摘要
肥料是作物的粮食，缓/控释肥料是当今新型肥料的发展方向。温度是影响作物生长和肥料养分释放速率的重要因素之一，采用温度响应型材料对肥料进行包膜，开发养分释放速率随土壤温度波动而变化的温度响应型控释肥料，实现肥料养分释放主动适应作物养分需求规律的智能化，是未来农业发展对肥料提出的新需求。本研究以温敏聚氨酯作为控释肥料的包膜材料，首先比较研究了不同聚氨酯材料的控释性能和温敏性能，并遴选出聚己内酯二醇（PCL）作为温敏包膜材料；通过复合材料合成方法优化制备了温度响应型包膜控释尿素；对复合材料及其包膜尿素进行一系列测试、表征、评价，结果表明开发的温敏性聚氨酯包膜尿素具备较好的控释性能和温度响应特性。主要结论如下： （1）以不同分子量的己二酸-1，4-丁二醇（PBA）、聚四亚甲基醚二醇（PTMG）、聚己内酯二醇（PCL）、聚乙二醇（PEG）四个系列多元醇和4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）反应制备了聚氨酯膜及其包膜尿素。通过水浸泡法测试包膜尿素养分释放速率评价其控释性能，结果表明：不同多元醇制备的聚氨酯包膜尿素控释性能优劣顺序为PTMG＞PCL＞PBA＞PEG，其中PTMG及PCL系列聚氨酯控释效果较好。在同一系列聚氨酯包膜尿素中，随着多元醇分子量的增加其制备的聚氨酯控释性能逐渐变差，低分子量多元醇制备的聚氨酯控释效果好，高分子量多元醇制备的聚氨酯控释效果差。通过差示扫描量热仪（DSC）测试聚氨酯膜的相转变温度评价包膜材料的温敏性能，结果表明：低分子量（2000以下）多元醇制备的聚氨酯不具有温敏性，同一系列聚氨酯中，随着分子量的增加其温敏温度逐渐升高，温敏性能提高。其中PTMG2000（13℃）、PTMG3000（22℃）、PCL2000（27℃）、PBA2000（39℃）、PCL3000（43℃）5种温敏聚氨酯材料具有进一步的开发潜力。综合来看，低分子量多元醇制备的聚氨酯控释性能好但是不具备温敏性能，高分子量多元醇制备的聚氨酯具有温敏性能但是控释性能差。 （2）根据上述温敏材料遴选结果，将具有温敏特性的聚己内酯（PCL2000）与聚丙二醇（PPG）共混后与MDI聚合反应，制备了控释性能达标和温度响应特征明显的温度响应型智能控释尿素。聚氨酯膜的红外光谱（FT-IR）和X射线衍射（XRD）结果表明，PPG/PCL2000共混物与MDI反应完全，形成了结晶/无定形两相结构的嵌段共聚物。形状记忆测试结果表明该聚氨酯膜具有良好的形状记忆特性。水浸泡法结果表明制备的包膜尿素其控释期可达到30天以上，变温水浸泡法表明该温敏性聚氨酯包膜尿素养分释放速率在33℃附近突升表现出显著的温度转换特性。 综上所述，本研究通过遴选，得到了可用于温敏控释尿素开发的聚己内酯二醇（PCL）材料，明确了温敏聚氨酯材料在包膜肥料中的可用范围；通过与PPG进行材料复合的方案，优化制得了在33℃附近表现出显著温度转换特性的温敏包膜尿素。本研究为遴选温敏型聚氨酯材料制备包膜肥料的研究提供了新的工艺技术路线，对温敏性控释肥料的研发具有一定的理论及现实的借鉴作用。
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