一种全生物基聚氨酯控释肥包膜材料与聚氨酯控释肥制造技术

本发明专利技术提供一种全生物基聚氨酯控释肥包膜材料与聚氨酯控释肥。本发明专利技术提供的全生物基聚氨酯控释肥包膜材料所用固化剂为生物基1,5

【技术实现步骤摘要】
一种全生物基聚氨酯控释肥包膜材料与聚氨酯控释肥


[0001]本专利技术属于控释肥包膜材料
，具体涉及一种全生物基聚氨酯控释肥包膜材料与聚氨酯控释肥。

技术介绍

[0002]随着农业科技的发展，农业生产中使用的肥料也发生了变化，出现了新型肥料，如缓释肥料、液体肥料、气体肥料。其中，缓控释肥是在传统肥料颗粒(如：作物专用复合肥或尿素)外层包一层特殊的具有控释功能的膜，根据作物生长对养分需求，控释养分释放速度和释放量，使养分释放速度与作物需求相一致。因此，缓控释肥能按照作物生长规律同步供给有效养分，从而使肥料养分有效利用率得到大幅度提高，起到提高化肥利用率的作用。并且，肥料包膜经吸水产生压力才将养分慢慢地释放，可以减少营养元素的挥发以及被雨水淋洗时养分的损失量，进而提高化肥的利用效率。
[0003]缓控释肥包膜控释技术的核心主要在于膜材料及相应的添加剂，通过调整包膜材料的配方及制备工艺可以调整水蒸气透过率、机械强度、伸长率、耐磨性等物理性能。配方的改进得到不同交联密度及材料结晶性能的材料，进而控制膜的水蒸气及肥芯水溶液的透过率，实现控制养分释放的目的。此外，控释肥的养分释放还会受温度、水分等条件的限制，其可根据作物种植土壤等环境条件及其养分需要可进行释放时间和释放高峰期的调整，是智能型、环保型的新型肥料。
[0004]随着农业生产模式不断发展，大田作物的高产高效生产迫切需要应用控释肥。虽然包膜技术不断进步，但仍然在成本和产品类型上受到一定局限，在大田作物上的应用还不能得到大面积推广。包膜的材料主要有硫磺，聚乙烯，醇酸树脂及聚氨基甲酸酯(简称聚氨酯)。其中，聚氨酯包膜材料与其他包膜材料相比，具有强度高、弹性好、耐温性优良、孔径细密均匀及容易生物降解等优点，因此近年来聚氨酯包膜材料的研发生产成为控释肥包膜材料的主要发展方向。
[0005]现有的聚氨酯包膜材料主要是由多元醇与粗MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)反应而成。其中，多元醇又分为聚酯类和聚醚类，聚酯类是由二元酸或酸酐与二元醇或多元醇反应制得；聚醚类是以多羟基醇为起始剂与环氧乙烷，环氧丙烷开环聚合反应所成。而聚醚类聚氨酯材料相比聚酯类聚氨酯材料的不易水解，生物降解缓慢，价格也相对较高，因此在控释肥聚氨酯材料包膜中聚酯类材料成为优先选项。如：
[0006]中国专利文献CN107383347B公开一种用于控释肥的生物基芳烃聚酯多元醇及其应用，通过将脂肪酸、二甘醇、甘油等按照顺序用真空吸入反应釜中；从反应釜中固体加料口投入对苯二甲酸，苯酐和三羟甲基丙烷，进行酯化反应，制得生物基芳烃聚酯多元醇成品。将生物基芳烃聚酯多元醇：蓖麻油：环氧大豆油＝90:5:5按比例组合投入混合罐中搅拌均匀反应5
‑
10分钟，并控制温度在30℃左右，得到A料；将粗MDI投入进混合罐中搅拌同样控制温度在30℃左右，得到B料。该方案中的环氧大豆油仅做为增塑剂助剂使用，未参与化学反应过程，且该专利中生物基含量低于50％，同时该专利中所用粗MDI属于石油基异氰酸
酯，为非生物基原料，石化原料成本高且资源不可再生。因此并不属于全生物基包膜材料，成本较高且不可再生。
[0007]中国专利文献CN113105604B公开一种生物基聚合物包膜材料及其包膜控释肥与制备方法。该生物基聚合物包膜材料按照以下重量百分比配制而成：含羟基组份50
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70％和异氰酸酯30
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50％；羟基组份由羟基封端的预聚体50
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90％、助剂2
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10％、多元醇7
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50％、小分子扩链剂1
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10％组成。所述羟基封端的预聚体由生物质液化产物80
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100％与异氰酸酯0
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20％反应制得。该方案中所用的固化剂异氰酸酯也是来自石油基，成本高且资源不可再生，也不属于全生物基包膜材料，且原料种类多，制备方法复杂，成本高。
[0008]生物基材料是利用可再生生物质作为原料，包括常见的农作物、其他植物，谷物、豆科、秸秆、竹木粉等，通过通过生物、化学以及物理等方法制造的新型材料。随着生物基材料的出现，能同时满足低碳环保的需求以及满足市场多元化的消费需求，因此生物基材料成为了在当下碳中和时代背景下的新选择。生物基材料有着绿色低碳、节能环保、原料可再生等诸多优势、具有很好的生物降解特性，并且可以应用的范围非常广泛。
[0009]因此，本专利技术拟开发一种生物相容性高、生物可降解率高、环保安全性能好且成本低的适用于大批量生产的全生物基聚氨酯控释包膜材料，将对我国控释肥行业的发展具有重大意义。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是提供一种全生物基聚氨酯控释肥包膜材料与聚氨酯控释肥。所述聚氨酯控释肥包膜材料由生物基多元醇与生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯复配物交联反应得到，产品生物相容性高、生物可降解率高、环保安全性能好，耐磨性和抗压性能好且成本低，适用于大批量生产。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]第一方面，本专利技术首先提供一种全生物基聚氨酯控释肥包膜材料，所述全生物基聚氨酯控释肥包膜材料的固化剂异氰酸酯为复配物；
[0013]所述生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯复配物包括生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯单体与其聚合物的复配物或不同的生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯的聚合物组成的复配物。
[0014]进一步地，所述生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯复配物的平均官能度控制在2.8～3.5之间；NCO含量控制在24％～30％；来自生物原料的比例为65～71％。
[0015]本专利技术中，NCO是指化学材料中异氰酸酯基，其值是指100g试样所含的异氰酸酯(
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NCO)基团的质量。
[0016]生物基1,5
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戊二异氰酸酯单体(即PDI单体)的化学结构式如下式(1)所示。
[0017]进一步地，生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯的聚合物(PDI聚合物)包括生物基PDI三聚体及其衍生物、生物基PDI四聚体及其衍生物，以及其他生物基PDI多聚体及其衍生物。PDI三聚体的化学结构式如下式(2)所示；PDI四聚体的化学结构式如下式(3)所示。
[0018]可以理解的是，PDI聚合物相比PDI单体具有网状的化学结构，因此能使得制得的包膜材料成膜后具有更大的交联密度。
[0019][0020]进一步地，所述生物基PDI单体为生物原料通过生物酶作用发酵得到1,5
‑
戊二胺，再由1,5
‑
戊二胺通过光气化反应制得；所述生物原料选自葡萄糖、赖氨酸中的至少一种；
[0021]所述生物基PDI三聚体及其衍生物、生物基PDI四聚体及其衍生物、其他生物基PDI多聚体及其衍生物对应由所述生物基PDI单体通过催化剂聚合反应得到。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全生物基聚氨酯控释肥包膜材料，其特征在于，所述全生物基聚氨酯控释肥包膜材料的固化剂异氰酸酯为生物基1,5
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戊二异氰酸酯复配物；所述生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯复配物包括生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯单体与其聚合物的复配物或不同的生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯的聚合物组成的复配物。2.根据权利要求1所述的全生物基聚氨酯控释肥包膜材料，其特征在于，所述生物基1,5
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戊二异氰酸酯复配物的平均官能度控制在2.8～3.5之间；NCO含量控制在24％～30％；来自生物原料的比例为65～71％。3.根据权利要求1或2所述的全生物基聚氨酯控释肥包膜材料，其特征在于，生物基1,5
‑
戊二异氰酸酯的聚合物包括生物基PDI三聚体及其衍生物、生物基PDI四聚体及其衍生物、其他生物基PDI多聚体及其衍生物；所述生物基PDI单体为生物原料通过生物酶作用发酵得到1,5
‑
戊二胺，再由1,5
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戊二胺通过光气化反应制得；所述生物原料选自葡萄糖、赖氨酸中的至少一种；所述生物基PDI三聚体及其衍生物、生物基PDI四聚体及其衍生物、其他生物基PDI多聚体及其衍生物对应由所述PDI单体通过催化剂聚合得到。4.根据权利要求1或2所述的全生物基聚氨酯控释肥包膜材料，其特征在于，所述全生物基聚氨酯控释肥包膜材料由所述生物基1,5
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戊二异氰酸酯复配物与生物基多元醇通过交联反应合成；所述生物基多元醇中羟基与生物基1,5
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戊二异氰酸酯复配物中NCO基团的摩尔比为0.98～1.10：1。5.根据权利要求4所述的全生物基聚氨酯控释肥包膜材料，其特征在于，所述生物基多元醇是由环氧化脂肪酸酯与生物基酸及生物基醇进行开环聚合而成；所述生物基酸为乳酸；所述生物基醇选自丙三醇、1,3
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丙二醇、1,4
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丁二醇、乙二醇中的至少一种；具体制备方法如下：(1)先将乳酸、生物基醇以及酯化催化剂进行酯化反应，得到乳酸酯多元醇中间产物；其中乳酸与生物基醇中的羟基的摩尔比控制在4：1～8：1；(2)向乳酸酯多元醇中间...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟成虎，钟自勉，章力干，刘存，
申请(专利权)人：茂施农业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：