论文部分内容阅读
包膜缓控释肥料具有显著提高肥料利用率,降低农作生产成本、减少养分大量流失对环境造成的污染等优点,已成为肥料研究领域的重点和热点。包膜缓控释肥料养分释放速率控制的关键在于包膜材料的选择。本研究以大豆油、膨润土为原料,通过酯交换方式制备大豆油多元醇和通过超声溶液插层法制备改性膨润土,将大豆油多元醇、改性膨润土及多聚异氰酸酯采用溶液共混法制备改性膨润土/聚氨酯复合材料及包膜尿素,研究了复合材料性能及肥料缓释效果的主要影响因素,研究结果如下:(1)以钠基膨润土为原料,聚乙二醇(PEG)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为改性剂,采用溶液插层法,在超声分散的条件下,制备改性土。使用X射线粉末衍射仪、傅里叶红外光谱仪及差热热重仪对改性膨润土进行测试表征,结果表明:膨润土层间距增大,说明改性剂成功进入膨润土片层间,提高了改性膨润土在有机相中的分散性能。PEG用量为10%和CTAB用量为30%的改性膨润土层间距分别达到为1.48nm、1.52nm,选取二者与聚氨酯复合。(2)采用单体插入原位聚合法制备改性膨润土/聚氨酯复合材料,探究了改性膨润土添加量、大豆油多元醇与多聚异氰酸酯比(OH/NCO)、温度等因素的影响,同时探讨了改性膨润土/聚氨酯复合材料的力学性能、亲疏水性等。最佳制备出良好性能复合材料的条件分别为:改性膨润土添加量为5wt%,大豆油多元醇与多聚异氰酸酯比例为1:1,固化成膜温度为65℃。最佳制备条件下制备的复合材料的力学性能分别为:改性膨润土(PEG)/聚氨酯复合材料(MBT/PU)拉伸强度为13.53MPa;改性膨润土(CTAB)/聚氨酯复合材料(OBT/PU)拉伸强度为11.33MPa。同时,MBT/PU复合膜材具有一定的疏水性,OBT/PU具有一定的亲水性。(3)对改性膨润土/聚氨酯复合膜材的内部结构、热稳定性、表面形貌使用傅里叶红外光谱仪、差热热重仪、扫描电镜等进行了测试表征。同时,对三种膜材的降解性能进行了测定。结果分析表明,改性膨润土添加量为5%时,改性膨润土能够比较均匀的分散在聚氨酯基质中,有效的与聚氨酯基质复合,所制得的复合材料具有较好的热稳定性。大豆油基聚氨酯膜材、MBT/PU复合材料、OBT/PU复合材料在埋入土壤三个月后的质量损失率分别为2.74%、3.23%、3.86%。并用光学显微镜观察了降解后膜材形貌,发现膜层结构出现了破坏。(4)采用转鼓包膜法制备包膜尿素,在同等的包膜工艺条件下,探究了包膜层数对氮素养分缓释效果的影响。随着包膜层数的增加,养分日释放量逐渐减小,释放期逐渐延长。三层纯聚氨酯包膜尿素初期释放率为9.21%,28天累积释放率为82.17%;在考虑到成本和养分释放规律的情况下,选取3层作为包膜尿素的包膜层数,以复合材料为包膜材料进行包膜尿素的制备。(5)MBT/PU复合材料包膜尿素、OBT/PU复合材料包膜尿素和PU包膜尿素的初期释放率分别为5.01%、5.32%、9.21%,28天累计养分释放率分别为48.42%、50.36%、82.17%。通过对包膜尿素的耐磨性能测试分析,得到经球磨机磨损3h后,复合材料制备的包膜尿素氮素初期释放率仍小于15%符合标准,而纯PU包膜尿素初期释放率大于15%。复合材料包膜尿素的耐磨性能优于纯PU包膜尿素,便于储存和运输。