保水剂又称为高吸水树脂（Super Absorbent Resin，简称 SAR），也称为超强吸水剂 （Super Absorbent 均聚物，简称 SAP），是一种含有大量羧基、羟基等强亲水性官能团并具备一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。它有很强的吸水能力和保水性能，能在短时间内吸收它自身重量几百倍至几千倍的无离子水分，在外力下所吸的水分不易脱出，而是缓缓地释放出来。保水剂无毒无害，反复释水、吸水，因此农业上人们把它比喻为“微型水库”。
保水剂主要分为天然高分子系列和合成聚合物系列，能够提高土壤吸水能力、增强土壤保水和调温能力、改善土壤结构、提高土壤保肥能力。保水剂被广泛用于农业、林业、园艺、建筑材料等领域，在工业方面可广泛应用于石油化工、电缆、造纸、化妆品、食品保鲜等。
历史
1969年，美国农业部北部研究中心（NRRC）首先研制出保水剂，并于20世纪70年代中期将其应用于玉蜀黍属和大豆的种子涂层、树苗移植等方面。1974年保水剂在美国 Granprocessingo 公司实现了工业化生产。
1975年日本的三洋化成公司成功开发淀粉-聚丙烯酸接枝共聚物，并在1978年开始工业化生产。该产品成本低，毒性低，因此成为淀粉类高吸水保水性没药树的主导产品。20世纪70年代末，美国UCC公司用放射法处理交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型的保水剂，可达到耐盐目的。20世纪80年代初，法国里昂沙菲姆化学公司研制成功保水剂并将其应用于沙特阿拉伯干旱地区的土壤改良。20世纪80年代，Pandurange等将高吸水性树脂与其他材料复合，发现可以有效地改善其耐盐性、凝胶强度、热稳定性和保水性等性能。1985年世界生产保水剂的主要公司只有13家，至1995年全世界研究和生产的公司达近50家，世界保水剂市场以每年8%~10%的速度增长。
中国保水剂研制和应用始于20世纪80年代中期，中国有40余个单位研究开发，并陆续应用于农林生产领域。20世纪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出KH841型和IAC-B型保水剂，并陆续应用于农林生产领域。
性能
吸水性
保水剂的吸水能力强。保水剂是具有一定交联度的高分子化合物，其分子含有羧基、羟基以及酷胺基、磺基一类的强亲水性官能团，通过其三维网状结构及分子内、外侧电解质离子浓度差所产生的渗透压，对水分有强烈的缔合能力，其吸持水分的溶胀比在纯水中一般为400~1000倍。保水剂加入土壤后能提高土壤对灌溉水及天然降水的吸收能力，但是受土壤溶液中各种盐基离子及土壤颗粒对水分吸收作用用的影响，保水剂常常达不到其在纯水中的吸水倍率。
保水剂吸水速度快。在土壤及其周围空气湿润时，保水剂能很快吸收水分，完成相当自身重量580倍吸水量的时间仅为13分钟，其中在第1分钟就完成了总吸水量的三分之二。
保水性
保水剂的保水性好。保水剂吸水后变为水凝胶具有很强的保持作用，吸收的水分在自然条件下蒸发速度明显下降而且加压也不易离析。保水剂具有保温性能，其水分蒸发速度比纯水要慢得多。
释水能力
保水性的释水能力好，供水时期长。保水剂所吸持的水分85%~90%是自由水，作物可以吸收利用。在环境干燥时，保水剂所吸持的水分还可缓慢地释放出来，给作物供水。保水剂的吸水和释水过程在一定时期是可逆的，可反复地进行吸水、释水，而且其溶胀比有逐渐加大的趋势。当初次饱和吸水干燥后，再度吸水饱和时，其溶胀比由原来的580倍提高到760倍。吸水量增加，供水时期也相应延长。一般的保水剂品种均能反复地进行吸水和释水，有的品种可长达3~5年。
持效性
保水剂具有反复吸水功能，即吸水一释水一干燥一再吸水。保水剂经过多次反复吸水，一般吸水倍数下降50%~70%后而趋于稳定，有的品种甚至失去了吸水功能。
凝胶强度
吸水后的保水剂，落在平板上，表现出容易回弹行为，即使产生生大的变形也不被破坏。饱和吸水量约500倍的斯米卡吉尔保水剂，压坏强度约500g/cm2。同样状态下，聚丙烯酸盐系保水剂压坏强度约100~200g/cm2。在吸水量低于饱和吸水量时，保水剂能显示更大的强度。
光热稳定性
在干燥状态下，保水剂在100°C以下是稳定的，150°C以上随着时间的增加吸水率开始下降，在230°C开始分解。保水剂的光稳定性大，用灯照射500小时，吸水率无变化。
作用原理
保水剂属于聚电解质，它的吸水机理不同于纸浆、海绵等以物理吸水为主、吸水量小的普通吸水材料。保水剂的吸水是由于高分子电解质的离子排斥所引起的分子扩张和网状结构引起阻碍分子的扩张相互作用所产生的结果。
保水剂的分子链无限长的连接着，分子之间呈复杂的三维网状结构，使其具有一定的交联度。在其交联的网状结构上有许多羧基、羟基等亲水基团，当它与水接触时，其分子表面的亲水性基团电高并与水分子结合成氢键，通过这种方式吸收大量的水分。
保水剂网链上的电解质使得网络中的电解质溶液与外部水分之间产生渗透势差，在这渗透势差作用下，外部水分不断进入分子内部。网络上的离子遇水电解，正高子呈游离状态，而阴离子基团仍固定在网链上，相邻负离子产生斥力，引起有机高分子化合物网络结构的膨胀，在分子网状结构的网眼内进入大量的水分。
主要功能
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，土壤中掺入保水剂后，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优势。
保肥
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。
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，使得土场昼夜温差减小。在沙壤土中混有0.1%~0.2%的保水剂，对10cm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°C~13.5°C，而没有保水剂的土壤为11°C~19.5°C。
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。
应用领域
园艺
保水剂在农林园艺中常常用作土壤的改良剂、保湿剂，也被用于沙漠治理、无土栽培等，其中土壤的改良剂使用最广。保水剂既能吸水保水，又能缓慢释放水分，充分给予植物水分，不仅如此，保水剂中含有营养元素和矿物质供植物吸收，减少了植物的浇水施肥时间，缩减成本，提高植物的成活率，有利于防沙固土、植被恢复。
农业
保水剂在农业上的施用方法有种子表面涂层 （种子包衣、浸种）、与土壤混合、凝胶蘸根、飞播及制成包衣后流体播种以及作培养基质等。保水剂可以改善土壤肥力，使土壤团粒径结构增加，并具有保水性和通透性。另外将保水剂涂于植物根部，可防止根部干燥，减少移植休克，提高农作物的成活率。
林业
保水剂在林业育苗中的应用可分为培育裸根苗和营养袋苗。用于培育裸根苗时可使种子提前发芽、提高出苗率、增加出圃时的苗高和地径、减少人工浇水次数、降低育苗成本和用种量。保水剂用于培育营养袋苗可提高苗木上山造林的成活率。
卫生用品
卫生用品是最早使用高吸水性树脂的范例，最近几年在许多专利中所提出的使用方法，基本上都是薄纸中间夹纸浆和高吸水性树脂的层压结构。为提高初期吸水性，并使其能迅速吸收血液和尿液，可将非离子性表面活性剂加入树脂粉粒中，或把树脂分散在纸浆里，以保持好的分散性。
食品工业
高吸水性树脂无毒、无味，不易被人体所吸收，因此还可用作食品添加剂。如在奶制品中添加高吸水性树脂，可提高制品的固体含量，改善制品的成型工艺性。又如，将其加入到面包、蛋糕等焙烤食品中，能起到膨松食品又降低热量的作用。
高吸水性树脂作为包装材料，有利于食品的保鲜。例如用高吸水性树脂的聚丙烯薄膜包装，可提高活鱼在运输过程中的存活率。
医用材料
高吸水性树脂作为吸水剂，已用于能保持部分被测溶液的医采用检验试片，含水量大、使用舒适的外用软膏，能吸收浸出液并可防止化脓的治伤绷带及人工皮肤、缓释性药剂等。吸水没药树的凝胶，可抑制血浆蛋白和血小板的粘连，因而可作为抗血栓材料，用于制造人工脏器。
化妆品
利用高吸水性树脂的增稠性，可用于化妆品、洗涤剂、水性涂料等的增稠。经高吸水性树脂增稠的化妆品，保存期大大延长，使用时无油性化妆品的油腻感，并能有效地防止皮肤的干燥、开裂。
电线电缆
将高吸水性树脂应用到电线电缆的绝缘层与金属线芯间，可有效防止水和潮气沿电缆纵向的扩展，避免电缆绝缘层中水树枝化的产生和蔓延，保证电缆的绝缘性和寿命。
化工和油田开发助剂
高吸水性树脂对有机物的吸收能力差，使用高吸水性树脂作为油田脱水剂，可以有效地除去油中所含的少量水分。使用高强度高吸水性树脂进行油田注水井调堵水，有显著的增油效果。
建筑养护
高吸水树脂应用于混凝土养护过程，可以从根本上解决混凝土早期自收缩和开裂的问题。高吸水树脂直接掺入混凝土中，前期吸收储存一部分水分，于后期缓慢释放，进而促进水化，用于内部自养护，使结构更加致密，减小其自收缩，且加入混凝土后对强度影响不大，可以作为一种理想的内养护材料。
高吸水性树脂与橡胶等材料进行改性加工，可得到隔水、止水复合材料。通过在隧道工程中的弓形钢筋混凝土片块在拼合间隙之间使用该类材料，能够有效防止地下水的侵。也可以将其作为构造物热膨胀、收缩以及工程设计收缩误差等所导致的裂缝的隔水及止水材料。
其他
高吸水树脂在环境治理中也有较广泛的应用。高吸水树脂表面具有丰富官能团，能够对环境中，尤其是水体中各种污染产生较好的吸附作用。如利用壳聚糖复合高吸水性树脂可以作为水体中重金属离子的良好吸附剂。
高吸水树脂在路面扬尘的抑制中也有很好的效果，利用高吸水性树脂良好的耐蒸发性和吸湿放湿性，通过喷洒高吸水树脂，利用高吸水树脂的保水保湿性能及其表面的黏性，能够有效防止飞尘。
分类
保水剂种类丰富多样，按照原料的差异、聚合方法不同、交联剂种类区分和样品状态不同可以列出各种各样的分类方法。按照保水剂的所用原料的差异，保水剂大致可以分为以下 4 类：淀粉系、纤维素系、合成树脂系、有机- 无机化合物复合系高吸水树脂。其中市场应用的保水剂主要品种有丙烯酰胺丙烯酸盐交联共聚物（聚丙烯酰胺）及淀粉接枝丙烯酸盐交联共聚物（聚丙烯酸胺、淀粉接枝丙烯酸）。
淀粉类
淀粉类的保水剂是通过淀粉接枝丙烯腈再经碱水解，使基转变成酰胺基和羧基，即成高吸水性有机高分子化合物。该类保水剂吸水保水性能优越，重复吸水能力强，外界温度、压力对其影响小。
淀粉接枝丙烯酸盐
淀粉接枝丙烯酸盐为白色或淡黄色颗粒状晶体，主要成分为淀粉（18%~27%）和丙烯酸盐（62%~71%）。这种产品在用于造林地蓄水保时，其使用寿命一般只能维持1年多的时间，但吸水倍率和吸水速度等性能极佳。
纤维素类
纤维素保水剂是通过丙烯腈、丙烯酸及其盐、丙烯酸胺等单体与纤维素进行接枝共聚引入亲水性基团的方法来制得。纤维素系保水剂的吸水能力可能低于淀粉系保水剂，但是纤维素系保水剂不易降解，使用时间长，而且其耐盐性能好，凸显了一定的生态意义和经济价值。
合成聚合物系
合成系保水剂种类繁多，常见的有聚丙烯酸盐类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯腈类、聚乙烯醇类、PEO类等。与淀粉系、纤维素系保水剂相比，合成系保水剂不含天然有机化合物，不易腐败、不易降解，并且保水剂的机械强度比较高，不易破损，更重要的是，合成系保水剂合成工艺简单，生产方便，成本较低。
聚丙烯酰胺
聚丙烯胺呈白色颗粒晶体状，法国、德国、日本、美国和比利时等国所生产的保水剂大多属于这类成分的产品。该产品的特点是：使用周期和寿命较长，在土壤中的蓄水保墙能力可维持4年左右，但其吸水能力会逐年降低。
聚丙烯酸钠
聚丙烯酸钠为白色或浅灰色颗粒状晶体，生产的保水剂大多是这种成分的产品，其主要特点是：吸水倍率高，吸水速度快，但保水性能只能保持2年有效。
有机-无机复合系
有机-无机复合系保水剂是利用的无机材料（膨润土、蒙脱石、白陶土等）加入到保水剂中，形成的一种新型保水剂。该类型的保水剂能提升或改善原来保水剂的耐盐性、凝胶强度、热稳定性和保水性等性能。
制备方法
水溶液聚合法
水溶液聚合法可用于合成聚丙烯酸类的保水剂，通过该方法交联共聚的产品呈粉状。
水溶液聚合法是指将反应单体（丙烯睛、丙烯酸盐、丙烯酞胺、丙烯酸等）、交联剂和添加剂如分子量调节剂等溶于水中在光照或加热、辐射、引发剂或催化剂作用下进行合成，得到凝胶状弹性体，再将凝胶状弹性体切碎、烘干即得产品。
优点是：体系粘度较低，混合和传热较易，温度容易控制。但缺点在于：聚合速率较慢、溶剂回收成本较高、溶剂残留较多等等。
反相乳液聚合法
反相乳液聚合法可以用合成纤维类保水剂，例如：用反相乳液聚合法制备羧甲基纤维素钠接枝聚丙烯酸。
反相乳液聚合是将反应物低分子物或有机高分子化合物物分散在油相介质中，通过乳化剂的作用，并在强烈搅拌或剧烈振荡下分散成乳液状态进行化学反应的合成方法。
优点：聚合速率快、产物分子量高、有利于混合传热、管道传输和连续生产、分散体系稳定等，缺点：聚合物分离析出过程繁杂、成本高、反应器壁及管道容易挂胶和堵塞等。
反相悬浮聚合法
反相悬浮聚合法可用来合成聚丙烯酸类的保水剂，通过该方法聚合的产品呈珠粒状。
反相悬浮聚合法是以溶剂（油相）为分散介质，水溶性单体在悬浮剂和强烈搅拌或剧烈振荡作用下，分散成水相液滴悬浮于油相介质中，引发剂溶解在水相液滴中而进行的聚合方法。
优点：聚合过程稳定，聚合产物不易成块状凝胶。缺点：需使用有机溶剂，给后处理带来麻烦，增加了经济成本，给环境造成一定的危害。
接枝共聚聚合法
接枝共聚聚合法广泛应用于淀粉类保水剂和纤维素类保水剂的合成。
接枝共聚聚合法是将亲水性单体加入到聚合物中，与聚合物主链的活性中心发生聚合反应，反应的关键是在聚合物链上产生活性中心。
辐射引发聚合法
辐射引发聚合法可用于合成聚（丙烯酸丙烯酰胺） 高吸水性树脂。
辐射引发聚合法即在高能射线照射下引发合成土壤保水剂的方法，包括微波辐射引发聚合法、射线辐射引发聚合法、紫外光辐射引发聚合法和等离子体引发辐射聚合法。辐射引发聚合法无需引发剂，具有工艺简单、成本低、吸水倍率高等优点。