一種生物可降解的雙層包膜緩釋肥料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物可降解的雙層包膜緩釋肥料及其制備方法，屬于包膜緩釋肥技術領域。
【背景技術】
[0002]當前我國肥料利用率普遍偏低，這不僅給農民在經濟上造成損失，也對作物的品質和農業(yè)環(huán)境產生嚴重的不良影響。而造成化肥利用率低的主要原因之一，是化肥易溶解，施到土壤以后養(yǎng)分釋放速率快，農作物吸收少。因此，尋求能夠控制肥料溶解釋放速率，并能按照作物的需肥規(guī)律進行養(yǎng)分釋放的肥料，成為近半個世紀化肥生產開發(fā)及肥料學研究的熱點。
[0003]其中聚合物包膜肥料因具有較好的控釋功能且膜材眾多、配方多變，能適應不同作物的養(yǎng)分需求，而成為緩控釋肥料中應用較廣的一類。張景振、李菊梅等人[張景振，李菊梅，崔靜，馬義兵.中國土壤與肥料，2013，5:34-39]進行了聚苯乙烯包膜尿素緩釋效果的研究，雖該膜材抗水性、耐擠壓性好，但由于聚苯乙稀膜的非降解性，會造成一定的環(huán)境污染。
[0004]中國專利CN101723751A (200810228130.5)公開了一種環(huán)境友好型包膜材料——
丁二酸丁二醇酯，具有完全的生物可降解性且具有一定的緩控釋性能，但其原材料價格偏高，不適宜大規(guī)模應用于農業(yè)生產中。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種緩控釋性能好且具有保水功能的低成本、適宜農業(yè)生產應用的生物可降解的雙層包膜緩釋肥料及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的一種生物可降解的雙層包膜緩釋肥料，包括肥芯以及包裹在肥芯表面的雙層包膜層，所述雙層包膜層由內包膜層和外包膜層構成；所述內包膜層是由長鏈烷基酰氯對淀粉進行接枝反應得到緩釋性可調的改性淀粉膜，所述外包膜層是由聚乙烯吡咯烷酮與干酪素在甲醛作交聯劑的條件下交聯反應得到的交聯預聚物。
[0007]所述接枝反應是將淀粉置于溶劑中，在100?120°C下活化I?2h，然后向活化淀粉中加入長鏈烷基酰氯，于溫度80?95°C下反應3?4h，產物洗滌至中性并在40?50°C條件下干燥。
[0008]上述所述接枝反應中，長鏈烷基酰氯是烷基鏈為12至18個碳原子的烷基酰氯，包括十二烷基碳酰氯、十八烷基碳酰氯等；淀粉中直鏈淀粉質量含量為20%-30%，所述淀粉可以為玉米淀粉、紅薯淀粉、土豆淀粉、大米淀粉等；通過調節(jié)疏水烷基鏈的長短及淀粉的接枝率，可制得緩釋性可調的改性淀粉膜。
[0009]上述所述接枝反應的反應溫度80?95°C，反應時間3?4h。
[0010]上述所述接枝反應，淀粉與長鏈烷基酰氯的質量比為1:3?1:6。
[0011 ] 上述所述接枝反應中，反應溶劑為吡啶、二氯甲烷或氯仿。
[0012]上述所述交聯反應的反應溶劑為水，，反應溫度為55?65°C，反應時間為2?4h。
[0013]上述所述交聯反應中，聚乙烯吡咯烷酮與干酪素的摩爾比為1:2?1:5，甲醛配成質量分數為37%?40%的甲醛溶液，其用量為聚乙烯吡咯烷酮和干酪素總質量的1%_3%。
[0014]本發(fā)明的生物可降解的雙層包膜緩釋肥料的制備方法，首先在70?90°C下將改性淀粉包膜液緩慢均勻噴涂于肥芯表面，待溶劑揮發(fā)表干后，繼續(xù)將交聯預聚物包膜液噴涂于改性淀粉膜的表面，待溶劑揮發(fā)完全后升溫至100?120°C，保溫2?4h，得到緩釋包膜肥料。
[0015]所述改性淀粉包膜液是以三氯甲烷為溶劑將改性淀粉膜在50?70°C、機械攪拌條件下溶解配制成的包膜液；所述交聯預聚物包膜液是以三氯甲烷為溶劑，將交聯預聚物在50?70°C、機械攪拌條件下溶解配制成的包膜液。
[0016]所述改性淀粉包膜液濃度為15-25g/100ml，優(yōu)選為20g/100ml ;所述交聯預聚物包膜液濃度為15-25g/100ml，優(yōu)選為20g/100ml。
[0017]本發(fā)明中的淀粉來源廣泛，價格低廉，且分子結構中含有可供改性的羥基結構，是一種理想的生物可降解緩釋材料。中國專利CN101973808A (201010294857.0)公開了一種淀粉包膜材料及其在包膜緩控釋肥料中的應用。但由于單一淀粉膜材的保水性不足，在較干旱地區(qū)，水分的保養(yǎng)與肥料的控釋也同樣重要，本發(fā)明在可供調節(jié)的緩釋包膜肥料外包裹一層保水型膜材，可達到雙重效果。
[0018]本發(fā)明通過淀粉與長鏈烷基酰氯接枝改性，得到緩釋性可調的包膜材料；而聚乙烯吡咯烷酮與干酪素都是很好的保水材料，在甲醛交聯下，得到具有較好保水功能的高分子材料。由緩釋性可調的改性淀粉膜及由聚乙烯吡咯烷酮和干酪素交聯得到的具有保水功能的膜材共同形成的雙包膜層，不僅具有緩控釋性能，還具有保水功能，且膜材可降解，是一種新型的環(huán)境友好型緩控釋包膜肥料。
【具體實施方式】
[0019]下述實施例是對于本
【發(fā)明內容】
的進一步說明以作為對本發(fā)明技術內容的闡釋，但本發(fā)明的實質內容并不僅限于下述實施例所述，本領域的普通技術人員可以且應當知曉任何基于本發(fā)明實質精神的簡單變化或替換均應屬于本發(fā)明所要求的保護范圍。
[0020]實施例1
步驟一:改性淀粉包膜材料制備:取5g淀粉，溶解于50ml吡啶中，活化溫度為110°C，活化時間為lh?；罨螅吹矸叟c酰氯的質量比為1:3加入十二烷基碳酰氯15g，升溫至90°C，反應時間為3h，產物依次用無水乙醇、蒸餾水反復洗滌至中性并在50°C條件下干燥24h0
[0021]步驟二:聚乙烯吡咯烷酮與干酪素交聯預聚物的制備:將聚乙烯吡咯烷酮與干酪素按摩爾比為1:5加入水中，在45°C條件下，加入攪拌1.5h，待其溶解后，加入質量分數為37%?40%的甲醛溶液，升溫至60°C，繼續(xù)反應3h，產物用去離子水洗滌，除去未反應的聚乙烯吡咯烷酮與干酪素，然后用甲醇洗滌未反應的甲醛。
[0022]步驟三:成膜液制備:以三氯甲烷為溶劑，60°C、機械攪拌條件下將交聯、接枝產物分別溶解制成20g/100ml的緩釋包膜液。
[0023]步驟四:包膜:在80°C環(huán)境中，首先將改性淀粉膜包膜液緩慢均勻噴涂于10g尿素表面，待溶劑揮發(fā)表干后，繼續(xù)將聚乙烯吡咯烷酮與干酪素的交聯預聚物包膜液在相同的條件下，噴涂于改性淀粉膜的表面，待溶劑揮發(fā)完全后升溫至110°c，保溫3h，得到緩釋包膜肥料。
[0024]步驟五:以“先玉235”型玉米進行播種、施肥，并觀察肥料的緩釋性。
[0025]本實例制得的緩釋包膜肥料符合《緩釋肥料》標準GB/T 23348-2009，25°C條件下，其初期養(yǎng)分釋放率為13.6%，28天累積養(yǎng)分釋放率為72.3%，養(yǎng)分釋放期為32天。
[0026]實施例2
步驟一:改性淀粉包膜材料制備，取5g淀粉，溶解于50ml吡啶中，活化溫度為110°C，活化時間為lh?；罨螅吹矸叟c酰氯的質量比為1:3加入十八烷基碳酰氯15g，升溫至90°C，反應時間為4h，產物依次用無水乙醇、蒸餾水反復洗滌至中性并在50°C條件下干燥24h0
[0027]步驟二:聚乙烯吡咯烷酮與干酪素交聯預聚物的制備，將聚乙烯吡咯烷酮與干酪素按摩爾比為1:5加入水中，在45°C條件下，加入攪拌1.5h，待其溶解后，加入質量分數為37%?40%的甲醛溶液，升溫至60°C，繼續(xù)反應3h，產物用去離子水洗滌，除去未反應的聚乙烯吡咯烷酮與干酪素，然后用甲醇洗滌未反應的甲醛。
[0028]步驟三