面向缓/控释肥料应用领域的PLA基多孔膜的制备及表征

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dukewyh
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化学肥料(简称化肥)自发明问世以来,颠覆了传统的种植方式,极大地提高了农作物的生产率。但随着化肥的推广,养分过量流失导致肥料利用率低、土壤和水体被污染等问题影响了农业的可持续发展。为此,缓/控释肥料的出现极大地改善了肥料利用率低和环境污染等问题。但由于其广泛使用石化材料作为包膜材料,导致缓/控释肥料价格相对较高,从而使其局限于花卉种植、球场护理等高端领域。此外,石化材料降解不完全还会导致土壤“二次污染”。聚乳酸作为天然高分子材料,具有强度高、成本低、能完全降解和生物相容性好等优点。为了开发成本低廉、可完全降解的用于缓/控释肥料的包膜材料,本文以聚乳酸(PLA)为膜基材,以醋酸纤维素(CA)或改性壳聚糖(CS)—O,O-月桂酰壳聚糖为添加剂,以PEG或纳米Si O2为致孔剂,通过浸没沉淀法(NIPs)制备PLA基多孔缓/控释膜用于包膜缓/控释肥料。本论文研究内容共计分为四章:第一章为绪论部分,简要介绍了缓/控释肥料的研究背景、发展历史和国内外研究现状,介绍了聚乳酸、醋酸纤维素和壳聚糖的结构、性质及应用,介绍了本论文的研究意义及主要内容。。第二章主要研究了聚乳酸/醋酸纤维素多孔膜及包膜肥料的制备与表征。首先,将醋酸纤维素(CA)添加到聚乳酸(PLA)溶液中制备不同配比的PLA/CA混合溶液中,然后在PLA/CA混合溶液中添加致孔剂聚乙二醇(PEG)或纳米Si O2,并通过浸没沉淀法(NIPs)成膜,主要考察醋酸纤维素含量、致孔剂含量及其种类对PLA膜性能的影响;其次,选取具有代表性的膜液包覆尿素颗粒制备包膜肥料并对其释放性能加以计算分析。结果表明:加入醋酸纤维素后,PLA/CA膜的孔径大小没有明显影响,但表面孔数量减少,膜的亲水性、渗透性能和柔韧性得到明显改善,但力学强度相对降低;致孔剂纳米Si O2和聚乙二醇的加入同样会导致膜表面孔数量减少,但表面及内部的孔径都有明显增大;随着纳米Si O2和聚乙二醇质量分数的增加,所得膜相较于仅添加醋酸纤维素的膜亲水性、渗透性能和柔韧性进一步改善,但力学强度也进一步降低;此外,通过计算分析可知所制得的包膜肥料的释放性能符合参考文献中的数学模型,且同时添加醋酸纤维素和致孔剂纳米Si O2或聚乙二醇的包膜肥料与只添加CA的包膜肥料相比,释放性能明显提高。第三章主要研究了聚乳酸/O,O-月桂酰壳聚糖(OCS)多孔膜的制备与表征。首先,以月桂酰氯和壳聚糖作为原材料、甲烷磺酸作为反应介质制备O,O-月桂酰壳聚糖,并对制备产物进行表征确认O,O-月桂酰壳聚糖是否合成成功;然后,将添加剂O,O-月桂酰壳聚糖、致孔剂聚乙二醇(PEG)或纳米Si O2与聚乳酸共混,并通过NIPs法成膜,考察O,O-月桂酰壳聚糖含量以及致孔剂种类对多孔膜性能的影响。结果表明,PEG作为致孔剂的膜表面出现球粒状突起,并且随着O,O-月桂酰壳聚糖质量分数的上升,球粒面积扩大并融合成包状突起,其内部膜孔分布距离延长,孔深度也逐渐增加;Nano Si O2作为致孔剂的膜表面出现由团聚纳米Si O2堵塞的微孔,且随着O,O-月桂酰壳聚糖质量分数的上升,孔径变化不大,膜内部孔径缩小;释放性能方面,随着O,O-月桂酰壳聚糖质量分数上升PEG作为致孔剂的膜呈现下降趋势,Nano Si O2作为致孔剂的膜则无明显规律。第四章为全文总结,研究结果表明:NIPs法制备的PLA/CA多孔膜配合致孔剂聚乙二醇或纳米Si O2能够有效改善聚乳酸材料本身降解性能不足以及柔韧性较差等缺点,通过该系列膜制备的包膜肥料拥有规律的释放行为,不足之处是聚乳酸本身的强度得到降低。而PLA/OCS多孔膜由于相转化过程减慢导致无法有效改善聚乳酸材料的缺陷,仍需今后进一步研究。
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