聚氨酯緩控釋肥制備研究

黃宏彬 （海南省東方市海洋石油富島有限公司復合肥部）572600）

當前人口快速增長，人口與糧食之間的矛盾也越來越突出，因此解決糧食增產問題已經成為各國關注的焦點。化肥對提高糧食產量有著至關重要的作用，但是化肥的利用率低造成了大量資源的浪費，一直是一個需要解決的問題，因此，提高化肥利用率，減少因大量施用化肥造成的環境污染和能源浪費，發展可持續高效農業獲得了許多學者的關注，掀起了緩控釋肥的研究熱潮。

一、緩控釋肥

緩釋肥和控釋肥是兩個不同的概念。控釋肥料主要以顆粒肥料（單質或復合肥）為核心，表面涂覆一層低水溶性的無機物質或有機聚合物，或者利用化學方法將肥料均勻融入分解在聚合物中，形成多孔網絡體系，并根據聚合物的降解情況而促進或延緩養分的釋放，使養分的供應能力與作物生長發育的需肥要求相一致的一種新型肥料。包膜控釋肥料是其中的一大類。而緩釋肥料是指肥料施入土壤之后轉變為植物有效態養分的釋放速率遠遠小于速溶肥料，在土壤中能緩慢釋放出其養分，它對作物具有緩效性或者長效性，只能延緩肥料的釋放速度，不能達到控釋的目的。因此從廣義上來講，緩釋肥料是控釋肥料的初級形式。包膜型緩控釋肥料是當前研究的重點與熱點，最長用的膜材料就是聚氨酯。聚氨酯材料及其改性物質具有貯存穩定、耐水性、耐溶劑性以及耐老化性能等多種性能，因此在緩控釋肥料的制備中有非常重要的應用。包膜型緩控釋肥料的制作工藝并不復雜，包括加熱、噴涂、干燥等環節，主要目標就是在肥料顆粒表面噴涂一層或者幾層有機聚合物或者無機物，從而在肥料表面形成致密的低滲透性的膜，從而能夠達到控制肥料中的養分通過膜向外部逐步擴散的目的。

二、聚氨酯緩控釋肥制備的研究進展

近些年，關于聚氨酯緩控釋肥料的制備及性能研究有許多，并且取得了一定的研究成果。

燕山大學李青山等人利用多亞甲基多苯基異氰酸酯和多羥基化合物按照高分子設計配方在尿素表面進行反應成膜，制備了聚氨酯緩控釋肥，其緩釋時間能夠達到40-50天。之后，該研究還對不同包膜量的聚氨酯膜層的分子結構、緩釋期、形貌等進行了詳細的分析。該研究中利用紅外光譜技術對聚氨酯膜層內部的分子結構進行了表征，利用掃描電競對膜層斷面外觀形貌進行了表征，并且控制一定的溫度，測試了緩控釋肥的肥效，結果表明，該聚氨酯膜層對緩釋期的長短有直接的影響，并且能夠有效的提高膜層的阻水性能，延長緩釋期。

周桂南等人利用異氰酸酯與聚氧化丙烯二醇合成了聚氨酯，在用其包裹尿素，從而制備了聚氨酯包膜尿素肥料。該研究中還利用比色法對所制備的聚氨酯包膜尿素的緩釋曲線進行了研究，并且對異氰酸酯與羥基摩爾比、反應方式、包膜率、異氰酸酯、聚氧化丙烯二醇分子量等因素對包膜尿素緩釋性能的影響進行了詳細的考察。實驗結果表明將異氰酸酯、丙酮和尿素在50℃下攪拌反應1h后，在加入聚氧化丙烯二醇，60℃下反應2 h得聚氨酯包膜尿素的反應方式最為理想，異氰酸酯與羥基摩爾比在1:1時能夠獲得性能理性的包膜，包膜尿素的溶出率隨著包膜率的增大而降低，效果最佳的包膜率為百分之三十。該工藝制備的聚氨酯緩釋肥料鞥夠達到歐洲標準委員會對緩釋肥料的標準。

中國科學院的王亮等人對水性聚氨酯包膜肥料進行了研制，并且對其釋放性質進行了評價。該研究中利用水性聚氨酯作為包膜劑，石蠟作為封閉劑，利用轉鼓包衣工藝制備了包膜肥料，并且利用土柱淋溶法和水培法對其進行了緩控釋性能評價。實驗結果表明，利用水性聚氨酯包膜的六種緩控釋肥料中，CR F-B1的初期溶出率最高，能夠達到百分之五十五以上，而其他五種均低于百分之四十，能夠很好的達到緩控釋肥的標準。其中效果名顯的有CR F-A 3、CR F-B3兩種肥料，分別能夠達到百分之十三和百分之十九。另外，通過對水性聚氨酯用量的考察發現，6%用量的效果最為理想，并且水性聚氨酯的成膜性能良好，在條件適宜的情況下能夠形成致密連續的肥料包膜，從而很好的控制養分的釋放。

山西化工設計院的宮濤等人利用無溶劑噴涂成型法制備了聚氨酯包膜緩釋肥料，并且詳細討論了噴涂比例對包膜量以及耐磨性對包膜肥料緩釋性能的影響。實驗結果表明，隨著包膜量的增加，包膜肥的初溶率和微溶率呈現下降的趨勢，其緩釋期得到延長，并且包膜量越大，包覆層越厚，緩釋效果越好。最終結果顯示聚氨酯預聚體與擴鏈劑的噴涂比例在7.5:1，實際包覆量為7.23%，包膜緩釋肥的緩釋效果比較好，并且該研究中利用掃描電鏡對包膜肥料的顆粒表面、剖面以及釋放后的包膜材料表面情況進行了表征，并且與日本產的包膜肥料顆粒進行了對比。結果表明該實驗中得到的包膜肥料成品表明光滑，均勻度和耐磨性能好，優于日本產的包膜肥料，并且產品能夠達到歐洲標準化委員會提出的初溶率和微溶率的要求。

結束語

肥料是農業生產中最大的物質投入，對提高農作物產量有著非常重要的影響。聚氨酯緩控釋肥料是一種養分能夠進行緩慢釋放的新型肥料產品，近十年來，緩控釋肥料的研究在中國有非常明顯的發展，取得了許多的可喜結果。聚氨酯緩控釋肥料是21世紀肥料發展的方向，其良好的性能已經顯示出廣泛的應用前景。在今后的研究中，對聚氨酯進行改性，獲得性能更加符合實際需要的膜材料仍然是研究的重點方向，希望在相關學者的努力之下，能夠研究并開發出更多的性能優良的緩控釋肥，為提高我國農業生產水平作出應有的貢獻。

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