纳米SiO2–聚乙烯醇–γ聚谷氨酸复合膜材料制备及其性能研究

作者：白杨; 陈松岭; 范丽娟; 杨明; 邹洪涛^*; 张玉龙

来源：植物营养与肥料学报, 2019, 25(12): 2044-2052.

• 改性聚乙烯醇
• γ聚谷氨酸
• 纳米二氧化硅
• 复合膜材料
• 红外光谱分析

【目的】聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)作为缓释肥包膜材料具有价格低廉、透性好、环保、少残留的优点,但耐水性能差,制成包膜肥料进入土壤后缓释效果不持久。γ聚谷氨酸(γ-PGA)是一种原料易得的肥料增效剂,利用纳米二氧化硅(nano-SiO2)和γ-PGA对聚合物PVA进行改性,并用改性后的PVA制备了缓释材料,优化nano-SiO2、γ-PGA和戊二醛的配比参数。【方法】试验采用三因素三水平L9(33)正交设计,三因素三水平是PVA浓度(因素A) 4%、6%、8%,γ-PGA与PVA的质量配比(因素B) 0.8∶3、1∶3、1.2∶3,戊二醛占PVA与γ-PGA体积之和比例(因素C) 0.1%、0.2%、0.3%,以不添加戊二醛的9个处理做对照。用有机高分子聚合法制备复合膜,分析了不同原料配比制备的膜材料的吸水性和渗透性能,找出最优原料配比。在此基础上,在上述包膜材料中分别加入5、10和20 g/kg的nano-SiO2和少量无水乙醇制成复合膜,测定复合膜材料的吸水率、渗透率,分析了膜的红外光谱特征和表面微观结构变化,探讨其改性成膜机理。【结果】加入交联剂戊二醛后,复合膜材料的吸水率和渗透率均显著降低。当PVA浓度为4%,γ-PGA与PVA质量比为1.2∶3,戊二醛体积分数为0.3%时,复合膜材料的吸水率最低,为118%,铵离子和水的渗透率分别比对照降低了46.8%和23.0%。添加nano-SiO2后,各处理膜的吸水率均随nano-SiO2添加量的增加呈现先升高后降低的变化,当添加量为20 g/kg时,复合膜材料吸水率和NH4+渗透率最低,与不加nano-SiO2相比,复合膜材料吸水率和NH4+渗透率分别降低了6.8%～38.2%和23.8%～53.2%,而水渗透率增加了38.4%～67.7%。红外分析光谱结果表明,PVA和γ-PGA反应生成醚键;添加nano-SiO2处理的―OH伸缩振动峰变宽,透过率增加,并且出现了Si―O―Si摇摆振动和反对称伸缩振动;同时,从官能团特征看出复合膜中仍存在未反应的γ-PGA。扫描电镜结果显示纳米SiO2–聚乙烯醇–γ聚谷氨酸复合膜材料的表面更光滑,致密均一,这可能是包膜材料能减缓氮素释放的主要原因。【结论】nano-SiO2与PVA、γ-PGA、戊二醛分子结合生成的交联纳米复合膜材料亲水基团数目减少,膜材料吸水率降低,提高了包膜材料的缓释性能,更适用于颗粒肥料包膜。膜材料中存在的游离γ-PGA可以继续发挥肥料增效剂的作用。

• 单位
  沈阳农业大学; 农业部; 土地与环境学院