CN115724702A - 一种壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于包膜肥料技术领域，具体涉及一种壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料及其制备方法，所述肥料由肥芯颗粒与壳聚糖改性的水基聚乙烯醇乳液构成，壳聚糖改性的水基聚乙烯醇乳液中干物质的质量占肥芯颗粒质量的3％～15％，其中壳聚糖改性水基聚乙烯醇乳液由聚乙烯醇2.211g～29.47g、聚乙烯吡咯烷酮0.789g～13.16g、壳聚糖0.09g～2.1g、冰醋酸0.4ml～4ml、正丁醇0.05ml～0.5ml和蒸馏水44.95ml～469.5ml通过半连续乳液聚合而成，使用壳聚糖改性水性聚乙烯醇乳液作为包膜肥料的主体，制备的聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料控释效果良好，初期溶出率为3.5％，7天的累积释放率为11％，制备方法简单，反应条件温和，耗时少，成本低，使用环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于包膜肥料技术领域，具体涉及一种壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料及其制备方法。
背景技术：
化肥作为现代农业增产的主要方式之一，在农业中具有重要的地位，根据世界粮农组织的统计，世界粮食总产量的1/3来自于化肥的贡献。中国占世界耕地总面积的1/10，消费了世界上30％的肥料，单位面积施肥料是世界平均施肥量的3倍，普通肥料利用率低造成的经济能源压力、环境问题亟待解决。缓控释肥应运而生，聚合物包膜肥料是利用高分子有机聚合物在传统的速溶肥料颗粒表面进行涂层，形成具有一定厚度的膜，并通过膜的渗透作用实现减缓或控制养分释放目的的一类控释肥料。
合成高分子材料加工简单，包膜厚度方便控制，对肥料养分释放速率有更好的把控作用，合成高分子材料具有稳定的性质，使其包膜肥料能适应于各种不同PH值，含水量的土壤，然而这些高分子聚合物在生产加工中需要使用有机溶剂，在环境中不易降解，容易导致二次污染引发环境问题。水基聚合物溶剂为水，生产过程中不使用有机溶剂，成品无味，易分解，被视为理想的环境友好型包膜材料，在众多的水基聚合物中，聚乙烯醇无毒无害，是已知的可通过环境微生物降解的包膜材料之一。但是聚乙烯醇膜材料热塑性，降解性和耐水性等方面都不够理想。为了减缓水基聚合物包膜肥料的养分释放速率，提高包膜材料的机械强度，对包膜材料进行各种方式的物理化学改性是目前的一个普遍做法。
壳聚糖是甲壳素的N-脱乙酰基产物，是自然界唯一的氨基多糖，具有来源广泛，天然无毒，生物相容性良好，可生物降解和成膜性良好等优点，有研究表明季铵盐壳聚糖改性聚乙烯醇制作地膜，可很好的增强膜性能，然而采用壳聚糖改性聚乙烯醇水基材料制作化肥肥料包膜的的文献和专利未有报道。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对现有技术中的水基聚合物包膜控释肥料养分释放快，包膜材料强度低的问题，设计提供一种壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所述壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料由肥芯颗粒与壳聚糖改性的水基聚乙烯醇乳液构成，壳聚糖改性的水基聚乙烯醇乳液中干物质的质量占肥芯颗粒质量的3％～15％。
作为本发明的进一步技术方案，本发明所述壳聚糖改性水基聚乙烯醇乳液由聚乙烯醇2.211g～29.47g、聚乙烯吡咯烷酮0.789g～13.16g、壳聚糖0.09g～2.1g、冰醋酸0.4ml～4ml、正丁醇0.05ml～0.5ml和蒸馏水44.95ml～469.5ml通过半连续乳液聚合而成，其中壳聚糖占水基聚乙烯醇干物质的3％～7％。
作为本发明的进一步技术方案，所述肥芯颗粒采用现有技术中常用的各种农业肥料通过现有造粒技术制成，农业肥料包括各种化学肥料、复合肥料或其他功能性肥料。
作为本发明的进一步技术方案，所述壳聚糖改性水基聚乙烯醇乳液的最优配比为：蒸馏水45.86ml、聚乙烯醇2.947g、聚乙烯吡咯烷酮1.053g、壳聚糖0.09g、冰醋酸0.4ml、正丁醇0.5ml。
本发明制备壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料的具体过程为：
(1)、将聚乙烯醇溶解于蒸馏水中，沸水浴下加热使聚乙烯醇完全溶解，搅拌成均匀水相；
(2)、将聚乙烯吡咯烷酮加入步骤(1)制备的水相中，加入消泡剂正丁醇连续搅拌2h制得水基聚乙烯醇；
(3)、配制体积分数为0.8％的冰醋酸水溶液；
(4)、称取壳聚糖加入步骤(3)所制备的溶液中，在40～50℃的环境下搅拌20min，使壳聚糖完全溶解得到壳聚糖溶液；
(5)、将壳聚糖溶液加入步骤(2)所制备的水基聚乙烯醇中，在60℃的油浴环境下搅拌2h，即制得包膜乳液；
(6)、将配制成的包膜乳液与肥芯颗粒一起，利用喷动流化床制作缓释肥包膜肥料。
本发明与现有技术相比，使用壳聚糖改性水性聚乙烯醇乳液作为包膜肥料的主体，制备的聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料控释效果良好，初期溶出率为3.5％，7天的累积释放率为11％，制备方法简单，反应条件温和，耗时少，成本低，使用环境友好。
附图说明
图1为本发明实施例未经壳聚糖改性前的水基聚乙烯醇材料的应变-应力图。
图2为本发明实施例壳聚糖改性后的水基聚乙烯醇材料应变-应力图。
具体实施方式
下面将结合本发明内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1：
本实施例制备壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料的具体过程为：
(1)称取聚乙烯醇2.211g，溶解于46.86ml的去蒸馏水中，在95℃油浴条件下搅拌2h至聚乙烯醇完全溶解，溶解后降温至60℃并保持；
(2)称取聚乙烯吡咯烷酮0.789g、正丁醇0.5g，加入搅拌均匀的聚乙烯醇中，在60℃油浴下保持搅拌2h即制得水基聚乙烯醇乳液；
(3)量取0.8ml冰醋酸，溶于100ml蒸馏水中，配制成体积分数为0.8％的冰醋酸水溶液；
(4)称取壳聚糖0.09g溶于体积分数为0.8％冰醋酸水溶液中，将该溶液加入到水基聚乙烯醇乳液中，油浴60℃搅拌3h，即得壳聚糖用量占共聚物用量3％的壳聚糖改性水基聚乙烯醇乳液；
(5)将配制成的包膜乳液与尿素一起，利用喷动流化床制作缓释肥包膜肥料。
本实施例对壳聚糖改性水基聚乙烯醇膜材料的应力应变性能进行测试，其结果如图1和图2所示，图1为未经壳聚糖改性前的水基聚乙烯醇材料，拉伸强度为18.64Mpa，拉伸断裂率505.43％，图2为经壳聚糖改性后的水基聚乙烯醇材料，拉伸强度为25.25Mpa，拉伸断裂率550.91％，结果表明改性后的壳聚糖-水基聚乙烯醇膜材料具有更优秀的物理性能。
实施例2：
本实施例制备壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料的具体过程为：
(1)称取聚乙烯醇2.211g，溶解于46.86ml的去蒸馏水中，在95℃油浴条件下搅拌2h至聚乙烯醇完全溶解，溶解后降温至60℃并保持；
(2)称取聚乙烯吡咯烷酮0.789g、正丁醇0.5g，加入搅拌均匀的聚乙烯醇中，在60℃油浴下保持搅拌2h即制得水基聚乙烯醇乳液；
(3)量取0.8ml冰醋酸，溶于100ml蒸馏水中，配制成体积分数为0.8％的冰醋酸水溶液；
(4)称取壳聚糖0.15g溶于体积分数为0.8％冰醋酸水溶液中。将该溶液加入到水基聚乙烯醇乳液中，油浴60℃搅拌3h，即得壳聚糖用量占共聚物用量5％的壳聚糖改性水基聚乙烯醇乳液；
(5)将配制成的包膜乳液与复合肥一起，利用喷动流化床制作缓释肥包膜肥料。
本实施例改性前材料保水性在自身重量的200％左右，壳聚糖改性后材料保水性有明显提高，最高可达自身重量的510％左右，制备的聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料控释效果良好，初期溶出率为3.5％，7天的累积释放率为11％，延长养分释放的周期。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料，其特征在于，所述壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料由肥芯颗粒与壳聚糖改性的水基聚乙烯醇乳液构成，壳聚糖改性的水基聚乙烯醇乳液中干物质的质量占肥芯颗粒质量的3％～15％。
2.根据权利要求1所述壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料，其特征在于，所述壳聚糖改性水基聚乙烯醇乳液由聚乙烯醇2.211g～29.47g、聚乙烯吡咯烷酮0.789g～13.16g、壳聚糖0.09g～2.1g、冰醋酸0.4ml～4ml、正丁醇0.05ml～0.5ml和蒸馏水44.95ml～469.5ml通过半连续乳液聚合而成。
3.根据权利要求2所述壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料，其特征在于，所述肥芯颗粒采用现有技术中常用的各种农业肥料通过现有造粒技术制成，农业肥料包括各种化学肥料、复合肥料或其他功能性肥料。
4.一种如权利要求3所述壳聚糖改性水基聚乙烯醇包膜肥料的制备方法，其特征在于，具体过程为：
(1)、将聚乙烯醇溶解于蒸馏水中，沸水浴下加热使聚乙烯醇完全溶解，搅拌成均匀水相；
(2)、将聚乙烯吡咯烷酮加入步骤(1)制备的水相中，加入消泡剂正丁醇连续搅拌2h制得水基聚乙烯醇；
(3)、配制体积分数为0.8％的冰醋酸水溶液；
(4)、称取壳聚糖加入步骤(3)所制备的溶液中，在40～50℃的环境下搅拌20min，使壳聚糖完全溶解得到壳聚糖溶液；
(5)、将壳聚糖溶液加入步骤(2)所制备的水基聚乙烯醇中，在60℃的油浴环境下搅拌2h，即制得包膜乳液；
(6)、将配制成的包膜乳液与肥芯颗粒一起，利用喷动流化床制作缓释肥包膜肥料。
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