[发明专利]一种填充温敏性聚合物纳米粒子的精准控释膜材及其应用

说明书

本发明涉及农业新型材料领域，具体提供了一种填充温敏性聚合物纳米粒子的精准控释膜材及其应用，所述温敏性聚合物纳米粒子以温敏性聚合物单体在引发剂和交联剂的作用下聚合而成，然后将该温敏性聚合物纳米粒子加入包膜肥料膜材中，制备温敏性可智能控释的控释膜材，使用时通过温度的响应变化即可精确控制包膜肥料的释放速率，保证温敏智能膜材在作物适宜的温度下(20‑30℃)对水分和养分相对释放较快，温度过低或温度过高条件下对水分和养分相对释放较慢，从而通过调控温度将包膜肥料的养分释放规律与作物生长需肥规律完美结合，可以显著提高肥料利用率，达到包膜肥料温敏智能控释的目的。

技术领域

本发明涉及农业新型材料领域，具体提供了一种填充温敏性聚合物纳米粒子的精准控释膜材及其应用。

背景技术

包膜肥料，可以大幅度提高养分利用率，对粮食的增产和稳产具有积极的推进作用，在农业生产中具有重要作用与意义。据统计，我国每年包膜肥料的产销量超过2100万吨，农业施用量可达315万吨，累计推广面积约5.25亿亩左右。虽然包膜肥料可以极大提高粮食产量，但是由于商业化的包膜肥料无法对温度产生响应，无法实现养分释放随温度变化响应的智能控释功能，这导致包膜肥料的养分利用率仍然有待提高。

商业化包膜肥料的释放原理是：水分渗透进入包膜肥料膜壳内部，造成肥料溶解形成高浓度尿素溶液，因此在膜壳内外形成高的压力差，进一步的吸水从外界环境中吸收水分，从而造成膜壳膨胀破裂，在膜壳上出现许多微小孔隙，养分通过孔隙持续释放到外部环境。因此，包膜肥料膜壳一旦破裂，不管作物是否需肥，养分会持续释放，无法做到养分的智能控释，这是制约包膜肥料产业发展的瓶颈问题。因此，解决上述问题，已成为国内外研究的热点和难点问题，对于大规模的推广使用包膜肥料具有重要的意义。

温敏性聚合物是可以与温度发生响应而改变其透水性的一类智能聚合物。将温敏性聚合物纳米粒子添加入包膜肥膜壳，使膜壳具备温敏功能，可以随着温度变换而调控其孔径的透水性和养分控释特性，是实现包膜肥料智能控释的一种有效方式。目前温敏性聚合物在缓控释药物(201110147125.3、201310477059.5、201310178489.7、201910289444.4)、缓控释聚合物(201610361343.X、201710402044.0、201410047054.3)、缓控释农药(201711170658.7、201910195232.X)、温敏抗冻材料(201510168812.1)、温敏缓释肥(201410314972.8)等方面有所应用。以上技术主要是通过将药物、农药、肥料粉末等物质，与温敏性聚合物共混，经过系列工艺，将药物、农药包埋到温敏性聚合物内部，得到内部填充药物、农药的温敏微纳米级微球、聚合物等。但是，上述专利产品存在以下缺点：膜壳用量极大，用量最高可达70％，生产成本极高，不利于该类微纳米级微胶囊缓释产品的大规模推广应用。

专利201510975327.5使用芯层(10～20重量份的生物炭和50～60重量份的营养成分)和膜层(15～30重量份的多孔温敏性聚合物和5～10重量份的保水剂)，制备了温敏性聚合物控释的微生物肥增效剂。专利201610420250.X使用肥料核芯(水溶性颗粒肥料)和温敏性膜层(聚苯醚6-10％，聚环氧丙烷40-55％，交联剂0.2-5％，余量为甘油三月桂酸酯)制备了温敏性包膜材料和温敏性包膜肥料。虽然上述专利产品使用温敏性聚合物制备而成，但是存在以下不足：(1)膜材100％全部为温敏性聚合物，温敏膜材占肥料总质量的比例可达50％，由于该类聚合物价格昂贵，导致专利产品价格过高，产品无法进行产业化生产和应用；(2)上述采用的温敏性聚合物的对温度的敏感度太低，达不到智能的效果。例如：专利201610420250.X制备的肥料，在冬季温度低时，包膜肥料正常释放，其他相对高温季节极少或者释放较慢。也就是说给该类肥料仅仅在温度低(5℃)的时候养分释放，温度高时(5℃)释放较慢，达不到智能调控养分释放的目的。由于影响包膜肥料养分释放的因素很多，正常情况下达不到温度升高、养分释放率降低的效果；(3)上述产品的养分控释期极短10天，无法满足农业领域作物较长生长期的需肥特性。