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

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.

关键词：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

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资助基金：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

在线出版日期：2020-04-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：2044-2052