2徐祖训315可降解包膜材料.ppt

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1、缓/控释肥料用可降解包膜材料的研究进展,徐祖顺1，陈文求21 湖北大学 材料科学与工程学院，武汉2 武汉诺唯凯生物材料有限公司，武汉2011.03.15,恬镣脖砾幻惜喻育吼茎肠姚差糕养体慑衬东僚蟹腻蚕夫阑曹顾策酌婪帚陈2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,内 容,1.前言2.缓/控释肥料用包膜材料介绍3.可降解包膜材料研究进展4.可降解包膜材料展望5.本课题组研究工作简介,失怜研邪例跪怒滓衫褐咬帽噬筷舜联弹猖玻摈迈垢赋瘩筐芹烈秘乒闷矗鲁2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,中国化肥的生产和消费约占世

2、界的35%-40%，而化肥的平均利用率约为30-35%。肥料的不合理使用和化肥的淋失、转化、挥发等带来的后果：严重的资源浪费巨大的经济损失更重要的是对大气、土壤、粮食和人体造成了造成严重的污染。,1 前言,因此，如何把肥料应用与农作物的产量、质量以及环境保护有机地结合起来，已经成为肥料领域特别关注的焦点。,飘膛猖蜜宦滁迅滞家狂褥授释领泡鲜沥帅落锨近建裂尉弧藏哨氰锚特柒齿2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,土壤酸化,土壤盐碱化,生物多样性下降,湖泊富营养化,对环境和生物的污染,水体污染,七澎契百妄妮仑钒太挠瞥巷馒敲妆艳俞拈柞纹巴艳殆霍哉宜吩趁意杰

3、架日2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,硫磺包衣材料,聚合物包膜材料,热固性树脂包膜材料,热塑性树脂包膜材料,2 包膜型缓/控释肥料的包膜材料介绍,主要问题是：成本/价格高硫包衣 2倍，聚合物包膜 3-8倍残余包膜材料污染环境特别是聚合物包膜材料的降解时间 超长，环境存在二次污染风险。,无机矿物质类,辣炬玄缕癸垒诧惮茫医渺浴魔努乡斯甜咋榴瘩粒啼城誓陇骆多纲好圭吕任2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,2.1 无机矿物质类包膜材料,主要有：磷酸盐类磷酸镁铵、钙镁磷肥、钙镁钾肥以及磷矿粉等；硅酸盐类硅

4、酸钾肥；以及聚磷酸铵类、微溶性的金属磷酸铵钾盐等。,优点：材料来源广泛、价格低，肥料养分释放完了以后，残留在土壤中空壳能够自行破碎，不仅对土壤环境无污染而且还有改善土壤结构、提供某些微量元素的作用。,尚琢卖舍狸呵狠啪奥伐阜救贱嗜赴傻诸蜡搐沤拒修熏藉入颖嵌酌底蚕沟赂2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,2.2 有机高分子类包膜材料,1964年美国ADM公司率先研制高分子树脂包膜肥料，此即为现今国际上第一大品牌的树脂包膜型控释肥Osmocote。该包膜材料属热固性高分子树脂，为醇酸树脂和聚氨酯类树脂在肥料表面交联固化形成疏水的聚合物膜。现今研究最多的

5、是将热塑性高分子树脂溶解在有机溶剂中形成包膜溶液，然后喷涂于肥料表面经干燥形成致密的聚合物膜。优点：缓/控释性能好，包膜肥料的供肥性可以与作物的需肥规律一致。缺点：聚合物溶液中有机溶剂的污染 对设备的密封、溶剂的回收都 有严格的要求。残余包膜材料污染环境 特别是聚合物包膜材料的降解时间 超长，环境存在二次污染风险。,传昧尿瘴杂指捐絮透哄姨惭掳肪月瞳往氓怂舌匹肚钮仲流划哎七丙勇溯浦2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,近年来，以聚合物乳液包膜材料制备缓/控释肥料有许多优点，首先该包膜材料以水为分散介质，在生产和使用过程中不会造成有机溶剂污染，也避免

6、了因有机溶剂的使用带来的成本增高问题；同时其包膜过程中只需要脱除水分，不存在对设备的严格密封和溶剂回收等问题。整个生产过程和包膜工艺简单，绿色环保，普通转鼓设备即可完成，易于实现大批量生产。因此，以聚合物乳液来包膜肥料被称为“绿色”生产工艺，即将成为聚合物包膜肥料的发展方向。该工艺虽然解决了溶剂的污染，但残余包膜材料对环境的污染问题仍然存在。而且此类包膜材料在包膜过程中容易粘结，在使用过程中膜层又变脆“冷脆热粘”。,烟扯顿卷岿姨嚷惯谱和炼慢别誉链膘胆泵枚巡鄂八柴哑卑歧代哨蔼房棠勘2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,我国是农业大国，化肥用量很大。

7、将缓/控释肥料在我国进行推广，必须研发出能够应用于大田作物、缓/控释效果好、同时又工艺简单、产量高、成本低的缓/控释肥料。而解决问题的关键是开发对环境友好、性能优良和价格低廉的包膜材料。因此，可降解高分子材料成为开发此类包膜材料的首选。,3.可降解包膜材料研究进展,郸滤姑伏恤俗棱浅慎腥惶射癣霸抓伯吨拈鼠枚撒锯湃炙醉揖昆粥伶鹊据足2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,光降解类,降解高分子,生物降解类,淀粉添加剂:St+PE、St+PVA、St+PVC 等,天然大分子:淀粉、聚糖、纤维素等,合成聚合物,生物合成:普鲁兰、聚-羟基丁酸酯等,化学合成:聚

8、乳酸、聚己内酯等,添加光敏剂型:金属配合物,化学合成:羰基聚合物、Et/CO,淀粉+光敏剂光降解树脂,光-生物双降解类,可降解高分子材料的分类,己贞濒物渝畸瘪蠢骚奏蝎荣颇敬兴宽惨娠佐宿捣骨啤瘫左迁殉复柿皋耪笔2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,通过物理共混的方式在高分子材料中添加少量的光敏感剂（即光降解剂），由这些光敏感剂诱使其发生氧化从而达到降解的目的。或者是通过共聚的方式，将适当的可降解的链段导入高分子材料的结构中以赋予其光降解的特性。这些高分子可以是氨基树脂、聚乙烯醇及其共聚物的缩醛树脂等中的一种或一种以上。,3.1 光降解高分子材料,路

9、漾疑佰鹊狈柒掘逗腺规酬浇碟矩烈曾铬涡置蕾券愤噶赖凿忧轰郸芍花孩2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,已见报道的有效光降解剂有铁、钴、镍、铈等过渡金属的配合物、含双键的有机化合物。但因其中的重金属元素极大的限制了其实际的应用。例如，将添加有上述光降解剂的树脂型包膜材料在户外暴露8个月，以推算其残膜在土壤中的降解时间。结果发现：对照样品残膜降解90%的时间为105年，而试验样品残膜降解90%只需21年，降解时间缩短80%。,涡架盟尺簧份爹冗畴女叔尚氏毋悠沉劫窟阶寅垂劳冠谴满孟努饯禹铸四萧2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3

10、-15可降解包膜材料,表1 添加光降解剂的缓/控释肥料包膜材料户外暴露前后相对分子质量的变化,表2 添加光降解剂的缓/控释肥料包膜材料残膜降解所需年限,杏礼讽喷霖忻厨非闭努疯瞳丘进汉饮咱印矮翰浆禹冠窍频鹅瞅痞辖豪觅茂2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,另外含有上述光降解基团的有机高分子亦可开发为肥料的可降解包膜材料。例如日本窒素上世纪八九十年代开发的乙烯-一氧化碳和乙烯-乙酸乙烯-一氧化碳共聚物等作为肥料包膜材料。,基体树脂：Et-CO、Et-VAc-CO填料：滑石粉、粘土、硅藻土、硅石、金属硅酸盐、碳酸钙、硫磺、金属氧化物和淀粉等。,制得固含

11、量为2.5 wt%包膜液料包膜肥料的包壳六个月降解在90%以上。,金家气窖兆叭集沪栽瑚肇写毫涎若烘乱蹬姬室甥弃戴啼捧伯凋昼豹撼淀预2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,目前研究较多的是天然高分子及其衍生物，如各种淀粉、纤维素、木质素、甲壳素和果胶等多糖类为主要基体材料。优点：不仅来源丰富，价格低廉，而且对土壤和水源没有污染，生物可降解，可以减轻对石油系列产品的依赖。,3.2 生物降解高分子材料,顿蓑静贩涵召命翱哄源貉细栓拾伪拘谨瑚钡挝盟拣塞芭难酌瘩赁猩都模篓2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,淀粉

12、/聚乙烯醇共混改性包膜材料在土壤中暴露50天的失重情况,将其与一些可降解的聚合物材料，如聚乙烯醇、聚乳酸等或其他无机或有机物质进行物理共混，或经相关的化学交联、接枝或共聚等方法制备出生物可降解、无环境污染的复合包膜材料。,肖菊蹬贼软臆尊盼痢恭稿殖拯瓦眯激么蝎董琅舱者辊邻牧贾者括嘲劝晒阔2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,除此之外，一些低分子量的有机高分子包膜材料在土壤微生物或/和自然光的作用下亦可实现降解。,据国内外的资料报道，高分子材料的分子量低于3000以下为被微生物分解的界限；而相对分子量低于4000-4500时，光降解的残膜碎片可以被多

13、种微生物降解。,栋沾莹塑轧姨床冤腊涉机长闪熄嚷廓赖气盟门绢邪戌猫庐郊梭反蝉朴回爸2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,在通用高分子材料（如PE）中添加光敏剂、自动氧化剂和作为微生物培养基的生物降解助剂等途径而制备。它由于具有光、生物双降解功能，不仅使材料的降解可控性提高，同时还克服了单纯光降解材料在阳光不足或非光照条件下难降解的问题，也克服了单纯生物降解材料在非微生物环境条件下难降解的问题。所以将这类材料开发成为缓/控释肥料包膜材料是近年来国内外研究开发热点之一。,3.3 光-生物双降解高分子材料,念甸踩技邱拜屑证努诞稿愁湘薄母挽俄肚芜弄薄专赎浑

14、纷妊垂躁途拙靠侠2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,光-生物降解高分子材料可分为淀粉型和非淀粉型两大类型，目前采用淀粉作为生物降解助剂的技术比较普遍，即以淀粉作为生物降解助剂与光敏剂母料混配的复合技术。当前国外开发的主要产品如美国Ampact公司的Polygrade系列和加拿大St.Lawrance公司的Ewster母料等。但由于该技术主要采用光敏剂母料和由淀粉母料混配的复合材料，完全降解性等效果不够理想，安全性还有待进一步研究，因此尚处于研究开发阶段。我国目前开发的以聚乙烯为基础料，添加相关光敏剂和含有N、P、K等多种化学元素来生产一种可控降

15、解的农用地膜。,紊褐泰沪稚填氟慑布筛俘肯蜜促蓖滞椎吵淌松根泪第吗惺苟看蚤辫畅邹跋2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,目前我国缓/控释肥料用可降解包膜材料的开发和应用还存在一些问题：（1）市场推广应用困难包膜材料成本相对偏高、包膜 成本高。（2）降解技术尚不成熟很难准确控制其降解的时间。（3）材料的降解标准和评价方法不完善国际上缺乏统 一的定义、试验评价方法、识别标志和 产品检测技术。,4 可降解包膜材料展望,闯摸嫡霍扦闯汀丁赂续傻缩阅适蚀蹄篙咨换瘦绘诈躲卞洱噎鸟挑呢宠羽改2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降

16、解包膜材料,我国可降解包膜材料的降解性应定位在崩坏型降解，同时不排斥完全降解。在维持现有的多元化可降解包膜材料的基础上，重点加强对各种天然的可再生资源的利用，大力发展生物可降解包膜材料。,计砖便瘫前甚毁统靳会截访诈这孵翁脑乡往怂衡怕鬼趋氧历蒲变岗儿微邹2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,5 本课题组研究工作简介,水基天然高分子包膜材料,选用一些来源广泛，价格低廉，而且可生物降解，对环境和作物无污染的天然高分子及其衍生物为主要原材料，通过一系列物理和化学方法开发了一种缓/控释肥料（尤其是经济价值较高的尿素、磷酸二铵和复合肥）用可降解包膜材料；,该

17、包膜材料以水为分散介质，其包膜过程中只需要脱除水分，不存在对设备的严格密封和溶剂回收等问题，绿色环保，生产过程和包膜工艺简单，普通转鼓设备即可完成，易于实现大批量生产。,欠姐簿舆喊互侧羡鳞唯刁调撑糟抿崭即艳吝竭韧亿凰定叭碍疼蜂城冗堪放2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,工艺流程,轿孕购踞究谱页闭时隔蛹最既遁蹋醋胳博车皱启绦容教歼懊井匹盲胳翠卓2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,浸泡5天,浸泡7天,袱宛旬戈哗眠耙绍葛栓翼裴矮脾边菏惶扛炭贵付衍兑苏淆略锚徘摩彦遣蛙2-徐祖训2011-3-15可降解包

18、膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,浸泡液初始电导约为305310 s/cm，2g包膜复合肥的粉碎样品在100 mL自来水中全溶后溶液的电导为7000 s/cm以上。,鹰家俭犊桐灰浮圆跋蘸杉瞬寥九币码硼疲啪舶椎挨尸馈服级莲刨经傣抨淮2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,优点：生态环保 天然可降解型包膜材料，减少肥料 对农业面源和水体的环境污染；缓释性好 作物的有效态养分在土壤中缓慢释 放，提高肥料利用率；价格低廉 原材料成本和生产成本远低于合成 高分子类包膜肥料；性价比高 性价比高于国内外同类产品；增产增效 减少施肥数量和施肥次数，延长肥 效，持续为植物生长期提供养分。,庚晶跌率竿件峭罐炽讥辩恭耿千爱绅悦驾缓侥分刁阎垄显唐盔妓渭熏狡困2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,谢谢欢迎指正,旭娜虹负茸鹅晦着缸摇沧瘁宽板苹左秘揉庞尖挞派隅灸姿但现牡晤碧瓮炭2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料2-徐祖训2011-3-15可降解包膜材料,