剂2份、氢氧化钠2份、去离子水120份。
苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎15min后加入乙醇，固液混合物与乙醇的重量比为1：5，继续超声破碎8min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法，包括以下步骤：
将膨润土先置于烘箱中80℃干燥5h后，再转移到碳管炉中，一次升温至300℃保温焙烧3h，再二次升温至460℃保温焙烧1h，一次升温速度为20℃/min，二次升温速度为4℃/min，炉冷至室温得到改性膨润土，将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，500r/min机械搅拌8min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，75℃水浴反应2h后，50℃以下减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体，将得到的粘稠固体移入干燥箱中，60℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
实施例5：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体30份、玉米淀粉10份、魔芋葡甘聚糖5份、苔藓凝胶3份、羧甲基纤维素钠1份、卡拉胶3份、微细二氧化硅气凝胶5份、双丙酮丙烯酰胺7份、丙烯酸20份、膨润土40份、过硫酸钾0.01份、交联剂mbam、交联剂mba按质量比1:1组成的交联剂1份、氢氧化钠2份、去离子水100份。
苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎10min后加入乙醇，固液混合物与乙醇的重量比为1：5，继续超声破碎5min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法：
将膨润土先置于烘箱中70℃干燥5h后，再转移到碳管炉中，一次升温至300℃保温焙烧2h，再二次升温至450℃保温焙烧1h，一次升温速度为20℃/min，二次升温速度为2℃/min，炉冷至室温得到改性膨润土，将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，500r/min机械搅拌5min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，70℃水浴反应1h后，50℃以下减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体，将得到的粘稠固体移入干燥箱中，60℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
实施例6：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体40份、玉米淀粉20份、魔芋葡甘聚糖10份、苔藓凝胶7份、羧甲基纤维素钠3份、卡拉胶7份、微细二氧化硅气凝胶10份、双丙酮丙烯酰胺15份、丙烯酸30份、膨润土60份、过硫酸钾0.05份、交联剂mbam、交联剂mba按质量比1:1组成的交联剂3份、氢氧化钠5份、去离子水120份。
苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎20min后加入乙醇，固液混合物与乙醇的重量比为1：8，继续超声破碎10min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法：
将膨润土先置于烘箱中80℃干燥8h后，再转移到碳管炉中，一次升温至350℃保温焙烧4h，再二次升温至480℃保温焙烧2h，一次升温速度为30℃/min，二次升温速度为5℃/min，炉冷至室温得到改性膨润土，将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，800r/min机械搅拌10min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，75℃水浴反应3h后，50℃以下减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体，将得到的粘稠固体移入干燥箱中，65℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
实施例7：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体30份、玉米淀粉20份、魔芋葡甘聚糖5份、苔藓凝胶7份、羧甲基纤维素钠1份、卡拉胶7份、微细二氧化硅气凝胶5份、双丙酮丙烯酰胺15份、丙烯酸20份、膨润土60份、过硫酸钾0.01份、交联剂mbam、交联剂mba按质量比1:1组成的交联剂3份、氢氧化钠2份、去离子水120份。
苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎10min后加入乙醇，固液混合物与乙醇的重量比为1：8，继续超声破碎5min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法：
将膨润土先置于烘箱中80℃干燥5h后，再转移到碳管炉中，一次升温至350℃保温焙烧2h，再二次升温至480℃保温焙烧1h，一次升温速度为30℃/min，二次升温速度为2℃/min，炉冷至室温得到改性膨润土，将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，800r/min机械搅拌5min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，75℃水浴反应1h后，50℃以下减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体，将得到的粘稠固体移入干燥箱中，65℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
实施例8：
一种复合型高效农林保水剂，由以下重量份数的原料制备而成：
小麦秸秆粉体40份、玉米淀粉10份、魔芋葡甘聚糖10份、苔藓凝胶3份、羧甲基纤维素钠3份、卡拉胶3份、微细二氧化硅气凝胶10份、双丙酮丙烯酰胺7份、丙烯酸30份、膨润土40份、过硫酸钾0.05份、交联剂mbam、交联剂mba按质量比1:1组成的交联剂1份、氢氧化钠5份、去离子水100份。
苔藓凝胶的制备方法如下：
将新鲜苔藓置于搅拌机中搅拌破碎，得到的固液混合物超声破碎20min后加入乙醇，固液混合物与乙醇的重量比为1：5，继续超声破碎10min，抽滤，滤液减压浓缩至原体积的1/10，加入亚硫酸钠，搅拌均匀后室温静置，即可得到所述苔藓凝胶。
上述复合型高效农林保水剂的制备方法：
将膨润土先置于烘箱中70℃干燥8h后，再转移到碳管炉中，一次升温至300℃保温焙烧4h，再二次升温至450℃保温焙烧2h，一次升温速度为20℃/min，二次升温速度为5℃/min，炉冷至室温得到改性膨润土，将氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌成均一溶液，再将上述改性膨润土、小麦秸秆粉体、玉米淀粉、魔芋葡甘聚糖加入，500r/min机械搅拌10min形成分散液后，再将双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、过硫酸钾、交联剂加入，70℃水浴反应3h后，50℃以下减压浓缩蒸出一半体积的去离子水，再将苔藓凝胶、卡拉胶、微细二氧化硅气凝胶、羧甲基纤维素钠加入搅拌，得到粘稠固体，将得到的粘稠固体移入干燥箱中，60℃干燥后粉碎包装，即可得到成品。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于不加入苔藓凝胶。
保水性能测试：
下表1为本发明实施例1-2、对比例1中保水剂的吸水倍率(g·g-1)随时间的变化关系
表1：
下表2为本发明实施例1保水剂的保水率(％)随温度、时间的变化关系
表2：
由上表1可知，本发明保水剂具有极强的吸水能力，由上表2可知，本发明保水剂热稳定性好，在较高温度下都有良好的保水性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。