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

论文摘要

【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。

论文目录

• 1 材料与方法
•   1.1 试验材料
•   1.2 试验仪器
•   1.3 试验设计
•   1.4 试验方法
•     1.4.1 交联改性PVA–γ-PGA复合膜材料的制备
•     1.4.2 纳米改性交联复合膜材料的制备
•   1.5 复合膜材料性状测定
•     1.5.1 吸水性
•     1.5.2 渗透性
•   1.6 数据处理
• 2 结果与分析
•   2.1 交联剂改性聚乙烯醇–γ聚谷氨酸膜材料物理性能
•     2.1.1 吸水率
•     2.1.2 渗透率
•   2.2 纳米二氧化硅对交联改性复合膜材料物理特性的影响
•     2.2.1 吸水率
•     2.2.2 渗透率
•   2.3 纳米改性PVA–γ-PGA膜材料的红外光谱特征
•   2.4 交联和纳米改性复合膜的微观结构特征
• 3 讨论
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 白杨,陈松岭,范丽娟,杨明,邹洪涛,张玉龙

关键词: 改性聚乙烯醇,聚谷氨酸,纳米二氧化硅,复合膜材料,红外光谱分析

来源: 植物营养与肥料学报 2019年12期

年度: 2019

分类: 农业科技,工程科技Ⅰ辑

专业: 有机化工,农业基础科学

单位: 沈阳农业大学土地与环境学院/农业部东北耕地保育重点实验室/土肥资源高效利用国家工程实验室,盘山县高升街道农业服务站

基金: 国家自然科学基金项目(31572206),辽宁省重点研发计划项目(2019JH2,10200004),国家科技支撑项目(2015BAD23B0203),辽宁省“百千万人才工程”项目(2016921066),沈阳市中青年创新人才支持计划(RC1705580)

分类号: TQ449.1

页码: 2044-2052

总页数: 9

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