有机硅缓释肥料包膜材料的制备及性能研究

以制备具有低成本、高缓释性能、可生物降解、无环境污染等特点的包膜材料为目标,解决淀粉材料的耐水性差问题,采用玉米淀粉为原料,γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷为改性剂,制备有机硅改性淀粉,并与明胶、聚乙烯醇和甲醛进行交联反应,制备了一种含有机硅缓释肥料包膜材料,分析了有机硅含量、交联剂甲醛用量、增塑剂甘油用量等各种因素对膜的抗张强度、断裂伸长率、耐水性和缓释性等性能的影响。结果表明:由有机硅改性的包膜材料的吸水率为224.92%,拉伸强度为38.27 MPa,断裂伸长率为44.28%,缓释性能好,作为缓释肥料包膜材料具有潜在应用价值。     

玉米淀粉基缓释膜的制备及表征

[目的]研究玉米淀粉基缓释膜的制备条件及特征。[方法]以玉米淀粉与聚乙烯醇为原料,在交联剂的作用下,制得包膜料液,用此料液给尿素涂膜,制得包膜尿素。通过红外光谱对膜的结构进行表征和分析,研究改性淀粉膜的形成条件和影响因素。[结果]制备玉米淀粉基缓释膜的最佳反应条件是淀粉和PVA的质量比为1∶1,PVA的含量为15%,吐温0.2 ml,尿素0.5 g,丙三醇1.5 g,甲醛2ml,硼砂0.2 g,引发剂用量0.5%,反应30 min,反应温度控制在80℃。[结论]制备得到的包膜材料具有成本低、可生物降解、无环境污染等特点。     

尿素缓释膜材料——机械活化醋酸酯淀粉的制备及其膜性能

为了有效提高淀粉基质尿素缓释膜的性能,对机械活化1.0 h的木薯淀粉(MAS)进行酯化改性,制备了机械活化醋酸酯淀粉(MASA)、机械活化醋酸酯淀粉/聚乙烯醇的生物降解塑料膜(MASA/PVA)及MASA/PVA包膜尿素。用傅立叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)分别对MASA的结构、形貌、热稳定性等进行测试,并与用不同取代度制备的原木薯醋酸酯淀粉/聚乙烯醇生物降解塑料膜(SA/PVA)进行比较。结果表明,机械活化淀粉经酯化改性后,结构和形貌都有很大的改变,热性能提高;MASA/PVA的性能均比SA/PVA好,以机械活化醋酸酯淀粉(取代度为0.2)原料制备的MASA/PVA浸水前的拉伸强度为3.23 MPa,断裂伸长率206.68%,24 h吸水率为115.96%,在20 d内生物降解率为36.46%。MASA/PVA包膜尿素淋溶9次后尿素总溶出率为45.69%,比SA/PVA包膜尿素降低18.12%,比普通尿素降低51.49%。用MASA/PVA包膜尿素对尿素态氮有明显的缓释作用。     

非水溶性材料包膜缓释氮肥的养分释放特性及其对小青菜产量的影响

为了研究自制的非水溶性材料包膜缓释氮肥的养分释放规律及其对小青菜产量的影响,采用浸泡试验分析了3种非水溶性材料包膜缓释氮肥(缓释肥料A、缓释肥料B、缓释肥料C)的养分释放规律,同时利用盆栽试验研究了其对小青菜产量的影响。结果表明:非水溶性包膜肥料具有较好的缓释性能,当缓释氮肥包膜率为6%～8%时,通过浸泡试验测得的135 d氮养分累积释放量为32.2%～63.5%;盆栽试验结果表明,施用了3种缓释氮肥的小青菜地上部产量均高于不施氮肥对照,增产幅度为244.90%～406.58%,均略高于施用普通大颗粒尿素的产量;其中缓释肥C处理小青菜产量高,小青菜硝酸盐含量和土壤硝态氮含量低。     

仿生改性水基共聚物包膜氮肥的制备及其性能研究

【目的】 为了提高水基共聚物膜材料的耐水性,依据仿生学原理,采用疏水效果好的纳米二氧化硅和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷对其进行疏水改性,明确最佳改性配比及机理,进而制备出缓释效果好的环境友好型包膜氮肥。【方法】 采用三因素三水平L₉(3³)正交试验设计,探究添加不同比例的壳聚糖（0.5%、1.0%、1.5%）、淀粉（0.5%、1.0%、1.5%）和聚乙烯醇（PVA）（2%、3%、4%）对水基共聚物膜材料性能的影响,通过水基共聚物膜材料的吸水率及极差分析筛选出疏水效果好的最优配比。在优选的水基共聚物包膜材料中分别加入0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%的纳米二氧化硅进行疏水改性,通过测定纳米改性水基共聚物膜材料的吸水率和渗透率明确最佳纳米二氧化硅用量。随后,将优选的纳米改性水基共聚物膜材料分别置于含0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）的正己烷溶液中进行自组装改性,探究组装浓度对膜材料性能的影响。通过对改性前后水基共聚物膜材料疏水性及透性等变化明确其改性效果,通过改性前后膜材料红外光谱特征、表面微观结构变化探讨其疏水改性机理。并通过土壤培养试验探究所制备的仿生改性水基共聚物包膜尿素的养分释放特性。【结果】 当壳聚糖含量为0.5%、淀粉含量为1.5%、PVA含量为4.0%时所制备的水基共聚物膜材料吸水率最低,为42.50%。与水基共聚物膜材料相比,纳米二氧化硅改性水基共聚物膜材料、纳米二氧化硅和FAS双重改性水基共聚物膜材料的吸水率分别降低了38.54%和55.98%,铵离子的渗透率分别降低了24.14%和44.58%,水分子渗透率分别降低了36.14%和60.98%。红外光谱结果表明,纳米二氧化硅改性水基共聚物膜材料的-OH数量减少,并且观察到了Si-O-Si摇摆振动和反对称伸缩振动,纳米二氧化硅和FAS双重改性后水基共聚物材料表面观察到了C-F键。扫描电镜和能谱分析结果表明,在纳米二氧化硅改性水基共聚物膜材料表面发现Si元素,纳米二氧化硅和FAS双重改性水基共聚物膜材料表面发现F元素,并且观察到粗糙的表面结构,其水接触角由62.5°提升到118.6°,表现出良好的疏水效果。此外,土壤培养试验结果表明,纳米二氧化硅改性水基共聚物包膜尿素（NWCU）、纳米二氧化硅和FAS双重改性水基共聚物包膜尿素（SNWCU）的养分缓释期明显延长,SNWCU养分累积释放80%所需时间由改性前的10 d左右提升了28 d左右。【结论】 采用纳米二氧化硅和FAS对水基共聚物膜材料进行联合改性可以显著改善水基共聚物膜材料的耐水性及透性,所制备的仿生改性水基共聚物包膜氮肥具有良好的缓释效果。     

几种成膜助剂对CCMS/PVA可降解薄膜力学及耐水性能影响的研究

以交联羧甲基淀粉为基料,辅以消泡剂、脱膜剂、疏水剂等成膜助剂,通过流延成膜工艺,制备了淀粉基可降解薄膜,研究了成膜助剂对降解膜耐水性能和力学性能的影响。结果表明,当助剂消泡剂用量为1%,液体石蜡用量为0.8%,PPE用量1.5%时,CCMS/PVA的拉伸强度为40.5Mpa,断裂伸长率为311%,透光率为82%,吸水率最小为3.6%。     

甲醛交联木质素季铵盐--尿素的制备及缓释性能

为了探究木质素季铵盐包埋尿素的优化制备条件及其在缓释肥生产中的应用,以三甲基木质素季铵盐(L-QA)为原料、甲醛为交联剂、司盘80为分散剂,采用反相悬浮法制备甲醛交联木质素季铵盐-尿素(FCL-QA-U)颗粒,并通过傅里叶红外光谱表征其结构,探讨交联剂用量、转速、反应时间和分散剂用量等因素对尿素包埋率的影响,以得到最佳制备工艺条件及产品,再利用水溶试验和土柱淋溶试验测定其缓释性能。结果表明: 尿素被包埋在三甲基木质素季铵盐中;L-QA含氮量为1.98%,FCL-QA-U含氮量为3.27%。制备FCL-QA-U颗粒的最佳工艺条件为甲醛用量2 mL、转速300 r/min、反应时间2 h、司盘80用量1 mL,在此条件下制备的FCL-QA-U颗粒的尿素最大包埋率为64.77%。 FCL-QA-U颗粒的缓释结果符合我国缓释肥料GB/T 23348—2009的要求,是一种既有理论价值又有应用价值的缓释化肥。      

高吸水性树脂包膜尿素的结构特征及养分控/缓释性能

 【目的】研究高吸水性树脂包膜尿素的结构特征及养分控/缓释性能。【方法】以不同类型和吸水倍率的高吸水性树脂为包膜材料，以大颗粒尿素和改性矿物包膜尿素为原料肥料，研制出高吸水性树脂单层包膜尿素、高吸水性树脂复式包膜尿素系列产品，利用电子扫描电镜研究了其结构特征，并以水中溶出率法和模拟土柱淋溶法研究其养分释放特性。【结果】高吸水性树脂包膜尿素水中24 h氮素溶出率在18.22%～83.87%之间，土壤中4周氮素累积淋出率在40.91%～65.38%之间，较尿素降低5.21%～40.68%。控/缓释性能与高吸水性树脂的类型、吸水倍率及用量有关。聚丙烯酰胺型高吸水性树脂包膜尿素控/缓释效果好于交联聚丙烯酸盐型高吸水性树脂包膜尿素。随着高吸水性树脂用量的增加，高吸水性树脂包膜尿素的水中溶出率和土壤淋出率均明显下降；扫描电镜图显示高吸水性树脂复式包膜尿素的包膜效果明显优于高吸水性树脂单层包膜尿素，其控/缓释效果还与内膜材料有关。高吸水性树脂包膜尿素的内外膜均是由大小不一形状不规则的包膜材料微粒无序紧密堆积，并由胶粘剂填充空隙胶联而成，包膜叠层间和叠层内有微小孔隙,它们是尿素溶出的通道。【结论】高吸水性树脂包膜尿素兼具吸水、保水和养分控/缓释性能，是具有较好开发和应用前景的保水型控/缓释肥料。     

几种聚合材料包膜尿素的研制及评价方法研究

为研究尿素养分释放特性,以有机物质(淀粉A/聚乙烯醇V)为基底材料,无机非金属矿物(硅藻土G/膨润土P/沸石粉F)为改性材料制备复合材料并包膜尿素,测定了包膜尿素的成粒率及抗压强度,采用水中溶出率法与土壤培养法探讨了包膜肥料养分的释放规律,并对两种方法的测定结果进行比较。研究结果表明:包膜尿素各粒径颗粒成粒率差异显著,3种包膜尿素中粒径3~4 mm颗粒成粒效果最好,均在60%左右,成粒效果及抗压强度均表现为AVGUAVPUAVFU,说明粘结性能表现为AVGAVPAVF。包膜肥料在水、土两介质中的养分释放率与释放期均有所不同,AVFU在水中的初期溶出率高达30%,7 d累积释放率高达75.02%,释放期仅约为11 d;AVGU与AVPU氮素释放缓释性能显著,其初期溶出率仅为12%~15%,7 d累积释放率为42.24%~58.36%,释放期约为36~44 d;而在相同培养时间内土壤中养分溶出率仅为水中的26%~57%,但释放期增长到了42~112 d。在聚乙烯醇-淀粉聚合物的基础上添加改性剂能够对膜材料的耐水性能以及缓释效果有不同程度的优化,膜材料的吸水特性很好地保证肥料养分的缓慢释放,更好地为植物的生长提供养分。     

一种生物炭基肥包膜材料的制备及特性研究

以乙基纤维素为成膜材料,戊二醛作为交联剂,邻苯二甲酸二乙酯作为增塑剂,吐温80作为乳化剂,采用溶液共混法制备生物炭基肥包膜材料。以膜的抗拉强度、断裂伸长率、吸水率和损失率为指标,通过单因素试验和正交试验确定各组分的最佳配比,最后对最优组合进行渗透试验。试验结果表明,当乙基纤维素的质量分数为5%,戊二醛用量为1.2%,邻苯二甲酸二乙酯用量为0.6%,吐温80用量为0.4%时,制备的包膜材料物理机械综合性能最优,其抗拉强度为16.72 MPa,断裂伸长率为3.35%,吸水率为8.96%,损失率为6.35%,综合得分0.888;膜的渗透性试验预测模型表明生物炭基肥累计养分透过率达到80%的时间为98 d,满足大部分作物生长周期的肥效需求。