[发明专利]可降解复合包膜材料及制备方法和在缓释肥料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可降解复合包膜材料及制备方法和在缓释肥料中的应用，属于材料与肥料技术领域。

背景技术

近年来，由于肥料的流失和低效利用，已经造成了严重的资源浪费和巨大的经济损失，更重要的是对人体、大气、土壤和粮食造成了严重的污染。因此，如何提高肥料的利用率，把肥料的应用与农作物的产量、质量以及环境保护有机地结合起来，已经成为肥料研究领域中特别关注的焦点。

自上世纪50年代以来，欧美和日本等发达国家先后从合理的分配肥料养分和科学的施肥技术转向长效的缓控释肥料的研制，力求以改变肥料本身的特性来提高肥料的利用率。他们先后发展成熟的缓控释肥料有化学合成类缓释肥料、生化抑制类稳态肥料和包膜包衣类缓控释肥料。其中以脲醛类为代表的化学合成类缓释肥料是目前技术最成熟、应用最广泛的缓释肥料；添加脲酶抑制剂或硝化抑制剂类稳态肥料虽能提高肥料利用率，但不能阻止肥料的淋失；硫包衣尿素的硫磺用量较大，且包裹层易氧化破碎，长期使用会造成土壤的酸化；无机矿物盐类包膜缓控释肥料的封闭性较差，养分容易快速溶出，且膜层容易脱落；有机高分子类包膜的缓控释肥料的缓释性能非常好，但其生产中使用的溶剂，以及包膜材料本身不可降解，这给其生产和应用带来环境污染，另外因成本较高使得其仅适用于高尔夫球场、苗圃、专业草坪、景观园艺等非农业市场。

从国内外缓控释肥料的发展和应用现状看，包膜包衣类缓控释肥料代表了缓控释肥料的发展方向。不仅是因为其养分释放的灵活性和稳定性，而且更重要的是它可以实现肥料养分释放、土壤养分供应和植物养分吸收三者相互协调和匹配。因而其对提高肥料利用率，减少肥料的施用数量和次数，减轻不合理施肥对环境和农产品的污染，实现农业和环境的可持续发展，建设“资源节约”和“环境友好”的两型社会具有非常重大的实际意义。

我国是农业大国，化肥用量很大。据统计，近年我国化肥的生产和消费接近占世界的30～40％。在我国农业分散经营的条件下要推广应用缓控释肥料，特别是大面积包膜包衣类缓控释肥料，就必须研发出能够应用于大田作物、缓控释效果好、同时价格又低廉的品种。而解决问题的关键是开发性能优良、成本低廉和对环境友好的包膜材料。因此，可降解的高分子材料成为开发此类包膜材料的首选。

可降解的高分子材料主要有光降解高分子材料、生物降解高分子材料和光-生物双降解高分子材料三大类。目前见诸报道的用于缓控释肥料的可降解高分子包膜材料主要是前两种。例如，光降解的缓释肥料用高分子包膜材料国内报道的将有机高分子材料通过物理共混的方式添加少量铁、钴、镍、铈等过渡金属的配合物从而得到一种缓控释肥料的光降解的包膜材料，但因其中的重金属元素极大的限制了其实际的应用(杨绍荣，郑锦容.分解性塑料膜对洋香瓜等作物可食部分吸收重金属含量之探索.中华农学报，1984，(169)：134～144)；另外日本窒素公司上世纪八九十年代开发的乙烯-一氧化碳和乙烯-乙酸乙烯-一氧化碳共聚物等作为缓控释肥料的包膜材料，利用其中不饱和羰基链段的光降解性来达到降解的目的(降解性覆盖膜肥料，CN 87105398A；降解性覆盖膜粒状肥料，CN 87105467A)。生物降解的缓释肥料用高分子包膜材料目前研究的较多的是天然高分子及其衍生物，如玉米淀粉、小麦淀粉和芭蕉芋淀粉等各种淀粉、纤维素、木质素、甲壳素和果胶等多糖类，与另外一些可降解的聚合物材料，如聚乙烯醇、聚乳酸等或其他无机或有机物质进行物理共混，或/和经相关的化学交联、接枝或共聚等，如李东坡等人发明的高取代度醋酸酯淀粉与其他物质复配得到一种缓释尿素包膜材料(一种用于生产包膜肥料的膜材料及其制备工艺，CN101200393A；醋酸酯淀粉包膜控释尿素肥料及制备工艺，CN101200400A)；张玉龙等发明的以壳聚糖、氧化淀粉和聚乙烯醇等共混和交联得到一种可降解的肥料用包膜材料(一种可降解的肥料包膜液及其制造方法，CN200710011218.7)；唐丽华等人也将淀粉经改性后与其他物质共混和交联得到一种尿素的缓释包膜材料(唐丽华，熊汉国，赵琳琳.现代塑料加工，2008，4：16～19)；陈强等以淀粉、壳聚糖、聚乙烯醇为原料，通过共混和交联得到生物可降解的缓释化肥包膜材料(陈强，张文清，吕伟娇.高分子材料科学与工程，2005，3，290～293)；吴春华等人将芭蕉芋淀粉和聚乙烯醇共混交联得到一种缓释尿素的包膜材料(吴春华，安鑫南，刘应隆.南京林业大学学报(自然科学版)，2002，5，21～23)。