超强吸水材料在森林防火中的应用与展望

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在森林防火中的应用前景
在森林灭火中的应用 超强吸水材料吸收大量的水形成凝胶， 由于其保
水能力强， 特别是加热保水性能好， 将它喷入火中， 一 方面失水过程可以消耗大量的热， 另一方面失水后的 超强吸水材料又能在物体上形成一层薄膜， 起到隔绝 空气的作用， 从而达到灭火的目的 ! 利用超强吸水材料灭火的方法有多种， 最常 用的有 " 种 ! 一种是将吸水材料与水预先混合好， 一旦发 生 火 灾， 将 水 凝 胶 运 至 火 场， 直接喷洒灭 火； 另一种是扑火时只携带超强吸水材料的粉剂， 到达火场后再将粉剂与水混合， 然后喷洒灭火 ! 第 一种方法通常适用于森林火灾发生地距离水源很 远或者缺少水源的情况， 第二种方法适用于水源 较充足或取水较方便的森林火灾扑救， 只携带灭 火用的粉剂， 不仅可以使扑火队员带足扑火用的 灭火粉剂， 而且由于这些粉剂很轻， 为扑火队员减 轻了负担， 节省了体力， 使扑火队员到达火场后有 旺盛的体力投入灭火战斗， 从而提高灭火效率 ! 此外， 由于超强吸水材料的水凝胶具有较好 的粘滞性， 可以在直立物体如树木、 草本植物和灌 木等的表面上， 形成一层含水薄膜， 有效防止火的 超强吸水材料的水凝胶这种高效的灭 蔓延 ! 所以， 火剂又特别适合飞机喷洒灭火 ! !"$ 在阻隔森林火灾中的应用 在森林火灾扑救中， 有许多情形是扑火队员 不能直接扑救的， 比如大火、 火强度高、 容易发生 扑火安全事故的危险区域等， 这就要求扑火队员 采用间接的灭火方法 ! 其中比较常用的一种间接 灭火法就是开设阻隔带法 ! 传统的开设阻隔带的方法， 是在大火预计蔓 延方向的前方一定距离处， 采用以下几种开设方 法： （#） 清除植被法 ! 用人工或机械的方法将地面上 所有可燃物清除并运出， 或开设生土带， 以达到阻 火烧法 ! 在适宜于点烧的地段和 隔大火的目的； （"） 可燃物条件下， 在有点火安全保证的情况下， 用火 喷水法 ! 用水喷 烧出一定宽度和长度的阻隔带； （$） 出一条阻隔带 ! 传统的方法都有其弊端： 清除植被法虽然阻火效果好， 但由于清除植 被需要大量的人力物力， 费工耗时， 如果在大火前
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应用现状
在卫生用品中的应用 该领域的应用开发最早， 最成熟， 也是目前所
占市场份额最大的应用领域 ) 目前市场上销售的 卫生 巾、 吸 水 尿 布、 医 疗 衬 垫、 防 脚 臭 鞋 垫、 纸湿 巾、 厨房抹布等制品中都含有超强吸水材料 ) 这些 制品不仅提高了个人卫生用品的质量， 也为广大 使用者带来了方便， 同时也节约了大量的木材 ) !"! 在农林牧及园艺上的应用 ! " ! " # 应用机理 超强吸水材料具有吸水速度 快， 吸水量大， 保水力强， 持水时间长等特点， 在干 旱环境下能够缓慢地将水分释放出来 ) 将超强吸 水材料掺入土壤或者给种子包衣或者渗蘸苗木根 系， 就相当于在土壤前层建造了许多 “微型水库” ) !"!"! & ) +1 同时， 可以改善土壤的团粒结构， 增加土壤的透水 性、 透气性， 使土壤的温度、 湿度变化幅度减小， 减 少土壤流失， 还可以提高土壤有效养分的供给比 例， 从而起到改良土壤的作用 ) 作为植物生长发育的促进剂 李青峰 ! "! " $ ［0］ 等 用淀粉接枝丙烯酸在湘麦 $+ 号 （ 34 ) 56/789/6 上试验表明， 出苗时间比对照早 : ;， 分蘖提前 $+） 主茎总叶片数多 $ ) (0 片， 每平方米有效穗数 (& ;， 多 ((+ 株， 每平方米产量高 :0 ) 0 8， 均显著或极显 著高于对照地 ) 韩国才等
［$<］ ［2］
在土壤中添加 & ) $1 ’ 的超强吸水材料， 在起到吸水保水保墒的
作为土壤改良剂
使用聚丙烯酸盐类超强吸水保水剂
在 + 种不同土壤类型耕地上的试验结果表明， 施用超 强吸水保水剂对玉米和大豆都有明显效果： 施用 : 0&& 8 . =9 的超强吸水保水剂使玉米和大豆分别增产
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施用 $0 &&& 8 . =9 的超强吸水保水剂 $01 和 $:):1 ； 使玉米和大豆分别增产 $2)+1 和 (&)01 )
［>］ 系； 共混物及复合物系 =
超强吸水材料 （ 0BC9D -EF$DE9GH I$JKL9D， 简称 在我国的称谓很多， 有高吸水性聚合物、 超强 0-I） 高分子吸水材料、 超强吸水剂、 高吸水性树脂、 固 体水等 = 超强吸水材料是一种具有三维空间网 络结构， 能够吸水达自身重量数百倍乃至几千倍 能力非常高， 吸水后， 无论加多大压力比不脱水 = 因此， 已广泛应用于工业、 农业、 林业、 园艺、 石油 化工、 医疗卫生、 建筑材料以及日常生活等领域 = 并且随着研究的不断深入， 其应用范围越来越广 =
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第%期
张思玉： 超强吸水材料在森林防火中的应用与展望
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用超强吸水材料的长效保水性， 可以制备无土栽 培剂或者用于荒漠、 沙漠绿化用的保水剂， 如法国 已制造了一种用于沙漠的 “水合土” !
方不远处开设， 有时候还没有开设好， 大火就可能 烧到面前， 如果选择的地方太远， 虽然有足够清除 植被的时间， 但是在此期间大火的蔓延方向是变 化的， 尽管千辛万苦开出了一条阻隔带， 但并不一 定能派得上用场 ! 另外， 特别是造成的生土带， 今 后的植被恢复难度较大， 不利于森林植被的保护 ! 火烧法开设阻隔带虽然快速省工省时， 但仓 促点烧常常烧得不彻底， 如果仅仅有草本层效果 还不错， 实际中的森林植被往往是草、 灌、 乔交错 或层叠， 点烧后常常是将细小可燃物烧掉的同时， 剩余可燃物体内的水分也蒸发出去， 变得非常干 燥易燃， 待大火临近时， 不仅不能阻火， 有时还会 助火 ! 更何况， 火烧隔离带有较高的技术要求， 扑 火实战中， 点火技术不当往往会造成人为放火 ! 喷水法理论上是可行的， 但在实践中一方面 通常找不到足够的火源， 不能很快构筑一条有效 的阻火带， 另一方面由于水在草本植物、 灌木和乔 木等直立物体上的粘滞系数很小， 即使用飞机喷 洒也很难在大火前方构筑一条有效的阻火带 ! 利用 超 强 吸 水 材 料 的 高 吸 水 保 水 性 和 粘 滞 性， 在构筑森林火灾阻隔带 （网） 时， 可以克服传统 构筑森林火灾阻隔带 （网） 方法所存在的缺点 ! 构 筑的方法可以采用： （ #） 利用超强吸水材料的快速 吸水性质， 边喷洒粉剂边喷水（ 在现场将粉剂和 ! "） 在有水源的 水混合成水凝胶或水溶液后喷洒 （ ! $） 地方， 将粉剂和水混合成水凝胶携带至阻隔带处 喷洒（ 飞机直接喷洒混合好的水凝胶或水溶液 ! ! %） !"! !"!"# 在森林火灾预防中的应用 加速地表易燃可燃物的分解速度 森林
［%>］ 内最先合成出聚丙烯酸钠类树脂 ； %@@( 年国内 ［%<］ 首次发表了纤维素接枝共聚的制备路线 ； %@@! ［%O］ 年我国有了吸水保水剂的鉴定材料 = 中科院兰
!((" ? (< ? !( ! 收稿日期： 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （;(;<%%<%） = 作者简介： 张思玉 （%@>; ? ） ， 男， 河南人， 教授， 主要从事森林防火的教学与科研 =
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第 (* 卷
州化 学 物 理 研 究 所 研 制 了 产 品 名 为 !"#—$ 和 吸水能力为 $ &&& ’ ( &&& 倍 ) 吉 !%#—$ 的吸水剂， 林石油化工研究所和航天部 $&$ 所等单位也分别 研究出吸水倍率为 $ &&& 倍的高吸水性树脂 ) 如 今， 先后有 *& 多个单位从事过这方面的研究， 专利 报道有几十项， 生产能力在 +& ,- . / 左右的企业近 ［$&］ +& 家 ) 随着研究的深入， 技术手段不断提高， 产量不 断增加， 吸水能力也不断增强 （据报道， 最大吸水 ， 价格不断下降， 超强吸水材料的 力可达 0 &&& 倍） 应用领域将会不断拓宽， 其发展前景非常广阔 )
［% M >］
的高分子聚合物 = 它不仅吸水能力极强， 而且保水
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超强吸水材料的发展简况
超强吸水材料的研究和开发只有短短几十年
的历史 = 最早是 %@>% 年美国农业部北方研究所 6= ［<］ 从淀粉接枝丙烯腈开始研究， 其后 ,=,BFF9JJ 等 于 %@>> 年首先发表了 7=/= /NGHN 等接着研究 ， “超强吸水材料研究” ， 宣告研制出了淀粉衍生物 的吸水性树脂， 这种树脂比以往任何材料的吸水 能力都强 = 该研究结果立即引起世界各国的广泛 关注， 相继开展了这方面的研究， 并取得了可喜的 成果， 其中成效最大的是美国、 日本、 德国和法国 等发达国家 = 美国的 !( 世 纪 >( 年 代 末 至 <( 年 代 中 期， 7DNPG ? ID$:9FFPGQ， 29D:BJ9F， ’NHP$GN% 0HND:R， 79G9DNJ 日本的住友化学、 三洋化成等公司 SPJJF 6R9LP:NJ， 相继成功地开发出了淀粉、 丙烯酸、 交联性的单体 接枝共聚反应的合成方法 = 与此同时， 也有将丙烯
［O］
世界各国在超强吸水材料的合成方法上也作 了大量的研究， 已经广泛使用的引发方法有化学 引发法、 紫外光辐射法和微 ! ? 射线辐射引发法、 波辐射法 = 其合成方法主要有溶液聚合、 反相悬浮
［!， %% M %A］ 聚合、 反相乳液聚合 =
我国超强吸水材料的研制工作起步较晚， !( 世纪 O( 年代初才开始 = %@O! 年中科院化学所在国
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超强吸水材料在森林防火中的应用与展望 !
张思玉
（南京森林公安高等专科学校， 江苏 南京 !%((;<）
摘要： 综述了超强吸水材料的发展历史、 现状以及在工业、 农业、 林业、 园艺以及日常生活中的 应用情况， 结合超强吸水材料的功能特点， 对今后在森林防火中的开发应用提出一些建议 = 关键词： 超强吸水材料； 森林防火； 应用前景 中图分类号： 0<>! = ;; 文献标识码： 文章编号： （!(("） %((; ? <%<@ (" ? ((A< ? (A 酰胺、 含磺酸单体在淀粉链上进行接枝共聚合反 应的合成方法 = %@<A 年日本三洋化成株式会社在 美国研究成果的基础上， 研制出淀粉接枝丙烯酸 钠吸水树脂， 并于 %@<O 年以 TS ? ;(( 为代号投放 市场， 实现了超强吸水材料的工业化生产， 该产品 吸水率为 ;(( 倍 = 后来他们研制出的 TS ? % (((， 吸 ［@］ 水率达 % ((( 倍 = 自 %@<O 年日本实现了超强吸水材料的工业化 生产之后， 美国的 79G9DNJ 公司， 日本的住友化学、 三洋化成、 触媒化学公司， 德国的 0H$:URNBF9 等数 十家公司先后投产， %@O( 年世界生产能力仅 A UH， %@@( 年增长到 !%( UH， %@@O 年已经发展到 OA( UH， ［%(］ !((( 年则迅速增加到 % !(( UH 左右 = 随着超强吸水材料的发展， 它的种类也越来 越多 = 按其原料来源可分为： 淀粉系； 纤维素系； 蛋 白质系； 合 成 聚 合 物 系； 其他天然物及其衍生物
［$］
! " ! " % 种子包衣和蘸根处理 种子包衣简单易 行， 效果明显， 用工省， 已经被广泛接受 ) 此方法适 合于人工播种的小麦、 玉米、 花生、 大豆以及小面 积直播的造林地、 苗圃、 花圃等 ) 蘸根处理是将树苗的根系浸泡于一定浓度的 超强吸水保水剂中， 使超强吸水材料均匀地附着 在苗木的根系上， 直接栽培或者取出晾干、 捆扎成 捆后， 再进行植树造林 ) 后者适用于苗木假植， 以 及苗木的移栽和运输 ) 蔬菜的保鲜材料 超强吸水材 ! " ! " & 作为水果、 料作为保鲜材料近几年发展相当迅速， 它可以吸 收蔬菜、 水果释放出来的水分和有害气体， 起到防 霉保鲜作用， 此外， 超强吸水材料还可以和一些基 材复合制成带状物、 薄膜或保鲜袋， 用于蔬菜、 水 果和其他食品的贮藏和运输 ) ! " ! " ’ 种子造粒 种子造粒是指使小粒种子大 粒化的一种措施， 它适合于珍贵树种、 优良作物品 种的精细栽培， 特别是点播、 穴播， 更适用于小粒 种子的飞机播种造林、 种草 ) 此方法通常是将小粒 种子浸在一定浓度的混合液 （含有超强吸收材料、 有机肥、 化肥、 农药、 土等） ， 在制丸机或搅拌机中 造粒 ) 以提高小粒种子的发芽率， 幼苗的成活率和 保存率 ) !"$ 建筑用防渗睹漏方面的应用 一般的超强吸水剂均可做止水件材料 ) 其中淀粉 接枝物、 纤维素接枝物用得较多 ) 也有采用聚氧化乙 烯类、 聚乙烯醇类等合成吸水剂 ) 此外水溶性的吸水 剂如羧甲基纤维素、 羟乙基纤维素、 聚乙烯醇等在不 损害共使用要求的条件下也可配合添加 ) 在房屋建筑、 水坝修筑中， 将超强吸水材料、 橡胶和一定的界面修饰剂混合后， 用于防渗堵漏 效果明显 ) 此外， 超强吸水剂应用于光纤电缆、 管 道、 设备及阀门垫片等填缝、 堵水、 防漏也是极好 的材料 ) !"% 油和亲水性有机物的分离 由于一些超强吸水材料如吸水性树脂不仅吸 水， 而且对亲水性有机物质具有很强的吸收能力， 但不吸油 （非亲水性物质） 亲水 ) 这就可以把水分、 性有机物质以及亲水性有机物的水乳化溶液从油 中分离出来， 从而提高油的纯度和质量 ) !"& 其他方面的应用 超强吸水材料对化肥和农用化学品具有吸附 作用， 配合使用可制备缓释型农用化学品， 减少流 失或下渗， 提高化肥和农用化学品的使用效率 ) 利