[发明专利]笼型倍半硅氧烷改性原位反应成膜型包膜控释肥及其制备方法

说明书

本发明公开了一种笼型倍半硅氧烷改性原位反应成膜型包膜控释肥及其制备方法。该包膜肥料，由肥料颗粒和包裹在所述肥料颗粒表面的纳米复合包膜层组成；其中，所述纳米复合包膜层材料所用原料包括异氰酸酯、多元醇、含笼型倍半硅氧烷的助剂。本发明提供的包膜控释肥利用粒径约为1‑10nm的含笼型结构的纳米粒子表面的官能团类型和个数的不同，通过化学键合改性的方法制备包膜率低且控释性能优良的POSS改性原位反应成膜型包膜控释肥。

技术领域

本发明属于控释肥料领域，涉及一种笼型倍半硅氧烷改性原位反应成膜型包膜控释肥及其制备方法。

背景技术

包膜控释肥是指能够根据植物不同生长阶段的营养需求特点，调节养分的释放速率及供应强度，使其养分释放模式与作物吸肥同步的新型肥料，不但提高了肥料的利用率，而且减少了化学肥料对环境造成的污染。

包膜的构成与性质直接影响养分释放的模式和时间，因此，在包膜控释肥料的研制中，核心之一是包膜材料的筛选与优化。根据介质的不同，聚合物包膜材料可分为有机溶剂型、水型及无溶剂型等三种主要类型。有机溶剂型是将热塑性树脂高温溶解在有机溶剂后，喷涂到肥料表面成膜制成。由于包膜液中含有大量溶剂，在制备过程中对设备密封和溶剂回收等有严格要求，所以其应用受到制约。

水型的生产虽然采用的是绿色生产工艺，但是水基聚合物包膜剂的研发尚存在一些不足。一方面，目前的包膜剂溶液形成膜层的水渗透性较强，控释效果不理想；另一方面，包膜过程中水分在颗粒表面容易形成高湿性环境，部分肥料溶解再结晶将导致聚合物膜层严重受损，从而破坏控释效果。

近十年来，国内外越来越多的研究单位将重点放在无溶剂原位反应成膜上，即将小分子单体直接在肥料表面反应成膜制备包膜控释肥，设备简单且易实现连续化。Bortoletto-Santos等采用蓖麻油制备了聚氨酯包膜控释肥，包膜率约为4％时，肥料释放期为40天。杨越超等采用废煎炸棕榈油为包膜原料制备包膜控释尿素，与常规生物基包膜控释尿素相比，其控释期从50天延长为80天；该团队采用玉米秸和羽毛粉的液化产物制备的保水控释双层包膜具有延缓氮素释放和增加保水性的双重功效。张民等研究了淀粉、小麦秸秆、废纸的液化产物与固化剂原位反应制备聚氨酯包膜或复合包膜控释肥，该类包膜在土壤中具有良好的降解性。

虽然研究者们已对原位反应成膜型包膜控释肥进行了大量的研究，但是在制备过程中仍存在一些难点：当包膜率(包膜在控释肥中的质量百分含量)低于5％时，膜层微观结构对包膜肥料性能的影响变得尤为突出。要想制备同时具备良好控释性和低包膜率的原位反应成膜型包膜控释肥仍存在一定的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种笼型倍半硅氧烷(polyhedral oligomericsilsesquioxane，POSS)改性原位反应成膜型包膜控释肥及其制备方法。针对现有技术中当包膜率低时，膜层质量差的问题，利用含笼型结构的纳米粒子表面的官能团类型和个数的不同，通过化学键合改性的方法制备成膜性优良的POSS改性原位反应成膜型包膜控释肥。

本发明要求保护笼型倍半硅氧烷或笼型倍半硅氧烷和助剂在制备肥料中的应用；

本发明还要求保护含有笼型倍半硅氧烷的肥料或含有笼型倍半硅氧烷和助剂的肥料。

具体的，所述肥料为包膜控释肥；具体为聚合物包膜控释肥；更具体为所述原位反应成膜型包膜控释肥；

所述笼型倍半硅氧烷(POSS)的分子式为(RSiO_3/2)_n，其中，n为7或8；R选自羟基、聚乙二醇基和异氰酸酯基中至少一种；所述笼型倍半硅氧烷具体选自三羟基-七异丁基POSS、三硅醇基异丁基POSS、聚乙二醇基POSS、异氰酸酯基POSS中至少一种；所述笼型倍半硅氧烷(POSS)的粒径为1-10nm；