棕榈油基可降解包膜材料的制备及性能研究

作者：庞敏晖; 董淑祺; 邹国元; 李鸿雁; 梁丽娜; 郭旋^*; 李丽霞^*

来源：植物营养与肥料学报, 2023, 29(10): 1966-1976.

• 棕榈油
• 聚氨酯
• 生物降解
• 控释肥

【目的】植物油多元醇的物化性质是影响聚氨酯材料微观结构和宏观性能的主要因素。尝试通过改变亲核试剂甲醇用量调节棕榈油多元醇羟值、黏度等物化指标，研究多元醇物性、聚氨酯性能与肥料养分控释性能之间的关联性，为优化棕榈油基聚氨酯包膜性能，降低可降解包膜肥料成本提供理论依据。【方法】以饱和度高的棕榈油为起始原料，采用环氧开环法，通过调节甲醇用量(醇油比为0.4∶1～1∶1)，合成了4种棕榈油多元醇，标记为POP1、POP2、POP3、POP4；以上述多元醇为原料，通过原位反应成膜技术制备了4种棕榈油基可降解包膜尿素，依次标记为PCU1、PCU2、PCU3、PCU4。研究了甲醇用量对棕榈油多元醇羟值、酸值、黏度、分子量及官能度的影响，借助傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、扫描电子显微镜(SEM)和热重(TG)等表征手段，系统分析了甲醇用量对棕榈油多元醇及其膜材微观结构的影响。进一步采用质量法和水泡法，测试包膜的吸水率和肥料氮素累积释放率，分析甲醇用量对包膜耐水性和控释性的影响。最后，通过包括含3个包膜浓度的发芽试验，评价包膜的安全性。【结果】通过调节甲醇用量合成了羟值范围在101～132 mgKOH/g、黏度范围在365～618 mPa·s、官能度在1.89～2.73的棕榈油多元醇。FTIR和1H NMR分析结果表明，棕榈油多元醇为聚醚酯多元醇，且随着甲醇用量的增加，多元醇分子中羟基官能团的数量逐渐增加，但分子的主体结构没有变化。当醇油比为0.8∶1～1∶1时，棕榈油多元醇羟值约为130 mgKOH/g、黏度小于700 mPa·s，官能度大于2，且制备的包膜具有良好的热稳定性和耐水性。在无助剂包覆且包衣率为3%时，所制包膜尿素PCU3和PCU4氮素初期释放率约为7%，释放期为20天以上。试验证实包膜对种子萌发及作物生长没有不良影响。【结论】最佳甲醇和棕榈油比范围为0.8∶1～1∶1，在此比例下的棕榈油多元醇羟值约为130 mgKOH/g，官能度大于2，黏度小于700 mPa·s，以其合成的棕榈油基可降解包膜材料的控释性能良好，棕榈油含量大于65%。

• 单位
  北京市农林科学院