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淀粉基缓释化肥包膜材料的研究

赵琳琳  
【摘要】: 为大幅度降低包膜化肥的生产成本,扩大其应用范围,研制和筛选新型、高效、廉价的包膜材料已成为目前研究的主要方向。本论文提出了制备淀粉基缓释包膜材料的新思路:以玉米淀粉为主要原料,对其进行乙酰化改性以改善原淀粉加工性能、力学性能及与高聚物的相容性;分别将乙酰化淀粉与高聚物聚乙烯醇(PVA)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物熔融接枝马来酸酐(EVAMA)共混制备包膜材料;由尿素溶出率实验快速评价包膜材料的透过性;由水中溶出率实验研究包膜化肥的缓释效果。 本论文的主要结论如下: 1.对低取代度乙酰化淀粉(LSA)的性质研究表明,随着取代度的提高,LSA的糊透光率增加,抗剪切力增强,冻融稳定性得到改善。DSC分析结果表明,与原淀粉相比,LSA热稳定性有所提高。 2.实验结果表明,在DS≤0.13时,随着取代度的提高,LSA/PVA共混膜的透光率逐渐提高,说明二者具有良好的相容性。 3.以膜的吸水率和拉伸强度作为综合评价指标,由正交实验确定了制备LSA/PVA复合膜的最佳配方:以LSA用量为基准,PVA用量85%,纳米二氧化硅(n-SiO_2)用量5%,六次甲基四胺用量14%,甘油用量12%。红外图谱表明,n-SiO_2与PVA和LSA结合成立体网状结构。DSC分析和SEM观察结果表明,经过n-SiO_2改性后,LSA和PVA的相容性得到改善,膜的热稳定性提高。显微镜观察表明,该膜具有较好的生物降解性,可以在短期保持内含物如化肥的控制释放能力。 4.将微波催化技术应用到制备高取代度乙酰化淀粉(HSA)的工艺中,实验结果表明,使用微波辐射催化技术,可以加快反应速度,缩短生产周期。对HSA的性质研究表明,HSA具有很好的脂溶性。DSC分析和X衍射实验结果表明,与原淀粉相比,HSA热稳定性显著提高,结晶度明显下降。 5.用马来酸酐(MAH)熔融接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)制备EVAMA。红外图谱表明,经改性后,MAH已接枝到EVA分子链上。 6.Molau实验表明,HSA和EVAMA具有良好的相容性,EVAMA在乳液中起到了类似乳化剂的作用。在DS≤2.2时,随着取代度的提高,HSA/EVAMA共混膜的拉伸强度逐渐增大。 7.以膜的吸水率和拉伸强度为综合评价指标,由正交实验确定了制备HSA/EVAMA共混膜的最佳工艺条件:以HSA用量为基准,EVAMA用量180%,甘油用量10%,压膜温度190℃。X衍射实验表明,EVA经改性后,使共混物的结晶度明显下降,两者相容性得到改善,从而改善了材料的力学性能。SEM观察表明,共混膜两相界面变得模糊,分散更加均匀。显微镜观察表明,该膜具有一定的生物降解性,但会延续很长时间,可以长期保持内含物如化肥的控制释放能力。 8.用对二甲氨基苯甲醛比色法初步研究了包膜材料对尿素的透过性。结果表明,乙酰化淀粉复合膜材料具有一定的控制释放性能。当LSA/PVA复合膜厚度大于0.193mm时,尿素的累积透过率有明显的下降,并且随着时间的延长,累积透过率变化很小。在厚度相近的情况下,HSA/EVAMA共混膜的累积透过率较低,表明该膜的透过性较差。 9.采用电导法研究了包膜化肥在水中的养分溶出情况,结果表明,温度对包膜化肥在水中的养分溶出率有显著影响。随着温度的升高,养分溶出率不断增大。LSA/PVA系列包膜化肥在水中浸泡一个月后累积释放速率达到93%左右,HSA/EVAMA系列包膜化肥在水中浸泡一个月后累积释放速率达到80%左右。说明HSA/EVAMA系列包膜化肥可在相对较长时间内保持化肥的控制释放能力。


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