CN109734511A - 一种可降解复合包膜材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降解复合包膜材料及其应用，该可降解复合包膜材料包括以下组分：植物纤维、可降解树脂、纤维素、腐殖酸、填料、增强剂以及交联剂。由其制备的包膜缓控释肥料具有成本低廉、可完全降解、生产和使用环境友好的特点。

Description

一种可降解复合包膜材料及其应用

技术领域

本发明涉及肥料技术领域，且特别涉及一种可降解复合包膜材料及其应用。

背景技术

缓(控)释肥料一般指通过改变溶解性释放方式来实现缓释或控释目标。通常缓释是指化学物质养分释放速率远小于速溶性肥料施入土壤后转变为植物有效态养分的释放速率；控释是指以各种调控机制使养分释放按照设定的释放模式(释放率和释放时间)与作物吸收养分的规律相一致。缓(控)释肥料一般可分为微溶性有机氮化合物(如：脲醛肥料、异丁叉二脲等)、微溶性无机化合物(如金属磷铵盐、酸化磷酸盐等)、包膜肥料、基质复合与胶结控释肥料等类型。

包膜肥料是当前缓(控)释肥料的主流肥型之一，目前，已研究和应用的包膜材料可分为无机物粉末、有机聚合物、环境友好型材料三大类。无机物粉末作为包膜材料的优点是材料来源广泛、价格低，肥料养分释放完了以后，残留在土壤中空壳能够自行破碎，不仅对土壤环境无污染而且还有改善土壤结构、提供某些微量元素的作用；其缺点是缓控释效果差，养分含量低，未能真正达到包膜缓控释肥料的要求。一股说来，有机聚合物形成的包膜比硫磺等无机物形成的膜具有更好的阻水性能，包膜表面更光滑更薄，缓控释效果也更好；其缺点是聚合物成本高，残留在土壤中的聚合物空壳不易降解，容易造成土壤环境污染。目前，在环境友好型材料方面的研究主要集中在一些水溶性聚合物和天然产物上，特别是一些天然高分子，由于其缓控释效果好、易降解、对环境友好而成为研究的重点，这些物质来源广泛、价格低廉，因而具有广阔的发展前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降解复合包膜材料及其应用，本发明包膜材料原料易得，可以生物降解，无毒无残留，且制备方法简单，操作方便，生产安全，无环境污染，便于推广应用。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维40-60份、可降解树脂40-60份、纤维素30-50份、腐殖酸20-40份、填料10-30份、增强剂10-20份以及交联剂10-20份。

所述植物纤维包括稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑、竹屑、甘蔗渣中的至少一种。

所述纤维素包括甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、羟甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、磷酸纤维素、醋酸纤维素中的至少一种。

所述腐殖酸包括腐植酸钠、腐植酸钾、腐殖酸镁、腐殖酸钙、腐殖酸锌以及腐殖酸尿素铁中的至少一种。

所述填料包括云母、滑石和蒙脱土中的至少一种。

所述可降解树脂包括聚羟基脂肪酸酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚羟基乙酸、聚己内酯和聚乳酸中的至少一种。

所述增强剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、糠醛、聚乙烯醇缩糠醛、聚乙烯醇缩甲醛以及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。

所述交联剂的制备包括以下步骤：在EDC和NHS组成的催化体系的作用下，采用水溶性的壳寡糖与酸性聚合物发生N-酰化反应生成改性接枝壳寡糖。

所述酸性聚合物选自丙烯酸、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸中的至少一种。

本发明还提出一种上述可降解复合包膜材料在缓释肥料中的应用，该可降解复合包膜材料的质量占包膜肥料质量的30％-60％。

本发明的有益效果是：

本发明还提供了一种可降解复合包膜材料及其应用，本发明中的可降解复合包膜材料包括植物纤维、可降解树脂、纤维素、腐殖酸等主料以及填料、增强剂等辅料，主料具有增加土壤养分，改善土壤结构的优势，而辅料具有一定的交联和增强作用，该包膜材料可以达到有效调控缓控释肥料养分释放的目的，并可以生物降解，绿色环保。

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，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种可降解复合包膜材料及其应用进行具体说明。

本发明提出一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维40-60份、可降解树脂40-60份、纤维素30-50份、腐殖酸20-40份、填料10-30份、增强剂10-20份以及交联剂10-20份。

本发明提出一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维40-60份、可降解树脂40-60份、纤维素30-50份、腐殖酸20-40份、填料10-30份、增强剂10-20份以及交联剂10-20份。其中，本发明中的可降解包膜材料的组成成分均为可降解成分，不会造成土壤的污染和残留，绿色环保，此外，上述成分还可以提供部分的肥力的作用，如植物纤维和纤维素在降解后即成为土壤中被植物吸收的有机肥料和微量元素，增加了土壤中的养分，改善了土壤结构，腐殖酸通常具有肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能等作用，上述的主要成分在填料、增强剂和交联剂等助剂的辅助作用下，可以有效的实现肥料表面的包膜功能，具有一定的机械强度和密度，实现了有效的包膜功能。

在一些实施方式中，包括以下质量份的组分：植物纤维40-55份、可降解树脂40-55份、纤维素30-45份、腐殖酸20-35份、填料10-25份、增强剂10-18份以及交联剂10-18份。

在一些实施方式中，包括以下质量份的组分：植物纤维40-50份、可降解树脂40-50份、纤维素30-40份、腐殖酸20-30份、填料10-20份、增强剂10-15份以及交联剂10-15份。

在一些实施方式中，植物纤维包括稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑、竹屑、甘蔗渣中的至少一种。

在一些实施方式中，纤维素包括甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、羟甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、磷酸纤维素、醋酸纤维素中的至少一种。

在一些实施方式中，腐殖酸包括腐植酸钠、腐植酸钾、腐殖酸镁、腐殖酸钙、腐殖酸锌以及腐殖酸尿素铁中的至少一种。

在一些实施方式中，填料包括云母、滑石和蒙脱土中的至少一种。

在一些实施方式中，可降解树脂包括聚羟基脂肪酸酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚羟基乙酸、聚己内酯和聚乳酸中的至少一种。

在一些实施方式中，增强剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、糠醛、聚乙烯醇缩糠醛、聚乙烯醇缩甲醛以及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。

在一些实施方式中，交联剂的制备包括以下步骤：在EDC和NHS组成的催化体系的作用下，采用水溶性的壳寡糖与酸性聚合物发生N-酰化反应生成改性接枝壳寡糖，优选地，酸性聚合物选自丙烯酸、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸中的至少一种。

本发明还提出一种上述可降解复合包膜材料的水分散液，该水分散液的制备包括以下步骤：

以一百质量份计，将植物纤维、可降解树脂、纤维素、腐殖酸、填料、增强剂按比例混合，加水搅拌溶解，混合均匀，加热至50-80℃，糊化；

加入交联剂，在90-100℃下回流，使其发生交联反应；之后，搅拌、冷却出料，得可降解复合包膜材料水分散液。

本发明还提出一种上述可降解复合包膜材料在缓释肥料中的应用，可降解复合包膜材料的质量占包膜肥料质量的30％-60％。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

(1)可降解复合包膜材料的制备方法

本发明中一种可降解复合包膜材料的制备方法包括以下步骤：

选取原料：包括以下质量份的组分：植物纤维40-60份、可降解树脂40-60份、纤维素30-50份、腐殖酸20-40份、填料10-30份、增强剂10-20份以及交联剂10-20份。

将植物纤维、可降解树脂、纤维素、腐殖酸、填料、增强剂按比例混合，加水搅拌溶解，混合均匀，加热至50-80℃，糊化；

加入交联剂，在90-100℃下回流，使其发生交联反应；之后，搅拌、冷却出料，得可降解复合包膜材料水分散液。

(2)包膜缓控释肥料的制备方法

本发明中所述的肥料内核可以是任何水溶性颗粒肥料。

制备本发明的包膜缓控释肥料的方法包括在沸腾式或转鼓式流化床中，将本发明中所述的包膜材料包覆到肥料颗粒表面而形成交联高分子膜的包膜过程，流化床内温度优选50-105℃。包膜过程是采用本领域中常用包膜工艺进行，优选在沸腾式或转鼓式流化床中以喷涂的方式将本发明的包膜材料包覆到肥料颗粒表面。

(3)包膜缓控释肥料的缓控释性能测试

在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。

将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。

实施例1

一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维40份、可降解树脂40份、纤维素30份、腐殖酸20份、填料10份、增强剂10份以及交联剂10份。

所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为49天。

实施例2

一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维50份、可降解树脂50份、纤维素40份、腐殖酸30份、填料20份、增强剂10份以及交联剂10份。

所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为53天。

实施例3

一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维55份、可降解树脂55份、纤维素45份、腐殖酸35份、填料25份、增强剂15份以及交联剂5份。

所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为54天。

实施例4

一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维60份、可降解树脂60份、纤维素50份、腐殖酸40份、填料30份、增强剂20份以及交联剂20份。

所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为58天。

对比例1

一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维60份、可降解树脂60份、纤维素50份、腐殖酸40份。

所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为90天。

对比例2

一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维60份、可降解树脂60份、纤维素50份、腐殖酸40份、填料20份、增强剂10份以及交联剂10份。

所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为68天。

实施例5

上述实施例4中的可降解复合包膜材料的水分散液，该水分散液的制备包括以下步骤：

将植物纤维60份、可降解树脂60份、纤维素50份、腐殖酸40份、填料30份、增强剂20份以及交联剂20份混合，加水200份搅拌溶解，混合均匀，加热至50-80℃，糊化；

加入交联剂，在90-100℃下回流，使其发生交联反应；之后，搅拌、冷却出料，得可降解复合包膜材料水分散液。

实施例6

一种上述可降解复合包膜材料在缓释肥料中的应用，可降解复合包膜材料的质量占包膜肥料质量的30％-60％。

综上，本发明提出一种可降解复合包膜材料，包括以下质量份的组分：植物纤维40-60份、可降解树脂40-60份、纤维素30-50份、腐殖酸20-40份、填料10-30份、增强剂10-20份以及交联剂10-20份。本发明依靠可以生物降解的成分为缓控释肥的包衣材料，采用“以肥包肥”的技术，有效利用了包衣材料的养分，提高了肥料养分含量，其膜衣对环境和植物不存在二次污染；通过添加填料、增强剂、交联剂来增加包膜层的密度和强度；根据作物生长营养需求，制备出控释速率不同的包膜材料，所制备的缓控释肥料与作物对营养的需求基本同步，可增加作物产量，提高肥效的利用率。

以上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。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

Claims (10)

1.一种可降解复合包膜材料，其特征在于，包括以下质量份的组分：植物纤维40-60份、可降解树脂40-60份、纤维素30-50份、腐殖酸20-40份、填料10-30份、增强剂10-20份以及交联剂10-20份，所述可降解复合包膜材料按照以下步骤制备：

(1)将植物纤维、可降解树脂、纤维素、腐殖酸、填料、增强剂按比例混合，加水搅拌溶解，混合均匀，加热至50-80℃，糊化；

(2)加入交联剂，在90-100℃下回流，使其发生交联反应；

(3)搅拌、冷却出料，即得可降解复合包膜材料的水分散液。

2.根据权利要求1所述的可降解复合包膜材料，其特征在于，所述植物纤维包括稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑、竹屑、甘蔗渣中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的可降解复合包膜材料，其特征在于，所述纤维素包括甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、羟甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、磷酸纤维素、醋酸纤维素中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的可降解复合包膜材料，其特征在于，所述腐殖酸包括腐植酸钠、腐植酸钾、腐殖酸镁、腐殖酸钙、腐殖酸锌以及腐殖酸尿素铁中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的可降解复合包膜材料，其特征在于，所述填料包括云母、滑石和蒙脱土中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的可降解复合包膜材料，其特征在于，所述可降解树脂包括聚羟基脂肪酸酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚羟基乙酸、聚己内酯和聚乳酸中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的可降解复合包膜材料，其特征在于，所述增强剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、糠醛、聚乙烯醇缩糠醛、聚乙烯醇缩甲醛以及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的可降解复合包膜材料，其特征在于，所述交联剂的制备包括以下步骤：在EDC和NHS组成的催化体系的作用下，采用水溶性的壳寡糖与酸性聚合物发生N-酰化反应生成改性接枝壳寡糖。

9.根据权利要求8所述的可降解复合包膜材料，其特征在于，所述酸性聚合物选自丙烯酸、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸中的至少一种。

10.一种根据权利要求1所述的可降解复合包膜材料在缓释肥料中的应用，其特征在于，所述可降解复合包膜材料的质量占包膜肥料质量的30％-60％。