CN107793215A - 一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法 - Google Patents

一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料，其特征在于，首先聚琥珀酰亚胺引入羟乙基，得到羟乙基聚琥珀酰亚胺；其次羟乙基聚琥珀酰亚胺与丙烯酰氯反应，再在氢氧化钠水溶液中水解，得到改性聚天冬氨酸；然后将膨润土纯化，得到纯化膨润土；最后以纯化膨润土为网络点，丙烯酸、丙烯酰胺和改性聚天冬氨酸通过交联和半互穿网络技术聚合，得到一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料。本发明的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料，具有较高的保水性能，可生物降解，提高缓释肥料缓释性能的同时可提高土壤水分含量。

Description

一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法
技术领域
本发明属于肥料领域，具体涉及一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法。
背景技术
近年来，由于肥料的流失和低效利用，已经造成了严重的资源浪费和巨大的经济损失，更重要的是对人体、大气、土壤和粮食造成了严重的污染。因此，如何提高肥料的利用率，把肥料的应用与农作物的产量、质量以及环境保护有机地结合起来，已经成为肥料研究领域中特别关注的焦点。
自上世纪50年代以来，欧美和日本等发达国家先后从合理的分配肥料养分和科学的施肥技术转向长效的缓控释肥料的研制，力求以改变肥料本身的特性来提高肥料的利用率。从国内外缓控释肥料的发展和应用现状看，包膜包衣类缓控释肥料代表了缓控释肥料的发展方向。不仅是因为其养分释放的灵活性和稳定性，而且更重要的是它可以实现肥料养分释放、土壤养分供应和植物养分吸收三者相互协调和匹配。因而其对提高肥料利用率，减少肥料的施用数量和次数，减轻不合理施肥对环境和农产品的污染，实现农业和环境的可持续发展，建设“资源节约”和“环境友好”的两型社会具有非常重大的实际意义。
在我国农业分散经营的条件下要推广应用缓控释肥料，就必须研发出能够应用于大田作物、缓控释效果好、同时价格又低廉的品种。而解决问题的关键是开发性能优良、成本低廉和对环境友好的缓释材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环境友好的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料，其特征在于，首先聚琥珀酰亚胺引入羟乙基，得到羟乙基聚琥珀酰亚胺；其次羟乙基聚琥珀酰亚胺与丙烯酰氯反应，再在氢氧化钠水溶液中水解，得到改性聚天冬氨酸；然后将膨润土纯化，得到纯化膨润土；最后以纯化膨润土为网络点，丙烯酸、丙烯酰胺和改性聚天冬氨酸通过交联和半互穿网络技术聚合，得到一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料。
所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料，其特征在于，其由如下步骤制备而成：
（1）将聚琥珀酰亚胺加入到DMF中，室温下磁力搅拌1.5-2h，使其充分溶解，加入乙醇胺，室温下磁力搅拌40-48h，反应结束后，将反应混合液在去离子水中透析4-5d，透析过程中，每隔4-5h，更换一次去离子水，冷冻干燥，得到羟乙基聚琥珀酰亚胺；
（2）将羟乙基聚琥珀酰亚胺、三乙胺和DMF以1：0.7-0.8：12-15的质量比加入到反应容器中，室温下剧烈搅拌1.5-2h，使得羟乙基聚琥珀酰亚胺完全溶解，转移至冰水浴中，控制反应体系温度为0-4℃，逐滴加入5-6倍重量份的丙烯酰氯，滴加完毕后，继续磁力搅拌反应20-24h，过滤，滤液在去离子水中透析3-4d，透析过程中，每隔4-5h，更换一次去离子水，冷冻干燥，得到丙烯酰氧乙氨基聚琥珀酰亚胺；
（3）将丙烯酰氧乙氨基聚琥珀酰亚胺加入到15-18倍重量份的氢氧化钠水溶液中，室温下磁力搅拌使其充分溶解后，继续磁力搅拌水解50-60min，将反应液倒入无水乙醇中沉淀，无水乙醇洗涤2-3次，50-60℃真空干燥箱中干燥，得到改性聚天冬氨酸；
（4）将膨润土加入到18-20倍重量份的去离子水中，以300-350r/min的搅拌速率充分搅拌80-100min，静置50-60min，取上层悬浮液；采用盐酸溶液调节悬浮液的pH至5-6，60-65℃恒温磁力搅拌2-3h，静置2-3h，抽滤，80-90℃烘干，得到纯化膨润土；
（5）将丙烯酸加入到反应容器中，在冰浴条件下，加入氢氧化钠水溶液至中和；在强力搅拌条件下，依次加入丙烯酰胺、纯化膨润土、过硫酸铵和改性聚天冬氨酸，混合搅拌均匀后，通氮气，缓慢升高温度至70-75℃，恒温磁力搅拌4-6h，趁热出料，得到聚合物，将聚合物剪碎，70-80℃恒温干燥箱中干燥，研磨成粉，得到可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料。
所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，步骤（1）中聚琥珀酰亚胺、DMF、乙醇胺的质量比为1：12-15：5-6。
所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，所述的DMF使用前都必须经过干燥处理。
所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，步骤（4）中盐酸溶液的浓度为0.1-0.15mol/L。
所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，步骤（5）中的氢氧化钠水溶液的浓度为0.01-0.02mol/L。
所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，步骤（5）中丙烯酸、丙烯酰胺、纯化膨润土、过硫酸铵和改性聚天冬氨酸的质量比为1：0.3-0.32：0.25-0.28：0.005-0.006：0.06-0.08。
本发明的有益效果为：
本发明首先聚琥珀酰亚胺引入羟乙基，得到羟乙基聚琥珀酰亚胺；其次羟乙基聚琥珀酰亚胺与丙烯酰氯反应，再在氢氧化钠水溶液中水解，得到改性聚天冬氨酸；然后将膨润土纯化，得到纯化膨润土；最后以纯化膨润土为网络点，丙烯酸、丙烯酰胺和改性聚天冬氨酸通过交联和半互穿网络技术聚合，得到一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料。本发明的包膜材料具有空间网络结构，此空间网状结构系由高分子电解质组成，而在高分子电解质与水之间存在很强的亲和力，同时，由于包膜材料内部存在高浓度可移动离子，因此，在包膜材料内部产生渗透压，在所述亲和力和渗透压的共同作用下，大量的水能够被吸收到包膜材料内部，因此，本发明的包膜材料具有良好的吸水特性；而以此包膜材料制备的缓释肥料，能够在施肥后为植物提供大量的水分。聚天冬氨酸及其衍生物，可以抑制尿素的硝化和氨化反应而减少氮素的损失，从而可以提高缓释肥料中养分的利用率；而且具有类似于蛋白质的长链结构，因而具有良好的生物降解性和优异的生物相容性，可以改善目前缓释肥料包膜材料降解性能差的问题。本发明的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料，具有较高的保水性能，可生物降解，提高缓释肥料缓释性能的同时可提高土壤水分含量。
具体实施方式
本实施例的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料，其由如下步骤制备而成：
（1）将聚琥珀酰亚胺加入到DMF中，室温下磁力搅拌2h，使其充分溶解，加入乙醇胺，室温下磁力搅拌48h，反应结束后，将反应混合液在去离子水中透析5d，透析过程中，每隔5h，更换一次去离子水，冷冻干燥，得到羟乙基聚琥珀酰亚胺；
（2）将羟乙基聚琥珀酰亚胺、三乙胺和DMF以1：0.75：15的质量比加入到反应容器中，室温下剧烈搅拌2h，使得羟乙基聚琥珀酰亚胺完全溶解，转移至冰水浴中，控制反应体系温度为0℃，逐滴加入6倍重量份的丙烯酰氯，滴加完毕后，继续磁力搅拌反应24h，过滤，滤液在去离子水中透析4d，透析过程中，每隔5h，更换一次去离子水，冷冻干燥，得到丙烯酰氧乙氨基聚琥珀酰亚胺；
（3）将丙烯酰氧乙氨基聚琥珀酰亚胺加入到18倍重量份的氢氧化钠水溶液中，室温下磁力搅拌使其充分溶解后，继续磁力搅拌水解60min，将反应液倒入无水乙醇中沉淀，无水乙醇洗涤3次，60℃真空干燥箱中干燥，得到改性聚天冬氨酸；
（4）将膨润土加入到20倍重量份的去离子水中，以300r/min的搅拌速率充分搅拌100min，静置60min，取上层悬浮液；采用盐酸溶液调节悬浮液的pH至5，65℃恒温磁力搅拌2h，静置3h，抽滤，90℃烘干，得到纯化膨润土；
（5）将丙烯酸加入到反应容器中，在冰浴条件下，加入氢氧化钠水溶液至中和；在强力搅拌条件下，依次加入丙烯酰胺、纯化膨润土、过硫酸铵和改性聚天冬氨酸，混合搅拌均匀后，通氮气，缓慢升高温度至75℃，恒温磁力搅拌6h，趁热出料，得到聚合物，将聚合物剪碎，80℃恒温干燥箱中干燥，研磨成粉，得到可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料。
本实施例的步骤（1）中聚琥珀酰亚胺、DMF、乙醇胺的质量比为1：15：6。
本实施例的DMF使用前都必须经过干燥处理。
本实施例的步骤（4）中盐酸溶液的浓度为0.1mol/L。
本实施例的步骤（5）中的氢氧化钠水溶液的浓度为0.01mol/L。
本实施例的步骤（5）中丙烯酸、丙烯酰胺、纯化膨润土、过硫酸铵和改性聚天冬氨酸的质量比为1：0.32：0.28：0.006：0.08。

Claims (7)

1.一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料，其特征在于，首先聚琥珀酰亚胺引入羟乙基，得到羟乙基聚琥珀酰亚胺；其次羟乙基聚琥珀酰亚胺与丙烯酰氯反应，再在氢氧化钠水溶液中水解，得到改性聚天冬氨酸；然后将膨润土纯化，得到纯化膨润土；最后以纯化膨润土为网络点，丙烯酸、丙烯酰胺和改性聚天冬氨酸通过交联和半互穿网络技术聚合，得到一种可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料。
2.根据权利要求书1所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料，其特征在于，其由如下步骤制备而成：
（1）将聚琥珀酰亚胺加入到DMF中，室温下磁力搅拌1.5-2h，使其充分溶解，加入乙醇胺，室温下磁力搅拌40-48h，反应结束后，将反应混合液在去离子水中透析4-5d，透析过程中，每隔4-5h，更换一次去离子水，冷冻干燥，得到羟乙基聚琥珀酰亚胺；
（2）将羟乙基聚琥珀酰亚胺、三乙胺和DMF以1：0.7-0.8：12-15的质量比加入到反应容器中，室温下剧烈搅拌1.5-2h，使得羟乙基聚琥珀酰亚胺完全溶解，转移至冰水浴中，控制反应体系温度为0-4℃，逐滴加入5-6倍重量份的丙烯酰氯，滴加完毕后，继续磁力搅拌反应20-24h，过滤，滤液在去离子水中透析3-4d，透析过程中，每隔4-5h，更换一次去离子水，冷冻干燥，得到丙烯酰氧乙氨基聚琥珀酰亚胺；
（3）将丙烯酰氧乙氨基聚琥珀酰亚胺加入到15-18倍重量份的氢氧化钠水溶液中，室温下磁力搅拌使其充分溶解后，继续磁力搅拌水解50-60min，将反应液倒入无水乙醇中沉淀，无水乙醇洗涤2-3次，50-60℃真空干燥箱中干燥，得到改性聚天冬氨酸；
（4）将膨润土加入到18-20倍重量份的去离子水中，以300-350r/min的搅拌速率充分搅拌80-100min，静置50-60min，取上层悬浮液；采用盐酸溶液调节悬浮液的pH至5-6，60-65℃恒温磁力搅拌2-3h，静置2-3h，抽滤，80-90℃烘干，得到纯化膨润土；
（5）将丙烯酸加入到反应容器中，在冰浴条件下，加入氢氧化钠水溶液至中和；在强力搅拌条件下，依次加入丙烯酰胺、纯化膨润土、过硫酸铵和改性聚天冬氨酸，混合搅拌均匀后，通氮气，缓慢升高温度至70-75℃，恒温磁力搅拌4-6h，趁热出料，得到聚合物，将聚合物剪碎，70-80℃恒温干燥箱中干燥，研磨成粉，得到可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料。
3.根据权利要求书2所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，步骤（1）中聚琥珀酰亚胺、DMF、乙醇胺的质量比为1：12-15：5-6。
4.根据权利要求书2所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，所述的DMF使用前都必须经过干燥处理。
5.根据权利要求书2所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，步骤（4）中盐酸溶液的浓度为0.1-0.15mol/L。
6.根据权利要求书2所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，步骤（5）中的氢氧化钠水溶液的浓度为0.01-0.02mol/L。
7.根据权利要求书2所述的可生物降解的高吸水率的缓释肥料包膜材料的生产方法，其特征在于，步骤（5）中丙烯酸、丙烯酰胺、纯化膨润土、过硫酸铵和改性聚天冬氨酸的质量比为1：0.3-0.32：0.25-0.28：0.005-0.006：0.06-0.08。
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