用于农业的疏水性-亲水性可切换聚合物制造技术

一种用于调节农业中使用的土壤材料的保水性的方法，该方法包括提供组合物，该组合物包含选自由以下组成的组的聚合物：氨基甲酸酯、氨基甲酸酯脲、硫代氨基甲酸酯及其混合物，所述聚合物包含疏水性链段和亲水性链段；以及将该组合物施加到农业中使用的土壤材料上，以在其上形成聚合物膜，其中疏水性链段和亲水性链段一起响应于水而提供可逆疏水性‑亲水性切换，使得膜表面响应于与膜表面接触的水的存在而从干燥条件下的相对疏水性状态切换成相对亲水性状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于农业的疏水性-亲水性可切换聚合物
本专利技术涉及用于农业的疏水性-亲水性可切换聚合物(hydrophobic-hydrophilicswitchablepolymer)。本专利技术还涉及用于使用此类疏水性-亲水性可切换聚合物来调节农业中使用的土壤材料的保水性(waterretention)的方法。专利技术背景对本专利技术的背景的以下讨论意图有助于对本专利技术的理解。然而，应当理解的是，该讨论不是确认或承认提到的任何材料是如在本说明书的权利要求中的任一项的优先权日在澳大利亚或任何其他国家中公布的、已知的或公知常识的一部分。农业产业中的重要问题是土壤水分(soilmoisture)的管理。土壤中缺水可能导致低的作物生产和作物歉收。由于稀少的降雨、通过排水和另外通过蒸发的水分损失，土壤可能缺少足够的水分。管理土壤水分的一个选项是增加土壤中储存的水的量。通过改进土壤容纳和保持水分的能力，可以改进作物产量，并且由于干旱的产量损失的风险降低。用于增加土壤中储存的水的量的一种手段是使用物理屏障来防止蒸发。常见的实例是塑料覆盖物(plasticmulch)，它通常是具有开口的薄的塑料片材，作物通过所述开口生长。最广泛用于塑料覆盖物中的塑料是预形成的连续的不可生物降解的聚烯烃膜，使用专用的施加设备将所述聚烯烃膜铺在土壤上以将塑料成型并施加至准备好的土壤。作物通过塑料中产生的切口(cut)或孔来种植。塑料膜必须在使用前部署(deploy)，并在每个生长季节(或一系列季节)后移除，这有助于通过材料和运输、另外的相关劳动力、专用设备和生命结束废物处理的成本的显著增加。由于诸如塑料的污染和进入循环设施所需的运输距离的因素，塑料经常不能被循环。废塑料的完全回收也可能是有问题的，因为塑料的一部分可能被掩埋、可能被撕裂并部分降解，并且因此难以回收。因此，没有被回收的塑料不仅呈现显著的环境问题，而且可能使新塑料在连续生长季节的准备和部署复杂化。此外，虽然塑料覆盖物可以充当屏障来减少水从土壤中蒸发，但此屏障还可以防止高架作物灌溉(overheadcropirrigation)或降雨进入土壤，并从而减少可用于土壤的水量。滴灌(dripirrigation)经常被用作用于在塑料覆盖物中生长的作物的水源。本专利技术寻求提供用于管理农业中使用的土壤材料的水分的方法，该方法将克服或大大改善现有技术的缺陷中的至少某些，或至少提供备选方案。专利技术概述根据本专利技术的第一方面，提供了用于调节农业中使用的土壤材料的保水性的方法，该方法包括：(a)提供组合物，所述组合物包含选自由氨基甲酸酯、氨基甲酸酯脲(urethaneurea)、硫代氨基甲酸酯(thiocarbamate)及其混合物组成的组的聚合物，并且所述聚合物包含疏水性链段(hydrophobicsegment)和亲水性链段；以及(b)将组合物施加到农业中使用的土壤材料上，以在其上形成聚合物膜，其中疏水性链段和亲水性链段一起响应于水而提供可逆疏水性-亲水性切换，使得膜表面响应于与膜表面接触的水的存在而从干燥条件下的相对疏水性状态切换成相对亲水性状态。在一个实施方案中，当从相对疏水性状态切换成相对亲水性状态时，膜表面经历至少10°、优选地至少20°、更优选地至少25°的水接触角的可逆变化。优选地，膜表面在相对疏水性状态具有>90°的水接触角。在一个实施方案中，聚合物衍生自以下的反应产物：选自二异氰酸酯、酯、碳酸酯和酰胺的连接体(linker)；具有选自羟基、硫醇和胺的至少两个活性氢基团的疏水性大分子单体；以及具有选自羟基、硫醇和胺的至少两个活性氢基团的亲水性大分子单体，其中疏水性大分子单体提供所述疏水性链段，且亲水性大分子单体提供所述亲水性链段。聚合物包含疏水性大分子单体和亲水性大分子单体的链段，这些链段通过独立地选自由以下组成的组的键连接：氨基甲酸酯键、氨基甲酸酯脲键和硫代氨基甲酸酯键。疏水性链段和亲水性链段由大分子单体提供，所述大分子单体通常是聚合物大分子单体。在一个实施方案中，疏水性大分子单体选自由以下组成的组：聚(硅氧烷)、含氟聚合物、聚(丁二烯)/异戊二烯、聚(己内酯)、聚(乳酸)、聚(3-羟基链烷酸酯)、衍生自脂肪酸的聚合物、衍生自木质素的聚合物，及其混合物。优选地，疏水性大分子单体选自由以下组成的组：聚(硅氧烷)、聚(己内酯)、聚(乳酸)、聚(3-羟基链烷酸酯)、衍生自脂肪酸的聚合物，及其混合物。疏水性大分子单体具有500g.mol-1-5000g.mol-1的分子量。在一个实施方案中，疏水性大分子单体具有选自由以下组成的组的分子量：至少750、至少1000、至少2000、至少3000以及至少4000。因此，对应的亲水性聚合物链段通常将具有在此范围内的分子量。在一个实施方案中，亲水性大分子单体选自由以下组成的组：聚(乙二醇)、多(糖)(poly(saccharides))、聚(乙烯醇)、聚(乙醇酸)、多(肽)(poly(peptides))，及其混合物。亲水性大分子单体具有500g.mol-1-5000g.mol-1的分子量。在一个实施方案中，亲水性大分子单体具有选自由以下组成的组的分子量：至少750、至少1000、至少2000、至少3000以及至少4000。因此，对应的疏水性聚合物链段通常将具有在此范围内的分子量。在一组优选的实施方案中，聚合物骨架将包含亲水性链段和疏水性链段两者。如果需要，具有亲水性质或疏水性质的另外的链段可以在单体单元的侧链中存在。例如，侧链可以提供用于使聚合物交联的位点。在一个实施方案中，疏水性大分子单体与亲水性大分子单体的摩尔比在约0.05:0.95和0.95:0.05之间。在一个实施方案中，疏水性大分子单体是聚(二甲基硅氧烷)。在一个实施方案中，亲水性大分子单体是聚(乙二醇)。在一个实施方案中，聚合物衍生自包含不多于5wt％的非离子型扩链剂(non-ionicchainextender)的反应产物。在一个实施方案中，聚合物衍生自另外包含多达15wt％的离子物质的反应产物。优选地，离子物质选自由以下组成的组：及其混合物，其中：R1是1个至4个碳的烷基基团；R2和R3独立地选自由以下组成的组：1个至4个碳原子的烷基基团；芳基；芳烷基；聚酯以及聚醚部分；R4是-O或-NH，其中键-表示所述聚合物的聚合物骨架或末端官能团的附接点；并且R5选自由以下组成的组：氢、1个至18个碳原子；芳基基团；芳烷基基团；R6选自由以下组成的组：羧酸根、磺酸根以及膦酸根；E1是有机或无机的反荷离子；并且E2是有机或无机的反荷离子。可以被用于制备聚合物的二异氰酸酯的实例包括选自由以下组成的组的二异氰酸酯：六亚甲基1,6-二异氰酸酯、1,12-十二烷二异氰酸酯、2,2,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯、2,4,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯、2-甲基-1,5-五亚甲基二异氰酸酯、烷基-赖氨酸二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、1,4-环己烷双(亚甲基异氰酸酯)、1,3-双(异氰酸基甲基)环己烷(1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane)及其混合物。在一个实施方案中，聚合物具有30000-200000、优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于调节农业中使用的土壤材料的保水性的方法，包括(a)提供组合物，所述组合物包含选自由氨基甲酸酯、氨基甲酸酯脲、硫代氨基甲酸酯及其混合物组成的组的聚合物，所述聚合物包含疏水性链段和亲水性链段；以及(b)将所述组合物施加到农业中使用的土壤材料上，以在其上形成聚合物膜，其中所述疏水性链段和亲水性链段一起响应于水而提供可逆疏水性‑亲水性切换，使得膜表面响应于与所述膜表面接触的水的存在而从干燥条件下的相对疏水性状态切换成相对亲水性状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.21 AU 20169010481.一种用于调节农业中使用的土壤材料的保水性的方法，包括(a)提供组合物，所述组合物包含选自由氨基甲酸酯、氨基甲酸酯脲、硫代氨基甲酸酯及其混合物组成的组的聚合物，所述聚合物包含疏水性链段和亲水性链段；以及(b)将所述组合物施加到农业中使用的土壤材料上，以在其上形成聚合物膜，其中所述疏水性链段和亲水性链段一起响应于水而提供可逆疏水性-亲水性切换，使得膜表面响应于与所述膜表面接触的水的存在而从干燥条件下的相对疏水性状态切换成相对亲水性状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中当从相对疏水性状态切换成相对亲水性状态时，所述膜表面经历至少10°、优选地至少20°、更优选地至少25°的水接触角的可逆变化。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述膜表面在相对疏水性状态具有>90°的水接触角。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物是以下的聚合物：二异氰酸酯连接体、酯连接体、碳酸酯连接体或酰胺连接体、具有选自羟基、硫醇和胺的至少两个活性氢基团的疏水性大分子单体以及具有选自羟基、硫醇和胺的至少两个活性氢基团的亲水性大分子单体，其中所述疏水性大分子单体提供所述疏水性链段，且所述亲水性大分子单体提供所述亲水性链段，其中所述聚合物包含疏水性大分子单体和亲水性大分子单体的链段，所述疏水性大分子单体和所述亲水性大分子单体的链段通过选自氨基甲酸酯键、氨基甲酸酯脲键或硫代氨基甲酸酯键的键连接。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述疏水性大分子单体选自由以下组成的组：聚(硅氧烷)、聚(己内酯)、聚(乳酸)、聚(3-羟基链烷酸酯)、衍生自脂肪酸的聚合物，及其混合物。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述疏水性大分子单体具有选自由以下组成的组的分子量：至少750、至少1000、至少2000、至少3000以及至少4000。7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其中所述亲水性大分子单体选自由以下组成的组：聚(乙二醇)、多(糖)、聚(乙烯醇)、聚(乙醇酸)、多(肽)，及其混合物。8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其中所述亲水性大分子单体具有选自由以下组成的组的分子量：至少750、至少1000、至少2000、至少3000以及至少4000。9.根据权利要求4-8中任一项所述的方法，其中所述疏水性大分子单体与所述亲水性大分子单体的摩尔比在约0.05:0.95和0.95:0.05之间。10.根据权利要求4-9中任一项所述的方法，其中所述疏水性大分子单体是聚(二甲基硅氧烷)。11.根据权利要求4-10中任一项所述的方法，其中所述亲水性大分子单体是聚(乙二醇)。12.根据权利要求4-11中任一项所述的方法，其中所述聚合物衍生自包含不多于5wt％的非离子型扩链剂的反应产物。13.根据权利要求4-12中任一项所述的方法，其中所述聚合物衍生自另外包含多达15wt％的离子物质的反应产物。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述离子物质选自由以下组成的组：及其混合物，其中：R1是1个至4个碳的烷基基团；R2和R3独立地选自由以下组成的组：1个至4个碳原子的烷基基团；芳基；芳烷基；聚酯以及聚醚部分；R4是-O或-NH，其中键-表示所述聚合物的聚合物骨架或末端官能团的附接点；并且R5选自由以下组成的组：氢、1个至18个碳原子；芳基基团；芳烷基基团；R6选自由以下组成的组：羧酸根、磺酸根以及膦酸根；E1是有机或无机的反荷离子；并且E2是有机或无机的反荷离子。15.根据权利要求4-14中任一项所述的方法，其中所述聚合物是选自由以下组成的组的二异氰酸酯的聚合物：六亚甲基1,6-二异氰酸酯、1,12-十二烷二异氰酸酯、2,2,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯、2,4,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯、2-甲基-1,5-五亚甲基二异氰酸酯、烷基-赖氨酸二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、1,4-环己烷双(亚甲基异氰酸酯)、1,3-双(异氰酸基甲基)环己烷及其混合物。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物具有30000-200000、优选地50000-120000的数均分子量。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述组合物还包含选自由以下组成的组的一种或更多种添加剂：填充剂、增稠剂、农用化学品、表面活性剂及其混合物。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述组合物包含选自由以下组成的组的疏水性填充剂：炭、石墨烯、滑石、疏水性粘土、有机取代的二氧化硅、有机取代的纤维素及其混合物。19.根据权利要求17所述的方法，其中所述组合物包含选自由以下组成的组的亲水性填充剂：硅酸盐、腐殖酸盐、磷酸盐、淀粉、微晶纤维素/纳晶纤维素、酸官能化的微晶纤维素/纳晶纤维素、亲水性粘土及其混合物。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述组合物作为水分散体被提供。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述聚合物以所述水分散体的从1wt％-60wt％的量存在。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述组合物通过喷雾施加被施加到土壤材料上。23.根据前述权利要求1-19中任一项所述的方法，其中所述组合物作为预固化膜被提供。24.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物包含式1的共聚物链段A1...

【专利技术属性】
技术研发人员：普里西拉·约翰斯顿，拉朱·阿迪卡里，基思·L·布里斯托，
申请(专利权)人：联邦科学与工业研究组织，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU