一种用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料及其制备方法。所述聚氨酯包膜材料通过多异氰酸酯、改性木质素和改性纳米二氧化硅反应制得；改性木质素通过木质素与3

【技术实现步骤摘要】
一种用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种用于用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]通过在肥料中包覆有益菌和研制包膜材料，可以有效解决对环境的污染和肥料利用率低的问题。
[0003]一方面，根际有益菌因其具有植物促生和土传病原菌拮抗能力，被作为微生物有机肥料制剂，己成为近年来国内外研究的热点。根际有益菌具有能促进植物生长，可提高植物体对土传病害的抵抗反应能力以及环境安全无毒等特点，在农业生产上得到了广泛应用，有效地施用根际有益菌是减少化肥投放和农药污染的重要途径之一。
[0004]另一方面，包膜材料可大致分为无机矿物包膜材料、有机聚合物包膜材料和环境友好型包膜材料。其中，无机矿物包膜材料是将不溶于水的无机材料包覆于固体肥料颗粒表面，主要包括硫磺、无机肥及活性矿物等，此类材料来源广泛、价格较低且施入土壤后不会造成二次污染。有机聚合物包膜材料常被用作制备包膜肥料的控释涂层，此类包膜材料包括聚乙烯和聚苯乙烯等。
[0005]然而，有机聚合物包膜材料大多难以降解，从而残留在土壤中造成环境污染；同时现有技术中的有机聚合物包膜材料会对有益菌产生损伤，降低根际有益菌的功效，并且包膜孔洞数量少，有益菌释放速度缓慢；而且包膜材料的成膜性能不足，成膜后包膜强度较低。
[0006]因此，目前亟需一种可生物降解、环境污染小，可以保护有益菌活性且成膜后强度高的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可生物降解、环境污染小，可以保护有益菌活性且成膜后强度高的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料及其制备方法。
[0008]技术方案：
[0009]一种用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料，通过多异氰酸酯、改性木质素和改性纳米二氧化硅反应制得；
[0010]所述改性木质素通过木质素与3
‑
[(氯甲基)二甲基硅基]‑1‑
丙醇反应制得。
[0011]进一步地，所述多异氰酸酯选自二异氰酸酯或三异氰酸酯中的一种。
[0012]进一步地，所述改性纳米二氧化硅通过以下步骤制得：
[0013](1)将纳米二氧化硅溶于去离子水中，超声形成均匀的分散液；
[0014](2)将乙二醇二缩水甘油醚溶于无水乙醇后，加入到步骤(1)的分散液中，在20
‑
30℃下磁力搅拌18
‑
24小时后，洗涤、离心、真空干燥，制得所述改性纳米二氧化硅。
[0015]本专利技术通过制备环氧基团改性纳米二氧化硅，环氧基以化学键的形式与纳米二氧化硅相连，增大纳米二氧化硅粒子之间的位阻，减少粒子之间的团聚，增强纳米二氧化硅与有机介质的相容性，使其可以均匀接枝于聚氨酯结构中，增强聚氨酯包膜材料表面的粗糙度，并且提高聚氨酯的力学强度。
[0016]进一步地，所述纳米二氧化硅与乙二醇二缩水甘油醚的质量比为1：2
‑
4。
[0017]进一步地，所述改性木质素通过以下步骤制备：在反应器中，加入木质素和有机溶剂，搅拌混合均匀，在氮气保护下升温至35
‑
45℃后，缓慢滴加3
‑
[(氯甲基)二甲基硅基]‑1‑
丙醇，滴加时间2
‑
3小时，滴加结束后升温至75
‑
85℃，保温反应18
‑
24小时后，除去溶剂，重结晶后制得改性木质素。
[0018]进一步地，所述改性木质素的部分结构如下式A所示：
[0019][0020]本专利技术通过对木质素进行改性，使其接枝具有多支链的硅烷结构，并提供活性的羟基反应位点，一方面可以使其与多异氰酸酯反应制得聚氨酯；另一方面可以提高木质素三维网状结构的韧性，并使其分子结构舒展，进而提高制得的聚氨酯包膜材料的力学强度，并且可以增加包膜材料的孔洞数量，使有益菌可以释放于土壤中。
[0021]进一步地，所述木质素与3
‑
[(氯甲基)二甲基硅基]‑1‑
丙醇的质量比为10：1
‑
2。
[0022]进一步地，所述木质素为碱木质素。
[0023]本专利技术的木质素具有来源广泛、廉价易得且可生物降解的优点，在通过对木质素进行改性后与多异氰酸酯和改性纳米二氧化硅反应制得聚氨酯包膜材料，在聚氨酯材料耐磨性、耐溶剂性、高粘接性和卓越的力学性能的基础上，使其具有良好的可生物降解性，降低包膜材料对环境的污染。
[0024]上述一项所述的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料的制备方法，包括以下步骤：在反应器中加入多异氰酸酯、改性木质素、改性纳米二氧化硅和催化剂，混合均匀后加热到70
‑
80℃，反应30
‑
50分钟后冷却、固化制得所述用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料。
[0025]本专利技术通过对木质素进行有机硅改性，并添加改性纳米二氧化硅，有效降低了聚氨酯材料对有益菌的损伤，可以有效保护有益菌的活性，并可使有益菌快速释放于土壤中，促进植物生长，可提高植物体对土传病害的抵抗反应能力并减少肥料对环境的污染。
[0026]进一步地，所述多异氰酸酯、改性木质素和改性二氧化硅的质量比为(3
‑
5)：(12
‑
15)：(0.5
‑
1)。
[0027]进一步地，所述催化剂选自辛酸亚锡、油酸亚锡或二丁基锡二月桂酸酯中的一种。
[0028]有益效果：
[0029](1)本专利技术提供的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料中的木质素具有来源广泛、廉价易得且可生物降解的优点，在通过对木质素进行改性后与多异氰酸酯和改性纳米二氧化硅反应制得聚氨酯包膜材料，在聚氨酯材料耐磨性、耐溶剂性、高粘接性和卓越的力学性能的基础上，使其具有良好的可生物降解性，降低包膜材料对环境的污染。
[0030](2)本专利技术提供的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料通过对木质素进行改性，使其接枝具有多支链的硅烷结构，并提供活性的羟基反应位点，一方面可以使其与多异氰酸酯反应制得聚氨酯；另一方面可以提高木质素三维网状结构的韧性，并使其分子结构舒展，进而提高制得的聚氨酯包膜材料的力学强度，并且可以增加包膜材料的孔洞数量，使有益菌可以释放于土壤中。
[0031](3)本专利技术提供的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料通过制备环氧基团改性纳米二氧化硅，环氧基以化学键的形式与纳米二氧化硅相连，增大纳米二氧化硅粒子之间的位阻，减少粒子之间的团聚，增强纳米二氧化硅与有机介质的相容性，使其可以均匀接枝于聚氨酯结构中，增强聚氨酯包膜材料表面的粗糙度，并且提高聚氨酯的力学强度。
[0032](4)本专利技术提供的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料中通过对木质素进行有机硅改性，并添加改性纳米二氧化硅，有效降低了聚氨酯材料对有益菌的损伤，可以有效保护有益菌的活性，并可使有益菌快速释放于土壤中，促进植物生长，可提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料，其特征在于，通过多异氰酸酯、改性木质素和改性纳米二氧化硅反应制得；所述改性木质素通过木质素与3
‑
[(氯甲基)二甲基硅基]
‑1‑
丙醇反应制得。2.根据权利要求1所述的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料，其特征在于，所述多异氰酸酯选自二异氰酸酯或三异氰酸酯中的一种。3.根据权利要求1所述的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅通过以下步骤制得：（1）将纳米二氧化硅溶于去离子水中，超声形成均匀的分散液；（2）将乙二醇二缩水甘油醚溶于无水乙醇后，加入到步骤（1）的分散液中，在20
‑
30℃下磁力搅拌18
‑
24小时后，洗涤、离心、真空干燥，制得所述改性纳米二氧化硅。4.根据权利要求3所述的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅与乙二醇二缩水甘油醚的质量比为1：2
‑
4。5.根据权利要求1所述的用于包菌肥料的聚氨酯包膜材料，其特征在于，所述改性木质素通过以下步骤制备：在反应器中，加入木质素和有机溶剂，搅拌混合均匀，在氮气保护下升温至35
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45℃后，缓慢滴加3
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[(氯甲基)二甲基硅基]
‑1‑
丙醇，滴加时间2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：龚岳，朱鑫玉，余宏海，许浩，付向明，
申请(专利权)人：安徽卓砺农业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：