CN108675871A - 一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，属于材料技术领域。本发明以羧甲基纤维素为原料，硼砂为交联剂，以氯化铵作为反应体系的酸性调节剂，以甘油为增塑剂，制备了羧甲基纤维素缓释肥包膜材料，利用硼砂交联羧甲基纤维素分子链上的羟基，消耗了部分羟基的同时，也使分子链网络变得紧密，使其疏水性提高；本发明将改性羧甲基纤维素插到蒙脱土片层间，羧甲基纤维素钠的—COO–，—O—键与蒙脱土分子中的—OH，Si—O键通过蒙脱土的层间阳离子发生了配位或络合作用，蒙脱土层状表面基团可与羧甲基纤维素分子链上的羟基结合，减弱或破坏了羧甲基纤维素分子中的活性羟基与水接触的机会，从而减弱了薄膜吸水率，提高了其耐水性。

Description

一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
我国作为农业大国和人口大国，需要用有限的耕地支撑庞大的人口对于粮食的需求。随着人口的不断增加，耕地面积却无法再增加。因此，要以有限的耕地来养活不断增加的人口，实现持续高效的发展，肥料科技的创新和发展对于农业产业化发展具有重要的战略意义。而肥料在使用中，施肥后肥料即直接进入土壤中，一次性提供大量的养分，而植物本身的养分的利用是持续的过程，多余的肥料则会被浪费，造成肥料的利用率较低，尤其是氮肥利用时的损失特别严重的问题。而肥料利用率的低下，不仅仅直接对经济造成损失，而且流失的肥料往往是进入土壤和水体中，造成地表富营养化、地下水严重污染等问题。
肥料的低利用率会给环境带来一系列危害，因此研发新型的缓控释肥料已成为近年来肥料产业的重要发展方向。包膜材料作为缓释肥料的重要组成部分，其性能直接影响释放效果。
纤维素来源广泛，价格低廉，具有可再生性和可生物降解性等优良性能。并且其分子链中存在大量羟基。通过对羟基进行适当的化学改性，可得到性质多样的纤维素衍生物，纤维素及其衍生物已成为缓释包膜材料的研究热点之一。羧甲基纤维素是水溶性纤维素衍生物，具有保水性，成膜性和分散性好等特点，应用于食品，生物复合材料和成膜材料等多个领域。但是羧甲基纤维素膜存在较硬易碎的缺点，在已有研究中常将羧甲基纤维素与聚乙烯醇，蛋白质等一起制成复合膜，并通过加入甘油来改善羧甲基纤维素膜的脆性。但这种复合膜的亲水性较强，阻湿性较差，在制备过程中常用强酸作为交联反应的催化剂，会对环境造成一定危害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对羧甲基纤维素膜存在较硬易碎的缺点，羧甲基纤维素膜亲水性较强，阻湿性较差的问题，提供了一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）配制质量分数为2%的羧甲基纤维素溶液，加入氯化铵，磁力搅拌至氯化铵完全溶解后，得基体液，加入硼砂交联剂，继续搅拌30min，得改性纤维素；
（2）按重量份数计，分别取10～16份聚乙烯醇、20～30份改性纤维素、40～50份去离子水，分别将聚乙烯醇和改性纤维素在温度为60～80℃干燥箱中干燥至恒质量，转移到搅拌机中进行干法混合1～2h后，加入到高速搅拌的去离子水中，得混合溶液A；
（3）将蒙脱土和去离子水混合，超声分散10～20min，得分散液，按质量比5∶2缓慢将混合溶液A倒入分散液中，搅拌处理，得混合膜液，将混合膜液流延至玻璃板，干燥后，将膜取出，室温冷却，用钙交联剂浸泡交联2～4min后，将膜撕下，平铺到玻璃板上，室温风干，得包膜材料。
2.根据权利要求1所述的一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的氯化铵和质量分数为2%的羧甲基纤维素溶液的质量比为1∶3。
步骤（1）所述的硼砂与基体液的质量比为0.2∶1。
步骤（3）所述的蒙脱土和去离子水的质量比为1∶20。
步骤（3）所述的搅拌处理为在转速为500～600r/min，温度为60～80℃下搅拌1～2h。
步骤（3）所述的干燥为放入60～80℃干燥箱中烘烤10～12h。
步骤（3）所述的钙交联剂为质量分数为2%的氯化钙溶液。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以羧甲基纤维素为原料，硼砂为交联剂，以氯化铵作为反应体系的酸性调节剂，以甘油为增塑剂，制备了羧甲基纤维素缓释肥包膜材料，利用硼砂交联羧甲基纤维素分子链上的羟基，消耗了部分羟基的同时，也使分子链网络变得紧密，使其疏水性提高，且氯化铵可与水反应生成氯化氢，为体系提供酸性条件，使交联反应顺利进行；
（2）本发明将改性羧甲基纤维素插到蒙脱土片层间，羧甲基纤维素钠的—COO–，—O—键与蒙脱土分子中的—OH，Si—O 键通过蒙脱土的层间阳离子发生了配位或络合作用，蒙脱土层状表面基团可与羧甲基纤维素分子链上的羟基结合，减弱或破坏了羧甲基纤维素分子中的活性羟基与水接触的机会，从而减弱了薄膜吸水率，提高了其耐水性，蒙脱土是一种层状硅酸盐，将羧甲基纤维素插入到蒙脱土片层中，通过破坏蒙脱土的片层结构使蒙脱土基本单元均匀分散在聚合物基体中，与羧甲基纤维素分子结构中的羟基形成紧密的H键、Al—O键、Si—O键，使得体系更加紧密结合在一起，层状蒙脱土分子中O、Al、Si原子和羧甲基纤维素分子中的羟基形成稳固的H键、Al—O键、Si—O键，使羧甲基纤维素分子更加紧密结合在一起。
具体实施方式
配制质量分数为2%的羧甲基纤维素溶液，按质量比1∶3加入氯化铵，磁力搅拌至氯化铵完全溶解后，得基体液，按质量比0.2∶1加入硼砂交联剂，继续搅拌30min，得改性纤维素；按重量份数计，分别取10～16份聚乙烯醇、20～30份改性纤维素、40～50份去离子水，分别将聚乙烯醇和改性纤维素在温度为60～80℃干燥箱中干燥至恒质量，转移到搅拌机中进行干法混合1～2h后，加入到高速搅拌的去离子水中，得混合溶液A；按质量比1∶20将蒙脱土和去离子水混合，超声分散10～20min，得分散液，按质量比5∶2缓慢将混合溶液A倒入分散液中，在转速为500～600r/min，温度为60～80℃下搅拌1～2h，得混合膜液，将混合膜液流延至玻璃板，放入60～80℃干燥箱中烘烤10～12h后，将膜取出，室温冷却，用质量分数为2%的氯化钙溶液浸泡交联2～4min后，将膜撕下，平铺到玻璃板上，室温风干，得包膜材料。
实例1
配制质量分数为2%的羧甲基纤维素溶液，按质量比1∶3加入氯化铵，磁力搅拌至氯化铵完全溶解后，得基体液，按质量比0.2∶1加入硼砂交联剂，继续搅拌30min，得改性纤维素；按重量份数计，分别取10份聚乙烯醇、20份改性纤维素、40份去离子水，分别将聚乙烯醇和改性纤维素在温度为60℃干燥箱中干燥至恒质量，转移到搅拌机中进行干法混合1h后，加入到高速搅拌的去离子水中，得混合溶液A；按质量比1∶20将蒙脱土和去离子水混合，超声分散10min，得分散液，按质量比5∶2缓慢将混合溶液A倒入分散液中，在转速为500r/min，温度为60℃下搅拌1h，得混合膜液，将混合膜液流延至玻璃板，放入60℃干燥箱中烘烤10h后，将膜取出，室温冷却，用质量分数为2%的氯化钙溶液浸泡交联2min后，将膜撕下，平铺到玻璃板上，室温风干，得包膜材料。
实例2
配制质量分数为2%的羧甲基纤维素溶液，按质量比1∶3加入氯化铵，磁力搅拌至氯化铵完全溶解后，得基体液，按质量比0.2∶1加入硼砂交联剂，继续搅拌30min，得改性纤维素；按重量份数计，分别取13份聚乙烯醇、25份改性纤维素、45份去离子水，分别将聚乙烯醇和改性纤维素在温度为70℃干燥箱中干燥至恒质量，转移到搅拌机中进行干法混合1h后，加入到高速搅拌的去离子水中，得混合溶液A；按质量比1∶20将蒙脱土和去离子水混合，超声分散15min，得分散液，按质量比5∶2缓慢将混合溶液A倒入分散液中，在转速为550r/min，温度为70℃下搅拌1.5h，得混合膜液，将混合膜液流延至玻璃板，放入70℃干燥箱中烘烤11h后，将膜取出，室温冷却，用质量分数为2%的氯化钙溶液浸泡交联3min后，将膜撕下，平铺到玻璃板上，室温风干，得包膜材料。
实例3
配制质量分数为2%的羧甲基纤维素溶液，按质量比1∶3加入氯化铵，磁力搅拌至氯化铵完全溶解后，得基体液，按质量比0.2∶1加入硼砂交联剂，继续搅拌30min，得改性纤维素；按重量份数计，分别取16份聚乙烯醇、30份改性纤维素、50份去离子水，分别将聚乙烯醇和改性纤维素在温度为80℃干燥箱中干燥至恒质量，转移到搅拌机中进行干法混合2h后，加入到高速搅拌的去离子水中，得混合溶液A；按质量比1∶20将蒙脱土和去离子水混合，超声分散20min，得分散液，按质量比5∶2缓慢将混合溶液A倒入分散液中，在转速为600r/min，温度为80℃下搅拌2h，得混合膜液，将混合膜液流延至玻璃板，放入80℃干燥箱中烘烤12h后，将膜取出，室温冷却，用质量分数为2%的氯化钙溶液浸泡交联4min后，将膜撕下，平铺到玻璃板上，室温风干，得包膜材料。
将本发明制备的羧甲基纤维素缓释肥包膜材料及山东某公司生产的普通薄膜材料进行检测，具体检测结果如下表表1：
检测方法：
亲疏水性能测定：用JC2000C1型 接触角测试仪对羧甲基纤维素缓释肥包膜材料进行接触角测试；
尿素渗透测试：用自制尿素渗透装置测定羧甲基纤维素缓释肥包膜材料累积7天的尿素渗透情况；
表1羧甲基纤维素缓释肥包膜材料性能表征
由表1可知本发明制备的羧甲基纤维素缓释肥包膜材料，疏水性能好，累积7天尿素释放率低，缓释性能好，具有广阔的市场价值和应用前景。

Claims (7)

1.一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）配制质量分数为2%的羧甲基纤维素溶液，加入氯化铵，磁力搅拌至氯化铵完全溶解后，得基体液，加入硼砂交联剂，继续搅拌30min，得改性纤维素；
（2）按重量份数计，分别取10～16份聚乙烯醇、20～30份改性纤维素、40～50份去离子水，分别将聚乙烯醇和改性纤维素在温度为60～80℃干燥箱中干燥至恒质量，转移到搅拌机中进行干法混合1～2h后，加入到高速搅拌的去离子水中，得混合溶液A；
（3）将蒙脱土和去离子水混合，超声分散10～20min，得分散液，按质量比5∶2缓慢将混合溶液A倒入分散液中，搅拌处理，得混合膜液，将混合膜液流延至玻璃板，干燥后，将膜取出，室温冷却，用钙交联剂浸泡交联2～4min后，将膜撕下，平铺到玻璃板上，室温风干，得包膜材料。
2.根据权利要求1所述的一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的氯化铵和质量分数为2%的羧甲基纤维素溶液的质量比为1∶3。
3.根据权利要求1所述的一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的硼砂与基体液的质量比为0.2∶1。
4.根据权利要求1所述的一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的蒙脱土和去离子水的质量比为1∶20。
5.根据权利要求1所述的一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的搅拌处理为在转速为500～600r/min，温度为60～80℃下搅拌1～2h。
6.根据权利要求1所述的一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的干燥为放入60～80℃干燥箱中烘烤10～12h。
7.根据权利要求1所述的一种羧甲基纤维素缓释肥包膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的钙交联剂为质量分数为2%的氯化钙溶液。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181019

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